第 8章 集成运算放大器集成运放的原理框图集成运放是一种 高放大倍数,高输入电阻,低输出电阻 的直接耦合放大电路。为抑制零点漂移，对温漂影响最大的第一级采用了差动放大电路。为提高放大倍数，中间级一般采用有源负载的共射放大电路。输出级为功率放大电路，为提高此电路的带负载能力，多采用互补对称输出级电路。
8.5 集成运放的性能指标
1.开环差模电压放大倍数 Aod
o
od
id
UA
U?
Aod大，且稳定。目前高增益集成运放的 Aod可高达
140dB (107倍 )，理想集成运放认为 Aod为无穷大。
2.最大输出电压 Uop―p
最大输出电压是指在一定的电源电压下，集成运放的最大不失真输出电压的峰 —峰值。
3.差模输入电阻 rid
一般集成运放 rid为几百千欧至几兆欧，一般 认为理想集成运放的 rid为无穷大
4.输出电阻
ro的大小反映了集成运放在小信号输出时的负载能力。有时只用最大输出电流 Iomax表示它的极限负载能力。认为理想集成运放的 ro为零。
μA741通用集成运放的典型参数 (25℃ 时 )
8.6 集成运放应用基础
8.6.1 低频等效电路集成运放的信号输入端有两个，输出端只有一个，故只画出这三个端，其它端如电源端，调零端等，仅是保证集成运放正常工作，而对讨论输出电压与输入电压的函数关系联系不大，为突出讨论的核心问题，所以其它端一般不画出。
“三角形”符号表示“放大器”
u+:同向输入端电位
u-:反向输入端电位
uo:输出端电位
8.6.2 理想集成运算放大电路
(1)开环电压放大倍数 Aod=∞；
(2)输入电阻 rid=∞；
(3)输出电阻 rod=0； ；
实际集成运放与理想集成运放比较接近，因此在分析、
计算应用电路时，均将集成运放视为理想集成运放来考虑。
8.6.3 集成运放工作在线性区
∞
＋
－
＋
u
o
u
+
u
-
线 性 区
u
o
u
i d
()o idu Au A u u
A
0uu uu
虚短
()
:
:
od
o
o
u A u u A u
u A u
u A u
差 模,
同 向反 向
∞
＋
－
＋
u
o
u
+
u
-
线 性 区
u
o
u
i d
r
i d
r
o
+
-
+
idr
0
id
uuii
r
虚断
∞
＋
－
＋
u
o
u
+
u
-
线 性 区
u
o
u
i d
集成运放应用电路的分析计算的依据：
0ii
uu
虚短虚断为了扩展集成运放的线性工作范围，必须通过外部元件引入负反馈，这是各种线性应用电路的共同点。
例如,F007开环时 Aod=105，
输入信号的变化范围仅有
± 0.1mV，如果引入负反馈后其闭环增益 Auf=100，
3
3
1 1 0
,
( 1 ) 1 0
od
od
uf
oo
o d u f
i d s
s o d i d i d
A
AF
A
UU
AA
UU
U A F U U
8.6.4 集成运放工作在非线性区非线性运用时，其电路结构特点为开环或为正反馈。
()o idu Au A u u
由于 Aod=∞，所以输入端很微小的变化量，就可使其输出电压不是变到正向饱和压降 UOH就是变到负向饱和压降
UOL。其数值接近正、负电源电压。
线 性 区
u
o
u
i d
U->U+时 Uo=UOL
U-<U+时 Uo=UOH
8.7 运算电路
8.7.1 比例运算电路将输入信号按比例放大的电路，称为比例运算电路。按输入信号加在不同的输入端，又可分为：反相比例运算、同相比例运算、差动比例运算三种。
0iiuu
1
f
o f f i
RU I R U
R
'0
uu
u u R i
1
1
f
io
f
I i I
u u u u
RR
分析反馈类型反相比例电路具有如下特点：
电路存在虚地，即 U-=U+=0
输入电阻低,ri=R1。
2,同相比例电路
∞
+
-
+
+
-
+
-
inu
ou
1
(1 )foi
R
UU
R
0iiuu
3,差动比例电路
1
21
2
()fo i i
R
U U U
R
1212,ffR R R R
0iiuu
8.7.2 和、差电路
1 2 3
1 2 3
()f f fo i i iR R RU U U UR R R
可以十分方便地调整某一路的输入电阻，改变该路的比例关系，而不影响其它路的比例关系。
1 2 3
0 0 1 1 2 2()
( 2 5 )o i i i
Y a X a X a X
U U U U
如 Rf=100kΩ,确定 R1,R2,R3.
