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本课件从集成运放的组成、主要参数和电压传输特性讲起，说明理想运放的分析依据，随后讲解反馈的基本概念、四种负反馈组态的判别方法与负反馈对性能的影响，最后介绍比例、加减、积分微分等线性应用电路与单门限、滞回电压比较器。
1906年，美国物理学家德福列斯特研制成功世界上第一个三极电子管，实现了电子技术的第一次重大突破。1947年，美国人索克雷·巴丁和布拉塔一起发明了晶体管，实现了电子技术的第二次重大突破。
1958年，成功开发出全球第一块集成电路，意味着晶体管时代的结束，集成电路时代的正式开始，给电子工业尤其是计算机业带来了巨大变革，它使个人计算机的发明成为可能。这是人类在20世纪电子技术领域的第三次重大突破。
集成电路:是继晶体管后的第三代具有电路功能的电子器件，集成电路是用一定的生产工艺把晶体管、场效应管、二极管、电阻、电容、以及它们之间的连线所组成的整个电路集成在一块半导体基片上，封装在一个管壳内，构成一个完整的、具有一定功能的器件，也称为固体器件优点：工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小，实现了元件、电路和系统的三结合返回目录封装：金属壳封装：管脚数有8、10、12等；
双列直插式塑料封装：脚数有8、10、12、14、16等。
集成电路中元器件的特点1.单个的精度不是很高,但由于是在同一硅片上、用相同工艺生产出来的，性能比较一致2.元器件相互离得很近,温度特性较一致3.电阻一般在几十欧至几十千欧、太高或太低都不易制造4.电感难于制造,电容一般不超过200pF,大电容不易制造返回目录
根据功能与工作机理不同可分为：数字逻辑集成电路模拟集成电路在模拟集成电路中，运算放大器（早期用于模拟计算机的数学运算）发展最早，应用最广泛。
随着集成技术与集成工艺的迅速发展，其他类型的模拟集成电路也取得了非常大的进展，如混频器、调制器、宽带放大器、高频放大器、功率放大器、电压比较器、A/D或D/A转换器等。
学习要点集成运算放大器在线性和非线性应用时的基本概念和分析依据集成运算放大器应用电路的分析方法负反馈的概念、反馈极性及类型的判别，负反馈对放大电路性能的影响。
集成运算放大器在线性和非线性应用方面常用电路的组成、工作原理和电路功能
一、集成运算放大器组成中间级输入级偏置电路输出级ui+ui−集成运算放大器是一个高增益直接耦合放大电路。
采用具有两个输入端子的差动放大电路提供增益，通常是共射组态的放大电路由有较强带负载能力的互补推挽电路组成多数由恒流源电路组成
1.多级放大器的级联（级间耦合）为了获得足够大的增益或考虑到对输入电阻和输出电阻的特殊要求，放大电路往往由多级（3到4级）构成。放大器的级联指多级放大器级与级之间的联接方式（耦合方式）。
常用耦合方式：阻容耦合变压器耦合直接耦合光电耦合
2.零点漂移ωA放大电路+−uo=0uo将离开零点，缓慢地发生不规则的变化——零点漂移1）产生零点漂移的主要原因：放大电路中器件参数随温度变化而变化，导致静态工作点不稳定，静态的缓慢变化经电路逐级放大，最终在输出端产生较大的电压漂移。
故又称温度漂移。放大电路中第一级对整个放大电路的零漂影响最大，且级数越多，零漂越严重。所谓零点，是指放大器的输入信号为零时的输出电压。直接耦合电路最突出的问题。
2）零点漂移的危害漂移电压和有效信号电压无法分辨，严重时，漂移电压甚至把有效信号电压淹没，使放大电路无法正常工作。3）解决方法输入级一般采用高性能的差动放大电路，来克服温度带来的零点漂移问题。
差动放大电路是由两个结构对称、参数完全相同的共射放大电路组成。输入信号分别由2个BJT的基极输入；3.典型差放电路组成输出取自2个管子的集电极之间。（1）电路特点
（2）抑制零点漂移的原理静态时：由于电路两边是完全对称的，因此有：输出电压：当温度发生变化时，将引起两管集电极电流和集电极电位发生相同的变化，即输出电压的漂移抑制了零点漂移
①共模输入信号指在两个输入端加上幅度相等，极性相同的信号，即定义：共模信号当输入端加共模信号时共模电压放大倍数理想差放对共模信号没有放大能力(完全被抑制)。
电源电压的波动以及由电源引起的工频干扰都可看成是共模信号，根据共模信号都是没有用的信号，应该抑制。（3)信号输入方式：差模信号与共模信号的概念
