第11章_运算放大器

1、东华理工大学东华理工大学机械与电子工程学院基础教学部机械与电子工程学院基础教学部第第 11 章章运算放大器运算放大器11.1 集成运算放大器的简单介绍集成运算放大器的简单介绍11.2 运算放大电路中的负反馈运算放大电路中的负反馈11.3 运算放大器在信号运算方面的应用运算放大器在信号运算方面的应用 集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多级集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多级直接耦合放大电路。是发展最早、应用最广泛的一种直接耦合放大电路。是发展最早、应用最广泛的一种模拟集成电路。模拟集成电路。Auo 高高: 80dB140dBrid 高高: 105 1011 ro 低低: 几十几十 几百

2、几百 KCMR高高: 70dB130dBuo+Auou+u。 。+UCCUEE 11.1 集成运算放大器的简单介绍集成运算放大器的简单介绍+UCCUEEuu+输入级输入级中间级中间级 输出级输出级同相同相输入端输入端输出端输出端反相反相输入端输入端 输入级：输入级：输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干扰输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干扰信号，都采用带恒流源的差放信号，都采用带恒流源的差放 。 中间级：中间级：要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的共发射极放大电路构成。共发射极放大电路构成。 输出级：输出级：与负载相接，要求输出电阻低，带负载能与负载相接，要求输

3、出电阻低，带负载能力强，一般由互补对称电路或射极输出器构成。力强，一般由互补对称电路或射极输出器构成。11.1.3 主要参数主要参数1. 最大输出电压最大输出电压 UOPP 能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。2. 开环差模电压增益开环差模电压增益 Auo 运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。 Auo愈高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。愈高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。6. 共模输入电压范围共模输入电压范围 UICM 运放所能承受的共模输入电压最大值。超出此值，运放所能承受的共

4、模输入电压最大值。超出此值，运放的共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。运放的共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。3. 输入失调电压输入失调电压 UIO4. 输入失调电流输入失调电流 IIO5. 输入偏置电流输入偏置电流 IIB1. 理想运算放大器理想运算放大器Auo ， rid ，ro 0 ， KCMR 2. 电压传输特性电压传输特性 uo= f (ui)线性区：线性区：uo = Auo( (u+ u)非线性区：非线性区：u+ u 时，时， uo = +Uo(sat) u+ u 时，时， uo = + Uo(sat) u+ u 时，时， uo = Uo(sat) u+ u uoUo(sat)+

5、Uo(sat) O饱和区饱和区凡是将放大电路输出端的信号（电压或电凡是将放大电路输出端的信号（电压或电流）的一部分或全部引回到输入端，与输入流）的一部分或全部引回到输入端，与输入信号迭加，就称为信号迭加，就称为反馈反馈。若引回的信号削弱了输入信号，就称为若引回的信号削弱了输入信号，就称为负负反馈反馈。若引回的信号增强了输入信号，就称。若引回的信号增强了输入信号，就称为为正反馈正反馈。 11.2 放大电路中的负反馈放大电路中的负反馈11.2.1 反馈的基本概念反馈的基本概念放大器放大器输出输出输入输入取取+ 加强输入信号加强输入信号 正反馈正反馈 用于振荡器用于振荡器取取 - 削弱输入信号削弱输

6、入信号 负反馈负反馈 用于放大器用于放大器开环开环闭环闭环负反馈的作用：负反馈的作用：稳定静态工作点；稳定放大倍数；稳定静态工作点；稳定放大倍数；扩展通频带扩展通频带反馈网络反馈网络叠加叠加反馈反馈信号信号实际被放大信号实际被放大信号基本放大电路基本放大电路AodX oX 反馈网络反馈网络FfX 放大放大：dooXXA 叠加：叠加：fidXXX 负反馈框图：负反馈框图：AO称为开环称为开环放大倍数放大倍数iX + 反馈反馈：ofXXF AF称为闭环放大倍数称为闭环放大倍数AF=Xo / Xi输出信号输出信号输入信号输入信号反馈信号反馈信号差值信号差值信号负反馈放大器负反馈放大器F称为反馈系数称

