運(yùn)算放大器知識(shí)介紹課件

第

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章運(yùn)算放大器11.1運(yùn)算放大器的簡(jiǎn)單介紹11.3運(yùn)算放大器在信號(hào)運(yùn)算方面的應(yīng)用11.2放大電路中的負(fù)反饋11.4運(yùn)算放大器在信號(hào)處理方面的應(yīng)用11.5運(yùn)算放大器在波形產(chǎn)生方面的應(yīng)用11.6使用運(yùn)算放大器應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題第11章運(yùn)算放大器11.1運(yùn)算放大器的簡(jiǎn)單介紹11第

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章運(yùn)算放大器

分立電路是由各種單個(gè)元件聯(lián)接起來(lái)的電子電路。集成電路特點(diǎn)：體積小、重量輕、功耗低、可靠性高、價(jià)格低。集成電路分類集成電路：把整個(gè)電路的各個(gè)元件以及相互之間的聯(lián)接同時(shí)制造在一塊半導(dǎo)體芯片上，組成一個(gè)不可分的整體。按集成度按導(dǎo)電類型按功能小、中、大和超大規(guī)模雙、單極性和兩種兼容數(shù)字和模擬第11章運(yùn)算放大器分立電路是由各種單個(gè)元件聯(lián)接起來(lái)2

用于模擬運(yùn)算、信號(hào)處理、信號(hào)測(cè)量、波形轉(zhuǎn)換、自動(dòng)控制等領(lǐng)域。

集成運(yùn)放是具有很高開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)的直接耦合放大器。第

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章運(yùn)算放大器

本章主要討論分析運(yùn)算放大器的依據(jù)及其在信號(hào)運(yùn)算、波形產(chǎn)生方面的應(yīng)用，并介紹放大電路中的負(fù)反饋。用于模擬運(yùn)算、信號(hào)處理、信號(hào)測(cè)量、波形轉(zhuǎn)集成運(yùn)放是具3輸出端

11.1.1集成運(yùn)放的組成輸入級(jí)—差動(dòng)放大器輸出級(jí)—射極輸出器或互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器偏置電路—由鏡像恒流源等電路組成11.1運(yùn)算放大器簡(jiǎn)單介紹偏置電路輸入級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)輸入端輸出端11.1.1集成運(yùn)放的組成輸入級(jí)—差動(dòng)放4運(yùn)算放大器的符號(hào)反相輸入端uo+–+u–u+同相輸入端信號(hào)傳輸方向輸出端+–+Auo理想運(yùn)放開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)實(shí)際運(yùn)放開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)運(yùn)算放大器的符號(hào)反相uo+–+u–u+同相信號(hào)傳輸出端+–511.1.2主要參數(shù)1.最大輸出電壓UOPP

2.開(kāi)環(huán)差模電壓增益AuoAuo愈高，所構(gòu)成的運(yùn)算電路越穩(wěn)定，運(yùn)算精度也越高。6.共模輸入電壓范圍UICM超出此值，運(yùn)放的共模抑制性能下降，甚至造成器件損壞。愈小愈好3.輸入失調(diào)電壓UIO4.輸入失調(diào)電流IIO5.輸入偏置電流IIB11.1.2主要參數(shù)1.最大輸出電壓UOPP2.6理想的運(yùn)算放大器。理想化的主要條件：1.開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)

2.差模輸入電阻3.開(kāi)環(huán)輸出電阻4.共模抑制比

由于實(shí)際運(yùn)算放大器的技術(shù)指標(biāo)接近理想化條件，11.1.3理想運(yùn)算放大器及其分析依據(jù)

在分析運(yùn)算放大器的電路時(shí)，一般將它看成是后面對(duì)運(yùn)算放大器的分析都是按其理想化條件進(jìn)行的。理想的運(yùn)算放大器。理想化的主要條件：1.開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)7實(shí)際運(yùn)放電壓傳輸特性

11.1.3理想運(yùn)算放大器及其分析依據(jù)表示運(yùn)算放大器輸出電壓與輸入電壓之間關(guān)系的曲線稱為傳輸特性。uoOUO(sat)–UO(sat)Uim–Uim線性區(qū)正飽和區(qū)

負(fù)飽和區(qū)

若Auo=106±UO(sat)=±15V則±UIM=±0.015mV運(yùn)放要工作在線性區(qū)必須有負(fù)反饋。uou++–+u–實(shí)際運(yùn)放電壓傳輸特性11.1.3理想運(yùn)算放大器及其分8理想運(yùn)放電壓傳輸特性

11.1.3理想運(yùn)算放大器及其分析依據(jù)uooUO(sat)–UO(sat)Uim–Uim線性區(qū)正飽和區(qū)

負(fù)飽和區(qū)

因?yàn)槔硐脒\(yùn)放開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)

所以，當(dāng)時(shí)，uou++–+u–理想運(yùn)放電壓傳輸特性11.1.3理想運(yùn)算放大器及其分9

11.1.3理想運(yùn)算放大器及其分析依據(jù)運(yùn)放工作在線性區(qū)的依據(jù)

相當(dāng)于兩輸入端之間短路，但又未真正短路，故稱“虛短路”。相當(dāng)于兩輸入端之間斷路，但又未真正斷路，故稱“虛斷路”。2.id

01.u+u–，而uo是有限值，運(yùn)放開(kāi)環(huán)輸入電阻id由于運(yùn)放故從式，可知uou++–+u–rid11.1.3理想運(yùn)算放大器及其分析依據(jù)運(yùn)放工作在線性10

11.1.3理想運(yùn)算放大器及其分析依據(jù)uo+–+u–u+運(yùn)放工作在非線性區(qū)的依據(jù)2.id

01.u+u–由于運(yùn)放工作在非線性區(qū)rididuoOUO(sat)–UO(sat)不再成立非線性區(qū)

非線性區(qū)

所以當(dāng)時(shí)，Uo發(fā)生躍變依然成立返回11.1.3理想運(yùn)算放大器及其分析依據(jù)uo+–+u–11

凡是將放大電路(或某個(gè)系統(tǒng))輸出信號(hào)的一部分或全部經(jīng)某種電路(反饋網(wǎng)絡(luò))引回到輸入端，稱為反饋。11.2放大電路中的負(fù)反饋11.2.1反饋的基本概念如果反饋信號(hào)使凈輸入信號(hào)增加，稱為正反饋。如果反饋信號(hào)使凈輸入信號(hào)減小，稱為負(fù)反饋。A無(wú)負(fù)反饋放大電路方框圖凡是將放大電路(或某個(gè)系統(tǒng))輸出信號(hào)的一部分或全部經(jīng)12基本放大電路反饋電路11.2.1反饋的基本概念F+–帶有負(fù)反饋放大電路的方框圖比較環(huán)節(jié)

—輸入信號(hào)

—凈輸入信號(hào)—反饋信號(hào)—輸出信號(hào)凈輸入信號(hào)若三者同相，可見(jiàn)，電路為負(fù)反饋。則A基本放大電路反饋電路11.2.1反饋的基本概念F+–帶有1311.2.2負(fù)反饋的類型根據(jù)反饋電路與基本放大電路在輸入、輸出端的連接方式不同，負(fù)反饋有以下四種類型。負(fù)反饋的類型有：AF+–反饋量取自輸出電壓為電壓反饋，取自輸出電流為電流反饋；反饋量以電流的形式出現(xiàn)，與輸入信號(hào)進(jìn)行比較為并聯(lián)反饋；在輸入端反饋量以電壓的形式出現(xiàn)，與輸入信號(hào)進(jìn)行比較為串聯(lián)反饋。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；電流并聯(lián)負(fù)反饋。在輸出端11.2.2負(fù)反饋的類型根據(jù)反饋電路與1411.2.2負(fù)反饋的類型ui+–R1R2uoRF+–+–+RLud+–uf+–凈輸入信號(hào)負(fù)反饋反饋電壓電壓反饋。uf與ui在輸入端以電壓形式作比較，兩者串聯(lián)，故為串聯(lián)反饋。判別圖示電路的反饋類型

