負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器

1、負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器將整個(gè)電路的各個(gè)元件做在同一個(gè)半導(dǎo)體基片上集成電路優(yōu)點(diǎn)：工作穩(wěn)定、使用方便、體積小、重量輕、功耗小集成電路分類(lèi)：模擬、數(shù)字集成電路；單極型、雙極型集成電路；小、中、大、超大規(guī)模集成電路； 集成運(yùn)算放大器集成電路的概念集 成 電 路:1. 電路一般采用直接耦合的電路結(jié)構(gòu)，而不采用阻容耦合結(jié)構(gòu)。2. 輸入級(jí)采用差動(dòng)放大電路，目的是克服直接耦合電路的零漂。3. NPNPNP管配合使用，從而改進(jìn)單管的性能。4. 大量采用恒流源設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)或做有源負(fù)載，提高電路性能。特點(diǎn)：HOME2負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器的原理電路T3T4T5T1T2IS與uo反相 u+

2、 u反相輸入端同相輸入端與uo同相輸入級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)對(duì)輸入級(jí)要求：盡量減小零漂,提高KCMRR，輸入阻抗ri 盡可能大對(duì)中間級(jí)要求：足夠大的電壓放大倍數(shù)。 對(duì)輸出級(jí)要求：帶負(fù)載能力強(qiáng),有足夠的輸出電流io .輸出阻抗ro小8.3.1HOME3負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)放芯片uu+ uo uo國(guó)際符號(hào)國(guó)內(nèi)符號(hào)三種封裝形式：圓外殼封裝、扁平管封裝、雙列直插式封裝已經(jīng)不用正在使用外形符號(hào)反相輸入端同相輸入端輸出端u+ u- u0 均為對(duì)地電壓 u- u+ u+u-uo8.31HOME4負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器uiuo+UOM-UOMuiuo_+Ao例：若Ec=12V，Ao=106， 則|

3、ui| u- 則輸出為+Uom， 反之輸出為-UomHOME46負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器uoui0+UOM-UOM+uoui1.信號(hào)幅度比較電路+uouiuoui0+UOM-UOM（1）電壓比較器傳輸特性曲線ui0則輸出為正，反之為負(fù)。ui0則輸出為正，反之為負(fù)。過(guò)零比較HOME47負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器+uouiURuoui0+Uom-UomUR當(dāng)ui UR時(shí) , uo = -Uom 單閾值比較反相輸入（UR不為零）傳輸特性HOME48負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器uoui0+Uom-UomUR傳輸特性UR：參考電壓 ui ：被比較信號(hào) +uouiUR特點(diǎn)：運(yùn)放處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)。當(dāng)ui

4、UR時(shí) , uo = +Uom當(dāng)ui UR時(shí) , uo = -Uom 同相端輸入HOME49負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器+uouitui例：利用電壓比較器將正弦波變?yōu)榉讲?。uot+Uom-Uom方波與正弦波同相。問(wèn)：若反相輸入則如何？可實(shí)現(xiàn)過(guò)零檢測(cè)HOME50負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器+uiuoui0+UZ-UZ電路改進(jìn)：用穩(wěn)壓管進(jìn)行限幅。+uiuoUZRR電壓比較器的另一種形式 將雙向穩(wěn)壓管接在負(fù)反饋回路上uoUZR注意此電阻不可少此電路兼有線性與非線性兩種工作狀態(tài)HOME51負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器單閾值比較器的特點(diǎn)1. 電路簡(jiǎn)單。2. 當(dāng)Ao不夠大時(shí)， 輸出邊沿不陡。3. 容易引入

5、干擾。tuiuot過(guò)零附近仍處于放大區(qū)uiuo飽和區(qū)線性放大區(qū)+UOM-UOMHOME52負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器(2) 滯回比較器8.39 滯回比較器 HOME53負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器由圖8.39(a)可知當(dāng)輸出為+UZ時(shí)，當(dāng)輸出為-UZ時(shí)，稱(chēng)為下限閾值電壓 稱(chēng)為上限閾值電壓 HOME54負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器注意 由于該電路存在正反饋，因而輸出高、 低電平轉(zhuǎn)換很快。調(diào)節(jié)R2、R3的比值，可改變回差電壓值。回差電壓大，抗干擾能力強(qiáng)，延時(shí)增加。實(shí)用中，就是通過(guò)調(diào)整回差電壓來(lái)改變電路某些性能的。 兩個(gè)閾值的差稱(chēng)為回差電壓，即這個(gè)正反饋過(guò)程很快使輸出uO由UZ跳轉(zhuǎn)到-UZ。例如，

6、設(shè)開(kāi)始時(shí)uO=UZ，當(dāng)uI增加到UT+，使uO 有下降趨勢(shì)時(shí)，正反饋過(guò)程為：HOME55負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器 還可以在同相端再加一個(gè)固定值的參考電壓UREF。此時(shí)，回差電壓不受影響，改變的只是閾值，在電壓傳輸特性上表現(xiàn)為特性曲線沿uI前后平移。因此，抗干擾能力不受影響，但越限保護(hù)電路的門(mén)限發(fā)生了改變。 目前有專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的集成比較器供選用。常用的單電壓集成比較器J631、四電壓集成比較器CB75339引腳圖如圖所示。 HOME56負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器（a）單電壓集成比較器 （b）四電壓集成比較器 圖8.40 常用電壓比較器引腳圖 HOME57負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器電路如圖（a

