《电工电子技术及应用教学课件作者刘荣第八章运算放大器及其应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电工电子技术及应用教学课件作者刘荣第八章运算放大器及其应用（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第八章 运算放大器及其应用,第一节 集成运算放大器 第二节 负反馈放大器 第三节 运算放大器的线性和非线性应用,第一节 集成运算放大器,一、集成运放的图形符号及外形 集成运算放大器的图形符号如图8-1所示。u+为同相输入端，由此端输入信号，输出信号与输入信号同相。u-为反相输入端，由此端输入信号，输出信号与输入信号反相。U0为输出端，+UCC接正电源，-UCC接负电源。 常见集成运放的外形有双列直插式和圆壳式等，如图8-2所示。,下一页,第一节 集成运算放大器,二、集成运算放大器的组成 集成运算放大器的内部包括四个部分:输入级、输出级、中间级和偏置电路。如图8 -4所示。 输入级是提高运算放大
2、器质量的关键部分，要求其输入电阻高，能够抑制零点漂移和干扰信号。 中间级主要进行电压放大，要求电压放大倍数高，一般由共射极放大电路组成 输出级与负载相接，要求其输出电阻低，带负载能力强，一般由互补对称电路或射极输出器组成 偏置电路的作用是为上述各级电路提供稳定和合适的偏置电流，决定各级的静态工作点。,下一页,上一页,第一节 集成运算放大器,三、集成运算放大器的主要参数 开环电压放大倍数Auo 指运放在无外加反馈情况下的空载电压放大倍数 差模输入电阻rid 指运放在差模输入时的开环输入电阻 开环输出电阻r0 指运放无外加反馈回路时的输出电阻 共模抑制比KCMR 用来综合衡量运放的放大和抗零漂、抗
3、共模干扰的能力 输入失调电压Uio 数值上等于输出电压为零时两输入端之间应施加的直流补偿电压 输入失调电流Iio 输入信号为零时，两个输入端静态电流之差 最大输出电压Uopp 指运放在空载情况下，最大不失真输出电压的峰-峰值,上一页,返 回,第二节 负反馈放大器,凡是将放大电路输出信号Xo(电压或电流)的一部分或全部通过某种电路(反馈电路)引回到输入端，就称为反馈。若引回的反馈信号削弱输入信号而使放大电路的放大倍数降低，则称这种反馈为负反馈，若反馈信号增强输入信号，则为正反馈。 图8 -6中分别为无负反馈的基本放大电路和带有负反馈的放大电路的方框图。,下一页,第二节 负反馈放大器,一、反馈类型
4、的判别方法 1.有无反馈的判别 判断有无反馈，就是判断有无反馈通道，即在放大电路的输出端与输入端之间有无电路连接，如果有电路连接，就有反馈，否则就没有反馈。反馈通道一般由电阻或电容组成 2.正、负反馈的判断 用瞬时极性法，首先在放大器输入端设输入信号的极性“+”或“-”，再依次按相关点的相位变化推出各点对地交流瞬时极性，最后根据反馈回输入端(或输入回路)的反馈信号瞬时极性看其效果，使净输入信号减少的是负反馈，否则是正反馈。,下一页,上一页,第二节 负反馈放大器,一、反馈类型的判别方法 3.电流、电压反馈的判断 如图8-8所示，反馈信号取自于输出电压，且Xf uo，是电压反馈;若反馈信号取自于输
5、出电流，且Xf io，是电流反馈。 4.交、直流反馈的判断 直流通道中所具有的反馈称为直流反馈。在交流通道中所具有的反馈称为交流反馈。 5.串联、并联反馈的判断 如图8-7所示，若输入信号ui与反馈信号uf在输入端相串联，且以电压相减的形式出现，即ud = ui-uf为串联负反馈;若输入信号ii与反馈信号if在输入回路并联且以电流相减形式出现，即if=ii-if为并联负反馈,下一页,上一页,第二节 负反馈放大器,二、负反馈放大器的四种组态 图8-9 (a)所示电路，从输入端看，净输入id=ii-if，因此是并联反馈。从反馈量看if=-uo/Rf0(由图中uo的实际极性可知，uo0(由图中uo的
6、实际极性可知，uo0)，因此既是负反馈，又是电压反馈。综上所述，反馈组态为电压串联负反馈。,下一页,上一页,第二节 负反馈放大器,二、负反馈放大器的四种组态 图8-9 (c)所示电路，从输入端看，净输入id=ii-if，因此是并联反馈。由虚地可看出Rf与R相当于并联的关系，所以反馈量if=-Rio/(Rf+R)0(由图中io的实际方向可知，io0(由图中io的实际方向可知，io0)，因此既是负反馈，又是电流反馈。如果将愉出uo短接，反馈信号仍然存在，也可判断出是电流反馈。综上所述，反馈组态为电流串联负反馈。,下一页,上一页,第二节 负反馈放大器,三、负反馈对放大器性能的影响 1.改善非线性失真
