電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能 伍湘彬主編

1、第三章集成運(yùn)算放大器第三章集成運(yùn)算放大器3.2集成運(yùn)放常用電路3.1概述3.3負(fù)反饋放大電路3.1概述【教學(xué)目的【教學(xué)目的】1了解集成運(yùn)放的電路結(jié)構(gòu)及電路符號(hào)。2了解零漂對(duì)放大電路的危害及差分放大電路抑制零漂的原理。3理解集成運(yùn)放的主要參數(shù)?！窘虒W(xué)重點(diǎn)【教學(xué)重點(diǎn)】1集成運(yùn)放電路輸入與輸出信號(hào)之間的相位關(guān)系。2產(chǎn)生零漂的原因、零漂對(duì)直接耦合放大電路的危害。3差分放大電路的組成、特點(diǎn)。4差分放大電路放大差模信號(hào)及抑制零漂（共模信號(hào)）原理?！窘虒W(xué)難點(diǎn)【教學(xué)難點(diǎn)】1. 差分放大電路放大差模信號(hào)及抑制零漂（共模信號(hào)）原理。2. 集成運(yùn)放的主要參數(shù)。3.1.1集成運(yùn)放的電路結(jié)構(gòu)3.1.2零點(diǎn)漂移的抑制方法

2、3.1.3集成運(yùn)放的主要參數(shù) 3.1.1 3.1.1 集成運(yùn)放的電路結(jié)構(gòu)集成運(yùn)放的電路結(jié)構(gòu)集成運(yùn)算放大器一般由輸入級(jí)、電壓放大級(jí)、輸出級(jí)和偏置電路四個(gè)部分組成。 1集成運(yùn)放的電路結(jié)構(gòu)集成運(yùn)放的電路結(jié)構(gòu) 輸入級(jí)又稱前置級(jí)：輸入級(jí)又稱前置級(jí)：由一個(gè)高性能的差動(dòng)放大電路構(gòu)成，具有較高的共模抑制比。差動(dòng)放大電路的兩個(gè)輸入端構(gòu)成整個(gè)電路的反相輸入端和同相輸入端。 電壓放大級(jí)：電壓放大級(jí)：由多級(jí)共射放大電路組成，以獲得高的電壓放大倍數(shù)。 輸出級(jí)：輸出級(jí)：由電壓跟隨器或互補(bǔ)電壓跟隨器組成，能夠輸出足夠大的電壓和電流。 偏置電路：偏置電路：為各級(jí)放大電路提供穩(wěn)定和合適的偏置電壓。2. 集成運(yùn)放的電路符號(hào)集成運(yùn)

3、放的電路符號(hào)集成運(yùn)放電路符號(hào)“”同相輸入端，集成運(yùn)放輸出信號(hào)與該輸入信號(hào)相位相同；“”反相輸入端，集成運(yùn)放輸出信號(hào)與該輸入信號(hào)相位相反；“”輸出端；“”表示運(yùn)算放大器；“”表示開環(huán)放大倍數(shù)極高。IvIvOv實(shí)際集成運(yùn)放的引腳除了兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端外，還有電源端、調(diào)零端等。 3.1.2 3.1.2零點(diǎn)漂移的抑制方法零點(diǎn)漂移的抑制方法零點(diǎn)漂移簡(jiǎn)稱零漂：零點(diǎn)漂移簡(jiǎn)稱零漂：輸入電壓為零,輸出電壓偏離零值，發(fā)生緩慢的、無(wú)規(guī)則的變化。 1零點(diǎn)漂移的危害零點(diǎn)漂移的危害 2零點(diǎn)漂移的抑制方法零點(diǎn)漂移的抑制方法造成測(cè)量誤差、使自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)生錯(cuò)誤動(dòng)作；淹沒真正的信號(hào)，使放大電路無(wú)法正常工作。最有效且廣泛采用

4、的方法是輸入級(jí)采用差分放大電路。 3. 3. 差分放大電路差分放大電路（1）電路的構(gòu)成及工作原理1V2V1BR2BRCR當(dāng)溫度變化引起三極管集電極電流變化時(shí)，由于電路對(duì)稱，存在，導(dǎo)致兩管集電極電位的變化量必然相等，即，所以輸出電壓。21CCII21CCVV021CCOVVv由兩個(gè)完全對(duì)稱的單管放大電路連接而成。在該電路中，晶體管 、型號(hào)一樣、特性相同，為輸入回路限流電阻，為基極偏流電阻，為集電極負(fù)載電阻。輸入信號(hào)電壓由兩管的基極輸入，輸出電壓從兩管的集電極之間提取。在理想情況下，由于電路的對(duì)稱性，對(duì)于無(wú)論什么原因引起的零點(diǎn)漂移，均能有效地抑制。 差模輸入：差模輸入：在電路的兩個(gè)輸入端輸入大小相