1.串聯(lián)電壓負(fù)反饋

11.2.2負(fù)反饋的類型ui+–R1R2uoRF+–+–151.串聯(lián)電壓負(fù)反饋ui+–R1R2uoRF+–+–+RLud+–uf+–AF+–ufuduiuo串聯(lián)電壓負(fù)反饋方框圖1.串聯(lián)電壓負(fù)反饋ui+–R1R2uoRF+–+–+RL16uoR1R2RF+–ui+–+–+RLiiidif-凈輸入電流負(fù)反饋反饋電流電壓反饋并聯(lián)反饋判別圖示電路的反饋類型2.并聯(lián)電壓負(fù)反饋

uoR1R2RF+–ui+–+–+RLiiidif-凈輸172.并聯(lián)電壓負(fù)反饋AF+–uiuoifidiiuoR1R2RF+–ui+–+–+RLidifii-并聯(lián)電壓負(fù)反饋方框圖2.并聯(lián)電壓負(fù)反饋AF+–uiuoifidiiuoR1R18負(fù)反饋；反饋電壓電流反饋；判別圖示電路的反饋類型3.串聯(lián)電流負(fù)反饋

AF+–ufuduiio串聯(lián)電流負(fù)反饋方框圖串聯(lián)反饋R2uoR+–+–+RLud+–uf+–ioui+–負(fù)反饋；反饋電壓電流反饋；判別圖示電路的反饋類型3.19圖中判別圖示電路的反饋類型4.并聯(lián)電流負(fù)反饋

并聯(lián)電流負(fù)反饋方框圖AF+–uiioidiiififRFiRuRRui+–+–+RLioR1iiidR2-圖中判別圖示電路的反饋類型4.并聯(lián)電流負(fù)反饋20如何判別電路中反饋類型小結(jié)(1)反饋電路直接從輸出端引出的，是電壓反饋；從負(fù)載電阻靠近“地”端引出的，是電流反饋；(2)輸入信號(hào)和反饋信號(hào)分別加在兩個(gè)輸入端，是串聯(lián)反饋；加在同一輸入端的是并聯(lián)反饋；(3)反饋信號(hào)使凈輸入信號(hào)減小的，是負(fù)反饋。(也可將輸出端短路，若反饋量為零，則為電壓反饋；若反饋量不為零，則為電流反饋。)

如何判別電路中反饋類型小結(jié)(1)反饋電路直接從輸出端引出的21[例1]判別圖示電路從A2輸出端引入A1輸入端的反饋類型。uoui+–+–+uo1ud+–+–+RLRuf+–A1A2[解]反饋電路從A2的輸出端引出，故為電壓反饋；反饋電壓uf和輸入電壓ui分別加在的同相和反相兩個(gè)輸入端，故為串聯(lián)反饋；反饋電壓uf使凈輸入電壓ud=ui–uf減小，故為負(fù)反饋；串聯(lián)電壓負(fù)反饋[例1]判別圖示電路從A2輸出端引入A1輸入端22uoui+–+Ruo1ii+–+RL-A1A2idifa[例2]判別圖示電路從A2輸出端引入A1輸入端的反饋類型。[解]反饋電路從RL

靠近“地”端引出，為電流反饋；反饋電流if和輸入電流ii加在A1的同一個(gè)輸入端，故為并聯(lián)反饋；

凈輸入電流id=ii–if減小，故為負(fù)反饋；并聯(lián)電流負(fù)反饋uoui+–+Ruo1ii+–+RL-A1A2idif23例3：判斷圖示電路中的負(fù)反饋類型。解:RE2對(duì)交流不起作用，引入的是直流反饋；RE1對(duì)本級(jí)引入串聯(lián)電流負(fù)反饋。RE1、RF對(duì)交、直流均起作用，所以引入的是交、直流反饋。RB1RC1C1RB2RE1++–RS+–RFRC2CE2C2RE2RL++UCC+–T1T2esuiuo例3：判斷圖示電路中的負(fù)反饋類型。解:RE2對(duì)交流不起作用24例3：判斷圖示電路中的負(fù)反饋類型。解：RE1、RF引入越級(jí)串聯(lián)電壓負(fù)反饋。－+－+

T2集電極的反饋到T1的發(fā)射極，提高了E1的交流電位，使Ube1減小，故為負(fù)反饋；反饋從T2的集電極引出，是電壓反饋；反饋電壓引入到T1的發(fā)射極，是串聯(lián)反饋。RB1RC1C1RB2RE1++–RS+–RFRC2CE2C2RE2RL++UCC+–T1T2esuiuo例3：判斷圖示電路中的負(fù)反饋類型。解：RE1、RF引入越級(jí)串25例4：如果RF不接在T2的集電極，而是接C2與RL之間，兩者有何不同？解：因電容C2的隔直流作用，這時(shí)RE1、RF僅引入交流反饋。RB1RC1C1RB2RE1++–RS+–RFRC2CE2C2RE2RL++UCC+–T1T2esuiuo×例4：如果RF不接在T2的集電極，而是接C2與RL之間，26例5：如果RF的另一端不接在T1的發(fā)射極，而是接在它的基極，兩者有何不同，是否會(huì)變成正反饋？解：T2集電極的反饋到T1的基極，提高了B1的交流電位，使Ube1增大，故為正反饋；

這時(shí)RE1、RF引入越級(jí)正反饋。－+－+RB1RC1C1RB2RE1++–RS+–RFRC2CE2C2RE2RL++UCC+–T1T2esuiuo例5：如果RF的另一端不接在T1的發(fā)射極，而是接在它的基極271.降低放大倍數(shù)，提高穩(wěn)定性

11.2.3負(fù)反饋對(duì)放大電路工作的影響AF+–開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)反饋系數(shù)引入負(fù)反饋后凈輸入信號(hào)引入負(fù)反饋后閉環(huán)放大倍數(shù)

引入負(fù)反饋后，放大倍數(shù)降低了，而放大倍數(shù)的穩(wěn)定性卻提高了。1.降低放大倍數(shù)，提高穩(wěn)定性11.2.3負(fù)反饋對(duì)28例：|A|=300，|F|=0.01。例：|A|=300，|F|=0.01。29uf負(fù)反饋改善了波形失真2.改善非線性失真加入負(fù)反饋無(wú)負(fù)反饋FufAuuiuo+–uduo大小略大略小略小略大uiAu接近正弦波uf負(fù)反饋改善了波形失真2.改善非線性失真加入無(wú)負(fù)反饋Fuf303.對(duì)放大電路輸入電阻和輸出電阻的影響四種負(fù)反饋對(duì)ri和ro的影響riro減低增高增高增高增高減低減低減低串聯(lián)電壓串聯(lián)電流并聯(lián)電壓并聯(lián)電流思考題：為了分別實(shí)現(xiàn)：

(a)穩(wěn)定輸出電壓；(b)穩(wěn)定輸出電流；

(c)提高輸入電阻；(d)降低輸出電阻。應(yīng)引入哪種類型的負(fù)反饋？返回3.對(duì)放大電路輸入電阻和輸出電阻的影響四種負(fù)反饋對(duì)ri和311.反相輸入11.3.1比例運(yùn)算11.3

