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1、第18章 集成运算放大器,电子技术,Zhangli 制作,大连理工大学电气工程系,第 18 章 集成运算放大器,课堂讨论,课堂讨论,18.1 集成运算放大器概述,18.2 负反馈放大电路,18.3 理想运算放大器,18.4 基本运算电路,18.6 信号发生器,18.5 信号处理电路,下一章,上一章,返回主页,一、集成运算放大器的组成,输入端,输出端,特点 输入级采用差分放大电路，KCMRR 和 ri 很高。 中间级采用多级共射电路，起电压放大作用。 输出级采用互补对称功率放大电路，ro 很小，带负载能力很强。 直接耦合的多级放大电路， Au 很高。 体积小、重量轻、功耗低、可靠性高。,18.1
2、 集成运算放大器概述,第 18 章 集成运算放大器,Zhangli 制作,大连理工大学电气工程系,集成运算放大器的管脚和外部接线图,集成运放的符号,同相输入端,反相输入端,输出端,18.1 集成运算放大器概述,Zhangli 制作,大连理工大学电气工程系,线性区当 ud uo = Ao ud = Ao ( uu) 饱和区当 ud 时正饱和电压：uo =UOM =UCC 当 ud 时负饱和电压：uo =UOM =UEE,二、电压传输特性,负饱和区,正饱和区,线性区,18.1 集成运算放大器概述,Zhangli 制作,大连理工大学电气工程系,三、主要参数,1. 开环电压放大倍数 Ao2. 共模抑制
3、比 KCMRR3. 最大输出电压 Uomax 4. 差模输入电阻 rid 5. 最大差模输入电压 Uidmax,18.1 集成运算放大器概述,Zhangli 制作,大连理工大学电气工程系,Zhangli 制作,大连理工大学电气工程系,净输入 信号 xd,18.2 负反馈放大电路,第 18 章 集成运算放大器,比较环节,开环放大倍数：,闭环放大倍数：,反馈系数：,一、反馈的基本概念,二、反馈的类型与判断 1. 反馈的类型 (1) 正反馈和负反馈正反馈： xf 与 xi 作用相同，使 xd 增加；负反馈： xf 与 xi 作用相反，使 xd 减小。 (2) 串联反馈和并联反馈串联反馈： xf 与
4、xi 以串联的形式作用于净输入端；并联反馈： xf 与 xi 以并联的形式作用于净输入端。 (3) 电流反馈和电压反馈电流反馈：反馈信号取自输出电流, xf io ；电压反馈：反馈信号取自输出电压, xf uo 。,18.2 负反馈放大电路,Zhangli 制作,大连理工大学电气工程系, 是否存在反馈看是否有将输入和输出联系起来的反馈元件。 判断是正反馈还是负反馈采用瞬时极性法。 若是负反馈，是何种类型的负反馈是电压反馈还是电流反馈？是串联反馈还是并联反馈？,2. 反馈的判断步骤,18.2 负反馈放大电路,Zhangli 制作,大连理工大学电气工程系,例 18.1 判断下图所示电路的反馈类型。
5、 解：, uf ,18.2 负反馈放大电路,ui ,uo , ud ,结论电阻 Rf 引入的是电压串联负反馈。,ud = uiuf,反馈元件为 Rf,负反馈,uf ,Zhangli 制作,大连理工大学电气工程系,例 18.2 判断如图所示电路的反馈类型。 解：,18.2 负反馈放大电路,结论电阻 Rf 引入的是电流并联负反馈 。,id= iiif,反馈元件为 Rf, if ,ui ,uo , id ,负反馈,Zhangli 制作,大连理工大学电气工程系,反馈元件为 RE UBE = UBUE ube= uiuf 为串联负反馈 uf = Reie,例 18.3 判断如图所示电路的反馈类型。 解：
6、,18.2 负反馈放大电路,ieic, 为电流负反馈,结论电阻 RE 引入的是电流串联负反馈, uf ,+,UCC,+,RB1,RB2,RC,RE,C2,C1, ui ,uo,Zhangli 制作,大连理工大学电气工程系,例 18.4 判断电路中 Rf 引入的反馈类型。,18.2 负反馈放大电路, ud = (uiuf) ,当输出端开路时，uf 0,为电压反馈。,结论电阻 Rf 引入的是电压串联正反馈,ui , uo ,正反馈, uf ,uo1 ,解：,uf , ud +,Zhangli 制作,大连理工大学电气工程系,二、负反馈的影响,Xd = Xi Xf,当|F |Ao |1 称为深度负反馈
7、,18.2 负反馈放大电路,Zhangli 制作,大连理工大学电气工程系,18.2 负反馈放大电路,1. 提高了放大倍数的稳定性, 电压放大倍数的稳定性提高了。,1,Zhangli 制作,大连理工大学电气工程系,例 18.5 某放大电路的 | Ao |=1 000，由于外 界因素, 使其变化率为 。加入负反 馈后，若F = 0.009，则闭环电压放大倍数的变化率？,18.2 负反馈放大电路,= 2%,20%,解：,Zhangli 制作,大连理工大学电气工程系,18.2 负反馈放大电路,2. 加宽了通频带,未加入反馈后,加入反馈后,Zhangli 制作,大连理工大学电气工程系,18.2 负反馈放