0iiuu
2.同相求和电路
312
312
0
()
/ / / /
iii
a b c
iii
a b c
a b c
UUU U U U
R R R
UUU
UR
R R R
R R R R
1
(1 )fo RUUR
0iiuu
312
331 2 1 2
1
1
( 1 ) ( )
/ / / / / /
( ) ( )
iiif
o
a a a
a b c f
iii i i i
o f f
a a a a a a
UUUR
UR
R R R R
R R R R R R R
UUU U U UR
U R R
R R R R R R R
3,和差电路
12
1
12
()iiof UUUR
RR
3 4
2
34
()i iof U URUR
R R R
R′=R3∥ R4
R″=R1∥ R2∥ Rf
3 4 1 2
12
3 3 1 2
()i i i io o o f U U U UU U U R R R R R
平衡条件 R′=R″
两级集成运放组成的和差电路
1 3 4
1 2 1
34
12
()
()
ff
o i i
f f f
o i i o
f
RR
U U U
RR
R R R
U U U U
R R R
1 2 3 4
2 4 1 2
1 2 3 4
3 4 1 2
()
()
f f f f
o i i i o
i i i i
f
R R R R
U U U U U
R R R R
U U U U
R
R R R R
8.7.3 积分电路和微分电路
C
C
duiC
dt?
1
1
CC
CC
d u i d t
C
u i d t
C
0ii
uu
0ic o cui u u u uR
1 1 1i
C C i
uu i d t d t u d t
C C R R C
微分电路
i
o f C
duu R i R i R C
dt
0icfdui C i u udt
集成运算放大器的非线性运用集成运算放大电路工作在非线性区，即满足如下关系：
U->U+ 时 Uo=UoL
U-<U+ 时 Uo=UoH
例 5 电路如图所示，输入 ui为正弦波，试画出输出波形。
∞
+
-
+
U
R
u
i
u
o
U
R
U
R
U
R
具有输入保护和输出的电压比较器集成运放应用举例同相输入式电流源 同相式电压源
8.5 集成运放的性能指标
1.开环差模电压放大倍数 Aod
o
od
id
UA
U?
Aod大，且稳定。目前高增益集成运放的 Aod可高达
140dB (107倍 )，理想集成运放认为 Aod为无穷大。
2.最大输出电压 Uop―p
最大输出电压是指在一定的电源电压下，集成运放的最大不失真输出电压的峰 —峰值。
3.差模输入电阻 rid
一般集成运放 rid为几百千欧至几兆欧，一般 认为理想集成运放的 rid为无穷大
4.输出电阻
ro的大小反映了集成运放在小信号输出时的负载能力。有时只用最大输出电流 Iomax表示它的极限负载能力。认为理想集成运放的 ro为零。
μA741通用集成运放的典型参数 (25℃ 时 )
8.6 集成运放应用基础
8.6.1 低频等效电路集成运放的信号输入端有两个，输出端只有一个，故只画出这三个端，其它端如电源端，调零端等，仅是保证集成运放正常工作，而对讨论输出电压与输入电压的函数关系联系不大，为突出讨论的核心问题，所以其它端一般不画出。
“三角形”符号表示“放大器”
u+:同向输入端电位
u-:反向输入端电位
uo:输出端电位
8.6.2 理想集成运算放大电路
(1)开环电压放大倍数 Aod=∞；
(2)输入电阻 rid=∞；
(3)输出电阻 rod=0； ；
实际集成运放与理想集成运放比较接近，因此在分析、
计算应用电路时，均将集成运放视为理想集成运放来考虑。
8.6.3 集成运放工作在线性区
∞
＋
－
＋
u
o
u
+
u
-
线 性 区
u
o
u
i d
()o idu Au A u u
A
0uu uu
虚短
()
:
:
od
o
o
u A u u A u
u A u
u A u
差 模,
同 向反 向
∞
＋
－
＋
u
o
u
+
u
-
线 性 区
u
o
u
i d
r
i d
r
o
+
-
+
idr
0
id
uuii
r
虚断
∞
＋
－
＋
u
o
u
+
u
-
线 性 区
u
o
u
i d
集成运放应用电路的分析计算的依据：
0ii
uu