②差模输入信号指在两个输入端加上幅度相等，极性相反的信号。即差模输入信号一般是有用的待放大信号。由于电路结构对称，放大倍数相等，即当输入端加差模信号时：差模信号差模电压放大倍数
③一般信号电路的输入信号一般是差模和共模信号共存的。可分解为差模分量信号与共模分量信号：根据线性电路叠加定理，可得一般输入信号时差放输出电压的表达式
二、集成运算放大器的符号、主要参数及分类uou–u++–+Auo1.运算放大器的符号信号传输方向实际运放开环电压放大倍数输出端同相输入端反相输入端
2.运算放大器的主要参数uou–u++–+Auo1）开环差模电压放大倍数Auo无外加反馈时的差模电压放大倍数。Auo越大，电路越稳定，运算精度也越高。一般为104～107。
2）共模开环电压放大倍数Aco反映集成运放抗温漂、抗共模干扰的能力，优质的集成运放Aco应接近于零。3）共模抑制比KCMR。综合衡量集成运放的放大能力和抗温漂、抗共模干扰的能力，一般应大于80dB。
4）差模输入电阻rid差模信号作用下集成运放的输入电阻。uou–u++–+Auo5）输入失调电压Uio为使输出电压为零，在输入级所加的补偿电压值。显然越小越好，一般为毫伏级。
1）通用型性能指标适合一般性使用，其特点是电源电压适应范围广，允许有较大的输入电压等，如CF741等。2）低功耗型静态功耗≤2mW，如XF253等。3）高精度型4）高阻型输入电阻可达1012Ω，如F55系列等。
还有宽带型、高压型等等。3.运算放大器的分类
三、集成运放的电压传输特性、理想模型和分析依据1.电压传输特性实际运放电压传输特性uoOUO(sat)–UO(sat)Uim–Uim线性区正饱和区负饱和区若Auo= 106±UO(sat)=±15 V则±UIM=±0.015 mV运放要工作在线性区必须有负反馈uou–u++–+Auo
2.理想运放模型1）开环电压放大倍数2）开环输入电阻3）开环输出电阻4）共模抑制比在分析运算放大器的电路时，一般将它看成是理想的运算放大器。理想化的主要条件：uou–u++–+∞
6.2放大电路中的负反馈一、反馈的基本概念将放大电路输出信号（电压或电流）的一部分或全部通过反馈网络回送到输入端，与输入量进行比较，从而影响放大电路的净输入信号的控制过程称为反馈。无反馈放大电路方框图基本放大电路A
带有反馈放大电路的方框图—输入信号—净输入信号—反馈信号—输出信号若三者同相，电路为负反馈。则F+–A比较环节基本放大电路反馈电路取样F—反馈系数
3)判断方法如下：若输出电压为零，反馈信号也为零，此反馈为电压反馈；若反馈信号不为零，则为电流反馈。反馈信号直接从输出端引出，为电压反馈；从负载电阻RL靠近“地”端引出，是电流反馈。电压电压电流电流iOiO
输入信号与反馈信号以电压形式相比较为串联反馈。2.串联反馈与并联反馈输入信号与反馈信号以电流形式相比较为并联反馈。在输入端:根据反馈信号在输入端的联接方式，负反馈又可分为串联反馈和并联反馈。
1）分类＋－＋－＋－＋－rirsrf基本放大电路A反馈网络Frirsrf基本放大电路A反馈网络F
3）判断方法：反馈信号与输入信号接在不同端——串联反馈；反馈信号与输入信号接在同一端——并联反馈。串联反馈串联反馈并联反馈并联反馈
3.正反馈与负反馈1）正反馈引入反馈后，使输入信号加强的反馈为正反馈。即基本放大A反馈网络F+正反馈会使放大电路工作不稳定，容易产生自激振荡，即在无信号输入时，也会产生无关的信号输出。
2）负反馈引入反馈后，使输入信号削弱的反馈为负反馈。即负反馈可在多方面改善放大电路的性能，但会使电路的增益下降。
3）判断方法：电位的瞬时极性法。首先假设输入信号为某一极性，一般为“＋”，然后按照基本放大器的性质确定输出信号的极性，最后依照反馈的正负极性和上述定义作出结论。①输入信号和反馈信号加在不同的输入端，为串联反馈。
净输入信号:为负反馈
4.直流反馈与交流反馈1）直流反馈影响电路直流性能的反馈称直流反馈。主要用于稳定静态工作点。2）交流反馈影响电路动态性能的反馈称交流反馈。
主要用于改善放大电路的动态性能，如提高A的稳定性、增加ri，降低ro，增大BW，改善输出波形、抑制干扰等。判断方法：引入反馈的环路中，只要有一处有电容“隔直”，则为交流反馈。
在直接耦合放大电路中，即可传输交流信号，也可传输直流信号，此时引入的反馈为交、直流反馈。
