第11章運(yùn)算放大器

1、+VCCRBRCC1C2T 固定偏置共射極放大電路固定偏置共射極放大電路uiRSusuoRLVCCRCC1C2TRL+RB1uoRSusRB2RE+CE能夠自動(dòng)穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)能夠自動(dòng)穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)T+uiuoRSC1RBC2RERL+VCC靜態(tài)分析靜態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析估算法估算法圖解法圖解法微變等效電路法微變等效電路法圖解法圖解法11.1.111.1.1運(yùn)算放大器的組成運(yùn)算放大器的組成1. 元器件參數(shù)的一致性和對(duì)稱性好；元器件參數(shù)的一致性和對(duì)稱性好；2. 二極管多用三極管的發(fā)射結(jié)代替；二極管多用三極管的發(fā)射結(jié)代替；3. 電阻的阻值受到限制，大電阻常用三極管恒流源代替，電阻的阻值受到限制，大

2、電阻常用三極管恒流源代替， 電位器需外接；電位器需外接；4. 電容的容量受到限制，電感不能集成，故大電容、電感電容的容量受到限制，電感不能集成，故大電容、電感 和變壓器均需外接。和變壓器均需外接。集成運(yùn)放是具有很高開環(huán)電壓放大倍數(shù)的直接耦合放大器。集成運(yùn)放是具有很高開環(huán)電壓放大倍數(shù)的直接耦合放大器。 a. 集成運(yùn)放的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)框圖集成運(yùn)放的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)框圖輸入級(jí)輸入級(jí) 差動(dòng)放大器差動(dòng)放大器輸出級(jí)輸出級(jí) 射極輸出器或互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器射極輸出器或互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器中間級(jí)中間級(jí) 電壓放大器電壓放大器輸入級(jí)輸入級(jí)中間級(jí)中間級(jí) 輸出級(jí)輸出級(jí)-UEE+UCC u+uo u反相反相輸入端輸入端同相同相輸

3、入端輸入端T3T4T5T1T2ISb.原理框圖：原理框圖： 輸入級(jí)輸入級(jí)中間級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)輸出級(jí)+UCCUEE u+uo u反相反相輸入端輸入端同相同相輸入端輸入端T3T4T5T1T2IS對(duì)輸入級(jí)的要求：對(duì)輸入級(jí)的要求：盡量抑制零點(diǎn)漂移和共模噪聲盡量抑制零點(diǎn)漂移和共模噪聲 , , 增大輸入阻抗增大輸入阻抗 ri 。對(duì)中間級(jí)的要求：對(duì)中間級(jí)的要求：足夠大的電壓放大倍數(shù)。足夠大的電壓放大倍數(shù)。輸入級(jí)輸入級(jí)中間級(jí)中間級(jí) 輸出級(jí)輸出級(jí)UEE+UCC u+uo u反相反相輸入端輸入端同相同相輸入端輸入端T3T4T5T1T2IS輸入級(jí)輸入級(jí)中間級(jí)中間級(jí) 輸出級(jí)輸出級(jí)UEE+UCC u+uo u反相反相輸入

4、端輸入端同相同相輸入端輸入端T3T4T5T1T2IS對(duì)輸出級(jí)的要求：對(duì)輸出級(jí)的要求：主要提高帶負(fù)載能力，即輸出主要提高帶負(fù)載能力，即輸出阻抗阻抗 ro小。給出足夠的輸出電流小。給出足夠的輸出電流io 。c. 集成運(yùn)算放大器的符號(hào)集成運(yùn)算放大器的符號(hào)uu+ uo u u+ uoA0 ri 大大: :幾百幾百 k k 以上以上d.運(yùn)放的特點(diǎn)：運(yùn)放的特點(diǎn)：共模抑制比共模抑制比KCMR 很大很大 ro ?。簬资。簬资?幾百幾百 開環(huán)開環(huán)A o 很大很大:10:104 4 10 107 7理想理想運(yùn)放：運(yùn)放： ri KCMR ro 0 0Ao 1. 運(yùn)算放大器的電壓傳輸特性運(yùn)算放大器的電壓傳輸特性 u