7、）所示，試求上、下限閾值電壓，并畫(huà)出電壓傳輸特性。（a）電路圖 （b）電壓傳輸特性圖HOME例58負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器 故當(dāng)反相輸入端電壓ui -1.5 V時(shí)，輸出電壓由高電平6V跳變?yōu)楸浑p向穩(wěn)壓管箝位的低電平V。此時(shí)，同相輸入端電壓跳變?yōu)橄孪揲撝惦妷篐OME59負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器圖8.42 窗口比較器 (3) 窗口比較器 窗口比較器的電路圖和電壓傳輸特性如圖所示， 主要用來(lái)檢測(cè)輸入電壓是否在兩個(gè)電平之間。HOME60負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器2信號(hào)幅度的采樣保持采樣保持電路的任務(wù)是將信號(hào)定期和設(shè)備接通（稱(chēng)為采樣），并且將那時(shí)的信號(hào)保持下來(lái)，直至下一次采樣后，又保持在新的電

8、平。采樣保持電路是模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換電路的一個(gè)組成部分，圖8.43 基本采樣保持電路HOME61負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器為了提高采樣保持電路的輸入電阻，降低電路的輸出電阻，以便減小信號(hào)源和負(fù)載對(duì)電路性能的影響，實(shí)用中可采用已制成單片集成電路的集成采樣保持器，其各引腳功能如圖所示。圖LF198/298/398采樣保持電路 HOME62負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器3. 有源濾波器主要用作測(cè)量信號(hào)的低通濾波。(a) 反相比例放大LPF （b）同相比例放大LPF 圖8.45 低通濾波器（LPF）HOME63負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器試確定圖8.45(b)所示的低通濾波器的電阻和電容值。要求fc=

9、1kHz ，Au=2。解 已知 fc=1kHz，先取C，由 根據(jù)集成運(yùn)放同相和反相兩個(gè)輸入端直流通路電阻平衡要求，有取用標(biāo)稱(chēng)值求取R值，故HOME例64負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器已知但標(biāo)稱(chēng)值無(wú) 32k ，則R1、RF均可采用二個(gè)標(biāo)稱(chēng)值為10k和22 k 的精密電阻串聯(lián)來(lái)代替。故HOME65負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器8.3.5 波形產(chǎn)生電路1.正弦信號(hào)產(chǎn)生電路（1）. 產(chǎn)生自激振蕩的原理改成正反饋只有正反饋電路才能產(chǎn)生自激振蕩?；痉糯箅娐稟o反饋電路F+ HOME66負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器如果：則去掉仍有信號(hào)輸出?；痉糯箅娐稟o反饋電路F反饋信號(hào)代替了放大電路的輸入信號(hào)。基本放大電

10、路Ao反饋電路F+ +HOME67負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器自激振蕩條件的推導(dǎo)基本放大電路Ao反饋電路F+ HOME68負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器FAo=1自激振蕩的條件基本放大電路Ao反饋電路FHOME69負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器如果：(1) 正反饋?zhàn)銐驈?qiáng),輸入信號(hào)為 0 時(shí)仍有信號(hào)輸出，這就是產(chǎn)生了自激振蕩。(2) 要獲得非正弦自激振蕩,反饋回路中必須有RC充放電電路。例如：前面介紹的方波發(fā)生器、三角波發(fā)生器、鋸齒波發(fā)生器等。(3) 要獲得正弦自激振蕩,反饋回路中必須有選頻電路。所以將放大倍數(shù)和反饋系數(shù)寫(xiě)成：HOME70負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器自激振蕩的條件：因?yàn)椋核?，自激?/p>

11、蕩條件也可以寫(xiě)成：（1）振幅條件：（2）相位條件：n是整數(shù)相位條件意味著振蕩電路必須是正反饋；振幅條件可以通過(guò)調(diào)整放大電路的放大倍數(shù)達(dá)到。HOME71負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器問(wèn)題1：如何啟振？Uo 是振蕩器的電壓輸出幅度，B是要求輸出的幅度。起振時(shí)Uo=0，達(dá)到穩(wěn)定振蕩時(shí)Uo=B。放大電路中存在噪聲即瞬態(tài)擾動(dòng)，這些擾動(dòng)可分解為各種頻率的分量，其中也包括有fo分量。選頻網(wǎng)絡(luò)：把fo分量選出，把其他頻率的分量衰減掉。這時(shí)，只要：|AF|1，且A+ B =2n，即可起振。HOME72負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器問(wèn)題2：如何穩(wěn)幅？起振后，輸出將逐漸增大，若不采取穩(wěn)幅，這時(shí)若|AF|仍大于1，則輸出