運(yùn)算放大器在信號(hào)運(yùn)算方面的應(yīng)用由運(yùn)放工作在線性區(qū)的依據(jù)可列出由此得出閉環(huán)電壓放大倍數(shù)平衡電阻若則ifR1R2uoRFiiui+–+–+–+1.反相輸入11.3.1比例運(yùn)算11.3運(yùn)算放大器在32(5)電壓并聯(lián)負(fù)反饋，輸入、輸出電阻低，

ri=R1。共模輸入電壓低。結(jié)論：(1)Auf為負(fù)值，即uo與ui

極性相反。因?yàn)閡i加在反相輸入端。(2)Auf

只與外部電阻R1、RF

有關(guān)，與運(yùn)放本身參數(shù)無(wú)關(guān)。(3)|Auf

|可大于1，也可等于1或小于1。(4)因u–=u+=0，所以反相輸入端“虛地”。(5)電壓并聯(lián)負(fù)反饋，輸入、輸出電阻低，332.同相輸入11.3.1比例運(yùn)算由運(yùn)放工作在線性區(qū)的依據(jù)可列出由此得出閉環(huán)電壓放大倍數(shù)若則或ifR1R2uoRFiiui+–+–+–+2.同相輸入11.3.1比例運(yùn)算由運(yùn)放工作在線性區(qū)的依據(jù)可34(5)電壓串聯(lián)負(fù)反饋，輸入電阻高、輸出電阻低，共模輸入電壓可能較高。結(jié)論：(1)Auf為正值，即uo與ui

極性相同。因?yàn)閡i加在同相輸入端。(2)Auf只與外部電阻R1、RF有關(guān)，與運(yùn)放本身參數(shù)無(wú)關(guān)。(3)Auf≥1，不能小于1。(4)u–=u+

≠0,反相輸入端不存在“虛地”現(xiàn)象。(5)電壓串聯(lián)負(fù)反饋，輸入電阻高、輸出電阻35當(dāng)R1=或

RF

=0時(shí)，uo=ui，Auf=1，稱電壓跟隨器。uoRFuiR2R1++––++–由運(yùn)放構(gòu)成的電壓跟隨器輸入電阻高、輸出電阻低，其跟隨性能比射極輸出器更好。uoui++––++–左圖是一電壓跟隨器，電源經(jīng)兩個(gè)電阻分壓后加在電壓跟隨器的輸入端，當(dāng)負(fù)載RL變化時(shí)，其兩端電壓uo不會(huì)隨之變化。uo+–++–15kRL15k+15V7.5k例：當(dāng)R1=或RF=0時(shí)，uo=ui，36負(fù)載電流的大小與負(fù)載無(wú)關(guān)。例2:負(fù)載浮地的電壓-電流的轉(zhuǎn)換電路(1)能測(cè)量較小的電壓；(2)輸入電阻高，對(duì)被測(cè)電路影響小。流過(guò)電流表的電流IGUxR2R1+–++–iLi1RLuiR2R1+–++–負(fù)載電流的大小例2:負(fù)載浮地的電壓-電流的轉(zhuǎn)換電路(1)3711.3.2加法運(yùn)算1.反相加法運(yùn)算電路因虛短,u–=u+=0

平衡電阻：

R2=Ri1

//Ri2

//RFii2ii1ifuoui2RFui1Ri2Ri1++–R2+–因虛斷，i–=0

所以

ii1+ii2=if

11.3.2加法運(yùn)算1.反相加法運(yùn)算電路因虛短,382.同相加法運(yùn)算電路方法1:根據(jù)疊加原理

ui1單獨(dú)作用(ui2＝0)時(shí)，同理，ui2單獨(dú)作用時(shí)ui2uoRFui1Ri2Ri1++–R1+–2.同相加法運(yùn)算電路方法1:根據(jù)疊加原理同理，ui2單39方法2：平衡電阻：

Ri1//Ri2

=R1

//RFu+思考u+=?也可寫(xiě)出u–和u+的表達(dá)式，利用u–=u+的性質(zhì)求解。ui2uoRFui1Ri2Ri1++–R1+–方法2：平衡電阻：u+思考u+=?也可寫(xiě)出u–和u+的401.輸入電阻低；2.共模電壓低；3.當(dāng)改變某一路輸入電阻時(shí)，對(duì)其它路無(wú)影響；同相加法運(yùn)算電路的特點(diǎn)：1.輸入電阻高；2.共模電壓高；3.當(dāng)改變某一路輸入電阻時(shí)，對(duì)其它路有影響；反相加法運(yùn)算電路的特點(diǎn)：ui2uoRFui1Ri2Ri1++–R1+–ui2uoRFui1Ri2Ri1++–R2+–1.輸入電阻低；同相加法運(yùn)算電路的特點(diǎn)：反相加法運(yùn)算電路4111.3.3減法運(yùn)算如果兩個(gè)輸入端都有信號(hào)因?yàn)?，故上列兩式可得由圖可列出輸入，則為差分輸入。ifR1R2uoRFiiui1+–R3+–ui2+–+–+11.3.3減法運(yùn)算如果兩個(gè)輸入端都有信號(hào)4211.3.3減法運(yùn)算當(dāng)時(shí)，和則上式為當(dāng)時(shí)，則得可見(jiàn)，輸出電壓與兩個(gè)輸入電壓的差值成正比，故可進(jìn)行減法運(yùn)算。ifR1R2uoRFiiui1+–R3+–ui2+–+–+11.3.3減法運(yùn)算當(dāng)時(shí)，和則上式為當(dāng)時(shí)，則得43[例3]圖中，其中是共模分量，是差模分量。如果，試問(wèn)RF多大時(shí)輸出電壓不含共ifR1R2uoRFiiui1+–R3+–ui2+–+–+模分量？[例3]圖中，其中是共模分量，是差模分量。如果，試問(wèn)R44[解]欲使uo不含共模分量uic2，必須滿足下列條件:[解]欲使uo不含共模分量uic2，必須滿足下列條件:45[解]因經(jīng)整理后得。此時(shí)輸出電壓例如則[解]因經(jīng)整理后得。此時(shí)輸出電壓例如則4611.3.4積分運(yùn)算ifR1R2uoRFiiui+–+–+–+ifuC+–CF由于反相輸入，故上式表明輸出電壓正比于輸入電壓的積分，式中的負(fù)號(hào)表示兩者反相。R1CF

稱為積分時(shí)間常數(shù)。11.3.4積分運(yùn)算ifR1R2uoRFiiui+–+–+4711.3.4積分運(yùn)算uoR1R2CFui+–+–uC+–+–+ifii當(dāng)ui為階躍電壓時(shí)，則uo隨時(shí)間線性增長(zhǎng)，uoOtuiOt最后達(dá)到負(fù)飽和值。11.3.4積分運(yùn)算uoR1R2CFui+–+–uC+–+48

