第4讲 集成运算放大器-【单招零距离】机电专业综合（上）

单招零距离·机电专业综合 第4讲 集成运算放大器 考情分析 知识模块 集成运算放大器 1.理解工作在线性区的理想集成运算放大器的几个重要特性」 2.熟练掌握反相输入比例运算电路、同相输入比例运算电路、加法运算电路和减 考纲要求 法运算电路的分析方法，并且会定量计算。 3.了解用集成运算放大器组成的反相器和电压跟随器，了解集成运算放大器的使 用常识。 高考卷 2019年 2020年 2021年 分值 7 10 15 填空题43 判断题9 填空题43 题型、题号 填空题43 问答作图题50 问答作图题50 分析计算题55 题43运放与集成稳压 题9运放与振荡器的综合应 题43运放与集成稳压 用2分 考点 器的综合应用3分 题43运放与集成稳压器的综 器的综合应用3分 题50运放电路的计算 合应用3分 题55运放电路的计算 4分 12分 题50运放电路的计算5分 试题雄度要求 较难 较难 较难 纵观近三年的高考试卷，本知识点在考试时主要以判断题、填空题、问答作图题和分析计 算题的形式出现。集成运算放大器是高考的重点，它的解题方法相当灵活。学生解题时应该 抓住四个基本运算放大电路（反相输入比例运算电路、同相输入比例运算电路、反相加法比例 运算电路、减法比例运算电路)的分析及计算公式，结合电工基础电路分析方法灵活变通。这 部分知识点应用型强，考试占分比大。 知识梳理 一、集成运算放大器及其理想特性 集成运算放大器的定义：是一种具有高增益深度负反馈的直接耦合放大器。 开环电压放大倍数：没有引进反馈时的集成运放的电压放大倍数，记作A。 闭环电压放大倍数：引进反馈后的集成运放的电压放大倍数，记作A4。 1.集成运算放大器的理想特性 集成运算放大器 符号 理想特性 两个推论 开环电压放大倍数Am=∞ 集成运算放大器是一种具有 >00 “虚短”： 很高放大倍数的多级直接耦 I.o 差模输人电阻rd=∞ V,=V 合放大电路，一般由输人级、 开环输出电阻r。=0 (线性使用) 中间级、输出级和偏置电路四 共模抑制比KcR=o∞ “虚断”： 个基本部分组成。 ==0 通频带fw为0→∞ ·300· 总复习方案·第五部分电子技术基础 2.集成运算放大器的电压传输特性 电压传输特性曲线 线性区工作 非线性区工作 +Ud 当运算放大器工作在非线 其怎特性 实际特怛 通常使运算放大器工作在闭环状态， 性区（开环）：当u+>u 即引入深度负反馈。u。与(u+一-） 时，u。=十U:当u+< 是线性关系，即 h-时，u。=一U)。故， u。=Am(4+-4-) 工作在非线性区的运算放 大器常作电压比较器。 二、常见比例运算电路 运算电路 电路图 输出与输入关系 R 反相输入 比例运算 电路 3 平衡电阻：R,=R,∥R *当R,=R:4。=一u,作为反相器。 同相输人 比例运算 。=(1+) A 电路 职 *当R,=0时，uw=u1,构成电压跟随器。 - R r 反相输人 4。=一 R R,+ R R.ug) 加法比例 A 0 若R,=R2=R(,则。=一(u1十ua) 运算电路 B 平衡电阻：R,=R,∥R,∥R,以保证输入端对称。 R R).V R R 10 Do∞ 减法比例 R = B “+(1+ R R+R“e 运算电路 420☐ R(we一um） 当R=RK,=R,时，=尺 当R1=R,时，u。=u2一W ·301· 单招零距离·机电专业综合 三、集成运算放大器使用常识 集成运算放大器使用常识 集成运放的调零 将输入端短路接地，调整调零电位器，使输出电压为零。 消除寄生振荡 加阻容补偿网络。 电源极 利用二极管的单向导电特性防止由 × 性保护 于电源极性接反而造成的损坏。 