第9章 集成運(yùn)算放大器

9.1集成運(yùn)算放大器簡介9.2集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用9.3集成運(yùn)算放大器的非線性應(yīng)用9.4集成運(yùn)算放大器應(yīng)用實(shí)例第9章集成運(yùn)算放大器9.1集成運(yùn)算放大器簡介9.1.1基本組成輸入級(jí)中間級(jí)偏置電路輸出級(jí)輸入端輸出端輸入級(jí)：輸入電阻高，由差動(dòng)放大電路構(gòu)成。中間級(jí)：電壓放大，由共射極放大電路構(gòu)成。2.集成運(yùn)算放大器的電路符號(hào)u-uo

++-u+Ao輸出級(jí)：輸出電阻低，由互補(bǔ)對(duì)稱放大電路或射極輸出器構(gòu)成。偏置電路：給各級(jí)運(yùn)放提供合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。開環(huán)電壓放大倍數(shù)9.1.2主要參數(shù)1、開環(huán)電壓放大倍數(shù)Ao—沒有外接反饋時(shí)所測出的差模電壓放大倍數(shù)。2、最大輸出電壓UOPP—能使輸出電壓與輸入電壓保持不失真關(guān)系的最大輸出電壓。3、輸入失調(diào)電壓UIO—為使輸出等于零而在輸入端加的微小補(bǔ)償電壓。4、輸入失調(diào)電流IIO—當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí)，兩個(gè)輸入端的靜態(tài)基極電流之差。5、輸入偏置電流IB—當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí)，兩個(gè)輸入端的靜態(tài)基極電流的平均值。2.非線性區(qū)（飽和區(qū)）7、最大共模輸入電壓UicM6、最大差模輸入電壓UidM9.1.3電壓傳輸特性1.線性區(qū)（線性放大）正飽和負(fù)飽和線性區(qū)o-UoMuo+UoM如何使集成運(yùn)算放大器在較大的輸入電壓下工作在線性區(qū)?在電路中引入負(fù)反饋。u-uo

++-u+Ao反饋網(wǎng)絡(luò)9.1.4理想運(yùn)算放大器1.理想運(yùn)放的條件（1）開環(huán)電壓放大倍數(shù)（2）開環(huán)差模輸入電阻（3）開環(huán)輸出電阻（4）共模抑制比u-uo

+-u+rid+-uocro集成運(yùn)放等效電路uii+i-RL3.理想運(yùn)算放大器的電壓傳輸特性u(píng)oo-UoM+UoM2.理想運(yùn)算放大器的電路符號(hào)u-uo

∞

++-u+4.理想運(yùn)算放大器的特點(diǎn)虛斷（1）虛斷u-uo

∞

++-u+i+i-如圖，虛短即（3）當(dāng)運(yùn)算放大器工作在非線性區(qū)(飽和區(qū))時(shí)，（2）虛短當(dāng)運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)時(shí)，9.2放大電路中的負(fù)反饋凡是將放大電路輸出端的信號(hào)（電壓或電流）的一部分或全部引回到輸入端，與輸入信號(hào)迭加，就稱為反饋。若引回的信號(hào)削弱了輸入信號(hào)，就稱為負(fù)反饋。若引回的信號(hào)增強(qiáng)了輸入信號(hào)，就稱為正反饋。9.2.1反饋的基本概念三個(gè)主要環(huán)節(jié)：放大：反饋：迭加：負(fù)反饋框圖：基本放大電路反饋電路+–閉環(huán)放大倍數(shù)：其中，為反饋深度9.2.2反饋的類型及判斷1.反饋的分類(1)正反饋和負(fù)反饋(瞬時(shí)極性法)假設(shè)某一瞬間輸入信號(hào)發(fā)生變化，增大用“+”表示，減小用“-”表示。按信號(hào)傳輸方向依次判斷相關(guān)點(diǎn)的瞬時(shí)極性，直至判斷出反饋信號(hào)的瞬時(shí)極性。當(dāng)反饋信號(hào)和輸入信號(hào)加于輸入回路同一電極時(shí)，若二者瞬時(shí)極性相同為正反饋，相反為負(fù)反饋。