12、將會(huì)飽和失真。達(dá)到需要的幅值后，將參數(shù)調(diào)整為AF=1，即可穩(wěn)幅。具體方法將在后面具體電路中介紹。起振并能穩(wěn)定振蕩的條件：HOME73負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器（2）. RC振蕩電路用RC 電路構(gòu)成選頻網(wǎng)絡(luò)的振蕩電路即所謂的 RC振蕩電路，可選用的 RC 選頻網(wǎng)絡(luò)有多種，這里只介紹文氏橋選頻電路。R1C1R2C2一、選頻電路HOME74負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器HOME75負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器時(shí)，相移為0。R1C1R2C2HOME76負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器如果：R1=R2=R，C1=C2=C，則：傳遞函數(shù)：相頻特性：幅頻特性：fof+9090fHOME77負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算

13、放大器二、用運(yùn)放組成的RC振蕩器所以，要滿足相位條件，只有在 fo 處因?yàn)椋簎o_+R2RCRCR1圖8.47 RC文氏橋振蕩器HOME78負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器在圖中，試求 該振蕩電路的頻率范圍？ 該采用多大的、什么樣的電阻才能得到較理想的正弦波輸出電壓？解：下限頻率為上限頻率為HOME例79負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器 電阻R1由同相比例運(yùn)算電路的放大倍數(shù)為3求得 因：故：為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)幅，R1 應(yīng)采用正溫度系數(shù)的熱敏電阻。 HOME80負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器能自行啟動(dòng)的電路（1）uotRtA半導(dǎo)體熱敏電阻起振時(shí)，RT略大于2R1，使|AF|1，以便起振；_+RTRCRCR1t uo

14、起振后，uo逐漸增大則RT逐漸減小，使得輸出uo為某值時(shí)，|AF|=1，從而穩(wěn)幅。HOME81負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器能自行啟動(dòng)的電路（2）R22為一小電阻，使(R21+R22)略大于2R1，|AF|1，以便起振；_+R21RCCR1R22D1D2隨著uo的增加，R22逐漸被短接，A自動(dòng)下降到使|AF|=1，使得輸出uo穩(wěn)定在某值。HOME82負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器輸出頻率的調(diào)整：通過(guò)調(diào)整R或/和C來(lái)調(diào)整頻率。_+RFuoRCCRKKR1R1R2R2R3R3C：雙聯(lián)可調(diào)電容，改變C，用于細(xì)調(diào)振蕩頻率。K：雙聯(lián)波段開(kāi)關(guān)，切換R，用于粗調(diào)振蕩頻率。HOME83負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器

15、電子琴的振蕩電路：_+RF1uoR1CCRD1D1RF2R28R27R26R25R24R23R22R21HOME84負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器+-RR3R1R2VDZCucuoA 圖 8.48 矩形波發(fā)生電路電路組成(1)方波發(fā)生器2.非正弦信號(hào)產(chǎn)生電路HOME85負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器工作原理HOME86負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器振蕩周期HOME87負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器RCucR2R1R3Rw RwRwVDZuoA+-圖 8.49 占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生電路占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生電路HOME88負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生電路和波形HOME89負(fù)反饋放

16、大器和集成運(yùn)算放大器(2)鋸齒波發(fā)生電路積分運(yùn)算電路(A2)起延時(shí)作用。電路的主要特點(diǎn):（a）電路圖 （b）波形圖 圖8.50 鋸齒波發(fā)生器 同相輸入滯回比較器（A1）起開(kāi)關(guān)作用；HOME90負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器HOMEHOME91負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器(3) 壓控振蕩器圖中控制端電壓規(guī)定為正。 （a）電路 （b）電壓波形圖壓控振蕩器及電壓波形HOME92負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器1. 合理選用集成運(yùn)放型號(hào)集成運(yùn)放的主要技術(shù)指標(biāo)有：(1) 開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù) 開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)指集成運(yùn)放在開(kāi)環(huán)狀態(tài)下的差模電壓放大倍數(shù)。一般要求數(shù)量級(jí)越高越好，高質(zhì)量的集成運(yùn)放可達(dá)140dB以上。(2) 輸入失調(diào)電壓 輸入失調(diào)電壓指輸入電壓為零時(shí)，輸出端出現(xiàn)的電壓換算到輸入端的數(shù)值?；蛑笧榱耸馆敵鲭妷簽榱愣谳斎攵思拥难a(bǔ)償電壓。HOME集成運(yùn)放使用中的問(wèn)題 93負(fù)反饋放大器和集成運(yùn)算放大器(3) 輸入失調(diào)電流 輸入失調(diào)電流指輸出為零時(shí)，流入放大器兩輸入端的靜態(tài)基極電流之差。(4) 共模抑制比 共模抑制比在應(yīng)用中也是一個(gè)很重要的參數(shù)，其數(shù)值一般在80dB以上。(5) 差模輸入電阻 集成運(yùn)放的差模輸入電阻指運(yùn)放在開(kāi)環(huán)條件下，兩輸入端之間的等效電阻，一般為幾兆歐。(6) 輸出電阻 集成運(yùn)放的輸出電阻指在開(kāi)環(huán)條件