《模拟电子技术 第3章 集成运算放大器讲解》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模拟电子技术 第3章 集成运算放大器讲解（44页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、3.3 3.3 运算放大器使用中应注意的问题运算放大器使用中应注意的问题 第第3 3章章 集成运算放大器集成运算放大器 3.1 3.1 集成运算放大器的基本概念集成运算放大器的基本概念 3.2 3.2 集成运算放大电路中的反馈集成运算放大电路中的反馈 1 教学要求教学要求 1. 1. 了解集成运放的基本组成及主要参数的意义。了解集成运放的基本组成及主要参数的意义。 2. 2. 理解运算放大器的电压传输特性，理解理想理解运算放大器的电压传输特性，理解理想 运算放大器并掌握其基本分析方法。运算放大器并掌握其基本分析方法。 3. 3. 理解用集成运放组成的比例、加减、微分和理解用集成运放组成的比例、
2、加减、微分和 积分运算电路的工作原理，了解有源滤波器积分运算电路的工作原理，了解有源滤波器 的工作原理。的工作原理。 4. 4. 理解电压比较器的工作原理和应用。理解电压比较器的工作原理和应用。 2 集成电路: 将整个电路的各个元件做在同一个半导体基片上。 集成电路的优点： 工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。 集成电路的分类： 模拟集成电路、数字集成电路； 小、中、大、超大规模集成电路。 3.1 3.1 集成运算放大器的基本概念集成运算放大器的基本概念 3 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
3、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。 3.1.1 集成运放的组成原理 4 -UCC +UCC u+ uo u 反相 输入端 同相 输入端 T3 T4 T5 T1T2 IS 原理框图 输 入 级 中 间 级 输 出 级 与uo反相 与uo同相 5 对输入级的要求：尽量减小零点漂移,尽量提高 KCMRR , 输 入阻抗 ri 尽可能大。 对中间级的要求：足够大的电压放大倍数。 对输出级的要求：主要提高带负载能力，给出足够的输 出电流io 。即输出阻抗 ro
4、小。 集成运放的结构 （1）采用四级以上的多级放大器，输入级和第二级一般 采用差动放大器。 （2）输入级常采用复合三极管或场效应管，以减小输入 电流，增加输入电阻。 （3）输出级采用互补对称功率放大电路，以进行功率放 大，提高带负载的能力。 6 ic =ic1+ ic2 = 1 ib + 2(1+ 1 ) ib = 1 + 2(1+ 1 ) ib T1、T2采用复合三极管 = ic / ib = 1 + 2(1+ 1 ) 1 2 R2 T3 R1 R3 -UCC +UCC ui2 uo E RC T1 RC T2 ui1 T4 ic1 ic2 ib2 ic ib ie 1 2 7 -UCC +
5、UCC E RC T1 RC T2 T5T6 RC3 RE2 RC4 RE3 T7 T9 T8 RE4 RE5 T11 T10 RL 第4级：互补对称射极跟随器 差动放大器 第2级 第1级：差动放大器 第3级：单管放大器 + 集成运放内部结构（举例） 极 性 判 断 8 ri 大: 几十k 几百 k 运放的特点： KCMRR 很大 ro 小：几十 几百 A o 很大: 104 107 理想运放： ri KCMRR ro 0 Ao 运放符号： u u+ uo u u+ uo 国际符号 国内符号 9 1. 开环差模电压放大倍数Ao 无外加反馈回路的差模放大倍数。一般在105 107之间。理想运放的
6、Ao为。 3. 共模抑制比KCMRR 常用分贝作单位，一般100dB以上。 3.1.2 集成运放主要性能指标 2. 最大输出电压UOM(约等于UCC) 4. 差模输入电阻rid rid1M, 有的可达100M以上。 10 6. 6. 输入失调电流输入失调电流 I Iio io 在零输入时，差分输入级的差分对管基极电流之差，在零输入时，差分输入级的差分对管基极电流之差， 用于表征差分级输入电流不对称的程度。用于表征差分级输入电流不对称的程度。 5. 5. 开环输出电阻开环输出电阻r rio io 运算放大器输出级的输出电阻。运算放大器输出级的输出电阻。一般约一般约100100。 7. 7. 输入