當(dāng)反饋信號(hào)和輸入信號(hào)加于輸入回路不同電極時(shí)，若二者瞬時(shí)極性相同為負(fù)反饋，相反為正反饋。+UCCRB1RCC1C2RB2RERLuoicieibui只分析交流信號(hào)三極管集電極與基極相位相反，發(fā)射極與基極相位相同判斷此電路為正反饋還是負(fù)反饋？此電路是負(fù)反饋（2）直流反饋和交流反饋若反饋信號(hào)中只含交流分量，則為交流反饋。（3）電壓反饋和電流反饋若反饋信號(hào)從輸出電壓取樣為電壓反饋，否則為電流反饋。若反饋信號(hào)中只含直流分量，則為直流反饋。（4）串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋若反饋信號(hào)與輸入信號(hào)加在同一個(gè)電極上，則為并聯(lián)反饋；若加兩個(gè)電極上，則為串聯(lián)反饋。iifibib=i-if并聯(lián)反饋ufuiubeube=ui-uf串聯(lián)反饋負(fù)反饋交流反饋直流反饋電壓串聯(lián)負(fù)反饋電壓并聯(lián)負(fù)反饋電流串聯(lián)負(fù)反饋電流并聯(lián)負(fù)反饋穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)2.負(fù)反饋的分類3.負(fù)反饋的判斷方法判斷步驟：(2)是正反饋還是負(fù)反饋？(4)若是交流反饋，是何種類型的負(fù)反饋？（判斷反饋的組態(tài)）(1)找出反饋網(wǎng)絡(luò)（電阻）；(3)是交流反饋還是直流反饋？判斷負(fù)反饋的方法：瞬時(shí)極性法。例1：判斷Rf是否負(fù)反饋，若是，判斷反饋組態(tài)。ufubeuc1ub2uc2+–C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2RE1CEC3C2+UCCuoui+–VT1VT2Rf此電路是電壓串聯(lián)負(fù)反饋，對(duì)直流不起作用。例2：判斷Rf是否負(fù)反饋，若是，判斷反饋的組態(tài)。電壓反饋并聯(lián)反饋此電路是電壓并聯(lián)負(fù)反饋。+UCCRCC2C1Rfuiuoiibif+UCCRCC2C1Rfuiuoiibif三極管的靜態(tài)工作點(diǎn)如何提供？能否在反饋回路加隔直電容？不能！Rf為三極管提供靜態(tài)電流！例3：判斷Rf是否負(fù)反饋，若是，判斷反饋的組態(tài)。電流反饋并聯(lián)反饋uouiiiBiFuFRE2RfRE1RC1RC2+UCCiE2uC1uB2電流并聯(lián)負(fù)反饋。對(duì)直流也起作用，可以穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。例4：判斷如圖電路的反饋類型電流串聯(lián)負(fù)反饋+UCCRB1RCC1C2RB2RERLuoicieibui9.2.3負(fù)反饋對(duì)放大電路的影響反饋電路的基本方程基本放大電路反饋電路+–1.提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性開環(huán)放大倍數(shù)閉環(huán)放大倍數(shù)反饋深度若，稱為深度負(fù)反饋，此時(shí)(1)式對(duì)A求導(dǎo)并取絕對(duì)值得2.減小非線性失真uiufuouduo加反饋前加反饋后3.改變輸入、輸出電阻a、串聯(lián)反饋使電路的輸入電阻增加b、并聯(lián)反饋使電路的輸入電阻減小c、電壓反饋使電路的輸出電阻減小d、電流反饋使電路的輸出電阻增加4.展寬通頻帶9.3

集成運(yùn)算放大器在信號(hào)處理方面的應(yīng)用在電路中引入負(fù)反饋。集成運(yùn)算放大器在線性區(qū)能完成對(duì)信號(hào)的多種運(yùn)算：比例、加減、積分與微分等簡單運(yùn)算，對(duì)數(shù)與反對(duì)數(shù)以及乘除等復(fù)雜運(yùn)算。如何使集成運(yùn)算放大器在較大的輸入電壓下工作在線性區(qū)?u-uo