5、等、極性相反的信號(hào)電壓，即。差模信號(hào)：差模信號(hào)：大小相等、極性相反的信號(hào)。VdVVAAA21差模放大倍數(shù)與單管放大倍數(shù)相同，即 。共模輸入：共模輸入：在電路的兩個(gè)輸入端輸入大小相等、極性相同的信號(hào)電壓，即。 差模信號(hào)：差模信號(hào)：大小相等、極性相同的信號(hào)。21IIvv21IIvv在實(shí)際應(yīng)用中，如果信號(hào)源兩端均不接地，則差分放大電路應(yīng)選擇雙端輸入方式；如果信號(hào)源有一端接地，則差分放大電路應(yīng)選擇單端輸入方式。 （2）差模輸入差分放大電路對(duì)差模信號(hào)具有較好的放大作用。 （3）共模輸入差分放大電路對(duì)共模信號(hào)無(wú)放大作用，共模信號(hào)的電壓放大倍數(shù)為零。VdAVdA310710idRidRoRoR 3.1.3

6、集成運(yùn)放的主要參數(shù)集成運(yùn)放的主要參數(shù)集成運(yùn)放在沒有外接反饋電路時(shí)的差模電壓放大倍數(shù)。越小，運(yùn)放帶負(fù)載能力越強(qiáng)。一般在幾十歐到幾百歐。集成運(yùn)放開環(huán)時(shí)，輸出端的對(duì)地電阻。3輸出電阻越大，集成運(yùn)放對(duì)信號(hào)源的影響就越小。目前一般在幾十千歐到幾兆歐。集成運(yùn)放的兩個(gè)輸入端之間對(duì)差模輸入信號(hào)所呈現(xiàn)的電阻。2差模輸入電阻很高，一般在之間。1開環(huán)電壓放大倍數(shù)4輸入失調(diào)電壓IBIIBICMRKVCVDCMRAAKCMRKdBIOVIOV集成運(yùn)放開環(huán)電壓放大倍數(shù)與其共模電壓放大倍數(shù)之間的比值，即。常用分貝表示，其值越大越好，一般大于80。6共模抑制比越小越好，一般為10nA1mA。集成運(yùn)放輸出電壓為零時(shí)，兩個(gè)輸入端

7、偏置電流的平均值。5輸入偏置電流越小，表示輸入級(jí)的對(duì)稱性越好，一般為幾毫伏。為了抵消內(nèi)部電路的不對(duì)稱，保證當(dāng)輸入電壓為零時(shí)輸出電壓也為零，在輸入端所加的補(bǔ)償電壓。3.2集成運(yùn)放常用電路1理想集成運(yùn)放的兩個(gè)重要結(jié)論，“虛短”與“虛斷”的含義。2集成運(yùn)放差動(dòng)輸入電路的結(jié)構(gòu)、輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系。3由集成運(yùn)放組成的運(yùn)算電路的分析思路和計(jì)算方法?！窘虒W(xué)難點(diǎn)【教學(xué)難點(diǎn)】1理想集成運(yùn)放的兩個(gè)重要結(jié)論。2集成運(yùn)放反相輸入電路和同相輸入電路的結(jié)構(gòu)、輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系?！窘虒W(xué)重點(diǎn)【教學(xué)重點(diǎn)】1掌握理想集成運(yùn)放的兩個(gè)重要結(jié)論。2掌握集成運(yùn)放反相輸入電路和同相輸入電路的結(jié)構(gòu)、輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系。3理

8、解集成運(yùn)放差動(dòng)輸入電路的結(jié)構(gòu)、輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系。【教學(xué)目的【教學(xué)目的】3.2.1反向輸入電路3.2.3其他形式的電路3.2.2同向輸入電路在分析集成運(yùn)放電路時(shí)，一般將集成運(yùn)放看成是一個(gè)理想的運(yùn)放。 理想運(yùn)放的等效電路理想運(yùn)放的等效電路集成運(yùn)放理想狀態(tài)下的參數(shù)是：集成運(yùn)放理想狀態(tài)下的參數(shù)是：開環(huán)電壓放大倍數(shù) 差模輸入電阻 輸出電阻 0共模抑制比 VDAidRoRCMRK根據(jù)上述的理想條件，若運(yùn)放工作在線性放大區(qū)，便可得出如下兩個(gè)重要結(jié)論：兩個(gè)重要結(jié)論：IIvv0IIii相當(dāng)于同相端和反相端均斷開，但又不是實(shí)際斷路，故稱為虛假斷路，簡(jiǎn)稱虛斷。（2）理想運(yùn)放輸入電流等于零，即。相當(dāng)于同相端與