5.本级反馈与级间反馈1）本级反馈2）级间反馈若反馈网络连接在同一级放大电路的输出与输入之间，只能影响该级电路的性能，称本级反馈。若反馈网络连接多级放大电路的输出与输入之间，对多级放大电路的性能有影响，称级间反馈。
三、负反馈放大电路的四种组态在输出回路中，按Xf的来源不同，有电压反馈和电流反馈；在输入回路中，按Xf的接入方式不同，又分串联反馈和并联反馈。
它们的不同组合，使负反馈放大电路有以下四种组态：电压串联负反馈电流串联负反馈电压并联负反馈电流并联负反馈
电压串联负反馈电压并联负反馈电流串联负反馈电流并联负反馈
反馈元件：A2、R3电压并联负反馈例6.2.1指出反馈元件与反馈类型。
四、负反馈对放大电路工作的影响1.提高放大电路的稳定性开环放大倍数反馈系数引入负反馈后净输入信号引入负反馈后闭环放大倍数对上式求导可见，引入负反馈后，放大倍数降低了，而放大倍数的稳定性却提高了。F+–A若则深度负反馈
2.对放大电路输入电阻和输出电阻的影响四种负反馈对ri和ro的影响riro减低增高增高增高增高减低减低减低串联电压串联电流并联电压并联电流思考题：为了分别实现：(a)稳定输出电压；(b)稳定输出电流；(c)提高输入电阻；
(d)降低输出电阻。应引入哪种类型的负反馈？
F+–A负反馈改善了波形失真3.改善非线性失真加入负反馈无负反馈大小uf略大略小略小略大uduo接近正弦波Auuiuo
失真的反馈信号，使净输入产生相反的失真，从而弥补了放大电路本身的非线性失真。负反馈可以改善放大电路的非线性失真，但是只能改善反馈环内产生的非线性失真。
非线性失真使输出波形中的谐波分量增加，引入负反馈后，在保持输出信号基波成分不变的情况下（需增大输入信号），降低了谐波成分，从而减小了非线性失真。
在非线性失真不太严重时，输出波形中的非线性失真系数近似减小为原来的1/（1+AF）。
6.3集成运算放大器的线性应用比例运算电路加法运算减法运算积分运算微分运算
一、比例运算电路1.反相比例运算电路由运放工作在线性区的依据可列出由此得出闭环电压放大倍数平衡电阻则R1RfR2−+A1∞+−uo+−uii-i+ifiiu-u+反相器电压并联负反馈
2.同相比例运算电路有：可得出：闭环电压放大倍数由运放工作在线性区的依据R1RF−+A1∞+−uo+−uiR2i-i+ifiiu-u+当时电压跟随器:−+A1∞uoui电压串联负反馈
例6.3.1电路如图，已知R1=50kΩ，RF=100kΩ，ui=1V，求输出电压uo，并说明输入级的作用。
RF−+A1∞+−uiRiR1RF−+A2∞+−uouo1解：输入级为电压跟随器，输入电阻比较大，起到减小信号源衰减的作用。
二、加法运算由上列各式可得当时，则上式为平衡电阻R12RFR2−+A1∞+−uoui1R11ui2i-i+u-u+ifii1ii2
三、减法运算R1Rf−+A1∞+−uoui1R2ui2R3i-i+u-u+ifii1ii2i3又当时，和当时，则得平衡电阻1.利用差分式电路实现减法运算可见，输出电压与两个输入电压的差值成正比，故可进行减法运算。
由叠加定理求解：ui1单独作用ui2单独作用当时，和则上式为当时，则得R1Rf−+A1∞+−uoui1R2ui2R3
2.利用反相信号求和实现减法运算R1RF1R−+A1∞ui1R2RF2R−+A2∞uoR2ui2uo1第一级为反相比例：第二级为反相加法：若R1=RF1，则若R2=RF2，则
例6.3.2请求图示电路的输出电压？解：+15VRF−+A1∞uoR1R2u-u+
例6.3.3试用集成运放实现以下计算关系：可利用2级运放实现上式。
1）将ui1与ui3通过A1反相求和，得uo1=−（0.2ui1+1.3ui3）2）将A1的输出uo1与ui2通过A2反相求和，得uo=−（uo1+10ui2）= 0.2ui1−10ui2+ 1.3ui3uo= 0.2ui1−10ui2+ 1.3ui3解：R2Rf1Rp1−+A1∞ui1R1ui3uo1R4Rf2Rp2−+A2∞uoui2R3uo=−uo1－10ui2
uo1=−（0.2ui1+1.3ui3）uo=−（uo1+10ui2）若选Rf1=20kΩ，则若选Rf2=100kΩ，则并由此得R2Rf1Rp1−+A1∞ui1R1ui3uo1R4Rf2Rp2−+A2∞uoui2R3
例6.3.4输出电流io和输入电压ui成正比，实现电压－电流变换作用。图示电路中，Rf>>R，求uR、uo及io？
