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1、第八章第八章 集成运算放大器集成运算放大器 8.1 8.1 集成运算放大器概述集成运算放大器概述 8.3 8.3 运算放大器在信号运算方面的应用运算放大器在信号运算方面的应用 8.4 8.4 运算放大器在信号处理方面的应用运算放大器在信号处理方面的应用 8.2 8.2 运算放大电路中的负反馈运算放大电路中的负反馈 1 1、了解集成运放的基本组成、特点、电压传、了解集成运放的基本组成、特点、电压传 输特性和主要参数。输特性和主要参数。 2 2、理解反馈的概念，了解反馈的类型。、理解反馈的概念，了解反馈的类型。 3 3、掌握理想运算放大器的分析方法。、掌握理想运算放大器的分析方法。 4 4、理解用
2、集成运放组成的比例、加、减、微、理解用集成运放组成的比例、加、减、微 分和积分电路的结构、工作原理。分和积分电路的结构、工作原理。 5 5、理解用集成运放组成的电压比较器的工作、理解用集成运放组成的电压比较器的工作 原理。原理。 本章要求：本章要求： 集成电路：相对于分立元件而言，即把整个电路中 的元器件及各元件间的连接制作在一块半导体芯片上 ，构成具有特定功能的电子电路。 集成电路 1.按功能分： 数字集成电路：寄存器、计数器 模拟集成电路：集成运算放大器 2.按集成度分：SSI、MSI、LSI、VLSI 8.1 8.1 集成运算放大器概述集成运算放大器概述 一、一、 集成运算放大器的特点及
3、组成集成运算放大器的特点及组成 集成运算放大器是一种具有高放大倍数的直集成运算放大器是一种具有高放大倍数的直 接耦合放大器。是一种常用的模拟集成电路。接耦合放大器。是一种常用的模拟集成电路。 特点：高增益、高可靠性、低成本、小尺寸特点：高增益、高可靠性、低成本、小尺寸 r ri i 高高: : 几十几十k k 几百几百k k KKCMR CMR（共模抑制比）共模抑制比）很大 很大 r ro o 小小：几十：几十 几百几百 A A uo uo 很 很大大: 10: 10 4 4 10 10 7 7 组成：由四个基本部分组成 输入级中间级输出级 偏置电路 u- u+ uo 集成运放的组成 输入级：
4、输入级：采用带恒流源的差动放大电路，尽量减小零采用带恒流源的差动放大电路，尽量减小零 点漂移点漂移, ,提高提高 K KCMR CMR , ,提高输入阻抗 提高输入阻抗 R R i i 。 中间级：中间级：提供足够大的电压放大倍数，又称电压放大提供足够大的电压放大倍数，又称电压放大 级。常采用带恒流源的共射放大电路。级。常采用带恒流源的共射放大电路。 输出级：输出级：要向负载提供一定的功率，要求输出阻抗要向负载提供一定的功率，要求输出阻抗R R o o 小，带负载能力强。一般采用互补对称功率放大电路小，带负载能力强。一般采用互补对称功率放大电路 或射极输出器构成。或射极输出器构成。 偏置电路：
5、偏置电路：为各级提供稳定和合适的偏置电流。决定为各级提供稳定和合适的偏置电流。决定 各级的静态工作点，一般由恒流源电路构成。各级的静态工作点，一般由恒流源电路构成。 + + Ao uo u + u- 。 。 。 +UCC UEE 运放的符号：运放的符号： 二、二、运放外形： 8 1 圆壳式 双列直插式 1 2 3 4 5 6 7 8 2反相输入端，输出与输入反相 3同相输入端，输出与输入同相 4负电源端 7正电源端 6输出端 1和5外接调零电位器 8空端 三、集成运放的特性三、集成运放的特性 1) 1) 开环差模电压增益开环差模电压增益 A Ao o： ：指运放输出端与输入端 指运放输出端与输
