电工电子技术c6集成运算放大器

1、1第十章 集成运算放大器 反馈10.1集成运算放大器简介10.2集成运放的基本结构10.3信号的运算电路10.4信号处理方面的应用10.510.1 反馈 2一、反馈的概念二、 负反馈的类型及分析方法三、负反馈对放大电路的影响10.1 反馈 3一、反馈的概念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，与输入信号迭加，就称为反馈。若引回的信号削弱了输入信号，就称为负反馈。若引回的信号增强了输入信号，就称为正反馈。这里所说的信号一般是指交流信号，所以判断正负反馈，就要判断反馈信号与输入信号的相位关系，同相是正反馈，反相是负反馈。10.1 反馈 4基本放大电路Ao反馈电路F反馈

2、框图：10.1 反馈 5基本放大电路Ao反馈回电路F+反馈电路的三个环节：放大：反馈：迭加：反馈框图：6例：Rf、RE1组成反馈网络，反馈系数：ufud+C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2RE1CEC3C2+ECuoui+T1T2Rf10.1 反馈 7二、 负反馈的类型及分析方法1、负反馈的类型(1)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。如果反馈信号取自电压信号，叫电压反馈。如果反馈信号取自电流信号，叫电流反馈。电压负反馈具有稳定输出电压、减小输出电阻的作用。电流负反馈具有稳定输出电流、增大输出电阻的作用。10.1 反馈 8RLuoRLuo电压反馈采样的两种形式：10

3、.1 反馈 9电流反馈采样的两种形式：RLioiERLioiERf10.1 反馈 10(2)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。反馈信号与输入信号串联，即反馈电压信号与输入信号电压比较的，叫串联反馈。反馈信号与输入信号并联，即反馈信号电流与输入信号电流比较的，叫并联反馈。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。10.1 反馈 11iifibib=i-if并联反馈ufuiubeube=ui-uf串联反馈10.1 反馈 12(3)交流反馈与直流反馈有的反馈只对交流信号起作用，称为交流反馈。有的反馈只对直流起作用，称为直流反馈。有的反馈对交直

4、流均起作用。在反馈网络中串接隔直电容，可以隔断直流，此时反馈只对交流起作用。在起反馈作用的电阻两端并联旁路电容，可以使其只对直流起作用。13增加隔直电容C后，Rf只对交流起反馈作用。+C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2RE1CEC3C2+ECuoui+T1T2RfC注：本电路中C1、C2也起到隔直作用。10.1 反馈 14增加旁路电容C后，RE1只对直流起反馈作用。+C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2CEC3C2+ECuoui+T1T2RfCRE110.1 反馈 15负反馈交流反馈直流反馈串联电压负反馈并联电压负反馈串联电流负反馈并联电流负反馈稳定静态工作点负反馈的分类10

5、.2 集成运算放大器简介 16将整个电路的各个元件做在一个半导体基片上。集成电路:优点:工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。分类:模拟集成电路、数字集成电路小、中、大、超大规模集成电路10.2 集成运算放大器简介 17集成电路内部结构的特点1、电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差方向一致，温度均一性好。2、电阻元件由硅半导体构成，范围在几十到20千欧，精度低。高阻值电阻用三极管有源元件代替或外接。3、几十PF以下的小电容用PN结的结电容构成、大电容要外接。4、二极管一般用三极管的发射结构成。IC10.3 集成运放的基本结构 18输入级中间级输出级-UEE+UCC uuo u反相端同相

6、端T3T4T5T1T2IS基本原理框图10.3 集成运放的基本结构 19T3T4T5T1T2IS u u反相端同相端uo与uo反相与uo同相20-UEE+UCC uuo u反相端同相端T3T4T5T1T2IS要求：输入级尽量减小零点漂移, 输入阻抗 ri尽可能大。21-UEE+UCC uuo u反相端同相端T3T4T5T1T2IS输入级中间级足够大的电压放大倍数22-UEE+UCC uuo u反相端同相端T3T4T5T1T2IS输入级中间级输出级主要提高带负载能力，给出足够的输出电流io ，输出阻抗 ro小。10.3 集成运放的基本结构 23 ri 高:几十k 几百k运放的特点： ro 小：几