5、o= f ( ui ) , 其中其中 ui = u+ u uiuo+2. 理想運(yùn)放工作在理想運(yùn)放工作在線性區(qū)線性區(qū)的分析依據(jù)的分析依據(jù)+iiuiriduiiirid=對(duì)于理想運(yùn)放對(duì)于理想運(yùn)放相當(dāng)于兩輸入端之間相當(dāng)于兩輸入端之間斷路斷路uOii 0rid,+相當(dāng)于兩輸入端之間相當(dāng)于兩輸入端之間短路短路ui 0,2. 理想運(yùn)放工作在理想運(yùn)放工作在線性區(qū)線性區(qū)的分析依據(jù)的分析依據(jù)對(duì)于理想運(yùn)放對(duì)于理想運(yùn)放 u u+Auouo=uiu=u Auo+uiuO+uiuo由由“虛斷路虛斷路”原則原則 ii = 0 , 有有 u+=0 ； u+ u = 0如圖，運(yùn)放工作在線性放大區(qū)：如圖，運(yùn)放工作在線性放大區(qū)：

6、由由“虛短路虛短路”原則原則2. 理想運(yùn)放工作在理想運(yùn)放工作在線性區(qū)線性區(qū)的分析依據(jù)的分析依據(jù)“虛斷路虛斷路”成立；成立；3. 理想運(yùn)放工作在理想運(yùn)放工作在非線性區(qū)非線性區(qū)的分析依據(jù)的分析依據(jù)注意注意: u+ = u 輸出輸出u0只有兩種可能：只有兩種可能：u+u-時(shí)，時(shí)，u0= UOM;u+1，稱為，稱為深度負(fù)反饋深度負(fù)反饋，此時(shí)：，此時(shí)：FA1f 1）. 串聯(lián)反饋使電路的輸入電阻增加：串聯(lián)反饋使電路的輸入電阻增加：ioifR)FA(R+= 1i iT+uiuoRSC1RBC2RERL+VCCRE: 電壓串聯(lián)負(fù)反饋電壓串聯(lián)負(fù)反饋FArr0ifi1+ += =o0of)1(rFAr+ += =

7、FArr0oof1+ += = 電壓負(fù)反饋具有穩(wěn)定輸出電壓的作用，電壓負(fù)反饋具有穩(wěn)定輸出電壓的作用，即有恒壓輸出特性，故輸出電阻降低。即有恒壓輸出特性，故輸出電阻降低。 電流負(fù)反饋具有穩(wěn)定輸出電流的作用，電流負(fù)反饋具有穩(wěn)定輸出電流的作用，即有恒流輸出特性，故輸出電阻提高。即有恒流輸出特性，故輸出電阻提高。T+uiuoRSC1RBC2RERL+VCCRE: 電壓串聯(lián)負(fù)反饋電壓串聯(lián)負(fù)反饋uf加入加入負(fù)反饋負(fù)反饋無負(fù)反饋無負(fù)反饋FufAuiuo+uiduo大大小小uiA接近正弦波接近正弦波無負(fù)反饋無負(fù)反饋f|Au|理想運(yùn)放工作在理想運(yùn)放工作在線性區(qū)線性區(qū)的分析依據(jù)的分析依據(jù)+iiuiriduOii

8、0+ u u+“虛斷路虛斷路”成立；成立；理想運(yùn)放工作在理想運(yùn)放工作在非線性區(qū)非線性區(qū)的分析依據(jù)的分析依據(jù)注意注意: u+ = u 輸出輸出u0只有兩種可能：只有兩種可能：u+u-時(shí)，時(shí)，u0= UOM;u+R4 , 求求AufR4R3R4+uo= RF1代入代入 if = i1由由 RFR4 ,有：有： Auf = = R1RF(1+ )R4R3ui uouo=R4R3R4+uo得得 uoif = RFRFRR1 12uiuouf2. 同相比例運(yùn)算電路同相比例運(yùn)算電路 uo = 1+ u+RFR1 1 = 1+ ui RF R1 1虛斷路虛斷路id 0虛短路虛短路uiu =+uou = fR