平 b-Vcc 保护电路 利用二极管的限幅作用对输入信号 9+P 输入 幅度加以限制，以免输人信号超过额 保护 定值损坏集成运放的内部结构。 利用稳压管接成反向串联电路。若 R o 输出 输出端出现过高电压，集成运放输出 保护 端电压将受到稳压管稳压值的限制， 从而避免了损坏。 典例精析 【例1】 由理想运放组成的电路如图5-1-15所示，已知E1=0.5V,E2=1V,R,=R2= 10k,Re=20k2,Rg=5k2。求uoo R RE E1+E20 (a (b) 图5-1-15 【析与解】观察本题电路可发现三个电阻R,、R2、R:好像均有信号输人，其实仔细观察 研究后可知R?的左端是接地的。因此，本电路为一个加法电路。电路进行变化后的电路如图 (b)所示，显然这是一个加法器。 u。=-R:(ua/R:+t2/R2)=-20(1.5/10+1/10)=-5V 【答案】u。=-5V ·302· 总复习方案·第五部分电子技术基础 【例2】图5-1-16所示电路，试用叠加定理求出输人和输出之间的关系。 R2k R 5k R6小 A R 6 图5-1-16 【析与解】(1)V1、V2两者共同作用，V3不作用时，电路为加法比例运放 V。'= w+Va)=-2Wa+ve)=-2.5+v） 5 R (2)Vs作用，V:、V2不作用时，电路为同相比例运放 =a+空=a+月x号-w (3)Va、VeV。三者共同作用时。 V。=V。'+V"=-2.5(W+Va)+3Va 【答案】V。=V。'+V"=-2.5(Vm+V2)+3V 【例3】已知E=12V,R1=3k2,R2=9k2,R3=R4=6k2,R5=R6=5k2。求图5-1-17 中输出电压V。的值。 图5-1-17 【析与解】集成运算放大电路的左侧(E、R,、R2、R:、R:)是简单直流电路部分，可以用 戴维南定理进行等效变换，这是整个电路分析的关键，然后利用“虚短”、“虚短”求出V。 (1)如图(a)所示，确定a、b两点，利用戴维宁定理分别计算开路电压U和等效电阻 Rabo: ·303· 单招零距离·机电专业综合 (a】 (b) R2 R。。E=( E一Ra+R: 9k 6k Ub0=R+R2 3k+9k6k+6k )X12=3V R.w-R://R:+R://R.-3k//9k+6k//6k-21kQ 4 (2)原电路等效为图(b), Uabo 3 4 由虚短知：I= R21/4k=7mA 由虚断知：V,=-1R:十R,)=-号×(5k+5k)= 40 7 ≈-5.71V 【答案】V。=-5.71V 【例4】如图5-1-18给出了采用两级运放电路实现的差分比例运算电路。试写出电路 的运算关系 图5-1-18 【析与解】第一个运放为同相比例运算电路，则有 R ua=1+Rjua=2ua 第二个运放为减法比例运算电路，利用叠加原理，可得 尽+(+=2- 所以，u。=2ua一2u1=2(u2一un）。 可以看出，图5-1-18所示电路实现了差分比例运算，且对于u和u2来说，均可认为输入 电阻很大，而且使得电阻的选取和调整更为方便。 ·304· 总复习方案·第五部分电子技术基础 【例5】如图5-1-19所示电路，R1=R4=R:=R。=3k2,R2=R3=R6=R。=6k2,R =2k2,Ro=18k2,R1=R2=3.6k2。求：Uo1、Ue、U,的值。 R R -∞ R 心 R A1+ 100mV i Ro A3 十 the is R 0 D∞ 200mV R A2+ 02 图5-1-19 【析与解】因为A,是同相输入比例运放 R 所以：Um=1+R )U.=100mV 因为A2是反相输入比例运放 所以：Ue= RUa-400mV 因为A,是加法输人比例运放 所以：U=- 【答案】Uo=-1.8V ·305·