电工电子技术-第7章 集成运算放大器及其应用ppt课件

1、1青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III7.1 7.1 集成运算放大电路概述集成运算放大电路概述7.2 7.2 放大电路中的负反馈放大电路中的负反馈7.3 7.3 集成运算放大器的线性应用集成运算放大器的线性应用7.4 7.4 集成运算放大器的非线性应用集成运算放大器的非线性应用7.5 7.5 集成运算放大器使用时的注意事项集成运算放大器使用时的注意事项7.6 7.6 集成运算放大器的应用举例集成运算放大器的应用举例 第第7 7章章 集成运算放大器及集成运算放大器及其应用其应用2青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术

2、电工电子技术III学习目标学习目标l了解集成运放的组成及各部分的作用。了解集成运放的组成及各部分的作用。l掌握理想运放的条件和传输特性。掌握理想运放的条件和传输特性。l能够正确判断电路中是否引入反馈以及反馈的类型。能够正确判断电路中是否引入反馈以及反馈的类型。l掌握负反馈对放大电路性能的影响。掌握负反馈对放大电路性能的影响。l理解集成运放线性应用的条件和两个重要分析依据。理解集成运放线性应用的条件和两个重要分析依据。l掌握集成运放的基本运算电路。掌握集成运放的基本运算电路。l了解集成运放在信号处理方面的应用。了解集成运放在信号处理方面的应用。l理解集成运放非线性应用的条件和分析依据。理解集成运

3、放非线性应用的条件和分析依据。l掌握集成运放构成的电压比较器。掌握集成运放构成的电压比较器。l了解集成运放构成的各种信号发生电路。了解集成运放构成的各种信号发生电路。l掌握集成运放使用注意事项。掌握集成运放使用注意事项。3青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III7.1 7.1 集成运算电路概述集成运算电路概述7.1.1 7.1.1 集成运算放大器的组成及工作原理集成运算放大器的组成及工作原理1 1、集成运算放大器的组成、集成运算放大器的组成输入级输入级中间级中间级输出级输出级u+u-uo差放差放放大差摸放大差摸信号抑制信号抑制共模信号共模信号输入电

4、阻输入电阻大大共射共射放大倍数放大倍数高高射极输出器射极输出器输出电阻小输出电阻小带负载能力带负载能力强强集成运放是一种电压放大倍数高、输入集成运放是一种电压放大倍数高、输入电阻大、输出电阻小、共模抑制比高、电阻大、输出电阻小、共模抑制比高、抗干扰能力强、可靠性高、体积小、耗抗干扰能力强、可靠性高、体积小、耗电少的通用电子器件。电少的通用电子器件。4青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III u u+ uo A u 0 ：开环电压放大倍数：开环电压放大倍数2. 2. 集成运放的符号集成运放的符号u ：反相输入端；：反相输入端；u+ ：同相输入端；：同

5、相输入端；uo ：输出端。：输出端。)(0 uuAuuo5青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III圆壳式圆壳式双列直插式双列直插式空脚空脚+UCC-UEE输出输出u-u+12345678 A741 12876345 A7413. 3. 集成运放的管脚集成运放的管脚接调零电位器接调零电位器接调零电位器接调零电位器6青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III7.1.2 7.1.2 集成运算放大器的传输特性集成运算放大器的传输特性正饱和区：正饱和区： uuuiouomUomU线性区：线性区：)( uuAuuoo

6、,oomuu uU 负饱和区：负饱和区：,oomuu uU 7青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III7.1.3 7.1.3 集成运算放大器的主要参数集成运算放大器的主要参数一般略低于正、负电源电压。一般略低于正、负电源电压。1 1最大输出电压最大输出电压Uopp Uopp ： 能使输入输出保持不失真关系的能使输入输出保持不失真关系的最大输出电压最大输出电压2 2开环电压放大倍数开环电压放大倍数A u 0 A u 0 ：越大越好。越大越好。 一般为一般为104 107104 1073 3差模输入电阻差模输入电阻rid rid 与输出电阻与输出电阻r

7、o ro ：输入电阻很高。输入电阻很高。 一般为几十千欧一般为几十千欧 几十兆欧。几十兆欧。输出电阻很低。输出电阻很低。 一般为几十欧。一般为几十欧。无外接反馈时的差模电压放大倍数无外接反馈时的差模电压放大倍数8青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III7 7输入失调电压输入失调电压Uio Uio ： Uo=0时，在输入端加的补偿电压时，在输入端加的补偿电压反映了电路的不对称性。反映了电路的不对称性。 一般为几毫伏。一般为几毫伏。4 4共模抑制比共模抑制比KCMRR KCMRR ： 对共模信号的抑制能力。对共模信号的抑制能力。很高。很高。 一般为一般