7、为反馈系数设设Xf与与Xi同相同相负反馈放大器的一般关系负反馈放大器的一般关系闭环放大倍数：闭环放大倍数：放大放大：dooXXA 反馈反馈：ofXXF 叠加：叠加：fidXXX AF=Xo / Xi =Xo / (Xd+ Xf)= Xo / ( + XoF) =XoAo11Ao+F=Ao1+AoFAF=Ao1+ AoF负反馈放大器的闭环放大倍数负反馈放大器的闭环放大倍数当当Ao很大时很大时, AoF 1,AF 1 F结论结论:当当Ao很大时很大时,负反馈放大器的闭环放大负反馈放大器的闭环放大倍数与晶体管无关倍数与晶体管无关,只与反馈网络有关。即负只与反馈网络有关。即负反馈可以稳定放大倍数。反馈

8、可以稳定放大倍数。11.2.2 负反馈的四种类型负反馈的四种类型反馈量反馈量 Xo输入信号的连接方式输入信号的连接方式Uo电压电压Ic电流电流Ie串联串联并联并联(将反馈信号变为电压信号将反馈信号变为电压信号,与与输入电压输入电压ui相减相减,得到被放大的得到被放大的电压信号电压信号ube)(将反馈信号变为电流信号将反馈信号变为电流信号,与与输入电流输入电流ii相减相减,得到被放大的得到被放大的电流信号电流信号ib)四种连接方式四种连接方式: (1)电流串联负反馈电流串联负反馈 (2)电压串联负反馈电压串联负反馈 (3)电流并联负反馈电流并联负反馈 (4)电压并联负反馈电压并联负反馈oF11f

9、uRRRu fofRui RuRuiifo oFfiRRRi oFfiRRRi f11i1 iiRui ，且且因因iF1o)1(1 uRRRi 所所以以11.2.3 负反馈对放大电路的影响负反馈对放大电路的影响dooXXA ofXXF fidXXX 反馈电路的反馈电路的基本基本 方程方程基本放大电路基本放大电路AodX oX 反馈网络反馈网络FfX iX + FA1AXXAooiofFAo开环放大倍数开环放大倍数AF闭环放大倍数闭环放大倍数Xf与与Xi同相同相负反馈使放大倍数下降。负反馈使放大倍数下降。1. 引入负反馈使电路的稳定性提高。引入负反馈使电路的稳定性提高。dfofdoXXXXXXF

10、Ao dfXX 、同相，所以同相，所以0FAo AFAF AO1+AOFAO1=AF=Ao1+ AoF则有：则有：|AF| 0 ui = Ui 0 采用集成运算放大器组成的积分电路，由于充电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，故电流基本上是恒定的，故 uo 是时间是时间 t 的一次函数，的一次函数，从而提高了它的线性度。从而提高了它的线性度。输出电压随时输出电压随时间线性变化间线性变化tCRUiF1 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uoCFuiR2R1+ RFifi1电路的输出电压电路的输出电压F 11F1(d )R ii

11、tC )d1(iF1i1F tuCRuRRoF f()CuR iu 上式表明：输出电压是对输入电压的比例上式表明：输出电压是对输入电压的比例-积分积分 这种运算器又称这种运算器又称 PI 调节器调节器, 常用于控制系统中常用于控制系统中, 以保证以保证自控系统的稳定性和控制精度。改变自控系统的稳定性和控制精度。改变 RF 和和 CF，可调整比可调整比例系数和积分时间常数例系数和积分时间常数, 以满足控制系统的要求。以满足控制系统的要求。oi1FdduuCtR tuCRuddi1Fo ifi1由虚短及虚断性质可得由虚短及虚断性质可得 i1 = ifuoC1uiR2RF+ uitOuotO上式表明：输出电压是对输入电压的比