將比例運(yùn)算和積分運(yùn)算結(jié)合在一起，就組成比例-積分運(yùn)算電路。ifi1電路的輸出電壓上式表明：輸出電壓是對(duì)輸入電壓的比例-積分這種運(yùn)算器又稱PI調(diào)節(jié)器,常用于控制系統(tǒng)中,以保證自控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制精度。改變RF和CF，可調(diào)整比例系數(shù)和積分時(shí)間常數(shù),以滿足控制系統(tǒng)的要求。uoCFuiR2R1++––++–RF將比例運(yùn)算和積分運(yùn)算結(jié)合在一起，就組成ifi1電路的4911.3.5微分運(yùn)算uoRFR2C1ui+–+–uC+–+–+ifii故即輸出電壓與輸入電壓對(duì)時(shí)間的一次微分成正比。11.3.5微分運(yùn)算uoRFR2C1ui+–+–uC+–+5011.3.5微分運(yùn)算uoRFR2C1ui+–+–uC+–+–+ifiiUituoOtuiO注意：由于此電路工作時(shí)穩(wěn)定性不高，故實(shí)際中很少應(yīng)用。當(dāng)ui為階躍電壓時(shí)uo為尖脈沖電壓。返回11.3.5微分運(yùn)算uoRFR2C1ui+–+–uC+–+51uoC1uiR2RF++––++–R1比例-微分運(yùn)算電路上式表明：輸出電壓是對(duì)輸入電壓的比例-微分控制系統(tǒng)中，PD調(diào)節(jié)器在調(diào)節(jié)過(guò)程中起加速作用，即使系統(tǒng)有較快的響應(yīng)速度和工作穩(wěn)定性?！狿D調(diào)節(jié)器ifiRiCuoC1uiR2RF++––++–R1比例-微分運(yùn)算電路5211.4.2電壓比較器電壓比較器的功能：電壓比較器用來(lái)比較輸入信號(hào)與參考電壓的大小。當(dāng)兩者幅度相等時(shí)輸出電壓產(chǎn)生躍變，由高電平變成低電平，或者由低電平變成高電平。由此來(lái)判斷輸入信號(hào)的大小和極性。用途：數(shù)模轉(zhuǎn)換、數(shù)字儀表、自動(dòng)控制和自動(dòng)檢測(cè)等技術(shù)領(lǐng)域，以及波形產(chǎn)生及變換等場(chǎng)合。

運(yùn)放工作在開(kāi)環(huán)狀態(tài)或引入正反饋。11.4.2電壓比較器電壓比較器的功能：用途：53理想運(yùn)放工作在飽和區(qū)的特點(diǎn)：1.輸出只有兩種可能+Uo

(sat)

或–Uo(sat)

當(dāng)u+>u－

時(shí)，uo=+Uo

(sat)

u+<u－

時(shí)，uo=–Uo(sat)

不存在“虛短”現(xiàn)象

2.i+=i－0仍存在“虛斷”現(xiàn)象電壓傳輸特性u(píng)o

u+–u–

–Uo(sat)+Uo(sat)O飽和區(qū)理想運(yùn)放工作在飽和區(qū)的特點(diǎn)：1.輸出只有兩種可能+Uo54電壓傳輸特性–Uo(sat)+Uo(sat)運(yùn)放處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)1.基本電壓比較器閾值電壓(門(mén)限電平)：輸出躍變所對(duì)應(yīng)的輸入電壓。uiuoOURURuouiR2++–R1+–++––當(dāng)u+>u–

時(shí)，uo=+Uo

(sat)

u+<u–

時(shí)，uo=–Uo

(sat)

即ui<UR時(shí)，uo=+Uo

(sat)

ui

>UR

時(shí)，uo=–

Uo

(sat)可見(jiàn)，在ui=UR處輸出電壓uo發(fā)生躍變。參考電壓電壓傳輸特性–Uo(sat)+Uo(sat)運(yùn)放處于開(kāi)環(huán)55uitOUROuot+Uo

(sat)–Uo

(sat)t1t2單限電壓比較器：

當(dāng)ui

單方向變化時(shí)，uo

只變化一次。URuouiR2++–R1+–++––電壓傳輸特性–Uo(sat)+Uo(sat)uiuoOURuitOUROuot+Uo(sat)–Uo(sat56ui>UR，uo=+Uo

(sat)ui

<UR，uo=–Uo

(sat)URuouiR2++–R1+–++––uiuoURR2++–R1+–++––

–Uo(sat)

+Uo(sat)uiuoOUR輸入信號(hào)接在反相端輸入信號(hào)接在同相端電壓傳輸特性–Uo(sat)+Uo(sat)uiuoOURui>UR，uo=+Uo(sat)URuouiR2++57URuouiR2++–R1+–++––uiuoURR2++–R1+–++––Ot+Uo(sat)–Uo(sat)uo輸入信號(hào)接在反相端輸入信號(hào)接在同相端uitOUROuot+Uo

(sat)–Uo

(sat)t1t2URuouiR2++–R1+–++––uiuoURR2+58輸出帶限幅的電壓比較器設(shè)穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓為UZ，忽略穩(wěn)壓管的正向?qū)▔航祫tui

<

UR，uo

=UZ

ui>UR，uo

=–UZUZ–UZ電壓傳輸特性–Uo(sat)+Uo(sat)uiuoOURui<UR時(shí)，uo'

=+Uo

(sat)

ui

>UR

時(shí)，uo'

=–

Uo

(sat)

uo'RDZURuouiR2++–R1+–++––輸出帶限幅的電壓比較器設(shè)穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓為UZ，UZ–UZ59過(guò)零電壓比較器利用電壓比較器將正弦波變?yōu)榉讲║RuouiR2++–R1+–++––電壓傳輸特性–Uo(sat)+Uo(sat)uiuoOUR=0tuiOtuo+Uo(sat)–Uo(sat)O過(guò)零電壓比較器利用電壓比較器URuouiR2++–R1+60例1：圖中所示為運(yùn)放組成的過(guò)溫保護(hù)電路，R是熱敏電阻，溫度升高阻值變小。KA是繼電器，溫度升高，超過(guò)規(guī)定值，KA動(dòng)作，自動(dòng)切斷電源。分析其工作原理。溫度超過(guò)規(guī)定值，ui

>UR，uo=+UOM，T導(dǎo)通。KA動(dòng)作，切斷電源。溫度未超過(guò)規(guī)定值，Ui<UR，uo=–UOM，T截止。KA不動(dòng)作。R1R2URRR4KA+UCCTR3+–+uiuo例1：圖中所示為運(yùn)放組成的過(guò)溫保護(hù)電路，R是熱敏電61電壓傳輸特性u(píng)oOUO(sat)–UO(sat)例2:電路如圖所示,ui是一正弦電壓,畫(huà)出uo的波形。OtUO(sat)–UO(sat)解:運(yùn)放為同相輸入過(guò)零電壓比較器uoOtOtOt–UO(sat)UO(sat)各電壓波形如右圖所示。R1R2uiuo+–+CDRLR電壓傳uoOUO(sat)–UO(sat)例2:電路如圖所62

正弦波振蕩電路用來(lái)產(chǎn)生一定頻率和幅值的正弦交流信號(hào)。常用的正弦波振蕩器LC振蕩電路:輸出功率大、頻率高。RC振蕩電路:輸出功率小、頻率低。石英晶體振蕩電路：頻率穩(wěn)定度高。11.5運(yùn)算放大器在波形產(chǎn)生方面的應(yīng)用11.5.1RC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路用來(lái)產(chǎn)生一定頻率和幅值的正弦交流信號(hào)。常用631.自激振蕩的條件11.5.1RC正弦波振蕩電路電路中無(wú)外加輸入電壓，而在輸出端有一定頻率和幅度的信號(hào)輸出，稱這種現(xiàn)象為電路的自激振蕩。S當(dāng)S合于1時(shí)，開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)則輸出電壓保持不變。反饋系數(shù)又所以自激振蕩的條件是：Auduiuo12Fuf若當(dāng)S合于2時(shí)，1.自激振蕩的條件11.5.1RC正弦波振蕩電路6411.5.1RC正弦波振蕩電路(1)相位條件：反饋電壓與輸入電壓同相,為正反饋；即(2)幅度條件：自激振蕩的條件：反饋電壓與輸入電壓的大小相等；11.5.1RC正弦波振蕩電路(1)相位條件：與輸入65幅度特性Uom=f(Ufm)反饋特性Ufm=FUomUimUom1Ufm1Uom2A自激振蕩的建立過(guò)程2