8、为103 107 103 107 。运放能抑制共模信号的范围。运放能抑制共模信号的范围。5 5共模输入电压范围共模输入电压范围UiCM UiCM ：运放正常工作时，允许输入差模电压的范围。运放正常工作时，允许输入差模电压的范围。6 6最大差模输入电压最大差模输入电压UidM UidM ：9青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III7.1.4 理想运算放大器理想运算放大器1 1、理想运放：、理想运放： rid KCMRR ro 0Au 2 2、理想运放的、理想运放的传输特性传输特性 uo=f uo=fuiui）uoui = u+ - u- +Uom -

9、Uom理想运放理想运放有无线性有无线性区？区？10青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III3 3、理想运放的分析依据、理想运放的分析依据由于：由于： ri d = u u+ uo ii+1） i = i+ =0由于：由于： u+ - u- = uo / A u 02） u+ = u-uo 为有限值，为有限值， A u 0 为为结论结论2 2只适用于理想运放闭环线性应用时！只适用于理想运放闭环线性应用时！留意！留意！“虚断虚断”“虚短虚短”结论结论1 1适用于理想运放工作在线性和饱和时！适用于理想运放工作在线性和饱和时！11青岛大学电工电子实验教学中

10、心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III在实际中，集成运放的在实际中，集成运放的Au0， ri d不可能是无穷大不可能是无穷大 ，所以，所以“虚短虚短和和“虚断是两个近似的结论虚断是两个近似的结论。理想运放的线性区趋近于理想运放的线性区趋近于0，所以，所以运放要工作在线性区，必须引入运放要工作在线性区，必须引入深度负反馈。深度负反馈。12青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III7.2 7.2 放大电路中的负反馈放大电路中的负反馈7.2.1 7.2.1 反馈的概念反馈的概念反响：凡是将电路的输出信号电压或电流反响：凡是将电路的输出

11、信号电压或电流的一部分或全部通过一定的电路反馈回路的一部分或全部通过一定的电路反馈回路引回到输入端，与输入信号叠加，一同控制电路的引回到输入端，与输入信号叠加，一同控制电路的输出，就称为反馈。输出，就称为反馈。负反馈：若引回的信号削弱了输入信号，就称负反馈：若引回的信号削弱了输入信号，就称为负反馈。为负反馈。正反馈：若引回的信号增强了输入信号，就称正反馈：若引回的信号增强了输入信号，就称为正反馈。为正反馈。放大电路中引入的一般为负反馈放大电路中引入的一般为负反馈13青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III基本放大基本放大电路电路Ao反馈电路反馈电路

12、F反馈框图：反馈框图：净输入信号净输入信号输出信号输出信号开环放开环放大倍数大倍数反馈信号反馈信号 反馈系数反馈系数xixdxoxfxoxoxdxf= A0 xoxd= F xfxoA0=xoxdF=xfxo14青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III反馈信号削弱净输入信号反馈信号削弱净输入信号 负反馈负反馈反馈信号增强净输入信号反馈信号增强净输入信号 正反馈正反馈基本放大基本放大电路电路Ao反馈电路反馈电路Fxixdxoxfxoxd = xi - xfxd = xi + xf15青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术

13、电工电子技术III7.2.2 7.2.2 反馈的类型及判断反馈的类型及判断(1)(1)根据反馈电路在输出端所采样的信号不同，可根据反馈电路在输出端所采样的信号不同，可以分为电压反馈和电流反馈。以分为电压反馈和电流反馈。如果反馈信号取自正比于输出如果反馈信号取自正比于输出电流，为电流反馈电流，为电流反馈如果反馈信号取自正比于输出如果反馈信号取自正比于输出电压，为电压反馈电压，为电压反馈16青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III(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

14、，可以分为串联反馈和并联反馈。如果反馈信号与输入信号串联如果反馈信号与输入信号串联Xf=UfXf=Uf为串联反馈为串联反馈如果反馈信号与输入信号并联如果反馈信号与输入信号并联Xf=IfXf=If为并联反馈为并联反馈17青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III负负反反馈馈电压串联负反馈电压串联负反馈电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1. 负反馈的类型负反馈的类型18青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III1电压串联负反馈电压串联负反馈Rf基本放大电路：基本