虚短虚断为了扩展集成运放的线性工作范围，必须通过外部元件引入负反馈，这是各种线性应用电路的共同点。
例如,F007开环时 Aod=105，
输入信号的变化范围仅有
± 0.1mV，如果引入负反馈后其闭环增益 Auf=100，
3
3
1 1 0
,
( 1 ) 1 0
od
od
uf
oo
o d u f
i d s
s o d i d i d
A
AF
A
UU
AA
UU
U A F U U
8.6.4 集成运放工作在非线性区非线性运用时，其电路结构特点为开环或为正反馈。
()o idu Au A u u
由于 Aod=∞，所以输入端很微小的变化量，就可使其输出电压不是变到正向饱和压降 UOH就是变到负向饱和压降
UOL。其数值接近正、负电源电压。
线 性 区
u
o
u
i d
U->U+时 Uo=UOL
U-<U+时 Uo=UOH
8.7 运算电路
8.7.1 比例运算电路将输入信号按比例放大的电路，称为比例运算电路。按输入信号加在不同的输入端，又可分为：反相比例运算、同相比例运算、差动比例运算三种。
0iiuu
1
f
o f f i
RU I R U
R
'0
uu
u u R i
1
1
f
io
f
I i I
u u u u
RR
分析反馈类型反相比例电路具有如下特点：
电路存在虚地，即 U-=U+=0
输入电阻低,ri=R1。
2,同相比例电路
∞
+
-
+
+
-
+
-
inu
ou
1
(1 )foi
R
UU
R
0iiuu
3,差动比例电路
1
21
2
()fo i i
R
U U U
R
1212,ffR R R R
0iiuu
8.7.2 和、差电路
1 2 3
1 2 3
()f f fo i i iR R RU U U UR R R
可以十分方便地调整某一路的输入电阻，改变该路的比例关系，而不影响其它路的比例关系。
1 2 3
0 0 1 1 2 2()
( 2 5 )o i i i
Y a X a X a X
U U U U
如 Rf=100kΩ,确定 R1,R2,R3.
0iiuu
2.同相求和电路
312
312
0
()
/ / / /
iii
a b c
iii
a b c
a b c
UUU U U U
R R R
UUU
UR
R R R
R R R R
1
(1 )fo RUUR
0iiuu
312
331 2 1 2
1
1
( 1 ) ( )
/ / / / / /
( ) ( )
iiif
o
a a a
a b c f
iii i i i
o f f
a a a a a a
UUUR
UR
R R R R
R R R R R R R
UUU U U UR
U R R
R R R R R R R
3,和差电路
12
1
12
()iiof UUUR
RR
3 4
2
34
()i iof U URUR
R R R
R′=R3∥ R4
R″=R1∥ R2∥ Rf
3 4 1 2
12
3 3 1 2
()i i i io o o f U U U UU U U R R R R R
平衡条件 R′=R″
两级集成运放组成的和差电路
1 3 4
1 2 1
34
12
()
()
ff
o i i
f f f
o i i o
f
RR
U U U
RR
R R R
U U U U
R R R
1 2 3 4
2 4 1 2
1 2 3 4
3 4 1 2
()
()
f f f f
o i i i o
i i i i
f
R R R R
U U U U U
R R R R
U U U U
R
R R R R
8.7.3 积分电路和微分电路
C
C
duiC
dt?
1
1
CC
CC
d u i d t
C
u i d t
C
0ii
uu
0ic o cui u u u uR
1 1 1i
C C i
uu i d t d t u d t
C C R R C
微分电路
i
o f C
duu R i R i R C
dt
0icfdui C i u udt
集成运算放大器的非线性运用集成运算放大电路工作在非线性区，即满足如下关系：
U->U+ 时 Uo=UoL
U-<U+ 时 Uo=UoH
例 5 电路如图所示，输入 ui为正弦波，试画出输出波形。
∞
+
-
+
U
R
u
i
u
o
U
R
U
R
U
R
具有输入保护和输出的电压比较器集成运放应用举例同相输入式电流源 同相式电压源