振蕩的建立和穩(wěn)定振蕩建立時(shí)應(yīng)滿足：即SAuduiuo12FufUfmUomO微小的擾動(dòng)起始信號(hào)不斷通過(guò)放大反饋再放大再反饋，使Uom不斷增大，一直到達(dá)交點(diǎn)A時(shí)，穩(wěn)定下來(lái)。振蕩穩(wěn)定不能振蕩幅度特性Uom=f(Ufm)反饋特性Ufm=FUomUim66正弦波振蕩電路的組成(1)放大電路:放大信號(hào)(2)反饋網(wǎng)絡(luò):必須是正反饋，反饋信號(hào)即是

放大電路的輸入信號(hào)(3)選頻網(wǎng)絡(luò):保證輸出為單一頻率的正弦波

即使電路只在某一特定頻率下滿

足自激振蕩條件(4)穩(wěn)幅環(huán)節(jié):使電路能從AuF

>1，過(guò)渡到

AuF

=1，從而達(dá)到穩(wěn)幅振蕩。正弦波振蕩電路的組成(1)放大電路:放大信號(hào)(2)67(2)選頻電路同相比例運(yùn)算電路選頻電路其電壓放大倍數(shù)為(1)放大電路由集成運(yùn)放構(gòu)成的同相比例運(yùn)算電路。由RC串并聯(lián)電路組成，它也是正反饋電路。uo+–+–+RFR1u+3

RC正弦波振蕩電路ui+–CRRC(2)選頻電路同相比例運(yùn)算電路選頻電路其電壓放大倍數(shù)為(1)68uo+–+–+RFR1u+3

RC正弦波振蕩電路ui+–CRRC若要與同相，上式分母的虛部應(yīng)為零這時(shí)同相比例運(yùn)算的電壓放大倍數(shù)為可見(jiàn)，當(dāng)時(shí)，即uo+–+–+RFR1u+3RC正弦波振蕩電路ui+–69工作原理輸出電壓uo經(jīng)正反饋（兼選頻）網(wǎng)絡(luò)分壓后，取uf

作為同相比例電路的輸入信號(hào)ui。

①起振過(guò)程工作原理輸出電壓uo經(jīng)正反饋（兼選頻）網(wǎng)絡(luò)分壓后70uo+–+–+RFR1u+3

RC正弦波振蕩電路ui+–CRRC在特定頻率ui和uo同相，即RC串并聯(lián)電路具有正反饋和選頻作用，ui和uo為正弦波。時(shí)，，則電路將等幅振蕩；若，則電路將不能振蕩；若，則電路起振后，振幅越來(lái)越大至飽和；所以，振蕩時(shí)應(yīng)滿足即RF>2R1RF=2R1起振時(shí)應(yīng)滿足若uo+–+–+RFR1u+3RC正弦波振蕩電路ui+–71uo+–+–+RFR14

RC正弦波振蕩電路穩(wěn)幅措施CRRC(1)用熱敏電阻穩(wěn)幅起振時(shí)由于溫度低，RT>2R1，振蕩后溫度增加RT減少到等于2R1。(2)用二極管穩(wěn)幅RT用具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻RT代替RF。5

振蕩頻率的改變由可知改變R、C或同時(shí)改變RC都可改變振蕩頻率。RF1RF2D1D2RC振蕩電路的振蕩頻率一般在200KHz以下。uo+–+–+RFR14RC正弦波振蕩電路穩(wěn)幅措施CR7211.6使用運(yùn)算放大器應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題1.選用元件2.消振3.調(diào)零4.保護(hù)uoRFR1ui+–+R2D1D2(1)輸入端保護(hù)11.6使用運(yùn)算放大器應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題1.選用元件2.7311.6使用運(yùn)算放大器應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題4.保護(hù)(2)輸出端保護(hù)+–++U–URFR1ui+–+R2R3D2uo(3)電源保護(hù)11.6使用運(yùn)算放大器應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題4.保護(hù)(2)輸出7411.6使用運(yùn)算放大器應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題5.擴(kuò)大輸出電流uoRFR1ui+–+R2RBD1–Ucc+UccD2RBT1T2在輸出端加接一級(jí)互補(bǔ)對(duì)稱電路擴(kuò)大輸出電流。11.6使用運(yùn)算放大器應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題5.擴(kuò)大輸出電流u75第

11

章運(yùn)算放大器11.1運(yùn)算放大器的簡(jiǎn)單介紹11.3運(yùn)算放大器在信號(hào)運(yùn)算方面的應(yīng)用11.2放大電路中的負(fù)反饋11.4運(yùn)算放大器在信號(hào)處理方面的應(yīng)用11.5運(yùn)算放大器在波形產(chǎn)生方面的應(yīng)用11.6使用運(yùn)算放大器應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題第11章運(yùn)算放大器11.1運(yùn)算放大器的簡(jiǎn)單介紹176第

11

章運(yùn)算放大器

分立電路是由各種單個(gè)元件聯(lián)接起來(lái)的電子電路。集成電路特點(diǎn)：體積小、重量輕、功耗低、可靠性高、價(jià)格低。集成電路分類集成電路：把整個(gè)電路的各個(gè)元件以及相互之間的聯(lián)接同時(shí)制造在一塊半導(dǎo)體芯片上，組成一個(gè)不可分的整體。按集成度按導(dǎo)電類型按功能小、中、大和超大規(guī)模雙、單極性和兩種兼容數(shù)字和模擬第11章運(yùn)算放大器分立電路是由各種單個(gè)元件聯(lián)接起來(lái)77

用于模擬運(yùn)算、信號(hào)處理、信號(hào)測(cè)量、波形轉(zhuǎn)換、自動(dòng)控制等領(lǐng)域。

集成運(yùn)放是具有很高開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)的直接耦合放大器。第

11

章運(yùn)算放大器

本章主要討論分析運(yùn)算放大器的依據(jù)及其在信號(hào)運(yùn)算、波形產(chǎn)生方面的應(yīng)用，并介紹放大電路中的負(fù)反饋。用于模擬運(yùn)算、信號(hào)處理、信號(hào)測(cè)量、波形轉(zhuǎn)集成運(yùn)放是具78輸出端

11.1.1集成運(yùn)放的組成輸入級(jí)—差動(dòng)放大器輸出級(jí)—射極輸出器或互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器偏置電路—由鏡像恒流源等電路組成11.1運(yùn)算放大器簡(jiǎn)單介紹偏置電路輸入級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)輸入端輸出端11.1.1集成運(yùn)放的組成輸入級(jí)—差動(dòng)放79運(yùn)算放大器的符號(hào)反相輸入端uo+–+u–u+同相輸入端信號(hào)傳輸方向輸出端+–+Auo理想運(yùn)放開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)實(shí)際運(yùn)放開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)運(yùn)算放大器的符號(hào)反相uo+–+u–u+同相信號(hào)傳輸出端+–8011.1.2主要參數(shù)1.最大輸出電壓UOPP

2.開(kāi)環(huán)差模電壓增益AuoAuo愈高，所構(gòu)成的運(yùn)算電路越穩(wěn)定，運(yùn)算精度也越高。6.共模輸入電壓范圍UICM超出此值，運(yùn)放的共模抑制性能下降，甚至造成器件損壞。愈小愈好3.輸入失調(diào)電壓UIO4.輸入失調(diào)電流IIO5.輸入偏置電流IIB11.1.2主要參數(shù)1.最大輸出電壓UOPP2.81理想的運(yùn)算放大器。理想化的主要條件：1.開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)