6、入端 之间无外加之间无外加 回路回路( (称开环称开环) )时，输出电压与输入电压的比值。时，输出电压与输入电压的比值。 是决定运放是决定运放 运算精度的主要因素。越大越好。运算精度的主要因素。越大越好。 2)2)最大输出电压最大输出电压 U Uomax omax： 能使输出和输入保持不失真关系的最大 能使输出和输入保持不失真关系的最大 输出电压。输出电压。 3)3)输入失调电压输入失调电压 U UIO IO：使 使输出电压输出电压U U o o =0=0时，输入端所需的补时，输入端所需的补 偿电压。偿电压。 愈小愈小 愈好愈好 1 1、主要参数、主要参数 4)4)输入失调电流输入失调电流 I
7、 IIO IO：输入电压为 输入电压为0 0时，两输入端静态基极电时，两输入端静态基极电 流之差。流之差。 5)5)输入偏置电流输入偏置电流 I IIB IB：两输入端静态基极电流的平均值。 两输入端静态基极电流的平均值。 三、集成运放的特性三、集成运放的特性 1 1、主要参数、主要参数 6)6)共模抑制比共模抑制比KKCMR CMR 是差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比，是衡量是差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比，是衡量 输入级各参数对称度的指标。输入级各参数对称度的指标。 7)7)最大共模输入电压最大共模输入电压 U UICM ICM 指指集成运放所能承受的最大共模输入电压，超过此
8、值时集成运放所能承受的最大共模输入电压，超过此值时K KCMR CMR 将下降，运放将不能正常工作。将下降，运放将不能正常工作。 2、集成运放的电压传输特性 指开环应用时输出电压与输入电压的关系曲线： +Uo(sat) -Uo(sat) ud = u+u- uo 线性区 负饱和区 正饱和区 可见，集成运放 有两个工作区： 线性区、饱和区 工作在线性区时： 工作在饱和区时： Uo+、Uo-的绝对值分别小于正负电源值 四、理想运算放大器及其分析依据四、理想运算放大器及其分析依据 1 1、理想运算放大器、理想运算放大器 AoAo ，K KCMR CMR ，r rid id ，r r o o 0 0
9、2 2、理想运放的电路符号和电压传输特性、理想运放的电路符号和电压传输特性 Uo + Uo - ud = u+u- uo uo + + u + u- 。 。 。 3 3、理想运放工作在线性区时的分析依据、理想运放工作在线性区时的分析依据 A A o o = = ，u u o o 为有限值为有限值 “虚短”：差模输入电压约等于 0，即 u+= u “虚断”：输入电流约等于 0，即 i+= i 0 + + + + u uo o u u - - 。 u u+ + i i + + i i - - u u u u 0 0 可以认为集成运放的两个输入端电位相等，象短接 一样，称为“虚短”。 r rid i
10、d 两个输入端的电流视为0，好像输入端与运放断开 一样，称为“虚断”。 一、反馈的基本概念一、反馈的基本概念 反馈：将放大电路输出端信号(电压或电流)的一部分 或全部，通过一定的电路（反馈网络）送回到输入端 与外加给定输入信号相叠加（相加或相减），进而用 所得的叠加信号（净输入）再控制输出的一种过程。 8.2 8.2 放大电路中的负反馈放大电路中的负反馈 直流反馈：反馈只对直流分量起作用，反馈 元件只能传递直流信号。 负反馈：反馈信号削弱净输入信号，使放大 倍数降低。 在振荡器中引入正反馈，用以产生波形。 交流反馈：反馈只对交流分量起作用，反馈 元件只能传递交流信号。 在放大电路中，出现正反馈
11、将使放大器 产生自激振荡，使放大器不能正常工作。 正反馈：反馈信号增强净输入信号， 使放大倍数提高。 引入交 流负反 馈的目 的： 改善放 大电路 的性能 引入直 流负反 馈的目 的： 稳定静 态工作 点。 反馈的分类反馈的分类 反馈放大电路的三个环节： 基本放大电路 比较环节 1 1、反馈的定义和表示法、反馈的定义和表示法 反馈 电路F 反馈电路 + 输出信号 输入信号 反馈信号 反馈系数 净输入信号 基本放大 电路Ao 放大倍数 2、负反馈放大电路的一般表达式 正反馈 负反馈 引入反馈后，反馈放大电路的放大倍数称为闭环放 大倍数，用Af表示，则反馈放大电路的基本关系式： 引入负反馈后，净输