15、放大电路：运放运放反馈电路：反馈电路：R1 、 Rf反馈信号：反馈信号：Uf = UO R1 /（ R1 + Rf ）+-Uf净输入信号：净输入信号：Ud = u+ - u- = ui - uf负反馈：负反馈：Uf与与UO 同相，削弱了净输入信号；同相，削弱了净输入信号；ud ui R1R2RLuo19青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III uo uf ud =ui-uf uo串联负反馈：串联负反馈：Uf与与Ui串联电压相加减）；串联电压相加减）；电压负反馈：电压负反馈：Uf = UO R1 /（ R1 + Rf ）反馈信号正比于输出电压反馈信号

16、正比于输出电压电压负反馈能稳定输出电压：电压负反馈能稳定输出电压：串联电压负反馈串联电压负反馈Rf+-Ufud ui R1R2RLuo20青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术IIIRf+-Ufud ui R1R2RLuo若考虑集成运放的若考虑集成运放的Aod和和rid很大很大，则流经，则流经R1 、 Rf的电流：的电流：电流只与输入电流只与输入ui ui有关，此时，将有关，此时，将RLRL接到接到RfRf位置，则可以获得稳定的电流。位置，则可以获得稳定的电流。这种电路引入的是电流串联负反馈。这种电路引入的是电流串联负反馈。odAodAiR1 = ui

17、/R1 = iRf21青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III2 2电流串联负反馈电流串联负反馈基本放大电路：基本放大电路： 运放运放反馈电路：反馈电路：Rf 、RL反馈信号：反馈信号：uf = io Rf净输入信号：净输入信号：ud = u+ - u- = ui - uf负反馈：负反馈：uf与与ui 同相，同相，削弱净输入信号；削弱净输入信号；Rf ui R2RLuoioufud22青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III串联负反馈：串联负反馈：Uf与与Ui串联电压相加减）串联电压相加减）电流负反馈：

18、电流负反馈：Uf = io Rf反馈信号正比于输出电流反馈信号正比于输出电流电流负反馈能稳定输出电流：电流负反馈能稳定输出电流：串联负反馈电路的输入电流很小，适用于输串联负反馈电路的输入电流很小，适用于输入信号为恒压源或近似恒压源的情况。入信号为恒压源或近似恒压源的情况。io uf ud =ui-uf uo ioRf ui R2RLuoioufud23青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III3 3电压并联负反馈电压并联负反馈Rf基本放大电路：基本放大电路： 运放运放反馈电路：反馈电路：Rf反馈信号：反馈信号：if = -uO/ Rf净输入信号：净输

19、入信号：id = ii - if负反馈：负反馈：if与与uo 反相，反相， 削弱了净输入信号；削弱了净输入信号； ui R1R2RLuoifiiid24青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III并联负反馈：并联负反馈：if与与ii并联电流相加减）并联电流相加减）电压负反馈：电压负反馈：if = -uo/ Rf反馈信号正比于输出电压反馈信号正比于输出电压电压负反馈能稳定输出电压：电压负反馈能稳定输出电压：并联电压负反馈并联电压负反馈Rf ui R1R2RLuoifiiidio uf ud =ui-uf uo io25青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学

20、电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III4 4） 电流并联负反馈电流并联负反馈基本放大电路：基本放大电路： 运放运放反馈电路：反馈电路：Rf 、 R3反馈信号：反馈信号：if = -io R3 /(Rf +R3)净输入信号：净输入信号：id = ii - if负反馈：负反馈：if与与uo （ io ）反相，）反相，削弱净输入信号；削弱净输入信号；ifiiidRfio ui R1R2R3uoRL26青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III并联负反馈：并联负反馈：if与与ii并联电流相加减）并联电流相加减）电流负反馈：电流负反馈：if = -

21、io R3 / (Rf +R3)反馈信号正比于输出电流反馈信号正比于输出电流并联电流负反馈并联电流负反馈ifiiid ui R1R2R3uoRfioRL27青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III电流负反馈能稳定输出电流：电流负反馈能稳定输出电流：if= ui /R1 =iiio= iR - if- Rf if= R3 iR iR = - Rf / R3 ifio= -if （1+Rf / R3 ）= -ui /R1 （1+Rf / R3）输出电流与负载无关。当元件参数输出电流与负载无关。当元件参数确定后，输出电流不变。确定后，输出电流不变。ifi

22、iid ui R1R2R3uoRfioiRRL28青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III归纳归纳电路中引入不同组态的交流负反馈就可实现不同的电路中引入不同组态的交流负反馈就可实现不同的控制关系，它们的放大倍数具有不同的物理意义：控制关系，它们的放大倍数具有不同的物理意义：电压串联负反馈电压串联负反馈电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OuufIuAuOiufIiAuOuifIuAiOiifIiAi放大电路中应引入电压负反馈还是电流负反馈，取决于负载欲得到稳放大电路中应引入电压负反馈还是电流负反馈，取