2.差模輸入電阻3.開(kāi)環(huán)輸出電阻4.共模抑制比

由于實(shí)際運(yùn)算放大器的技術(shù)指標(biāo)接近理想化條件，11.1.3理想運(yùn)算放大器及其分析依據(jù)

在分析運(yùn)算放大器的電路時(shí)，一般將它看成是后面對(duì)運(yùn)算放大器的分析都是按其理想化條件進(jìn)行的。理想的運(yùn)算放大器。理想化的主要條件：1.開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)82實(shí)際運(yùn)放電壓傳輸特性

11.1.3理想運(yùn)算放大器及其分析依據(jù)表示運(yùn)算放大器輸出電壓與輸入電壓之間關(guān)系的曲線稱為傳輸特性。uoOUO(sat)–UO(sat)Uim–Uim線性區(qū)正飽和區(qū)

負(fù)飽和區(qū)

若Auo=106±UO(sat)=±15V則±UIM=±0.015mV運(yùn)放要工作在線性區(qū)必須有負(fù)反饋。uou++–+u–實(shí)際運(yùn)放電壓傳輸特性11.1.3理想運(yùn)算放大器及其分83理想運(yùn)放電壓傳輸特性

11.1.3理想運(yùn)算放大器及其分析依據(jù)uooUO(sat)–UO(sat)Uim–Uim線性區(qū)正飽和區(qū)

負(fù)飽和區(qū)

因?yàn)槔硐脒\(yùn)放開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)

所以，當(dāng)時(shí)，uou++–+u–理想運(yùn)放電壓傳輸特性11.1.3理想運(yùn)算放大器及其分84

11.1.3理想運(yùn)算放大器及其分析依據(jù)運(yùn)放工作在線性區(qū)的依據(jù)

相當(dāng)于兩輸入端之間短路，但又未真正短路，故稱“虛短路”。相當(dāng)于兩輸入端之間斷路，但又未真正斷路，故稱“虛斷路”。2.id

01.u+u–，而uo是有限值，運(yùn)放開(kāi)環(huán)輸入電阻id由于運(yùn)放故從式，可知uou++–+u–rid11.1.3理想運(yùn)算放大器及其分析依據(jù)運(yùn)放工作在線性85

11.1.3理想運(yùn)算放大器及其分析依據(jù)uo+–+u–u+運(yùn)放工作在非線性區(qū)的依據(jù)2.id

01.u+u–由于運(yùn)放工作在非線性區(qū)rididuoOUO(sat)–UO(sat)不再成立非線性區(qū)

非線性區(qū)

所以當(dāng)時(shí)，Uo發(fā)生躍變依然成立返回11.1.3理想運(yùn)算放大器及其分析依據(jù)uo+–+u–86

凡是將放大電路(或某個(gè)系統(tǒng))輸出信號(hào)的一部分或全部經(jīng)某種電路(反饋網(wǎng)絡(luò))引回到輸入端，稱為反饋。11.2放大電路中的負(fù)反饋11.2.1反饋的基本概念如果反饋信號(hào)使凈輸入信號(hào)增加，稱為正反饋。如果反饋信號(hào)使凈輸入信號(hào)減小，稱為負(fù)反饋。A無(wú)負(fù)反饋放大電路方框圖凡是將放大電路(或某個(gè)系統(tǒng))輸出信號(hào)的一部分或全部經(jīng)87基本放大電路反饋電路11.2.1反饋的基本概念F+–帶有負(fù)反饋放大電路的方框圖比較環(huán)節(jié)

—輸入信號(hào)

—凈輸入信號(hào)—反饋信號(hào)—輸出信號(hào)凈輸入信號(hào)若三者同相，可見(jiàn)，電路為負(fù)反饋。則A基本放大電路反饋電路11.2.1反饋的基本概念F+–帶有8811.2.2負(fù)反饋的類型根據(jù)反饋電路與基本放大電路在輸入、輸出端的連接方式不同，負(fù)反饋有以下四種類型。負(fù)反饋的類型有：AF+–反饋量取自輸出電壓為電壓反饋，取自輸出電流為電流反饋；反饋量以電流的形式出現(xiàn)，與輸入信號(hào)進(jìn)行比較為并聯(lián)反饋；在輸入端反饋量以電壓的形式出現(xiàn)，與輸入信號(hào)進(jìn)行比較為串聯(lián)反饋。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；電流并聯(lián)負(fù)反饋。在輸出端11.2.2負(fù)反饋的類型根據(jù)反饋電路與8911.2.2負(fù)反饋的類型ui+–R1R2uoRF+–+–+RLud+–uf+–凈輸入信號(hào)負(fù)反饋反饋電壓電壓反饋。uf與ui在輸入端以電壓形式作比較，兩者串聯(lián)，故為串聯(lián)反饋。判別圖示電路的反饋類型

1.串聯(lián)電壓負(fù)反饋

11.2.2負(fù)反饋的類型ui+–R1R2uoRF+–+–901.串聯(lián)電壓負(fù)反饋ui+–R1R2uoRF+–+–+RLud+–uf+–AF+–ufuduiuo串聯(lián)電壓負(fù)反饋方框圖1.串聯(lián)電壓負(fù)反饋ui+–R1R2uoRF+–+–+RL91uoR1R2RF+–ui+–+–+RLiiidif-凈輸入電流負(fù)反饋反饋電流電壓反饋并聯(lián)反饋判別圖示電路的反饋類型2.并聯(lián)電壓負(fù)反饋

uoR1R2RF+–ui+–+–+RLiiidif-凈輸922.并聯(lián)電壓負(fù)反饋AF+–uiuoifidiiuoR1R2RF+–ui+–+–+RLidifii-并聯(lián)電壓負(fù)反饋方框圖2.并聯(lián)電壓負(fù)反饋AF+–uiuoifidiiuoR1R93負(fù)反饋；反饋電壓電流反饋；判別圖示電路的反饋類型3.串聯(lián)電流負(fù)反饋

AF+–ufuduiio串聯(lián)電流負(fù)反饋方框圖串聯(lián)反饋R2uoR+–+–+RLud+–uf+–ioui+–負(fù)反饋；反饋電壓電流反饋；判別圖示電路的反饋類型3.94圖中判別圖示電路的反饋類型4.并聯(lián)電流負(fù)反饋

并聯(lián)電流負(fù)反饋方框圖AF+–uiioidiiififRFiRuRRui+–+–+RLioR1iiidR2-圖中判別圖示電路的反饋類型4.并聯(lián)電流負(fù)反饋95如何判別電路中反饋類型小結(jié)(1)反饋電路直接從輸出端引出的，是電壓反饋；從負(fù)載電阻靠近“地”端引出的，是電流反饋；(2)輸入信號(hào)和反饋信號(hào)分別加在兩個(gè)輸入端，是串聯(lián)反饋；加在同一輸入端的是并聯(lián)反饋；(3)反饋信號(hào)使凈輸入信號(hào)減小的，是負(fù)反饋。(也可將輸出端短路，若反饋量為零，則為電壓反饋；若反饋量不為零，則為電流反饋。)

如何判別電路中反饋類型小結(jié)(1)反饋電路直接從輸出端引出的96[例1]判別圖示電路從A2輸出端引入A1輸入端的反饋類型。uoui+–+–+uo1ud+–+–+RLRuf+–A1A2[解]反饋電路從A2的輸出端引出，故為電壓反饋；反饋電壓uf和輸入電壓ui分別加在的同相和反相兩個(gè)輸入端，故為串聯(lián)反饋；反饋電壓uf使凈輸入電壓ud=ui–uf減小，故為負(fù)反饋；串聯(lián)電壓負(fù)反饋[例1]判別圖示電路從A2輸出端引入A1輸入端97uoui+–+Ruo1ii+–+RL-A1A2idifa[例2]判別圖示電路從A2輸出端引入A1輸入端的反饋類型。[解]反饋電路從RL