解：R1RfR2−+A1∞+−uo+−uiRLR+−uRifiiioiR当Rf>>R时u-u+
四、积分运算用电容代替反相比例运算电路中的RF，即为积分运算电路。故上式表明输出电压正比于输入电压的积分，式中的负号表示两者反相。R1C称为积分时间常数。uC+–ifii
当ui为阶跃电压时，则uo随时间线性增长，uootuiot最后达到负饱和值。Ui
五、微分运算故即输出电压与输入电压对时间的一次微分成正比。微分运算是积分的逆运算，将积分电路反相输入端的电阻与反馈电容位置对调，就成为微分电路。ifii
Uituootuio注意：由于此电路工作时稳定性不高，故实际中很少应用。当ui为阶跃电压时uo为尖脉冲电压。
六、模拟集成乘法器及应用模拟乘法器是一种完成两个模拟信号相乘作用的电子器件。电路符号为输入和输出之间的关系：其中K为乘法器的比例系数或标度系数。当K>0时称同相型乘法器，K<0时，为反相型乘法器。
1.乘方运算1）利用模拟乘法器和集成运放相组合，通过各种不同的外接电路，可组成乘方、除法及开方等运算电路，还可组成各种函数发生器、调制解调器和锁相环电路等。仅介绍几种基本运算电路。uo=Kui22）uo=Kui3
2.除法运算由反相输入端得由乘法器u2=Kuoui2为保证引入负反馈：若乘法器为同相型，则ui2≥0。ui1可正可负，故此电路为二象限的除法器。
3.开方运算由反相输入端得由乘法器为使上式有意义，若乘法器是同相型，则ui≤0；若乘法器是反相型，则ui≥0。为使反馈网络构成负反馈，乘法器是反相型，ui≥0。则乘法器须为反相型。
6.4集成运算放大器的非线性应用电压比较器的功能是将输入的模拟信号与一个参考电压进行比较，当两者相等时产生跃变，由此判别输入信号的大小和极性。电压比较器用于自动控制、波形变换、模数转换及越限报警等。
——电压比较器集成运放构成电压比较器时，多处于开环或正反馈的工作状态，即工作在非线性区。
一、单门限电压比较器单门限比较器只有一个门限电压，当输入电压越过该门限电压时，输出电压发生跳变。1.过零比较器1）工作原理当ui≤0时，uo=+Uo(sat)；当ui≥0时，uo=−Uo(sat)；运放开环工作。
ui与u+相比较。uoui0+Uo(sat)－Uo(sat)理想实际运放工作在非线性区域时：
2）门限电压当比较器的输出电压由一种状态跳变为另一种状态时相对应的输入电压称门限电压UT。门限电压UT= 0波形变换过零比较器应用
3）带限幅的比较器输出电压幅度限制在某一范围。uooUO(sat)–UO(sat)UZ–UZ引入负反馈
2.任意电平比较器电压传输特性ui为输入电压，UR为参考电压当ui> UR时，uo=–Uo(sat)ui<UR时，uo= +Uo(sat)ui=UR时，uo发生跃变uoOUO(sat)–UO(sat)uR
例6.4 .1反相输入端电位当输入ui变化，使u−=0时，输出uo状态跳变。则令u−=0，得当u−>0时，uo=−Uzuo=+Uz求比较器电压传输特性解：当u−<0时，uoui0+UZ－UZ
例6.4.2R是热敏电阻，温度升高阻值变小。KA是继电器，温度升高，超过规定值，KA动作，自动切断电源。分析其工作原理。温度超过规定值，ui> UR，uo= +UOM，T导通。KA动作，切断电源。
温度未超过规定值，Ui< UR，uo=–UOM，T截止。KA不动作。运放组成的过温保护电路
例6.4.3电压传输特性uooUO(sat)–UO(sat)已知ui为一正弦电压，试画出uo波形。otUO(sat)–UO(sat)运放为过零电压比较器uoototot–UO(sat)UO(sat)解：
单门限比较器的抗干扰能力差当输入信号接近基准电压时，常会使输出状态错误变化和不确定。而且比较器的灵敏度越高，这种误触发的可能性越大。解决方法：采用迟滞比较器。
设uo=+Uz，当ui逐渐增大时，uo从+Uz跳变为−Uz所需的门限电压为UT+，则若uo=−Uz，当ui逐渐减小时，uo从−Uz跳变为+Uz所需的门限电压为UT−，则3.迟滞比较器
门限宽度（回差）ΔUT与Uz、R2和Rf有关，与UR无关。ΔUT↑↓灵敏度，↓抗干扰能力↑|ui|<ΔUT时，比较器不翻转。
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