23、决于负载欲得到稳定的电压还是稳定的电流；放大电路中应引入串联负反馈还是并联负定的电压还是稳定的电流；放大电路中应引入串联负反馈还是并联负反馈，取决于输入信号源是恒压源或近似恒压源还是恒流源或反馈，取决于输入信号源是恒压源或近似恒压源还是恒流源或近似恒流源）。近似恒流源）。29青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III2. 2. 反馈类型的判断反馈类型的判断1 1找出反馈网络找出反馈网络将输入、输出联系起来的电路。将输入、输出联系起来的电路。Rf ui R1R2RLuoRf反馈网络：反馈网络： Rf RfRL ui R1R2uo反馈网络一般由电阻或电反

24、馈网络一般由电阻或电阻、电容组成。反馈电路阻、电容组成。反馈电路的结构决定了反馈信号是的结构决定了反馈信号是交流、直流或交、直流。交流、直流或交、直流。30青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III负反馈负反馈2 2判断正、负反馈：判断正、负反馈：瞬时极性法瞬时极性法假设输入端瞬时极性为假设输入端瞬时极性为“+ +”（电位升高）；（电位升高）；Rf ui R1R2RLuo由入至出，再由出至入，依次判断出各点的瞬时极性；由入至出，再由出至入，依次判断出各点的瞬时极性；若反馈信号使得净输入提高，为正反馈；若反馈信号使得净输入提高，为正反馈；若反馈信号使得

25、净输入降低，为负反馈；若反馈信号使得净输入降低，为负反馈；RfRL ui R1R2uo负反馈负反馈if31青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术IIIRf ui R2RLuoiouf？负反馈！负反馈！？正反馈！正反馈！Rf ui R2RLuoio本级反馈本级反馈反馈电路接至反相输入端为负反馈反馈电路接至反相输入端为负反馈反馈电路接至同相输入端为正反馈反馈电路接至同相输入端为正反馈if32青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III3 3） 判断串、并联反馈：判断串、并联反馈：看反馈电路与输入端的连接形式看反馈电

26、路与输入端的连接形式Rf ui R1R2RLuo若反馈信号与净输入信号串联反馈信号以电压的形式出现）若反馈信号与净输入信号串联反馈信号以电压的形式出现）RfRL ui R1R2uo串联反馈串联反馈并联反馈并联反馈若反馈信号与净输入信号并联反馈信号以电流的形式出现）若反馈信号与净输入信号并联反馈信号以电流的形式出现）串联串联反馈反馈并联并联反馈反馈ifiiiduduf33青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术IIIRf ui R2RLuoiouf？串联反馈！串联反馈！？并联反馈！并联反馈！udifiiidR3ioiR ui R1R2Rfuo本级反馈本级反

27、馈反馈信号与输入信号接在同一输入端为并联反馈反馈信号与输入信号接在同一输入端为并联反馈反馈电路与输入信号分别接在两个输入端为串联反馈电路与输入信号分别接在两个输入端为串联反馈反馈34青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III4 4判断电压、电流反馈：判断电压、电流反馈：看反馈电路与输出端的连接方式看反馈电路与输出端的连接方式Rf ui R1R2RLuo若反馈信号取自于输出电压，为电压反馈；若反馈信号取自于输出电压，为电压反馈；电压反馈电压反馈若反馈信号取自于输出电流，为电流反馈；若反馈信号取自于输出电流，为电流反馈；ifiiidRf ui R2RLu

28、oiouf电流反馈电流反馈35青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术IIIRf ui R2RLuoiouf？电流反馈！电流反馈！？电压反馈！电压反馈！RfRL ui R1R2uouduf本级反馈本级反馈反馈信号直接从输出端引出为电压反馈反馈信号直接从输出端引出为电压反馈从负载电阻从负载电阻RLRL的靠近的靠近“地端引出为电流反馈地端引出为电流反馈36青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术IIIRf1 ui R1R2uo1Rf3Rf2 R1RLuoRf1 、 Rf2 ：本级并联电压负反馈；本级并联电压负反馈；Rf

29、3 ：ufuduo级间串联电压负反馈！级间串联电压负反馈！37青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III负负反反馈馈电压串联负反馈电压串联负反馈电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1. 负反馈的类型负反馈的类型38青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III1电压串联负反馈电压串联负反馈Rf ui R1R2RLuo39青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III2 2电流串联负反馈电流串联负反馈Rf ui R2RLuo4

