集成運(yùn)算放大器 (2)ppt課件

1、 下一章下一章 上一章上一章 前往主頁前往主頁 特點(diǎn)特點(diǎn)輸入級采用差分放大電路，輸入級采用差分放大電路，KCMRR 和和 ri 很高。很高。 中間級采用多級共射電路，起電壓放大作用。中間級采用多級共射電路，起電壓放大作用。 輸出級采用互補(bǔ)對稱放大電路和共集放大電路，輸出級采用互補(bǔ)對稱放大電路和共集放大電路， ro 很小，帶負(fù)載才干很強(qiáng)。很小，帶負(fù)載才干很強(qiáng)。直接耦合的多級放大電路，電壓放大倍數(shù)很高。直接耦合的多級放大電路，電壓放大倍數(shù)很高。 體積小、分量輕、功耗低、可靠性高。體積小、分量輕、功耗低、可靠性高。輸入級輸入級 中間級中間級 輸出級輸出級 輸入端輸入端 輸出端輸出端 CF741 81

2、723456集成運(yùn)算放大器的管腳和外部接線圖集成運(yùn)算放大器的管腳和外部接線圖 凈輸入電壓凈輸入電壓 運(yùn)算放大器的符號運(yùn)算放大器的符號 uD uuuO Ao 同相輸入端同相輸入端 反相輸入端反相輸入端 輸出端輸出端 + UCCUEE8 7 100 dB231 5 4 6uu+uO UOM uO= f(uD)線性區(qū)線性區(qū) uO = Ao uD = Ao ( uu)飽和區(qū)飽和區(qū) 正飽和電壓：正飽和電壓： uO =UOMUCC 負(fù)飽和電壓：負(fù)飽和電壓： uO =UOMUEE +UOMuDOuO負(fù)飽和區(qū)負(fù)飽和區(qū)正飽和區(qū)正飽和區(qū)線性線性區(qū)區(qū)凈輸入凈輸入 信號信號xDxD 輸出信號輸出信號 xO 輸入信號輸

3、入信號 xI放大電路放大電路 Ao 比較環(huán)節(jié)比較環(huán)節(jié) 開環(huán)放大倍數(shù)：開環(huán)放大倍數(shù)： Ao = xoxd 閉環(huán)放大倍數(shù)：閉環(huán)放大倍數(shù)： Af =xo xi 反響系數(shù)：反響系數(shù)： xfxo F =反響信號反響信號 xF 反響電路反響電路FiD= iIiFuD= uIuF正反響正反響 負(fù)反響負(fù)反響 判別方法：瞬時(shí)極性法。判別方法：瞬時(shí)極性法。 Ao RF RL R R1R2 uO uI uF uD uO RFiF R1R2uI iI iD RLuO RFiF R1R2uI iI iD RL輸出端短路法輸出端短路法: 令令RL= 0，此時(shí)，此時(shí) uO=0， 假設(shè)假設(shè) xF = 0 那么為電壓反響，否那

4、么為電流反響。那么為電壓反響，否那么為電流反響。電流反響電流反響電壓反響電壓反響輸出端開路法輸出端開路法: 令令RL=，此時(shí)，此時(shí) iO=0， 假設(shè)假設(shè) xF = 0 那么為電流反響，否那么為電壓反那么為電流反響，否那么為電壓反響。響。 Ao RF RL R R1R2 uO uI uF uD 并聯(lián)反響并聯(lián)反響 串聯(lián)反響串聯(lián)反響 uO RFiF R1R2uI iI iD RL Ao RF RL R R1R2 uO uI 串聯(lián)反響在輸入端是以電壓的方式出現(xiàn)的；串聯(lián)反響在輸入端是以電壓的方式出現(xiàn)的； 并聯(lián)反響在輸入端是以電流的方式出現(xiàn)的。并聯(lián)反響在輸入端是以電流的方式出現(xiàn)的。 Xo/ Xd1Xf /