12、入信号Xd减小，从而使闭环放 大倍数下降，即 越大， 越小，反馈越 强烈。 若称为深度负反馈，此时： 在深度负反馈的条件下，在深度负反馈的条件下，闭环放大倍数 Af取决于反馈系数F，与开环放大倍数Ao无 关。 反馈深度 反映了负反馈的强弱程度。 二、二、 负反馈的类型负反馈的类型 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。 电流负反馈具有稳定输出电流、增大输 出电阻的作用。 电压负反馈具有稳定输出电压、减小输 出电阻的作用。 如果反馈信号取自输出电压，叫电压反馈。 如果反馈信号取自输出电流，叫电流反馈。 2) 根据反馈信号在输入端与输入信号比较形 式的不
13、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，即反馈信号与输 入信号以电压形式作比较，称为串联反馈。 反馈信号与输入信号并联，即反馈信号与输 入信号以电流形式作比较，称为并联反馈。 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。 2、反馈的判别 分析步骤： 2) 判别是否负反馈？ 1) 找出反馈网络（一般是电阻、电容） 。 3) 是负反馈！判断是何种类型的负反馈？ 2、反馈的判别 分析方法： 1) 反馈极性的判别 ： 瞬时极性法 a、先假设输入信号的瞬时极性，并用符号 、 表示； b、沿反馈环路逐步判定并标出有关各点信号的极性， 确定反馈信号的瞬间极性； c、根据
14、反馈信号对输入信号的作用判定正负反馈。 如果反馈信号使输入信号加强则为正反馈； 如果反馈信号使输入信号减弱则为负反馈。 在单级集成运放放大电路中，当反馈信号引到同相端 时为正反馈，引到反相端时为负反馈。 2、反馈的判别 方法 分析方法： 2) 反馈方式的判别 ：a、在输出回路：根据反馈信号的采样判定是电流反馈 还是电压反馈。 将采样输出端短路（令uo0），若反馈信号消 失则为电压反馈，否则为电流反馈。 将采样输出端开路（令io0），若反馈信号消 失则为电流反馈，否则为电压反馈。 2、反馈的判别 方法 分析方法： 2) 反馈方式的判别 ：b、在输入回路：判定是并联反馈还是串联反馈。 若反馈信号和
15、输入信号在输入端以电压加减形式 出现，则为串联反馈；若以电流加减形式出现则 为并联反馈。 根据电路结构：若反馈信号和输入信号接在放大 器同一点则为并联反馈，否则为串联反馈。 例1 ： 1) 判定反馈元件（电阻和电容） (1）连接在输入与输出之间的元件。 (2）输入回路与输出回路所共有的元件。 电阻 Rf连接输入回 路和输出回路，所以 Rf是反馈元件。 uo + + + +uf + ui ud R1 R2 Rf RL + 2) 判定反馈极性 瞬时极性法 反馈信号为正，加在 反相输入端，使得净 输入减小，为负反馈 。 3) 判定反馈类型 输出端短路uf消失，则 为电压反馈； 在输入端以电压加减形
16、式出现（或电路结构） 可见为串联反馈 反馈类型： 电压 串联 负反馈 判断反馈类型 4）反馈过程分析：当ui一定时，负载变化 可见，通过反馈的引入， 使得输出电压得到稳定 5）电路分析计算： 由“虚断”： 由“虚短”： uo + + + +uf + ui ud R1 R2 Rf RL + uo + + + +uf + ui ud R1 R2 Rf RL + R io 1) 判定反馈元件（电阻和电容） (1）连接在输入与输出之间的元件。 (2）输入回路与输出回路所共有的元件 2) 判定反馈极性 瞬时极性法 3) 判定反馈类型 电阻 Rf连接输入回路和 输出回路，所以Rf是反 馈元件，与R1组成反馈 网络。 反馈信号为正，加在反