30、0青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III3 3电压并联负反馈电压并联负反馈Rf ui R1R2RLuo41青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III4 4） 电流并联负反馈电流并联负反馈Rf ui R1R2R3uoRL42青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III7.2.3 7.2.3 负反馈对放大电路的影响负反馈对放大电路的影响基本放大基本放大电路电路Ao反馈电路反馈电路FxixdxoxfxoA0=xoxdF =xfxoxd = xi - xf1. 1. 降

31、低放大倍数降低放大倍数oddfddiofxFxxAxxxAxxA 00FAA001 Af：闭环放大倍数：闭环放大倍数负反馈使放大倍数下降。负反馈使放大倍数下降。43青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III2. 负反馈提高放大倍数的稳定性负反馈提高放大倍数的稳定性001fAAA FFAAdAAdAff00011 反馈深度反馈深度FA01 称为深度负反馈，此时：称为深度负反馈，此时：假设假设10 FA fAF1 在深度负反馈的情况下，放大倍数在深度负反馈的情况下，放大倍数只与反馈网络的参数有关。只与反馈网络的参数有关。引入负反馈使电路放大引入负反馈使电

32、路放大倍数的稳定性提高。倍数的稳定性提高。44青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III3. 改善波形的非线性失真改善波形的非线性失真AouiufAouiuoFuduo加反馈前加反馈前加反馈后加反馈后引入负反馈将输出端的失真信号反送到输入端，引入负反馈将输出端的失真信号反送到输入端，使净输入信号发生某种程度的失真，经过放大后使净输入信号发生某种程度的失真，经过放大后，即可使输出信号的失真得到一定程度的补偿。，即可使输出信号的失真得到一定程度的补偿。从本质上说，负反馈是利用失真了的波形来改善从本质上说，负反馈是利用失真了的波形来改善波形的失真，因此只能

33、减小失真，不能完全消除波形的失真，因此只能减小失真，不能完全消除失真。失真。45青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III4. 4. 展宽了通频带展宽了通频带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：fAfHFfH集成运放中都采用直接耦合，无耦合电容，故集成运放中都采用直接耦合，无耦合电容，故其低频特性良好，展宽了通频带；引入负反馈其低频特性良好，展宽了通频带；引入负反馈后，在高频段通频带又能得到展宽。后，在高频段通频带又能得到展宽。46青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III5

34、. 5. 对输入、输出电阻的影响对输入、输出电阻的影响1 1串联反馈使电路的输入电阻增加：串联反馈使电路的输入电阻增加：2 2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：3 3电压反馈使电路的输出电阻减小：电压反馈使电路的输出电阻减小：稳定输出电压！稳定输出电压！iifrFAr)1(0 FArriif01 FArroof01 4 4电流反馈使电路的输出电阻增加：电流反馈使电路的输出电阻增加：oofrFAr)1(0 稳定输出电流！稳定输出电流！47青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III7.3 7.3 集成运算放大器的线性应用集成运算

35、放大器的线性应用理想运放理想运放引入深度负反馈，使运放工引入深度负反馈，使运放工作于线性状态。作于线性状态。运放的线性应用运放的线性应用理想运放线性应用时的两个重要结论：理想运放线性应用时的两个重要结论：1） i = i+ =0 “虚虚断断”2） u+ = u- “虚虚短短” u u+ uo 48青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III虚地虚地1. 1. 比例运算电路比例运算电路1 1） 反相比例运算电路反相比例运算电路uiuo0uu i1=ifi+= i- = 0i1ifi-i+u+u-7.3.1 7.3.1 基本运算电路基本运算电路_+ + R

36、fR1R2foiRuRu 1ifouRRu1 1RRuuAfiouf 电压并联电压并联负反馈负反馈49青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III uo uo 与与 ui ui 为比例关为比例关系系 uo uo 与与 ui ui 反相位反相位 若若Rf=R1Rf=R1，则为，则为 反相器反相器 电压并联负反馈电压并联负反馈 R2 ： 平衡电阻，保平衡电阻，保持运放输入级电路的对持运放输入级电路的对称性称性 R2=R1/Rf_+ + RfR1R2uiuoifouRRu1 电位为电位为0 0，虚地虚地 uic =050青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电