9、1R1 RF+u-u =+故有：故有：_+ + uiuoiouuuu=+此電路是電壓串聯(lián)負(fù)反饋，輸入電阻大，此電路是電壓串聯(lián)負(fù)反饋，輸入電阻大，輸出電阻小，在電路中作用與分離元件的射輸出電阻小，在電路中作用與分離元件的射極輸出器相同，但是電壓跟隨性能好。極輸出器相同，但是電壓跟隨性能好。電壓跟隨器電壓跟隨器3. 差動(dòng)比例運(yùn)算電路差動(dòng)比例運(yùn)算電路uoRFR1R2R3利用疊加原理進(jìn)行分析利用疊加原理進(jìn)行分析ui1i2uu0=uo+u0= 1+ ui2RFR1R2+R3R3- - ui1RFR1uO = - - ui1RFR1 1uO = 1+ u+RFR1 = 1 + ui2RFR1R2+R3R3

10、F1u o31. 反相加法運(yùn)算電路反相加法運(yùn)算電路Pui1 ui3ui2 u = ( + + ) ui2 oui1 ui3 RFRFRFR1R2R3i1i2i3if11.3.2 2 1.差動(dòng)比例運(yùn)算電路差動(dòng)比例運(yùn)算電路uoRFR1R2R3利用疊加原理進(jìn)行分析利用疊加原理進(jìn)行分析ui1i2uu0=uo+u0= 1+ ui2RFR1R2+R3R3- - ui1RFR1uO = - - ui1RFR1 1uO = 1+ u+RFR1 = 1 + ui2RFR1R2+R3R311.3.3 減法運(yùn)算電路減法運(yùn)算電路 11ui1212. 兩級(jí)反相輸入減法運(yùn)算電路兩級(jí)反相輸入減法運(yùn)算電路132212N2N1

11、uoF1uRRRRRRRi2F2uo= ui1 ui2 11RRRRRR 13 12F1F2F2uO = (1 + )(ui2 ui1)RFR2R1RP3. 精密測量放大電路精密測量放大電路ui反相積分運(yùn)算電路反相積分運(yùn)算電路CFuo211.3.4 積分電路積分電路由虛斷和虛地由虛斷和虛地ui1 = iR1iC =i1iCuC duCdt CF iC = uO= uC可得可得= uo R1 CFuidtuuOi 11.3.5 反相微分運(yùn)算電路反相微分運(yùn)算電路C1 duidtuo= RF C1 uouiF輸出與輸入的關(guān)系式為輸出與輸入的關(guān)系式為若輸入為方波若輸入為方波則輸出波形為則輸出波形為ic

12、1ic1CF應(yīng)用舉例：應(yīng)用舉例：PID調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器21uouiC1F輸出與輸入的關(guān)系式為輸出與輸入的關(guān)系式為duiu = ( + ) + RFC1 + ui dt ouiRFR1R1CFC1CFdt1R1R2uouiUOM-UOMuiuo(1) 反相輸入過零比較器反相輸入過零比較器0-UOMUOM(2) 同相輸入過零比較器同相輸入過零比較器uiuo0R1R2uouiR1R2UOM-UOMttUOM-UOM000uiuouOuiuiuo-UZUZ0uiuoR1R2R3DzuiuoUZ2. 過零限幅比較器過零限幅比較器1. 輸出電壓躍變的條件輸出電壓躍變的條件uu =+由此可求出電壓比較器的門限電壓由此可求出電壓比較器的門限電壓UT對(duì)過零比較器對(duì)過零比較器 門限電壓門限電壓 UT = 0 02. 電壓傳輸特性電壓傳輸特性u(píng)u +uo0 0；時(shí)，時(shí)，uu +uo0 0。時(shí)，時(shí)，輸出端不接輸出端不接 DZ時(shí)時(shí)， uo = UOM輸出端接輸出端接 DZ限幅時(shí)限幅時(shí)， uo = UZ例：求：例：求：Q，Av, ri, ro作業(yè)題作業(yè)題 11.3.1