5、 Xd = xF AoFxI xD xO = Xo XdXf Xd = Xi Xf Xo Xi | Af | = | Ao |1| F | Ao | | Af | = 1 | F | | Af | 當(dāng)當(dāng)|F |Ao |1，稱為深度稱為深度負(fù)反負(fù)反響響 | Af | 1假設(shè)為深度負(fù)反響假設(shè)為深度負(fù)反響, | F | Ao | 1 d | Af | | Af | d | Ao | | Ao | 例例 10.2.1 某放大電路的某放大電路的 | Ao | =1 000，由于某一，由于某一緣由緣由, 使其變化率為使其變化率為 ，假設(shè)電路的反響，假設(shè)電路的反響系數(shù)系數(shù) | F | = 0.009，那么閉

6、環(huán)電壓放大倍數(shù)的變化率？，那么閉環(huán)電壓放大倍數(shù)的變化率？= 2% 1 10.0091000 = 20% 解解 d| Ao| | Ao| 1 1| F | Ao| = d| Af | | Af | d| Ao| | Ao |= 20% 0.707 | Af| | Ao|未參與反響后未參與反響后 O f | A |0.707 | Ao| B0f1f2 Bff3 f4 參與反響后參與反響后 | Af | 電壓負(fù)反響：穩(wěn)定電壓負(fù)反響：穩(wěn)定 uO 電流負(fù)反響：穩(wěn)定電流負(fù)反響：穩(wěn)定 iO5. 改動了輸入電阻或輸出電阻改動了輸入電阻或輸出電阻 串聯(lián)反響：串聯(lián)反響：ri 并聯(lián)反響：并聯(lián)反響：ri 電壓負(fù)反響：

7、電壓負(fù)反響：ro 電流負(fù)反響：電流負(fù)反響：ro 無負(fù)反響無負(fù)反響有負(fù)反響有負(fù)反響ICiCO t UCC /RC ICiCO t UCC /RC u uuO uD 理想運(yùn)放的符號：理想運(yùn)放的符號： uO = UOMUCC (2) 當(dāng)當(dāng) uu時(shí)，時(shí)， 即即 uD 0 OuOuD+UOMUOMiD 反響電路反響電路 u uuO (1) Ao uOAouD = 0 u = u (2) ri uD riiD = 0 (3) ro0 uOL= uOC 故稱為虛短路故稱為虛短路故稱為虛斷路。故稱為虛斷路。即輸出電壓不受負(fù)載的影響。即輸出電壓不受負(fù)載的影響。Af u= u= 0 iD = 0 i1 = iF

8、uIR1uO RF= =F 1uO = uI uuuO RFiF R1R2uI i1 iD 虛地虛地 uO 與與 uI 成反相比例；成反相比例； uO 的大小只與外接元件的大小只與外接元件 R1 、 RF 的阻值和的阻值和 uI 有關(guān)。有關(guān)。假設(shè)假設(shè) R1 = RF ，那么，那么 uO = uI 。 故稱為反相器。故稱為反相器。 R2為平衡電阻：為平衡電阻： R2 = R1RF 闡明闡明 uuuO RFiF R1R2uI iI iD F 1uO = uI i1 iD uuuO RFiF R1R2uI 不是虛地不是虛地 Af uOu RFu R1=RF R1 uO = ) uI ( 1 u= u

9、 = uI iD = 0 iF = i1 RF R1uO = ) u (1 闡明闡明 uO 與與 uI 同相位，且同相位，且 Af1； uO 的大小只與外接元件的大小只與外接元件 R1、RF 的阻值和的阻值和 uI 有關(guān)。有關(guān)。 假設(shè)假設(shè) RF = 0, R1 = , R2 = 0 時(shí)時(shí), uO = uI 稱為電壓跟隨器稱為電壓跟隨器 平衡電阻平衡電阻: R2 = R1RFuO uI i1 iD uuuO RFiF R1R2uI 電壓跟隨器電壓跟隨器RF R1 uO = ) uI ( 1 例例 10.4.1 運(yùn)用運(yùn)放來丈量電阻的原理電路如下圖，運(yùn)用運(yùn)放來丈量電阻的原理電路如下圖， 其中其中 u

