电工电子 ch5 集成运算放大器

1、2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C1 1集成运算放大器南京工业大学信息科学与工程学院电子系南京工业大学信息科学与工程学院电子系第五章2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C2 2返回返回前一页前一页 后一页后一页2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C3 3后一页后一页返回返回前一页前一页2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C4 4： 反馈的极性和类型判断，理想运放虚短、虚反馈的极性和类型判断，理想运放虚短、虚断的概念。断的概念。2022-3-82022-3-823:

2、3523:35电工学电工学C C5 5第一节第一节 集成运算放大器概述集成运算放大器概述2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C6 62022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C7 72022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C8 8二、集成运放的输入级二、集成运放的输入级差动放大电路差动放大电路 集成运放电路主要采用直接耦合方式，因此需要解决零点漂移的问题。 差动放大电路作为多级放大电路的输入级，能够抑制零点漂移。2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C9 92022-3-8202

3、2-3-823:3523:35电工学电工学C C1010U+UCC u+uo u反相反相输入端输入端同相同相输入端输入端T3T4T5T1T2IS输输入入级级中中间间级级输输出出级级与与uo反相反相与与uo同相同相三、集成运放的封装2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C11112022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C1212+Uo-Uoui = u+u- uo线性区线性区饱和区饱和区2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C1313线性区线性区 输入电流约等于输入电流约等于 0 即即 i+= i 0 称称“

4、虚断虚断” 差模输入电压约等于差模输入电压约等于 0 即即 u+= u 称称“虚短虚短”2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C1414第二节放大电路中的负反馈第二节放大电路中的负反馈一、反馈的基本概念一、反馈的基本概念二、放大电路中负反馈的类型二、放大电路中负反馈的类型三、负反馈对放大电路性能的改善三、负反馈对放大电路性能的改善2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C1515反馈：反馈：将放大电路输出端的信号将放大电路输出端的信号( (电压或电流电压或电流) ) 的一部分或全部引回到输入端。的一部分或全部引回到输入端。+UCCREi

5、UoU+UCCREiUoU+将输出电流将输出电流反馈到输入反馈到输入将输出电压将输出电压反馈到输入反馈到输入2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C1616反馈放大电路的三个环节：反馈放大电路的三个环节：基本放大电路基本放大电路doXXAoofXXF 比较环节比较环节fidXXX 反馈反馈电路电路F FfXiX反馈电路反馈电路+输出信号输出信号输入信号输入信号反馈信号反馈信号反馈系数反馈系数净输入信号净输入信号dXoX基本放大基本放大电路电路Ao放大倍数放大倍数2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C1717直流反馈：直流反馈：反馈只

6、对直流分量起作用，反馈反馈只对直流分量起作用，反馈 元件只能传递直流信号。元件只能传递直流信号。负反馈：负反馈：反馈信号削弱净输入信号，反馈信号削弱净输入信号， 使放大倍数降低。使放大倍数降低。交流反馈：交流反馈：反馈只对交流分量起作用，反馈反馈只对交流分量起作用，反馈 元件只能传递交流信号。元件只能传递交流信号。 正反馈：正反馈：反馈信号增强净输入信号，反馈信号增强净输入信号， 使放大倍数提高。使放大倍数提高。2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C18181 1 交流反馈与直流反馈交流反馈与直流反馈 在反馈网络中在反馈网络中串接串接隔直电容，可以隔断隔直电容，

7、可以隔断直流，此时反馈只对交流起作用。直流，此时反馈只对交流起作用。 在起反馈作用的电阻两端在起反馈作用的电阻两端并联并联旁路电容，旁路电容，可以使其只对直流起作用。可以使其只对直流起作用。 反馈只对交流信号起作用，称为交流反反馈只对交流信号起作用，称为交流反馈。反馈只对直流起作用，称为直流反馈。馈。反馈只对直流起作用，称为直流反馈。有的反馈对交直流均起作用。有的反馈对交直流均起作用。返回返回后一页后一页前一页前一页2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C1919RE直流反馈直流反馈RE交直流反馈交直流反馈+UCCREiUoU+UCCREiUoU+返回返回后一页后