37、工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III2 2） 同相比例运算电路同相比例运算电路uiuo_+ + RfR1R2u-= u+= ui没有虚地概念。没有虚地概念。i1ifi-i+u+u-i+= i- = 0i1= if = = （ui - uo ）/ Rf- ui / R1ifouRRu)1(1 电压串联负反馈电压串联负反馈51青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III uo uo 与与 ui ui 为比例关为比例关系系 uo uo 与与 ui ui 同相位同相位 电压串联负反馈电压串联负反馈 R2 ： 平衡电阻平衡电阻 R2=R1/Rf_+

38、+ RfR1R2uiuoifouRRu)1(1 uic=ui同相比例系数也即电压同相比例系数也即电压放大倍数放大倍数Af总是大于或总是大于或等于等于1，不会小于，不会小于1。52青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III电压跟随器电压跟随器uo_+ + ui 若若Rf=0Rf=0，或，或R1 = R1 = ifouRRu)1(1 iouu 电压串联负反馈，电压串联负反馈，输入电阻大，输输入电阻大，输出电阻小出电阻小53青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术IIIR3i1ifi-i+u+u-i+= i- = 0

39、i1= if = = （u+ - uo ）/ Rf- u+ / R1_+ + RfR1R2uiuo uRRufo)1(1iuRRRuu323 ifouRRRRRu3231)1( 54青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III2. 2. 加法运算电路加法运算电路R12_+ + RfR11ui2uoR2ui1i11i12ifR2=R11/R12/Rf平衡电阻：平衡电阻：0 uufiii 1211ffoRiu 212111ififouRRuRRu 叠加叠加反相加法反相加法55青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术I

40、II电路如图示。求电路如图示。求uouo的波形。的波形。_+ + 100k100k50kui2uo25kui1tui1tui2tuo1v-1v-0.5v解：解：)uRRuRR(u2i12f1i11f0 = -（100/100ui1+100/50ui2）= -（ui1+2ui2）例例1 156青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III叠加原理叠加原理3. 3. 差动运算电路差动运算电路ui1ui2Rf R1R2uoui1Rf R1R2uo uoRf R1R2ui2uo=uo uo+1121)1(ififouRRuRRu 57青岛大学电工电子实验教学中心

41、青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术IIIuo=uo uo+R3Rf R1R2uoui1ui2ui1Rf R1R2uoR31123231)1 (ififouRRuRRRRRu uoui2Rf R1R2R358青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III那么：那么：假设：假设： R1 = R2 R3 = Rf假设：假设： R2 = R3 = R1 = Rf那么：那么：减法器减法器1123231)1(ififouRRuRRRRRu R3Rf R1R2uoui1ui2)(121iifouuRRu 12iiouuu 差动运算电路广泛应用差动运算

42、电路广泛应用在测量和控制系统中。在测量和控制系统中。59青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III4. 4. 积分运算电路积分运算电路=cucicdtduCiCC dtiC1uCCi1ui-+R1R2Cfuoif11Ruii dtduCiof dtuCRuifo 11反相积分反相积分 R1CF为积分常为积分常数数60青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III坚持坚持如果积分器从某一时刻输入一直流电压，输出如果积分器从某一时刻输入一直流电压，输出将反向积分，经过一定的时间后输出饱和。将反向积分，经过一定的时间

43、后输出饱和。tui0tuo0U-Uom线性函数线性函数积分积分dtUCRufo 11tCRUufo 161青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术IIItui0tuo0图示电路中，已知输入方波，输出图示电路中，已知输入方波，输出是三角波。是三角波。i1ui-+R1R2Cfuoif例例2 262青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III比例积分电路比例积分电路PIPI）i1ifu i-+R1R2RfuoCf=11Ruii dtduCicf 11()()focRffRUuuuUtRRC63青岛大学电工电子实验教学中

44、心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III积分积分假设假设 u i = U那那么么uo=R1CfU t- u i RF R1tuouit0U-Uom- u i RFR1比例比例坚持坚持i1ifu i-+R1R2RfuoCf64青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III5. 5. 微分运算电路微分运算电路u i+uoRfR2i1ifC10 uufofiRuidtduCi 11dtduCRuifo1 tui0tuo0当输入为阶跃信号当输入为阶跃信号时，输出为尖脉冲时，输出为尖脉冲65青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中

45、心电工电子技术电工电子技术III例例3 3图示电路中，已知输入正弦波，图示电路中，已知输入正弦波，求输出波形求输出波形u i+uoRfR2i1ifC1tsinui o=RCsin(t-90 )ou = - RC costtui0tuo066青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III7.3.2 7.3.2 集成运算放大器在信号处理方面的应用集成运算放大器在信号处理方面的应用滤波器滤波器: :低通滤波器；高通滤波器；带通滤波器；带阻滤波器低通滤波器；高通滤波器；带通滤波器；带阻滤波器1. 1. 有源滤波器有源滤波器使一定频率范围内的信号顺利通过，在此频使