10、I =U = 10V，輸出端接有滿量程為，輸出端接有滿量程為 5V 的電壓表，被的電壓表，被測電阻為測電阻為Rx。(1) 試找出被測電阻的阻值試找出被測電阻的阻值Rx與電壓表讀數(shù)之與電壓表讀數(shù)之間的關(guān)系；間的關(guān)系；(2)假設(shè)運(yùn)用的運(yùn)放為假設(shè)運(yùn)用的運(yùn)放為CF741型，為了擴(kuò)展丈量電阻型，為了擴(kuò)展丈量電阻的范圍，將電壓表量程選為能否有意義？的范圍，將電壓表量程選為能否有意義？解解 (1) uO Rx R1uI U V 05V1M10Vx 1uO = uI 1 uIx = uO 106 10 = uO =105 uO 電壓表讀數(shù)電壓表讀數(shù) uO V 12345被測電阻值被測電阻值 Rx 105210

11、5310541055105所以所以: (2) 查附錄可知，查附錄可知，CF741 型集成運(yùn)放的最大輸出電壓為型集成運(yùn)放的最大輸出電壓為 13 V，超出此值時(shí)輸入與輸出不再有線性關(guān)系，超出此值時(shí)輸入與輸出不再有線性關(guān)系， 所以，選用所以，選用 50 V 量程的電壓表是沒有意義的。量程的電壓表是沒有意義的。 u= u = 0 uuuO RF iF R12 R2uI1 iI1 iI2 uI2 R11 虛地虛地 F 12 F 11 + uI2 ) uO=( uI1 當(dāng)當(dāng) uI1 單獨(dú)作用時(shí)單獨(dú)作用時(shí), uO1=F11uI1當(dāng)當(dāng) uI2 單獨(dú)作用時(shí)單獨(dú)作用時(shí), 根據(jù)疊加原理根據(jù)疊加原理: uO = uO

12、1 uO2uO1=F12uI2 uO 的大小只與外接電阻的大小只與外接電阻 R11、R12 、RF 的阻的阻 值和值和 uI1、uI2 有關(guān)。有關(guān)。 當(dāng)當(dāng) R11 = R12 = R1 時(shí)，時(shí)， 當(dāng)當(dāng) R11 = R12 = RF 時(shí)，時(shí)， uO=(uI1 + uI2) 平衡電阻平衡電阻: R2 = R11R12RF 闡明：闡明： uuuO RF iF R12 R2uI1 iI1 iI2 uI2 R11 F 12 F 11 + uI2 ) uO=( uI1 F 1 uO= (uI1 + uI2) 當(dāng)當(dāng) uI1 單獨(dú)作用時(shí)單獨(dú)作用時(shí), uO1=F1uI1當(dāng)當(dāng) uI2 單獨(dú)作用時(shí)單獨(dú)作用時(shí), RF

13、 R1 uO2= (1 ) u R3R2R3u=uI2 = (1 RF R1 ) R3R2R3 uI2 uuuO RF R1 R2 uI2 uI1 R3 uuuO RF R1 R2 uI1 R3 uuuO RF R1 R2 uI2 R3 根據(jù)原理疊加根據(jù)原理疊加: uO = uO1 uO2 F 1 R3 R2R3 RFR1 = (1 ) uI2 uI1 uO = uO1uO2F 1uO= (uI2uI1) 3 2 F 1 當(dāng)當(dāng)=時(shí)時(shí),當(dāng)當(dāng) R1= RF 時(shí)時(shí), uO= uI2 uI1平衡電阻平衡電阻: R2R3= R1RF 闡明闡明 uuuO RF R1 R2 uI2 uI1 R3 R3 /

14、R21R3 / R2 例例 10.4.2 如圖為兩級運(yùn)放組成的電路，知如圖為兩級運(yùn)放組成的電路，知 uI1 =0.1 V，uI2 =0.2 V，uI3 =0.3 V，求，求 uO。uI1uI2uI3 + uO 30 k30 k30 k10 k10 k10 k10 k10 kF1 12 F1 11uO1=( uI1 uI2 )第一級為加法運(yùn)算電路：第一級為加法運(yùn)算電路： 解解第二級為減法運(yùn)算電路：第二級為減法運(yùn)算電路： R5R4 + R5RF2R3 (1 ) uI3 F23 uO1 uO= = 0.3 V= 0.6 VuuuO RF R2 uI iF C uCiC 虛地虛地 u+ = u = 0