8、一页前一页前一页2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C20201) 根据反馈所采样的信号不同，可以分为电根据反馈所采样的信号不同，可以分为电压反馈和电流反馈。压反馈和电流反馈。 电流负反馈电流负反馈具有具有稳定输出电流稳定输出电流、增大输、增大输出电阻的作用。出电阻的作用。 电压负反馈电压负反馈具有具有稳定输出电压稳定输出电压、减小输、减小输出电阻的作用。出电阻的作用。如果反馈信号取自输出电压，叫如果反馈信号取自输出电压，叫电压反馈电压反馈。如果反馈信号取自输出电流，叫如果反馈信号取自输出电流，叫电流反馈电流反馈。返回返回后一页后一页前一页前一页2022-3-8

9、2022-3-823:3523:35电工学电工学C C21212)2)根据反馈信号在输入端与输入信号比较形式的根据反馈信号在输入端与输入信号比较形式的不同，可以分为串联反馈和并联反馈。不同，可以分为串联反馈和并联反馈。反馈信号与输入信号串联，称为反馈信号与输入信号串联，称为串联反馈串联反馈。反馈信号与输入信号并联，称为反馈信号与输入信号并联，称为并联反馈并联反馈。串联反馈使电路的输入电阻增大，串联反馈使电路的输入电阻增大，并联反馈使电路的输入电阻减小。并联反馈使电路的输入电阻减小。2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C2222iiifibib= ii - if输

10、入信号输入信号反馈信号反馈信号净输入信号净输入信号并联反馈并联反馈ube= ui - uf输入信号输入信号净输入信号净输入信号串联反馈串联反馈ufuiube+ + + +反馈信号反馈信号反馈信号与输入反馈信号与输入信号并联，即反馈信号并联，即反馈电流信号与输入信电流信号与输入信号电流比较号电流比较, ,称为称为并联反馈。并联反馈。反馈信号与输入反馈信号与输入信号串联，即反馈信号串联，即反馈电压信号与输入信电压信号与输入信号电压比较的，称号电压比较的，称为串联反馈。为串联反馈。2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C2323负负反反馈馈电压串联负反馈电压串联负反馈电

11、压并联负反馈电压并联负反馈电流串联负反馈电流串联负反馈电流并联负反馈电流并联负反馈2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C2424、负反馈放大电路的分析、负反馈放大电路的分析分析步骤：分析步骤：3) 3) 判别是否负反馈？判别是否负反馈？1) 1) 找出反馈网络（一般是电阻、电容找出反馈网络（一般是电阻、电容) )。2) 2) 判别是交流反馈还是直流反馈？判别是交流反馈还是直流反馈？4) 4) 是负反馈！判断是何种类型的负反馈？是负反馈！判断是何种类型的负反馈？返回返回后一页后一页前一页前一页2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C2

12、525例例1 1： 1) 1) 判反馈元件判反馈元件（电阻和电容）（电阻和电容） (1(1）连接在输入与输出之间的元件。）连接在输入与输出之间的元件。 (2(2）为输入回路与输出回路所共有的元件。）为输入回路与输出回路所共有的元件。发射极电阻发射极电阻 RE为输为输入回路与输出回路所入回路与输出回路所共有，所以共有，所以RE是反馈是反馈元件。元件。+UCCREiUoU+返回返回后一页后一页前一页前一页2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C2626例例1 1：2 2）判断是交流反馈还是直流反馈）判断是交流反馈还是直流反馈交、直流分量的信号交、直流分量的信号均可通过

