负反馈放大器和集成运算放大器

1、负反馈放大器和集成运算放大器负反馈放大器和集成运算放大器2将整个电路的各个元件做在同一个半导体基片上集成电路优点： 工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小集成电路分类：模拟、数字集成电路；单极型、双极型集成电路；小、中、大、超大规模集成电路； 集成运算放大器集成运算放大器集成电路的概念集 成 电 路:1. 电路一般采用直接耦合的电路结构，而不采用阻容耦合结构。2. 输入级采用差动放大电路，目的是克服直接耦合电路的零漂。3. NPNPNP管配合使用，从而改进单管的性能。4. 大量采用恒流源设置静态工作点或做有源负载，提高电路性能。特点：HOME负反馈放大器和集成运算放大器3集成运算放大器的原

2、理电路T3T4T5T1T2IS与uo反相 u+ u反相输入端同相输入端与uo同相输入级中间级输出级对输入级要求：尽量减小零漂,提高KCMRR，输入阻抗ri 尽可能大对中间级要求：足够大的电压放大倍数。 对输出级要求：带负载能力强,有足够的输出电流io .输出阻抗ro小8.3.1HOME负反馈放大器和集成运算放大器4集成运放芯片uu+ uo uo国际符号国内符号三种封装形式：圆外壳封装、扁平管封装、双列直插式封装已经不用正在使用外形符号反相输入端同相输入端输出端u+ u- u0 均为对地电压 u- u+ u+u-uo8.31HOME负反馈放大器和集成运算放大器5uiuo+UOM-UOMuiuo_

3、+AoCoOMEuUmax例：若Ec=12V，Ao=106， 则|ui| u- 则输出为+Uom， 反之输出为-UomHOME负反馈放大器和集成运算放大器47uoui0+UOM-UOM+uoui1.信号幅度比较电路+uouiuoui0+UOM-UOM（1）电压比较器传输特性曲线ui0则输出为正，反之为负。ui0则输出为正，反之为负。过零比较HOME负反馈放大器和集成运算放大器48+uouiURuoui0+Uom-UomUR当ui UR时 , uo = -Uom 单阈值比较反相输入（UR不为零）传输特性HOME负反馈放大器和集成运算放大器49uoui0+Uom-UomUR传输特性UR：参考电压

4、ui ：被比较信号 +uouiUR特点：运放处于开环状态。当ui UR时 , uo = +Uom当ui UR时 , uo = -Uom 同相端输入HOME负反馈放大器和集成运算放大器50+uouitui例：利用电压比较器将正弦波变为方波。uot+Uom-Uom方波与正弦波同相。问：若反相输入则如何？可实现过零检测HOME负反馈放大器和集成运算放大器51+uiuoui0+UZ-UZ电路改进：用稳压管进行限幅。+uiuoUZRR电压比较器的另一种形式 将双向稳压管接在负反馈回路上uoUZR注意此电阻不可少此电路兼有线性与非线性两种工作状态HOME负反馈放大器和集成运算放大器52单阈值比较器的特点1

5、. 电路简单。2. 当Ao不够大时， 输出边沿不陡。3. 容易引入干扰。tuiuot过零附近仍处于放大区uiuo饱和区线性放大区+UOM-UOMHOME负反馈放大器和集成运算放大器53(2) (2) 滞回比较器滞回比较器8.39 8.39 滞回比较器滞回比较器 HOME负反馈放大器和集成运算放大器54)(322322ZOURRRuRRRuTZUURRRu322TZUURRRu322由图由图8.39(a)可知可知当输出为当输出为+UZ时，时，当输出为当输出为-UZ时，时，称为下限阈值电压 称为上限阈值电压 HOME负反馈放大器和集成运算放大器55OIIdOuuuuuu)(TTUUU注意 由于该电

6、路存在正反馈，因而输出高、 低电平转换很快。调节调节R2、R3的比值，可改变回差电压值。回差电压的比值，可改变回差电压值。回差电压大，抗干扰能力强，延时增加。实用中，就是通过调整大，抗干扰能力强，延时增加。实用中，就是通过调整回差电压来改变电路某些性能的。回差电压来改变电路某些性能的。 两个阈值的差称为回差电压，即这个正反馈过程很快使输出这个正反馈过程很快使输出uO由由UZ跳转到跳转到-UZ。例如，设开始时例如，设开始时uO=UZ，当，当uI增加到增加到UT+，使，使uO 有下降趋势时，正反馈过程为：有下降趋势时，正反馈过程为：HOME负反馈放大器和集成运算放大器56 还可以在同相端再加一个固