15、 iF = iC duCuO =RFC dtduIuO =RFC dtduC = CdtuORF OuO tOuItUI 當(dāng)當(dāng) uI 為階躍電壓時(shí)為階躍電壓時(shí), uO 為尖脈沖電壓。為尖脈沖電壓。 闡明：闡明： 平衡電阻：平衡電阻： R2 = RF 五、積分運(yùn)算電路五、積分運(yùn)算電路 u= u= 0 iI = iF1R1CuO = uI dt uCuuuO R1 R2 uI iF C iI 虛地虛地 duCdt C uIR1= =uO =uC 闡明闡明 當(dāng)當(dāng) uI 為階躍電壓時(shí)為階躍電壓時(shí), uO隨時(shí)間線性積分到負(fù)飽隨時(shí)間線性積分到負(fù)飽和值為止。和值為止。OuI UIttOuOUOM平衡電阻：平

16、衡電阻： R2 = R1 +UOM 電壓傳輸特性電壓傳輸特性 R R uI URUOMuOuIuOOURUOMR R uI URuO+UOMuIuOOUR 零電壓比較器可以實(shí)現(xiàn)波形變換零電壓比較器可以實(shí)現(xiàn)波形變換, 即可以即可以把正弦波變換為方波。把正弦波變換為方波。 當(dāng)當(dāng)UR =0 時(shí)，稱為零電壓比較器時(shí)，稱為零電壓比較器UOM t uIO t uO O UOM R R uI uO 例例 10.5.1 如下圖是利用運(yùn)放組成的過溫維護(hù)電路，如下圖是利用運(yùn)放組成的過溫維護(hù)電路，R3 是負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，溫度升高時(shí)，阻值變小，是負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，溫度升高時(shí)，阻值變小，KA 是繼電器，要求該

17、電路在溫度超越上限值時(shí)，繼電器是繼電器，要求該電路在溫度超越上限值時(shí)，繼電器動作，自動切斷加熱電源。試分析該電路的任務(wù)原理。動作，自動切斷加熱電源。試分析該電路的任務(wù)原理。解解 從圖中可得：從圖中可得：正常任務(wù)時(shí)，正常任務(wù)時(shí)， uIUR， uO =UOM 晶體管晶體管 T 截止，截止， KA 線圈不通電線圈不通電, KA 不會動作。不會動作。 uO R1 R2 uI UCC R4 R3 UR T KA R2R1R2 UR = UCC (2) R4R3R4uI =UCC (1)當(dāng)溫度超越上限值時(shí)，當(dāng)溫度超越上限值時(shí)， R3 的阻值下降；的阻值下降；根據(jù)公式根據(jù)公式 (1) 可知可知 uI 添加，

18、添加， 當(dāng)當(dāng) uI UR 時(shí)，時(shí)， uO =UOM 晶體管晶體管 T 飽和導(dǎo)通，飽和導(dǎo)通， KA線圈通電線圈通電, KA產(chǎn)生動作，產(chǎn)生動作，切除加熱電源，切除加熱電源，實(shí)現(xiàn)過溫維護(hù)。實(shí)現(xiàn)過溫維護(hù)。 uO R1 R2 uI UCC R4 R3 UR T KA 電壓傳輸特性電壓傳輸特性+UOMUOM當(dāng)當(dāng) uO= + UOM 時(shí)時(shí), u+ = UH = RF R2 + RF UR + R2 R2 + RF UOM 當(dāng)當(dāng) uO=UOM 時(shí)時(shí), u+ = UL =RF R2 + RF UR R2 R2 + RF UOM O uO uIULUH上限觸發(fā)電壓上限觸發(fā)電壓 下限觸發(fā)電壓下限觸發(fā)電壓 uO+ _