7、 如图8-10所示，假定输出的失真波形是正半周大、负半周小，负反馈信号电压uf与输入信号ui进行叠加后使净输入信号ud产生预失真，即正半周小、负半周大。 2.降低放大倍数及提高放大倍数的稳定性 根据图8-6 (b)，可以推导出具有负反馈(闭环)的放大电路的放大倍数为 上式中的(1 + AF)是衡量负反馈程度的一个重要指标，称为反馈深度,下一页,上一页,第二节 负反馈放大器,三、负反馈对放大器性能的影响 3.对输入电阻和输出电阻的影响 (1)负反馈对输入电阻的影响 取决于反馈信号在输入端的连接方式。串联负反馈使输入电阻提高，并联负反馈使输入电阻降低 (2)负反馈对输出电阻的影响 取决于输出端反馈
8、信号的取样方式。电压负反馈降低输出电阻，目的是稳定输出电压;电流负反馈提高输出电阻，目的是稳定输出电流,下一页,上一页,第二节 负反馈放大器,三、负反馈对放大器性能的影响 4.拓展通频带 通频带是放大电路的重要指标，放大器的放大倍数和输入信号的频率有关。定义放大倍数为最大放大倍数的 倍以上所对应的频率范围为放大器的通频带。在一些要求有较宽频带的音、视频放大电路中，引人负反馈是拓展频带的有效措施之一。 放大器引入负反馈后，将引起放大倍数的下降，在中频区，放大电路的输出信号较强，反馈信号也相应较大，使放大倍数下降得较多;在高频区和低频区，放大电路的输出信号相对较小，反馈信号也相应减小，因而放大倍数
9、下降得少些。如图8-14所示，加入负反馈之后，幅频特性变得平坦，通频带变宽。,上一页,返 回,第三节 运算放大器的线性和非线性应用,一、运放的线性应用 1.信号运算电路 (1)同相比例运算 图8-15 (a)为同相比例运算电路，信号ui接到同相输入端，Rf引入负反馈。在同相比例运算的实际电路中，也应使R2=R1/Rf，以保证两个输入端处于平衡状态。 (2)反相比例运算 图8-17为反相比例运算电路。输入信号ui经电阻R1接到集成运放的反相输入端，同相输入端经电阻R2接“地”。输出电压uo经电阻Rf接回到反相输入端。在实际电路中，为了保证运放的两个输入端处于平衡状态，应使R2=R1/Rf (3)
10、反相比例求和电路如果反相输入端有若干个输入信号，则构成反相比例求和电路，也叫加法运算电路，如图8-18所示。平衡电阻R2=R11/R12/R13/Rf,下一页,第三节 运算放大器的线性和非线性应用,一、运放的线性应用 2.信号变换电路 (1)电流-电压变换器电流 电流-电压变换电路如图8-20所示，运放在理想状态下，有,下一页,上一页,第三节 运算放大器的线性和非线性应用,一、运放的线性应用 2.信号变换电路 (2)电压-电流变换电路 将输入电压变换成与之成正比的输出电流的电路，称为电压一电流变换器。如图8-21 (a)所示为反相输入式电压一电流变换器。其中R1为输入电阻，RL为负载电阻，R2
11、为平衡电阻。在理想条件下，运放的输入电流为零，所以有 图8-21 (b)所示为同相输入式电压-电流变换器。根据理想运放的条件，有,下一页,上一页,第三节 运算放大器的线性和非线性应用,二、运算放大器的非线性应用 电压比较器是一种模拟信号的处理电路。它将模拟信号输入电压与参考电压进行比较，并将比较的结果输出。比较的结果只需要反映输入量比参考量是大、还是小，所以用正、负两值就可以表示输出结果。因此应用集成运放构成比较器时，集成运放应工作在非线性区(饱和区)，即开环状态。图8-22 (a)为电压比较器中的一种。加在同相输入端的UR是参考电压，输入电压ui加在反相输入端。由于运放开环电压放大倍数很高，
12、即使输入端有微小的差值信号，也会使输出电压饱和。 图8-22 (b)为电压比较器的传输特性,下一页,上一页,第三节 运算放大器的线性和非线性应用,二、运算放大器的非线性应用 当UR=0时，输入电压和零电压比较，称为过零比较器，其传输特性如图8-23 ( a)所示。当ui为正弦电压时，uo为矩形波电压，实现了波形的转换，如图8-23 (b)所示。比较器在自动控制及自动测量系统中应用十分广泛。,上一页,返 回,图8-1 集成运算放大器的图形符号,返 回,图8-2 集成运放外形图,返 回,图8-4 集成运算放大器组成框图,返 回,图8-6 反馈放大电路框图,返 回,图8-7 正负反馈及串并联反馈的判别,返 回,图8-8 电压、电流反馈判别,返 回,图8-9 四种类型负反馈(a)、(b),返 回,图8-9 四种类型负反馈(c)、(d),返 回,图8-10 负反馈对非线性失真的改善,返 回,图8-14 负反馈展宽放大器的通频带,返 回,图8-15 同相比例运算电路,返 回,图8-17 反相比例运算电路,返 回,图8-18 反相比例求和电路,返 回,图8-20 电流-电压变换电路,返 回,图8-21 电压-电流变换电路,返 回,图8-22 电压比较器,返 回,图8-23 过零比较器,返 回,