7、失调电压输入失调电压U Uio io 输入电压为零时，将输出电压除以电压增益，即为折算输入电压为零时，将输出电压除以电压增益，即为折算 到输入端的失调电压。是表征运放内部电路对称性的指标。到输入端的失调电压。是表征运放内部电路对称性的指标。 11 ui uo +UOM -UOM Ao越大，运放的线性范围越小，必须在输出与输入之间 加负反馈才能使运放工作在线性区。 ui uo _ + + 例：若Ucc=12V，Ao=106， 则|ui| u - 时, uo= +uO(sat)=+UCC 当 u + u - 时, uo= -uO(sat)=-UCC 当运算放大器工作在饱和区时 由于ri，所以 i+
8、 = i- = 0 即 输入与输出之间的关系： 15 3.2.1 负反馈的概念 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，与输入信号叠加，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。 3.2 集成运算放大电路中的反馈 16 放大器输出 输入 取+ 加强输入信号 正反馈 用于振荡器 取 削弱输入信号 负反馈 用于放大器 开环 负反馈的作用 稳定静态工作点；稳定放大倍数；提高输入电阻；降低输出 电阻；扩展通频带 闭环 反馈网络 反馈 信号 实际输入信号 17 反馈网络 F 放大： 迭加： 负反馈框图 AO称为开环放
9、大倍数 + 反馈： AF称为闭环放大倍数 AF=Xo / Xi 输出信号输入信号 反馈信号 净输入 信号 负反馈放大器 F称为反馈系数 设Xf与Xi 同相 基本放大 电路Ao 18 负反馈放大器的一般关系 闭环放大倍数： 放大： 反馈： 叠加： i o F X X A ; 因净输入电流因净输入电流 i i d d 等于输入电流和反馈电流之差，是等于输入电流和反馈电流之差，是负反馈。负反馈。 并联电流负反馈并联电流负反馈 u u o1o1 u u i i R R + + + + u uo o + + + + R RL L A1A1A2A2 i i 1 1 i i f f i i d d i i
10、d d = = i i 1 1 i i f f 33 3.2.4 负反馈对放大电路的影响 反馈电路的基 本 方程 基本放大电路 Ao 反馈网络 F + F Ao开环放大倍数 AF闭环放大倍数 Xf与Xi同相 34 负反馈使放大倍数下降。 引入负反馈使电路的稳定性提高。 同相，所以 AF AF A0 1+A0F A0 1 = AF= Ao 1+ AoF 则有： |AF|Ao| 1. 对放大倍数的影响 35 若:称为深度负反馈，此时： 在深度负反馈的情况下，放大倍数只与反馈网络有关。 反馈深度 36 2. 交流负反馈能改善波形的失真 Ao ui uf ui uo ud 加反馈前 加反馈后 Ao F
11、 + 失真 改善 uo uo 37 3. 展宽通频带 引入负反馈使电路的通频带宽度增加： f A Bo Ao AF Bf 38 在具有负反馈的放大电路中，不论引入的反馈信号取 自输出电压还是输出电流，输入电阻取决于反馈电路与基 本放大电路输入回路的连接方法。 4. 改变输入电阻和输出电阻 1）对输入电阻的影响 串联反馈使电路的输入电阻增加 例如:射极输出器 并联反馈使电路的输入电阻减小： 39 2）对输出电阻的影响 电压反馈使电路的输出电阻减小 例如:射极输出器 电流反馈使电路的输出电阻增大 在具有负反馈的放大电路中，输出电阻仅取决于反馈 电路与基本放大电路输出回路的连接方式。 40 RB1
12、+UCC RC C1 C2 RB2 RE RL uo B C RF RE CE E + 接有发射极交流负反馈电阻的放大器 (电流串联负反馈) ui ube uf ui = ube + ufube = ui - uf 负反馈电阻RF 其中uf = RF ie ie ic = io 符合公式： 分立元件放大电路中的反馈 41 性能比较 结论: （1）放大倍数减小了，但稳定了，即受晶体管的影响减小。 （2）输入电阻提高了。 无RF 有RF 放大倍数 -93 -19 输入电阻 1.52k 5.9k 输出电阻 5 k 5 k RB1=100k RB2=33k RE=2.4k RF=100 RC=5k RL=5k =60 UCC=15V rbe=1.62 k 分立元件放大电路中的反馈 42 放大倍数稳定性的比较 无RF =60时, Au =-93 =50时, Au =-77 有RF= RL rbe +（1+ ）RF AF =60时, Au =-19 =50时, Au =-18.6 分立元件放大电路中的反馈 43 (2) 射极跟随器(电压串联负反馈) ui = ube + ufube = ui - uf其中uf = uo 符合公式： RB +UCC C1 C2 RE RL uoui ube uf 分立元件放大电路中的反馈 放大倍数 1 输入电阻大 输出电阻小 44