19、R1 R2uI UR RF +UOMUOMOuO uIULUHuO+ _R1 R2uI UR Rf U= UH UL 稱為滯回寬度稱為滯回寬度 改動改動 R2 和和 RF，可以改動，可以改動 U、UL、UH 值。值。 電壓傳輸特性電壓傳輸特性 當(dāng)當(dāng) uIUL 時(shí)時(shí), uO1=UOM uO2=UOM 當(dāng)當(dāng) uI UH 時(shí)時(shí), uO1=UOM uO2=UOM 當(dāng)當(dāng) UHuIUL 時(shí)時(shí),uO1 = UOM uO2 = UOM uO=UOM uO=UOM uH uO2 uO1 D1 D2 uO uL uI uLuHuIuOO+ uOMuO= 0 AoF =1 Uo Ui Uf 放大電路放大電路 A0

20、反響電路反響電路 F正弦波振蕩器原理電路正弦波振蕩器原理電路 uO R CC RFR1 R RC 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 Uf = F Uo Uo Ao Ui =反響電路反響電路 同相比同相比例電路例電路 反響電壓反響電壓 Uf Uf 的相位要與輸入電壓的相位要與輸入電壓 Ui Ui 的相位的相位 一樣。一樣。 即必需是正反響。即必需是正反響。 RC 串并聯(lián)選頻電路串并聯(lián)選頻電路 Uf =Ui UO R R CC =Uf Uo RXC 3j R2XC 1 =2Z并并 Z總總 (RjXC )R(jXC) R(jXC ) =Uf Uo R = XC = 2pfnC 1 12pR C fn =RX

21、C 3j R2XC 1 =2假設(shè)滿足假設(shè)滿足 Uf 和和 Ui 同相位同相位 =Uf Uo 13 振蕩頻率振蕩頻率 F = RC 串并聯(lián)選頻電路串并聯(lián)選頻電路 Uf =Ui Uo R R CC 改動改動 R R、C C 可以改動振蕩頻率?？梢愿膭诱袷庮l率。 | Ao | = 3 =Uf Uo F = 13RFR1 1 = 3 F = 2R1 Uf= F Uo Uo Ao Ui = uO R R CC RF R1RC 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 再反響再反響Ui = Uf = |F |Uo 2 3.自勵(lì)振蕩的起振條件自勵(lì)振蕩的起振條件 振蕩電路的組成振蕩電路的組成 接通電源接通電源 Uo1 反響反

22、響 Ui = Uf = | F |Uo1 放大放大 Uo2= | Ao | | F | Uo1 Uo1 再放大再放大Uo3 = | Ao | | F |Uo2 Uo2 起振的過程起振的過程 放大電路放大電路 正反響電路正反響電路 選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò) 反響電路反響電路 放大電路放大電路 uO R CC RFR1 R 選頻電路選頻電路 才干起振才干起振 振蕩穩(wěn)定振蕩穩(wěn)定 不能起振不能起振 | Ao | F | | Ao | F | 1 1 | Ao | F | = 1 | Ao | F | = 1 | Ao | F | | Ao | F |1 1 總之，起振過程是由總之，起振過程是由 | Ao | F | 1， 不斷到不斷到 | Ao | F | = 1， 到達(dá)穩(wěn)定的過程。到達(dá)穩(wěn)定的過程。 振蕩波形振蕩波形| Ao | = 3F = 2R1 振蕩穩(wěn)定時(shí)振蕩穩(wěn)定時(shí): | Ao | F | = 1 | Ao | 3F 2R1 起振時(shí)起振時(shí): | Ao | F | 1 F 為非線性電阻，為非線性電阻， 選擇負(fù)溫度系數(shù)的熱敏變阻。選擇負(fù)溫度系數(shù)的熱敏變阻。 uO R R CC RF R1 濾波器是一種選頻電路。濾波器是一種選頻電路。按電路組成分為：按電路組成分為： 無源濾波電路：由無源元件無源濾波電路：由無源元件 R R、L L、C C 組成組成 的濾波器。的濾波