靠近“地”端引出，為電流反饋；反饋電流if和輸入電流ii加在A1的同一個(gè)輸入端，故為并聯(lián)反饋；

凈輸入電流id=ii–if減小，故為負(fù)反饋；并聯(lián)電流負(fù)反饋uoui+–+Ruo1ii+–+RL-A1A2idif98例3：判斷圖示電路中的負(fù)反饋類型。解:RE2對(duì)交流不起作用，引入的是直流反饋；RE1對(duì)本級(jí)引入串聯(lián)電流負(fù)反饋。RE1、RF對(duì)交、直流均起作用，所以引入的是交、直流反饋。RB1RC1C1RB2RE1++–RS+–RFRC2CE2C2RE2RL++UCC+–T1T2esuiuo例3：判斷圖示電路中的負(fù)反饋類型。解:RE2對(duì)交流不起作用99例3：判斷圖示電路中的負(fù)反饋類型。解：RE1、RF引入越級(jí)串聯(lián)電壓負(fù)反饋。－+－+

T2集電極的反饋到T1的發(fā)射極，提高了E1的交流電位，使Ube1減小，故為負(fù)反饋；反饋從T2的集電極引出，是電壓反饋；反饋電壓引入到T1的發(fā)射極，是串聯(lián)反饋。RB1RC1C1RB2RE1++–RS+–RFRC2CE2C2RE2RL++UCC+–T1T2esuiuo例3：判斷圖示電路中的負(fù)反饋類型。解：RE1、RF引入越級(jí)串100例4：如果RF不接在T2的集電極，而是接C2與RL之間，兩者有何不同？解：因電容C2的隔直流作用，這時(shí)RE1、RF僅引入交流反饋。RB1RC1C1RB2RE1++–RS+–RFRC2CE2C2RE2RL++UCC+–T1T2esuiuo×例4：如果RF不接在T2的集電極，而是接C2與RL之間，101例5：如果RF的另一端不接在T1的發(fā)射極，而是接在它的基極，兩者有何不同，是否會(huì)變成正反饋？解：T2集電極的反饋到T1的基極，提高了B1的交流電位，使Ube1增大，故為正反饋；

這時(shí)RE1、RF引入越級(jí)正反饋。－+－+RB1RC1C1RB2RE1++–RS+–RFRC2CE2C2RE2RL++UCC+–T1T2esuiuo例5：如果RF的另一端不接在T1的發(fā)射極，而是接在它的基極1021.降低放大倍數(shù)，提高穩(wěn)定性

11.2.3負(fù)反饋對(duì)放大電路工作的影響AF+–開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)反饋系數(shù)引入負(fù)反饋后凈輸入信號(hào)引入負(fù)反饋后閉環(huán)放大倍數(shù)

引入負(fù)反饋后，放大倍數(shù)降低了，而放大倍數(shù)的穩(wěn)定性卻提高了。1.降低放大倍數(shù)，提高穩(wěn)定性11.2.3負(fù)反饋對(duì)103例：|A|=300，|F|=0.01。例：|A|=300，|F|=0.01。104uf負(fù)反饋改善了波形失真2.改善非線性失真加入負(fù)反饋無(wú)負(fù)反饋FufAuuiuo+–uduo大小略大略小略小略大uiAu接近正弦波uf負(fù)反饋改善了波形失真2.改善非線性失真加入無(wú)負(fù)反饋Fuf1053.對(duì)放大電路輸入電阻和輸出電阻的影響四種負(fù)反饋對(duì)ri和ro的影響riro減低增高增高增高增高減低減低減低串聯(lián)電壓串聯(lián)電流并聯(lián)電壓并聯(lián)電流思考題：為了分別實(shí)現(xiàn)：

(a)穩(wěn)定輸出電壓；(b)穩(wěn)定輸出電流；

(c)提高輸入電阻；(d)降低輸出電阻。應(yīng)引入哪種類型的負(fù)反饋？返回3.對(duì)放大電路輸入電阻和輸出電阻的影響四種負(fù)反饋對(duì)ri和1061.反相輸入11.3.1比例運(yùn)算11.3

運(yùn)算放大器在信號(hào)運(yùn)算方面的應(yīng)用由運(yùn)放工作在線性區(qū)的依據(jù)可列出由此得出閉環(huán)電壓放大倍數(shù)平衡電阻若則ifR1R2uoRFiiui+–+–+–+1.反相輸入11.3.1比例運(yùn)算11.3運(yùn)算放大器在107(5)電壓并聯(lián)負(fù)反饋，輸入、輸出電阻低，

ri=R1。共模輸入電壓低。結(jié)論：(1)Auf為負(fù)值，即uo與ui

極性相反。因?yàn)閡i加在反相輸入端。(2)Auf

只與外部電阻R1、RF

有關(guān)，與運(yùn)放本身參數(shù)無(wú)關(guān)。(3)|Auf

|可大于1，也可等于1或小于1。(4)因u–=u+=0，所以反相輸入端“虛地”。(5)電壓并聯(lián)負(fù)反饋，輸入、輸出電阻低，1082.同相輸入11.3.1比例運(yùn)算由運(yùn)放工作在線性區(qū)的依據(jù)可列出由此得出閉環(huán)電壓放大倍數(shù)若則或ifR1R2uoRFiiui+–+–+–+2.同相輸入11.3.1比例運(yùn)算由運(yùn)放工作在線性區(qū)的依據(jù)可109(5)電壓串聯(lián)負(fù)反饋，輸入電阻高、輸出電阻低，共模輸入電壓可能較高。結(jié)論：(1)Auf為正值，即uo與ui

極性相同。因?yàn)閡i加在同相輸入端。(2)Auf只與外部電阻R1、RF有關(guān)，與運(yùn)放本身參數(shù)無(wú)關(guān)。(3)Auf≥1，不能小于1。(4)u–=u+

≠0,反相輸入端不存在“虛地”現(xiàn)象。(5)電壓串聯(lián)負(fù)反饋，輸入電阻高、輸出電阻110當(dāng)R1=或

RF

=0時(shí)，uo=ui，Auf=1，稱電壓跟隨器。uoRFuiR2R1++––++–由運(yùn)放構(gòu)成的電壓跟隨器輸入電阻高、輸出電阻低，其跟隨性能比射極輸出器更好。uoui++––++–左圖是一電壓跟隨器，電源經(jīng)兩個(gè)電阻分壓后加在電壓跟隨器的輸入端，當(dāng)負(fù)載RL變化時(shí)，其兩端電壓uo不會(huì)隨之變化。uo+–++–15kRL15k+15V7.5k例：當(dāng)R1=或RF=0時(shí)，uo=ui，111負(fù)載電流的大小與負(fù)載無(wú)關(guān)。例2:負(fù)載浮地的電壓-電流的轉(zhuǎn)換電路(1)能測(cè)量較小的電壓；(2)輸入電阻高，對(duì)被測(cè)電路影響小。流過(guò)電流表的電流IGUxR2R1+–++–iLi1RLuiR2R1+–++–負(fù)載電流的大小例2:負(fù)載浮地的電壓-電流的轉(zhuǎn)換電路(1)11211.3.2加法運(yùn)算1.反相加法運(yùn)算電路因虛短,u–=u+=0