7、十 几百 A o 很大:104 107理想运放： ri ro 0Ao 运放符号：uu+ uo u u+ uoA010.3 集成运放的基本结构 24理想运放的条件：放大倍数与负载无关，可以分开分析。虚短路虚断路由于运放的放大倍数很大，输入电阻高，输出电阻小，在分析时常将其理想化，称其所谓的理想运放。10.3 集成运放的基本结构 25理想运放的符号_+u+u-u010.4 信号的运算电路 26uiuouiuo+UOM-UOMAo越大，运放的线性范围越小，必须加负反馈才能使其工作于线性区。_+A010.4.1 概述10.4 信号的运算电路 27运放线性运用非线性状态应用：电压比较器电路信号的放大、运

8、算有源滤波电路在运放的线性应用中，运放的输出与输入之间加了负反馈，运放工作于线性状态。10.4 信号的运算电路 2810.4.2 信号的运算电路(1) 反相比例运算放大器_+RfR1RPuiuoi1ifi1=if10.4 信号的运算电路 29_+RfR1RPuiuo电路的输入电阻：Ri=R1反馈方式：电压并联负反馈输出电阻很小！平衡电阻，使输入端对地的静态电阻相等。RP=R1/Rf10.4 信号的运算电路 30_+RfR1RPuiuo共模电压：电位为0，虚地。输入电阻小、共模电压为0以及“虚地”是反相输入的特点。10.4 信号的运算电路 31(2) 同相比例运算放大器_+RfR1RPuiuou

9、-= u+= ui电压串联负反馈输入电阻高。10.4 信号的运算电路 32电压跟随器_+Rfuiuo此电路是电压串联负反馈，输入电阻大，输出电阻小，在电路中作用与分离元件的射极输出器相同，但是电压跟随性能好。若Rf=0、R1= 则电路如下:10.4 信号的运算电路 33(3) 反相加法运算：_+RfR11R12ui2uoRPui1i11i12if10.4 信号的运算电路 34(4)减法运算 (差动放大器)_+RfR1R1ui2uoRfui1解出：10.4 信号的运算电路 35_+RfR1R1ui2uoRfui1差动信号放大了两个信号的差，但是它的输入电阻不高, 这是由于反相输入造成的。10.4

10、 信号的运算电路 36(5) 微分运算：u-= u+= 0u i+uoRR2i1iFC10.4 信号的运算电路 37若输入：则：tui0tuo038应用举例：tui0(6) 积分运算：输入方波，输出是三角波。i1iFu i-+RR2Cuotuo010.4 信号的运算电路 392、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。tui0tuo0U-UomTM积分时限10.4 信号的运算电路 40例: 填空（1） 运算电路可实现Au1的放大器。（2） 运算电路可实现Au0的放大器。（3） 运算电路可将三角波电压转换成方波电压。（4） 运算电路可实现函数YaX1bX2c

11、X3，a、b和c均小于零。 解：（1）同相比例 （2）反相比例 （3）微分 （4）反相求和 10.4 信号的运算电路 41例:电路如图所示，集成运放输出电压的最大幅值为14V，填表。uI/V0.10.51.01.5uO1/VuO2/V10.4 信号的运算电路 42uO1(Rf /R) uI10 uI，uO2(1+Rf /R ) uI11 uI。当集成运放工作到非线性区时，输出电压不是14V，就是14V。uI/V0.10.51.01.5uO1/V151014uO2/V1.15.5111410.4 信号的运算电路 43练习：课本267页习题10-4、 268页习题10-5、6 270页习题10-1

12、1 备注：无须上交，下节课讲解10.4 信号的运算电路 4410-4: Rf =R1， R2 =R3，求：uO，R3。10.4 信号的运算电路 4510-5: 求：uO，R3。10.4 信号的运算电路 4610-6: Rf =R3， R2 =R1，求：uO。10.4 信号的运算电路 4710-11: 求：u21。10.5 信号处理方面的应用 48一、集成运放的非线性应用所谓非线性应用是指，由运放组成的电路处于非线性状态，输出与输入的关系uo=f(ui)是非线性函数。10.5.2 电压比较器49+uouiURuoui0+Uom-UomUR二、电压比较器10.5 信号处理方面的应用 5010.5 信号处理方面的应用 uoui0+Uom-Uom+uoui过零比较器5110.5 信号处理方面的应用 +uouituituo+Uom-Uom例：利用电压比较器将正弦波变为方