8、大电路,3. 改善非线性失真,未加反馈时,加入反馈后,Zhangli 制作,大连理工大学电气工程系,18.2 负反馈放大电路,电压负反馈：稳定 uo电流负反馈：稳定 io 5. 改变了输入电阻或输出电阻 串联反馈：ri并联反馈：ri电压负反馈：ro电流负反馈：ro,4. 稳定了输出电压或电流,Zhangli 制作,大连理工大学电气工程系,第 18章 集成运算放大器,1. 理想运放的主要条件开环电压放大倍数：Ao 开环输入电阻：ri开环输出电阻：ro0共模抑制比：KCMRR 2. 理想运放的符号,18.3 理想运算放大器,Zhangli 制作,大连理工大学电气工程系,3. 理想运放的电压传输特性
9、,uo = UOM = UCC,当 uu时：ud 0,18.3 理想运算放大器,Zhangli 制作,大连理工大学电气工程系,4. 引入深度负反馈时，理想运放具有的特性,(1) Ao,= 0, u = u,(2) ri,= 0,(3) ro0, uoL= uoc,18.3 理想运算放大器,虚断路,虚短路,输出电压不受 负载的影响,Zhangli 制作,大连理工大学电气工程系,一、比例运算电路1. 反相比例运算电路, u= u= 0, id = 0 i1 = if,虚地,第 18章 集成运算放大器,18.4 基本运算电路,Zhangli 制作,大连理工大学电气工程系, uo 与 ui 成反比，且
10、 uo 与 ui 的关系与运算放大器本身无关，只与外接元件 R1 、 Rf 的阻值有关。 若 R1 = Rf ，则 uo =ui (称为反相器)。 R2为平衡电阻： R2 = R1Rf,说明,18.4 基本运算电路,Zhangli 制作,大连理工大学电气工程系,2. 同相比例运算电路, u= u = ui id = 0 if = i1,不是虚地,18.4 基本运算电路,Zhangli 制作,大连理工大学电气工程系,说明, uo 与 ui 同相位，且 Af 1；uo 的大小与放大器本身无关, 只与外接元件 R1 、 Rf 的阻值有关。 若 Rf = 0, R1 = , R2 = 0 时,uo =
11、 ui 电压跟随器。 平衡电阻 R2 = R1Rf,18.4 基本运算电路,Zhangli 制作,大连理工大学电气工程系,例18.6 设计满足下列要求的电路。 (1) uo = 3ui ；(2) uo = 3ui 。解：,f = 2R1,f = 3R1,(1) uo = 3ui,(2) uo =3ui,18.4 基本运算电路,Zhangli 制作,大连理工大学电气工程系,二、加法运算电路,u= u = 0,i1 + i2 = if,虚地,18.4 基本运算电路,Zhangli 制作,大连理工大学电气工程系,当 R11 = R12 = R1 时,当 R11 = R12 = Rf 时,uo=(ui
12、1 + ui2),18.4 基本运算电路,Zhangli 制作,大连理工大学电气工程系, uo 与运放本身无关，只与外接元件和 ui 有关 加法关系。 平衡电阻: R2 = R11R12Rf,说明,18.4 基本运算电路,Zhangli 制作,大连理工大学电气工程系,三、减法运算电路,当 ui1 单独作用时,当 ui2 单独作用时,18.4 基本运算电路,uo = uo1 uo2,Zhangli 制作,大连理工大学电气工程系,uo = uo1 uo2,当 R1= Rf uo= ui2 ui1 （减法运算） 平衡电阻 R2R3= R1Rf,说明,18.4 基本运算电路,Zhangli 制作,大连
13、理工大学电气工程系,例18.7 已知电路如图所示。(1) 试推导 uo 与 ui1、ui2、ui3 的运算关系；(2) 若 ui1= 2 V， ui2= ui3= 1 V， R11= R12= 10 k，Rf1= 20 k， R3 = R4 = R5 = R6 =Rf2 = 3 k，求 uo 的值。,解：(1) 推导运算关系,18.4 基本运算电路,加法运算,减法运算,Zhangli 制作,大连理工大学电气工程系,uo=,(2),uo=,ui3 +,2ui2 + 2ui1,= (1 + 2 1 + 2 2) V,= 7 V,18.4 基本运算电路,Zhangli 制作,大连理工大学电气工程系,
14、三、微分运算电路,u+ = u = 0 uC = uiuo =Rf if if = i1,虚地,18.4 基本运算电路,Zhangli 制作,大连理工大学电气工程系, 当输入信号为阶跃电压时,说明, 平衡电阻 R2 = Rf,18.4 基本运算电路,Zhangli 制作,大连理工大学电气工程系,解:,例 18.8 已知输入 ui 的波形如图所示，试 画出输出 uo 的 波形。设 Rf C tp 。,18.4 基本运算电路,Zhangli 制作,大连理工大学电气工程系,五、积分运算电路,u= u= 0 uo =uC if = i1,虚地,18.4 基本运算电路,Zhangli 制作,大连理工大学电气工程系,说明,当 ui 为阶跃电压时,平衡电阻 R2 = R1,18.4 基本运算电路,Zhangli 制作,大连理工大学电气工程系,例18.9 所示电路为应用运放来测量电压的原理电 路。输出端接有满量程为 5 V、500 A 的电压表。试 分别计算出五种量程 0.5 V、1 V、5 V、10 V、50 V 所 对应的电阻值 R11 R15 。,