平衡電阻：

R2=Ri1

//Ri2

//RFii2ii1ifuoui2RFui1Ri2Ri1++–R2+–因虛斷，i–=0

所以

ii1+ii2=if

11.3.2加法運(yùn)算1.反相加法運(yùn)算電路因虛短,1132.同相加法運(yùn)算電路方法1:根據(jù)疊加原理

ui1單獨(dú)作用(ui2＝0)時(shí)，同理，ui2單獨(dú)作用時(shí)ui2uoRFui1Ri2Ri1++–R1+–2.同相加法運(yùn)算電路方法1:根據(jù)疊加原理同理，ui2單114方法2：平衡電阻：

Ri1//Ri2

=R1

//RFu+思考u+=?也可寫(xiě)出u–和u+的表達(dá)式，利用u–=u+的性質(zhì)求解。ui2uoRFui1Ri2Ri1++–R1+–方法2：平衡電阻：u+思考u+=?也可寫(xiě)出u–和u+的1151.輸入電阻低；2.共模電壓低；3.當(dāng)改變某一路輸入電阻時(shí)，對(duì)其它路無(wú)影響；同相加法運(yùn)算電路的特點(diǎn)：1.輸入電阻高；2.共模電壓高；3.當(dāng)改變某一路輸入電阻時(shí)，對(duì)其它路有影響；反相加法運(yùn)算電路的特點(diǎn)：ui2uoRFui1Ri2Ri1++–R1+–ui2uoRFui1Ri2Ri1++–R2+–1.輸入電阻低；同相加法運(yùn)算電路的特點(diǎn)：反相加法運(yùn)算電路11611.3.3減法運(yùn)算如果兩個(gè)輸入端都有信號(hào)因?yàn)?，故上列兩式可得由圖可列出輸入，則為差分輸入。ifR1R2uoRFiiui1+–R3+–ui2+–+–+11.3.3減法運(yùn)算如果兩個(gè)輸入端都有信號(hào)11711.3.3減法運(yùn)算當(dāng)時(shí)，和則上式為當(dāng)時(shí)，則得可見(jiàn)，輸出電壓與兩個(gè)輸入電壓的差值成正比，故可進(jìn)行減法運(yùn)算。ifR1R2uoRFiiui1+–R3+–ui2+–+–+11.3.3減法運(yùn)算當(dāng)時(shí)，和則上式為當(dāng)時(shí)，則得118[例3]圖中，其中是共模分量，是差模分量。如果，試問(wèn)RF多大時(shí)輸出電壓不含共ifR1R2uoRFiiui1+–R3+–ui2+–+–+模分量？[例3]圖中，其中是共模分量，是差模分量。如果，試問(wèn)R119[解]欲使uo不含共模分量uic2，必須滿足下列條件:[解]欲使uo不含共模分量uic2，必須滿足下列條件:120[解]因經(jīng)整理后得。此時(shí)輸出電壓例如則[解]因經(jīng)整理后得。此時(shí)輸出電壓例如則12111.3.4積分運(yùn)算ifR1R2uoRFiiui+–+–+–+ifuC+–CF由于反相輸入，故上式表明輸出電壓正比于輸入電壓的積分，式中的負(fù)號(hào)表示兩者反相。R1CF

稱為積分時(shí)間常數(shù)。11.3.4積分運(yùn)算ifR1R2uoRFiiui+–+–+12211.3.4積分運(yùn)算uoR1R2CFui+–+–uC+–+–+ifii當(dāng)ui為階躍電壓時(shí)，則uo隨時(shí)間線性增長(zhǎng)，uoOtuiOt最后達(dá)到負(fù)飽和值。11.3.4積分運(yùn)算uoR1R2CFui+–+–uC+–+123

將比例運(yùn)算和積分運(yùn)算結(jié)合在一起，就組成比例-積分運(yùn)算電路。ifi1電路的輸出電壓上式表明：輸出電壓是對(duì)輸入電壓的比例-積分這種運(yùn)算器又稱PI調(diào)節(jié)器,常用于控制系統(tǒng)中,以保證自控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制精度。改變RF和CF，可調(diào)整比例系數(shù)和積分時(shí)間常數(shù),以滿足控制系統(tǒng)的要求。uoCFuiR2R1++––++–RF將比例運(yùn)算和積分運(yùn)算結(jié)合在一起，就組成ifi1電路的12411.3.5微分運(yùn)算uoRFR2C1ui+–+–uC+–+–+ifii故即輸出電壓與輸入電壓對(duì)時(shí)間的一次微分成正比。11.3.5微分運(yùn)算uoRFR2C1ui+–+–uC+–+12511.3.5微分運(yùn)算uoRFR2C1ui+–+–uC+–+–+ifiiUituoOtuiO注意：由于此電路工作時(shí)穩(wěn)定性不高，故實(shí)際中很少應(yīng)用。當(dāng)ui為階躍電壓時(shí)uo為尖脈沖電壓。返回11.3.5微分運(yùn)算uoRFR2C1ui+–+–uC+–+126uoC1uiR2RF++––++–R1比例-微分運(yùn)算電路上式表明：輸出電壓是對(duì)輸入電壓的比例-微分控制系統(tǒng)中，PD調(diào)節(jié)器在調(diào)節(jié)過(guò)程中起加速作用，即使系統(tǒng)有較快的響應(yīng)速度和工作穩(wěn)定性?！狿D調(diào)節(jié)器ifiRiCuoC1uiR2RF++––++–R1比例-微分運(yùn)算電路12711.4.2電壓比較器電壓比較器的功能：電壓比較器用來(lái)比較輸入信號(hào)與參考電壓的大小。當(dāng)兩者幅度相等時(shí)輸出電壓產(chǎn)生躍變，由高電平變成低電平，或者由低電平變成高電平。由此來(lái)判斷輸入信號(hào)的大小和極性。用途：數(shù)模轉(zhuǎn)換、數(shù)字儀表、自動(dòng)控制和自動(dòng)檢測(cè)等技術(shù)領(lǐng)域，以及波形產(chǎn)生及變換等場(chǎng)合。

運(yùn)放工作在開(kāi)環(huán)狀態(tài)或引入正反饋。11.4.2電壓比較器電壓比較器的功能：用途：128理想運(yùn)放工作在飽和區(qū)的特點(diǎn)：1.輸出只有兩種可能+Uo

(sat)

或–Uo(sat)

當(dāng)u+>u－

時(shí)，uo=+Uo

(sat)

u+<u－

時(shí)，uo=–Uo(sat)

不存在“虛短”現(xiàn)象

2.i+=i－0仍存在“虛斷”現(xiàn)象電壓傳輸特性u(píng)o

u+–u–

–Uo(sat)+Uo(sat)O飽和區(qū)理想運(yùn)放工作在飽和區(qū)的特點(diǎn)：1.輸出只有兩種可能+Uo129電壓傳輸特性–Uo(sat)+Uo(sat)運(yùn)放處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)1.基本電壓比較器閾值電壓(門(mén)限電平)：輸出躍變所對(duì)應(yīng)的輸入電壓。uiuoOURURuouiR2++–R1+–++––當(dāng)u+>u–

時(shí)，uo=+Uo

(sat)

u+<u–

時(shí)，uo=–Uo

(sat)

即ui<UR時(shí)，uo=+Uo

(sat)

ui

>UR

時(shí)，uo=–

Uo

(sat)可見(jiàn)，在ui=UR處輸出電壓uo發(fā)生躍變。參考電壓電壓傳輸特性–Uo(sat)+Uo(sat)運(yùn)放處于開(kāi)環(huán)130uitOUROuot+Uo

(sat)–Uo

(sat)t1t2單限電壓比較器：

當(dāng)ui

單方向變化時(shí)，uo

只變化一次。URuouiR2++–R1+–++––電壓傳輸特性–Uo(sat)+Uo(sat)uiuoOURuitOUROuot+Uo(sat)–Uo(sat131ui>UR，uo=+Uo

(sat)ui