13、均可通过 RE，所以，所以RE引入的是交、直引入的是交、直流反馈。流反馈。 如果有发射极旁路电容，如果有发射极旁路电容， RE中仅有直流分量的信号通过中仅有直流分量的信号通过 ，这时这时RE引入的则是直流反馈。引入的则是直流反馈。E+UCCREiUoU+返回返回后一页后一页前一页前一页2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C2727例例1 1： 3)3)判断反馈类型判断反馈类型 重点讨论交流反馈重点讨论交流反馈eIfUbeUfibeUUU 净输入信号：净输入信号： ui与与uf 串联，以电压形串联，以电压形 式比较式比较串联反馈串联反馈 ui正半周时，正半周时，u

14、f也是正也是正半周，即两者同相半周，即两者同相fibeUUU 减小减小-负反馈负反馈EcEefRIRIU uf 正比于输出电流正比于输出电流电流反馈电流反馈 电流串联负反馈电流串联负反馈 跳转跳转2+UCCREiUoU+ + 返回返回后一页后一页前一页前一页2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C2828假设输入级基极瞬时极性为正，根据假设输入级基极瞬时极性为正，根据集电极集电极瞬时极性瞬时极性与基极相反与基极相反、发射极发射极瞬时极性瞬时极性与基极与基极相同相同的原则，标出相关各点的瞬时极性。的原则，标出相关各点的瞬时极性。+2022-3-82022-3-823

15、:3523:35电工学电工学C C2929+ + 输入与反馈极输入与反馈极性相同为负反馈性相同为负反馈 输入与反馈极输入与反馈极性相反为正反馈性相反为正反馈 输入与反馈极输入与反馈极性相反为负反馈性相反为负反馈 输入与反馈极输入与反馈极性相同为正反馈性相同为正反馈返回返回后一页后一页前一页前一页2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C3030+ + 反反馈馈到到基基极极为为并并联联反反馈馈反反馈馈到到发发射射极极为为串串联联反反馈馈返回返回后一页后一页前一页前一页在一个点比较在一个点比较, ,比较信号为电比较信号为电流时是并联流时是并联在两个点比较在两个点比较,

16、,比较信号为电比较信号为电压压/ /位时是串联位时是串联2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C3131RLioiE 从集电极从集电极引出为电压反馈引出为电压反馈 从发射极从发射极引出为电流反馈引出为电流反馈共发射极电路共发射极电路uoRL+返回返回后一页后一页前一页前一页2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C3232共发射极电路：共发射极电路：集出为压，射出为流，集出为压，射出为流，基入为并，射入为串。基入为并，射入为串。2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C3333例例1 1：判断图示电路中：判断

17、图示电路中R RE1E1、R RE2 E2 的负反馈作用。的负反馈作用。RCRB1RB2RE1RE2CEC2C1+UCCuouiR RE2E2对交流不起作用，对交流不起作用，R RE1E1对交、直流均起作用对交、直流均起作用电流串联反馈电流串联反馈思考思考+返回返回后一页后一页前一页前一页2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C3434例例2 2：判断：判断R Rf f是否负反馈，若是，判断是否负反馈，若是，判断反馈的类型。反馈的类型。+C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2RE1CEC3C2+UCCuoui+T1T2Rf电压串联负反馈（交流反馈）电压串联负

18、反馈（交流反馈） 返回返回后一页后一页前一页前一页2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C3535+C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2RE1C3C2+UCCuoui+T2Rf 若若Rf与与T发射极相接如图所示，发射极相接如图所示， 引入的是何种类型的引入的是何种类型的反馈？反馈？T1 正反馈正反馈思考思考返回返回后一页后一页前一页前一页2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C3636例例3 3：判断图示电路：判断图示电路R Rf f的反馈类型。的反馈类型。uouiRE2RfRE1RC1RC2+UCC电流并联负反馈（交、直流反

19、馈）电流并联负反馈（交、直流反馈）+ +思考思考+返回返回后一页后一页前一页前一页2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C3737基本放大基本放大电路电路AdXoX反馈反馈电路电路FfXiX+doXX AofXXF fidXXX 反馈电路的基本方程反馈电路的基本方程反馈系数反馈系数净输入信号净输入信号基本放大器基本放大器的放大倍数的放大倍数返回返回后一页后一页前一页前一页2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C3838闭环放大倍数闭环放大倍数fA开环放大倍数开环放大倍数AdoXXA ofXXF fidXXX AFAXXAiof 1返回