9、反相端之間短路，但不是實(shí)際短路，故稱為虛假短路，簡(jiǎn)稱虛短。（1）理想運(yùn)放兩輸入端電位相等，即。3.2.13.2.1反相輸入電路反相輸入電路 輸入電壓經(jīng)電阻從集成運(yùn)放的反相輸入端加入，同相輸入端經(jīng)電阻接地，在輸出端與反相輸入端之間接有負(fù)反饋電阻。 Iv1R2RfR1電路結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)2輸入、輸出電壓關(guān)系IfOvRRv11RRvvAfIOvf輸出電壓的大小與輸入電壓的大小成正比、相位相反，又稱反相比例運(yùn)算電路。選擇不同的與比值，就可以得到所需的放大倍數(shù)。fR1R3.2.23.2.2同相輸入電路同相輸入電路 輸入電壓經(jīng)電阻從集成運(yùn)放的同相輸入端加入，輸出端與反相輸入端之間接有負(fù)反饋電阻和。 Iv2RfR

10、1R1電路結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)2輸入、輸出電壓關(guān)系輸出電壓的大小與輸入電壓的大小成正比、相位相同，又稱同相比例運(yùn)算電路。選擇不同的與比值，就可以得到所需的放大倍數(shù)。fR1RIfOvRRv)1 (111RRvvAfIOvf3.2.33.2.3其他形式的電路其他形式的電路 在反相輸入電路的基礎(chǔ)上，增加二個(gè)輸入端，就可以實(shí)現(xiàn) 、三個(gè)電壓的加法運(yùn)算。其中為平衡電阻。1Iv2Iv3Iv4R1加法運(yùn)算電路輸入、輸出電壓關(guān)系：輸出電壓是三個(gè)輸入電壓、之和，實(shí)現(xiàn)了三個(gè)信號(hào)的加法運(yùn)算。式中的負(fù)號(hào)表出輸出電壓與輸入電壓之和的相位相反。如果取，則)111(332211IIIfFfOvRvRvRRiRvfRRRR321)(32

11、1IIIOvvvv1Iv2Iv3Iv2減法運(yùn)算電路在反相輸入電路的基礎(chǔ)上，將同相輸入端作為電路的另一個(gè)輸入端，便可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)輸入信號(hào)電壓的減法運(yùn)算。當(dāng)電路滿足，且時(shí)，輸入、輸出電壓關(guān)系：輸出電壓是兩個(gè)輸入電壓、之差，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)信號(hào)的減法運(yùn)算。如果取，則fRRRR3211Iv2Iv21RR fRR 3)(121IIfOvvRRv12IIOvvv3.3負(fù)反饋放大電路 1負(fù)反饋類型的判別。 2負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響。【教學(xué)難點(diǎn)【教學(xué)難點(diǎn)】1負(fù)反饋放大電路的組成結(jié)構(gòu)。2負(fù)反饋類型的判別方法。3負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響?！窘虒W(xué)重點(diǎn)【教學(xué)重點(diǎn)】1理解負(fù)反饋的定義，了解負(fù)反饋放大電路的組成結(jié)構(gòu)。2掌握負(fù)

12、反饋放大電路的類型和分析方法。3了解負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響?！窘虒W(xué)目的【教學(xué)目的】3.4.1負(fù)反饋放大電路的組成與分類3.4.3負(fù)反饋放大電路分析3.4.2負(fù)反饋對(duì)放大器性能指標(biāo)的影響3.4.1 3.4.1 負(fù)反饋放大電路的組成與分類負(fù)反饋放大電路的組成與分類負(fù)反饋放大電路由基本放大電路和反饋電路兩部分組成。它們有兩個(gè)連接點(diǎn)，一個(gè)稱“取樣”點(diǎn)，取出反饋信號(hào)；另一個(gè)是“比較”點(diǎn)，將輸入信號(hào)與反饋信號(hào)進(jìn)行相減后送到基本放大電路的輸入端。 1. 負(fù)反饋放大電路的組成負(fù)反饋放大電路與基本放大電路的主要區(qū)別：負(fù)反饋放大電路與基本放大電路的主要區(qū)別：（3）凈輸入信號(hào)輸入信號(hào)反饋信號(hào)，小于輸入信號(hào)，因此