7、定值的参考电压UREF。此时，回差电压不受影响，改变的只是阈值，在电压传输特性上表现为特性曲线沿uI前后平移。因此，抗干扰能力不受影响，但越限保护电路的门限发生了改变。 目前有专门设计的集成比较器供选用。常用的单电压集成比较器J631、四电压集成比较器CB75339引脚图如图所示。 HOME负反馈放大器和集成运算放大器57（a）单电压集成比较器 （b）四电压集成比较器 图8.40 常用电压比较器引脚图 HOME负反馈放大器和集成运算放大器58电路如图（电路如图（a a）所示，试求上、下限阈值电压，并）所示，试求上、下限阈值电压，并画出电压传输特性。画出电压传输特性。（a a）电路图）电路图 （

8、b b）电压传输特性）电压传输特性图图HOME例负反馈放大器和集成运算放大器59VUT5 . 16103010VVUT5 . 1)6(103010 故当反相输入端电压故当反相输入端电压ui -1.5 V时，输出电压由高电平时，输出电压由高电平6V跳变为被双向跳变为被双向稳压管箝位的低电平稳压管箝位的低电平V。此时，同相输入端电压跳变为下限阈值电压此时，同相输入端电压跳变为下限阈值电压HOME负反馈放大器和集成运算放大器60图图8.42 8.42 窗口比较器窗口比较器 (3) (3) 窗口比较器窗口比较器 窗口比较器的电路图和电压传输特性如图所示，窗口比较器的电路图和电压传输特性如图所示， 主主

9、要用来检测输入电压是否在两个电平之间。要用来检测输入电压是否在两个电平之间。HOME负反馈放大器和集成运算放大器612 2信号幅度的采样保持信号幅度的采样保持图图8.43 8.43 基本采样保持电路基本采样保持电路HOME负反馈放大器和集成运算放大器62图图LF198/298/398LF198/298/398采样保持电路采样保持电路 HOME负反馈放大器和集成运算放大器633. 有源滤波器主要用作测量信号的低通滤波。主要用作测量信号的低通滤波。(a) (a) 反相比例放大反相比例放大LPF LPF （b b）同相比例放大）同相比例放大LPFLPF 图图8.45 8.45 低通滤波器（低通滤波器

10、（LPFLPF）HOME负反馈放大器和集成运算放大器64RCfC21kCfRC9 .151001. 0101212163kR16kRRRF16/1试确定图试确定图8.45(b)所示的低通滤波器的电阻和电容值。所示的低通滤波器的电阻和电容值。要求要求fc=1kHz ，Au=2。解解 已知已知 fc=1kHz，先取，先取C，由，由 根据集成运放同相和反相两个输入端直流通路电根据集成运放同相和反相两个输入端直流通路电阻平衡要求，有阻平衡要求，有取用标称值取用标称值求取求取R值，故值，故HOME例负反馈放大器和集成运算放大器65211RRAFu11RRFkRRF321已知已知但标称值无但标称值无 32

11、k ，则，则R1、RF均可采用二个标称均可采用二个标称值为值为10k和和22 k 的精密电阻串联来代替。的精密电阻串联来代替。故故HOME负反馈放大器和集成运算放大器668.3.5 波形产生电路1.1.正弦信号产生电路正弦信号产生电路（1）. 产生自激振荡的原理fidXXX改成正反馈只有正反馈电路才能产生自激振荡。基本放大电路Ao反馈电路FiX+ dXoXfXHOME负反馈放大器和集成运算放大器67如果：,ifXX则去掉,iX仍有信号输出。基本放大电路Ao反馈电路FdXoXfX反馈信号代替了放大电路的输入信号。基本放大电路Ao反馈电路FiX+ +dXoXfXHOME负反馈放大器和集成运算放大器

12、68自激振荡条件的推导fidofdooXXXXFXXAXFAAXXAooioF1基本放大电路Ao反馈电路FiX+ dXoXfXHOME负反馈放大器和集成运算放大器69FAo=1自激振荡的条件基本放大电路Ao反馈电路FdXoXfXoffdXFXXX,oodooXFAXAXHOME负反馈放大器和集成运算放大器70FAAAooF1如果：FoAFA:01则(1) 正反馈足够强,输入信号为 0 时仍有信号输出，这就是产生了自激振荡。(2) 要获得非正弦自激振荡,反馈回路中必须有RC充放电电路。例如：前面介绍的方波发生器、三角波发生器、锯齿波发生器等。)()(FA、(3) 要获得正弦自激振荡,反馈回路中必

13、须有选频电路。所以将放大倍数和反馈系数写成：HOME负反馈放大器和集成运算放大器71自激振荡的条件：1)()(FA因为：AAA|)(FFF|)(所以，自激振荡条件也可以写成：（1）振幅条件：1|AF（2）相位条件：nFA2n是整数相位条件意味着振荡电路必须是正反馈；振幅条件可以通过调整放大电路的放大倍数达到。HOME负反馈放大器和集成运算放大器72问题1：如何启振？Uo 是振荡器的电压输出幅度，B是要求输出的幅度。起振时Uo=0，达到稳定振荡时Uo=B。放大电路中存在噪声即瞬态扰动，这些扰动可分解为各种频率的分量，其中也包括有fo分量。选频网络：把fo分量选出，把其他频率的分量衰减掉。这时，只