20、返回后一页后一页前一页前一页2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C3939AFAAf 1AAdAFAAdff 11。dfXX、同相，所以同相，所以AF是正实数是正实数负反馈时，负反馈时，。AFAAf 1中，中，dfofdoXXXXXXAF 则有：则有：AAf 返回返回后一页后一页前一页前一页2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C4040若若1AF称为称为深度负反馈深度负反馈，此时：，此时：反馈深度反馈深度AFAAf 1AF 1FAf1 返回返回后一页后一页前一页前一页2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学

21、C C4141Auiufud加反馈前加反馈前加反馈后加反馈后uoui小小大大小小大大小小大大 负反馈是利用失真的波形来改善波形的失真，负反馈是利用失真的波形来改善波形的失真，因此只能减小失真，但不能完全消除失真。因此只能减小失真，但不能完全消除失真。 uoAF返回返回后一页后一页前一页前一页2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C4242引入负反馈使电路的通频带宽度增加：引入负反馈使电路的通频带宽度增加：oofBFAB)1( fAu无负反馈无负反馈有负反馈有负反馈跳转跳转返回返回后一页后一页前一页前一页2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工

22、学C C4343在同样的在同样的I Ib b下下，Ui= Ube + Uf Ube， rif 提高。提高。iifrFAr)1(0 1 1）串联负反馈）串联负反馈bbebiiIUIUr 无负反馈时：无负反馈时：有负反馈时：有负反馈时：biifIUr uiubeib+uf+使电路的输入电阻提高使电路的输入电阻提高返回返回后一页后一页前一页前一页2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C4444FArrifi01 ifbbeiIUr 无负反馈时：无负反馈时：有负反馈时：有负反馈时：ibeifIUr 在同样的在同样的Ube下，下，Ii= Ib + If Ib， rif 降低

23、降低。2 2）并联负反馈）并联负反馈使电路的输入电阻降低使电路的输入电阻降低iiibube+返回返回后一页后一页前一页前一页2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C4545oofrFAr)1(0 FArroof01 电压负反馈具有稳定输出电压的作用，电压负反馈具有稳定输出电压的作用，即有恒压输出特性，故输出电阻降低。即有恒压输出特性，故输出电阻降低。 电流负反馈具有稳定输出电流的作用，电流负反馈具有稳定输出电流的作用，即有恒流输出特性，故输出电阻提高。即有恒流输出特性，故输出电阻提高。1 1）电压负反馈使电路的输出电阻降低）电压负反馈使电路的输出电阻降低2 2）电

24、流负反馈使电路的输出电阻提高）电流负反馈使电路的输出电阻提高返回返回后一页后一页前一页前一页2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C4646第三节第三节 集成运放器在信号运集成运放器在信号运算方面的运用算方面的运用后一页后一页返回返回前一页前一页2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C47470 ii11Ruuii FFRuui0 fii 1iFuRRu101RRuuAFiouf 2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C4848 要求静态时要求静态时 u+、 u- 对地电阻相同，对地电阻相同， 平衡平衡电

25、阻电阻 R2 = R1 / RF 虚短虚短 u- = u+ = 0 称称“虚地虚地” 反相反相 输入运算的重要特点输入运算的重要特点1RRuuAFiouf iFouRRu1uo+.uiR2RFu+u_。 R1.。 。 + 后一页后一页返回返回前一页前一页2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C49492022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C5050例：电路如下图所示，已知例：电路如下图所示，已知 R1= 10 k ，RF = 50 k 。 求：求：1、Auf ； 2、若、若 R1不变，要求不变，要求Au f为为 10，则，则RF 应为

26、应为 多少？多少？RF+.uiuoR2u+u_。 R1解：解：1、 Au f = RF R1 = 50 10 = 52、 Au f = RF R1 = RF 10 = 10 RF = Auf R1 = 10 10 = 100 返回返回2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C5151oFuRRRu 11 uu0 iiuu iFuRRu)1(10 11RRuuAFiouf 2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C5252后一页后一页返回返回前一页前一页2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C5353uiuo+