++-u+Ao反饋網(wǎng)絡(luò)9.3.1比例運(yùn)算電路1.反相比例運(yùn)算RF

—反饋電阻；R2

—平衡電阻，且R2=R1∥RFi1uiuo

∞

++-ifR1R2RFi+i-(1)電路(2)反饋類型電壓并聯(lián)負(fù)反饋

虛地i1uiuo

∞

++-ifR1R2RFi+i-由虛斷得由虛短得(3)輸入輸出關(guān)系(1)(2)聯(lián)立得輸出與輸入反相，因此此電路又稱為反相器。(4)電壓放大倍數(shù)2.同相輸入比例運(yùn)算(1)電路i1uiuo

∞

++-ifR1R2RFRF

—反饋電阻；R2

—平衡電阻，且R2=R1∥RF(2)反饋類型電壓串聯(lián)負(fù)反饋

i1uiuo

∞

++-ifR1R2RF(3)輸入輸出關(guān)系由虛斷得(1)(2)聯(lián)立得uiuo

∞

++-電壓跟隨器uiuo

∞

++-RRR1R2RF(4)電壓放大倍數(shù)9.3.2加法運(yùn)算電路(1)電路uo

∞

++-ifR2RFi12R12i11R11ui2ui1加法電路i-i+RF

—反饋電阻；R2

—平衡電阻，且R2=R11∥R12//RF由虛短得uo

∞

++-ifR2RFi12R12i11R11ui2ui1加法電路i-i+(1)(2)聯(lián)立得(2)輸入輸出關(guān)系由虛斷得反相加法運(yùn)算uoi13ui3

∞

++-ifR13R2RFi12R12i11R11ui2ui1加法電路反相加法運(yùn)算uoi13ui3

∞

++-ifR13R2Rfi12R12i11R11ui2ui1加法電路例1：試選圖中各輸入電路的電阻和平衡電阻R2。一個(gè)測量系統(tǒng)的輸出電壓為，設(shè)【解】可得9.3.3減法運(yùn)算電路ui1uo

∞

++-R3R2RFi1R1減法電路ifui2(1)電路RF

—反饋電阻；ui1uo

∞

++-R3R2RFi1R1減法電路ifui2(2)輸入輸出關(guān)系由虛斷得9.3.4積分運(yùn)算電路uiuo

∞

++-R2CFi1R1積分電路ifuc(1)電路CF

—反饋電容；R2

—平衡電阻，且R2=R1uiuo

∞

++-R2CFi1R1積分電路ifuc(2)輸入輸出關(guān)系由虛斷得當(dāng)輸入信號(hào)為階躍電壓時(shí)，uiUi-Uiot+UoM-UoMotuo9.3.5微分運(yùn)算電路uiuo

∞

++-

RbCi1微分電路ifucR1(1)電路R1

—反饋電阻；Rb—平衡電阻，且Rb=R1(2)輸入輸出關(guān)系uiuo

∞

++-

RbCi1微分電路ifucR1由虛斷得應(yīng)用：設(shè)輸入，則輸出tui0tuo0(1)“虛斷”理想運(yùn)放非線性工作的分析依據(jù)+i-uiriduo+當(dāng)u+>u-時(shí),uo=+UoM當(dāng)u+<u-時(shí),uo=-UoMi+=i-

0i+(2)9.4集成運(yùn)算放大器在信號(hào)處理方面的應(yīng)用（開環(huán)工作或僅引入正反饋）u+●●u-UoM–UoM理想運(yùn)放uoui09.4.1

電壓比較器電壓比較器：比較輸入信號(hào)電壓ui和參考電壓

UR的電路。分類：單限比較器，滯回比較器，窗口比較器單限比較器1.過零比較器R1R2uouiUOM-UOMuiuo-UOMUOM(1)

反相輸入過零比較器(2)

同相輸入過零比較器0uiuo0u+u-●●R1R2uouiu+u-●●電壓傳輸特性電壓傳輸特性R1R2例題：反相輸入過零比較器的應(yīng)用UOM-UOMttUOM-UOM000uiuououiuiuo電壓傳輸特性電路舉例：同相輸入過零限幅比較器R1R2R3-UZUZ0uiuouiuoUZVS過零限幅比較器●●u+u-u’o●電壓傳輸特性-UZUZ2.一般單限比較器電路舉例：同相輸入電壓比較器