13、，負(fù)反饋放大電路的電壓放大倍數(shù)小于基本放大電路的電壓放大倍數(shù)。（2）負(fù)反饋放大電路的輸出信號(hào)在送到負(fù)載的同時(shí)還要取出一部分送回到原放大電路的輸入端。（1） 負(fù)反饋放大電路的凈輸入信號(hào)不只是由信號(hào)源單方面提供，還有反饋過(guò)來(lái)的信號(hào)。2. 負(fù)反饋放大電路的分類（1）直流反饋和交流反饋 交流反饋：在負(fù)反饋放大電路中，如果反饋到輸入端的信號(hào)是交流電壓或電流，稱為交流反饋。交流反饋主要用于改善放大電路的交流性能。直流反饋：在負(fù)反饋放大電路中，如果反饋到輸入端的信號(hào)是直流電壓或電流，稱為直流反饋。直流反饋主要用于穩(wěn)定放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。（2）電壓反饋和電流反饋電壓反饋：電壓反饋：反饋電路與基本放大電路在輸

14、出端并聯(lián)，反饋信號(hào)取自基本放大電路的輸出電壓。放大電路中引入電壓負(fù)反饋后，將使輸出電壓保持穩(wěn)定。電流反饋電流反饋電流反饋：電流反饋：反饋電路與基本放大電路在輸出端串聯(lián)，反饋信號(hào)取自基本放大電路的輸出電流。放大電路中引入電流負(fù)反饋后，將使輸出電流保持穩(wěn)定。電壓反饋電壓反饋（3）串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋串聯(lián)反饋：串聯(lián)反饋：反饋電路與基本放大電路在輸入端串聯(lián)，反饋信號(hào)以電壓的形式出現(xiàn)在輸入回路。串聯(lián)反饋串聯(lián)反饋并聯(lián)反饋：并聯(lián)反饋：反饋電路與基本放大電路在輸入端并聯(lián)，反饋信號(hào)以電流的形式出現(xiàn)在輸入回路。并聯(lián)反饋并聯(lián)反饋負(fù)反饋放大電路有4種類型：電壓串聯(lián)負(fù)反饋、電壓并聯(lián)負(fù)反饋、電流串聯(lián)負(fù)反饋和電流并聯(lián)負(fù)反饋。

15、 3.4.2 3.4.2 負(fù)反饋對(duì)放大器性能指標(biāo)的影響負(fù)反饋對(duì)放大器性能指標(biāo)的影響1. 提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性 2減小非線性失真減小非線性失真 3展寬通頻帶展寬通頻帶4改變輸入、輸出電阻改變輸入、輸出電阻放大電路中加入負(fù)反饋之后，以犧牲放大倍數(shù)為代價(jià)，換來(lái)了放大電路性能指標(biāo)的改善。負(fù)反饋放大電路對(duì)輸入電阻的影響主要取決于反饋信號(hào)在輸入端的連接方式。串聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻增大，并聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻減小。負(fù)反饋放大電路對(duì)輸出電阻的影響主要取決于反饋信號(hào)在輸出端的連接方式。電壓負(fù)反饋使輸出電阻減小，電流負(fù)反饋使輸出電阻增大。在設(shè)計(jì)放大電路時(shí)，可根據(jù)不同的需要，通過(guò)引入不同類型的負(fù)反饋，來(lái)達(dá)到電路設(shè)計(jì)的目的。3.4.3 3.4.3 負(fù)反饋放大電路分析負(fù)反饋放大電路分析1. 判別電路是否存在反饋找出電路的反饋元件，一般來(lái)說(shuō)，任何連接輸出回路與輸入回路之間的元件，都是反饋元件。有反饋元件，電路就存在反饋。2. 判別是正反饋還是負(fù)反饋采用瞬時(shí)極性法 。先假定輸入信號(hào)在某一瞬時(shí)的極性為正，分析放大電路各點(diǎn)相位的變化，最后看反饋到輸入端的反饋信號(hào)的極性：如果反饋信號(hào)極性與輸入信號(hào)極性相反，則為負(fù)反饋；如果反饋信號(hào)極性與輸入信號(hào)極性相同，則為正反饋。假設(shè)輸入信號(hào)在某一時(shí)刻的極性為“”，由于信號(hào)從集成運(yùn)放的反相輸入端輸入，則集成運(yùn)放輸出信號(hào)的極性為“”，反饋信號(hào)的極性與輸出信號(hào)極