27、.u+u_。 URLR1R2+.uoR2RFu+u_。ui。 R1 此电路是电压此电路是电压 串联负反馈，输串联负反馈，输 入电阻高，输出入电阻高，输出 电阻低，在电路电阻低，在电路 中的作用与分立中的作用与分立 元件的射极输出元件的射极输出 器相同，但是电器相同，但是电 压跟随性能更好。压跟随性能更好。后一页后一页返回返回前一页前一页2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C5454FoiiiiRuRuRu22110 iFoiiiiRuuRuuRuu 2211后一页后一页返回返回前一页前一页2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C55

28、552323iuRRRu 11Riuuu uu1111 RRRuuuFioi 1123231)1(iFi FouRRuRRRRRu 后一页后一页返回返回前一页前一页2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C56561123231)1(iFi FouRRuRRRRRu 如果取如果取 R1 = R2 ， R3 = RF )(121iiFouuRRu 则：则： 如果取如果取 R1 = R2 = R3 = RF 12iiouuu 则：则：输出与两个输入信号的输出与两个输入信号的差值差值成正比。成正比。+.ui2ui1uoR3RFu+u-。 R1。R2后一页后一页返回返回前一

29、页前一页2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C575711iF ouRRu o oouuu uRRuF o)1(123231)1(i FuRRRRR +.ui2ui1uoR3RFu+u-。 R1。R2后一页后一页返回返回前一页前一页2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C5858dtduCRucFi 1dtduCoF dtuCRuiFo 11dtduCicFf 11Ruiicu后一页后一页返回返回前一页前一页2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C5959若输入信号电压为恒定直流量，若输入信号电压为恒定

30、直流量， 即即 ui= Ui时时，则，则tCRUdtUCRuFiiFo1110U iiuuot0-UOM+UOMt0ui积分饱和积分饱和线性积分时间线性积分时间输出电压随时输出电压随时间线性变化间线性变化后一页后一页返回返回前一页前一页2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C6060当电容当电容CF的初始电压为的初始电压为 uc(t0) 时，则有时，则有 0101tudtuCRucttiFo 1 010tudtuCRottiF tt 0前一页前一页 后一页后一页 采用集成运算放大器组成的积分电路，由采用集成运算放大器组成的积分电路，由于充电电流基本上是恒定的，故于

31、充电电流基本上是恒定的，故u0是时间是时间t的的一次函数，从而提高了它的线性度。一次函数，从而提高了它的线性度。 将比例运算和积分运算结合在一起，就组成将比例运算和积分运算结合在一起，就组成比例比例积分运算电路。积分运算电路。这种运算器又称这种运算器又称PI调节调节器，常用于控制系统中，以保证自控系统的稳器，常用于控制系统中，以保证自控系统的稳定性和控制精度。定性和控制精度。返回返回2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C6161)(dtiCiRFF111)(dtUCRuRRiFiF111)(cfFouiRu 返回返回2022-3-82022-3-823:3523

32、:35电工学电工学C C6262fii 1FoiRudtduC 1dtduCRuiFo1 uot0t0ui前一页前一页 后一页后一页返回返回2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C6363fFoiRu CRfiii )(11dtduCRuii )(dtduCRuRRuiFiF110前一页前一页 后一页后一页返回返回2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C6464第四节第四节 集成运放在信号处理方面的应用集成运放在信号处理方面的应用返回返回2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C6565返回返回2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C6666前一页前一页 后一页后一页返回返回2022-3-82022-3-823:3523:35电工学电工学C C6767电压传输特性电压传输特性-Uo +Uo uuOU ou uu OU ou有有运放处于开环状态运放处于开环状态 可见，在可见，在 ui =UR 处输出电压处输出电压 uo 发生跃变。发生跃变。 门限电平：输出状态转换所对应的输