14、要：|AF|1，且A+ B =2n，即可起振。HOME负反馈放大器和集成运算放大器73问题2：如何稳幅？起振后，输出将逐渐增大，若不采取稳幅，这时若|AF|仍大于1，则输出将会饱和失真。达到需要的幅值后，将参数调整为AF=1，即可稳幅。具体方法将在后面具体电路中介绍。起振并能稳定振荡的条件：111AFBUAFBUAFBUooo时，时，时，HOME负反馈放大器和集成运算放大器74（2）. RC振荡电路用RC 电路构成选频网络的振荡电路即所谓的 RC振荡电路，可选用的 RC 选频网络有多种，这里只介绍文氏桥选频电路。R1C1R2C2iUoU一、选频电路HOME负反馈放大器和集成运算放大器75HOM

15、E负反馈放大器和集成运算放大器76)1()1 (112211221CRCRjCCRRUUio1221212CRfCRfoo时，相移为0。R1C1R2C2iUoUHOME负反馈放大器和集成运算放大器77212121CCRRfo如果：R1=R2=R，C1=C2=C，则：RCfo21)(31ffffjUUooio)(31ffffarctgoo22)(31ffffUUooio传递函数：相频特性：幅频特性：fofioUU31+9090f0HOME负反馈放大器和集成运算放大器78二、用运放组成的RC振荡器0A所以，要满足相位条件，只有在 fo 处0F因为：1AF122RR uo_+R2RCRCR1121R

16、RA31112FRRA图图8.47 RC文氏桥振荡器文氏桥振荡器HOME负反馈放大器和集成运算放大器79kRnFCkR20,100,100102求得由式振荡电路的频率范围可RCf2109 .15101001010014. 321219301RCf15910100101014. 321219302RCf在图中，在图中，试求试求 该振荡电路的频率范围？该振荡电路的频率范围？ 该采用多大的、什么样的电阻才能得到较该采用多大的、什么样的电阻才能得到较理想的正弦波输出电压？理想的正弦波输出电压？解：解：下限频率为下限频率为上限频率为上限频率为HOME例负反馈放大器和集成运算放大器803112RRAufk

17、RR102201321 电阻电阻R1由同相比例运算电路的放大倍数为由同相比例运算电路的放大倍数为3求得求得 因：因：故故：为实现稳幅，为实现稳幅，R1 应采用正温度系数的热敏电阻应采用正温度系数的热敏电阻。 HOME负反馈放大器和集成运算放大器81能自行启动的电路（1）uotRtA半导体热敏电阻起振时，RT略大于2R1，使|AF|1，以便起振；_+RTRCRCR1t uo起振后，uo逐渐增大则RT逐渐减小，使得输出uo为某值时，|AF|=1，从而稳幅。HOME负反馈放大器和集成运算放大器82能自行启动的电路（2）R22为一小电阻，使(R21+R22)略大于2R1，|AF|1，以便起振；_+R2

18、1RCCR1R22D1D2随着uo的增加，R22逐渐被短接，A自动下降到使|AF|=1，使得输出uo稳定在某值。HOME负反馈放大器和集成运算放大器83输出频率的调整：RCfo21通过调整R或/和C来调整频率。_+RFuoRCCRKKR1R1R2R2R3R3C：双联可调电容，改变C，用于细调振荡频率。K：双联波段开关，切换R，用于粗调振荡频率。HOME负反馈放大器和集成运算放大器84电子琴的振荡电路：2121RRCfo_+RF1uoR1CCRD1D1RF2R28R27R26R25R24R23R22R21HOME负反馈放大器和集成运算放大器85+-RR3R1R2VDZCucuoA 图 8.48

19、矩形波发生电路电路组成(1)方波发生器2.2.非正弦信号产生电路非正弦信号产生电路HOME负反馈放大器和集成运算放大器86工作原理ZTZTURRRUURRRU211211HOME负反馈放大器和集成运算放大器87振荡周期2121RRlRCTnk21212RRlRCTnkkTTTHOME负反馈放大器和集成运算放大器88RCucR2R1R3Rw RwRwVDZuoA+-图 8.49 占空比可调的矩形波发生电路占空比可调的矩形波发生电路HOME负反馈放大器和集成运算放大器89占空比可调的矩形波发生电路和波形HOME负反馈放大器和集成运算放大器90(2)(2)锯齿波发生电路锯齿波发生电路积分运算电路积分运算电路(A2)起延时作用。起延时作用。电路的主要特点电路的主要特点:（a a）电路图）电路图 （b b）波形图）波形图 图图8.50 8.50 锯齿波发生器锯齿波发生器 同相输入滞回比较器（同相输入滞回比较器（A1）起开关作用；）起开关作用；H