46、一定频率范围内的信号顺利通过，在此频率范围以外的信号衰减很大，不能通过。率范围以外的信号衰减很大，不能通过。无源滤波器无源滤波器: :一般由无源器件一般由无源器件R R、C C组成组成有源滤波器有源滤波器: :一般由有源器件集成运算放大一般由有源器件集成运算放大器与器与R R、C C组成。组成。特性差，带负载能力差，无放大作用特性差，带负载能力差，无放大作用67青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III幅频特性幅频特性filter)( jUo )( jUi )()()( jUjUjfio ioiUUjUjUjfo )()()( 68青岛大学电工电子实

47、验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III按幅频特性分类：按幅频特性分类： ioUU ioUU ioUU ioUU低通低通高通高通带通带通带阻带阻69青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III1. 1.一阶低通滤波器一阶低通滤波器RCj11 0j11 RC10 C j1Rj1UUioC无无源源RCR)( jUi )( jUo 70青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III10.707 0此电路的缺点：此电路的缺点：1 1、带负载能力差。、带负载能力差。2 2、无放大作用。、无放大作

48、用。3 3、特性不理想，边沿不陡。、特性不理想，边沿不陡。截止频率处：截止频率处：21UUi0 011)( jjf 20)(11)( jf0 ioUU截止频率截止频率71青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III一阶有源低通滤波器一阶有源低通滤波器RR1RFC+-+iU oU iiURcjUcjRcjU 1111iffoURcjRRURRU 11)1()1(11RCjRRUUfio 11)1(172青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III幅频特性：幅频特性：RCjRRUUfio 11)1(1201)(11

49、)1( RRUUfioRC10 00 ioUU截止角频率截止角频率截止角频率：截止角频率：)1(1RRf 73青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III2） w = w0 时，时，低通，有放低通，有放大作用，运大作用，运放输出，带放输出，带负载能力强。负载能力强。201)(11)1( RRUUfio21)1(1RRUUfio 1） w w0 时，时，)1(1RRUUfio 3） w w0 时，时， ioUU4） 时，时，0 ioUU74青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III如何组成高通有源滤波器？如何组

50、成高通有源滤波器？RC对调对调RR1RFC+-+iU oU 请同学们自行推导高通滤波器的幅频特性请同学们自行推导高通滤波器的幅频特性75青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III2. 2. 采样保持电路采样保持电路uo ui R2ucS控制信号控制信号电压跟随器电压跟随器功能功能将变化较快的模拟信将变化较快的模拟信号变为阶梯信号。号变为阶梯信号。工作原理工作原理uo = u+ = uct0uo , uiui控制信号控制信号采采样样坚坚持持采采样样采采样样采采样样坚坚持持坚坚持持坚坚持持uo控制信号控制信号=1=1，S S闭，闭， uc = ui uo

51、 = ui uc = ui uo = ui 控制信号控制信号=0=0，S S开，开， uc uc 坚持，坚持， uo uo 坚持坚持 电路电路76青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III3. 3. 信号变换电路信号变换电路1 1电压电压电压变换器电压变换器uo UZ R2DZ12VR3R1RWUWUO = UW连续可调连续可调UZ ：基准电压：基准电压77青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III2 2） 电压电压电流变换器电流变换器R ui R2RLuoiLiL= ui / R将电压变换为与其成正比的电

52、流，将电压变换为与其成正比的电流，输出电流与负载电阻无关。输出电流与负载电阻无关。恒流源恒流源78青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III3 3） 电流电流电压变换器电压变换器DRf -EuoILuo= iL Rf将电流变换为与其成正比的电压。将电流变换为与其成正比的电压。79青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III4 4电流电流电流变换器电流变换器Rf IS RRLuo IL IfIf =IL RRf + RIS +If =0If = - IS = - IS)1.(RRIIfSL 80青岛大学电工电子

53、实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III7.3.3 RC7.3.3 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路正弦波振荡器：正弦波振荡器： 产生正弦波信号的电路。产生正弦波信号的电路。 接通电路的电源，即开始工作，输接通电路的电源，即开始工作，输出一定频率的正弦波信号。出一定频率的正弦波信号。不需要输入信号？不需要输入信号？是的！自激振荡是的！自激振荡 ！81青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III1. 1. 自激振荡自激振荡正反馈电正反馈电路才能产路才能产生自激振生自激振荡荡负反馈：负反馈：正反馈：正反馈：基本放大基本放大电路

54、电路Ao反馈电路反馈电路FUiUdUoUfUoUd = Ui - UfUd = Ui + Uf改成正反馈改成正反馈82青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III假设：假设：基本放大基本放大电路电路Ao反馈电路反馈电路FUiUdUoUfUoUd = Ui + UfUi= Uf去掉去掉 ，仍信号输出。，仍信号输出。 Ui83青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III基本放大基本放大电路电路Ao反馈电路反馈电路FUdUoUfUo反馈信号代替了放大电路的输入信号，输入信反馈信号代替了放大电路的输入信号，输入信号为号

55、为0时仍有输出，称为自激振荡。时仍有输出，称为自激振荡。84青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III自激振荡的条件：自激振荡的条件：基本放大基本放大电路电路Ao反馈电路反馈电路FUdUoUfUodfUU ofUFU 0AUUod ooUFAU 010 FA85青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III所以自激振荡条件可以写成：所以自激振荡条件可以写成：（1幅值条件：幅值条件：（2 2相位条件：相位条件：（n是整数）是整数）相位条件保证反馈极性为正反馈，相位条件保证反馈极性为正反馈，幅值条件保证反馈有足够的

56、强度。幅值条件保证反馈有足够的强度。可以通过调整放大电路的放大倍数达到。可以通过调整放大电路的放大倍数达到。10 FA000AAAFFF由于：由于：10FAnFA2086青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III 为了得到单一频率的正弦波，自激振荡的为了得到单一频率的正弦波，自激振荡的频率必须是一定的，也就是说在放大、正反馈回频率必须是一定的，也就是说在放大、正反馈回路中应该有选频作用，将不要的频率抑制掉。路中应该有选频作用，将不要的频率抑制掉。 Xi Xi 最初是由放大电路接通电源时激起的一个微最初是由放大电路接通电源时激起的一个微小的干扰信号提供

57、的，这就是起始信号。它是非正小的干扰信号提供的，这就是起始信号。它是非正弦信号，是由多种频率正弦信号叠加而成的。弦信号，是由多种频率正弦信号叠加而成的。 为了让它发展增长，振荡电路中必须有放大为了让它发展增长，振荡电路中必须有放大和正反馈环节。和正反馈环节。选频电路通常由选频电路通常由RC电路或电路或LC电路组成。电路组成。87青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III2. RC2. RC选频电路选频电路RCRC用用RCRC电路构成的选频网络有多种，电路构成的选频网络有多种，这里只介绍文氏桥选频电路。这里只介绍文氏桥选频电路。自激振荡的频率必须是一定

58、的，也就是说在放大、反自激振荡的频率必须是一定的，也就是说在放大、反馈回路中应该有选频作用，将不要的频率抑制掉。馈回路中应该有选频作用，将不要的频率抑制掉。UiUo 文氏桥选文氏桥选频电路在频电路在振荡电路振荡电路中是反馈中是反馈网络网络UfUo88青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术IIIRCRCUiUo )1(31RCRCjUUio RCfRCf00212 RCf 210 若令此时幅频特性值若令此时幅频特性值最大）最大）那么：那么：对于频率为对于频率为f0的信号：的信号：0 fio 31 FUUio89青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子

59、实验教学中心电工电子技术电工电子技术III频率特性：频率特性：+9090fff0ioUU 310 在在fo处：处：0 fio 31 FUUio90青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III_+ + R2uoR13. 3. 用运放组成的用运放组成的RCRC振荡器：振荡器：0A 在在f0 f0 处处：0f 满足相位条件。满足相位条件。AF=131F RR1A12 RCRCuf在在f0 f0 处处：122RR 满足幅值条件。满足幅值条件。91青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III如何启振？如何启振？Uo 是振

60、荡器的电压输出幅度，是振荡器的电压输出幅度，B是要是要求输出的幅度。起振时求输出的幅度。起振时Uo=0，达到稳定振，达到稳定振荡时荡时Uo=B。起振并能稳定振荡的条件：起振并能稳定振荡的条件：1AFBUo 时，时，1AFBUo 时，时，1AFBUo 3，AF1，随着，随着uo的增加，的增加，R22逐渐被短逐渐被短接，接，A自动下自动下降。降。93青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III输出频率的调整输出频率的调整_+ + RfuoRCCRK2K1R1R1R2R2R3R3改变改变R R或或C C，可改变可改变输出频输出频率率 ！RCf 210 94青