第章集成運(yùn)算放大器2

第6章集成運(yùn)算放大器6.1集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)介6.5運(yùn)算放大器使用時(shí)應(yīng)注意問題6.4集成運(yùn)算放大器非線性應(yīng)用6.3集成運(yùn)算放大器線性應(yīng)用

6.2集成運(yùn)算放大電路中的反饋本章要求1.了解集成運(yùn)算放大器的基本概念、電壓

傳輸特性和主要參數(shù)

2.掌握理想運(yùn)算放大器的基本分析方法

3.理解反饋概念，了解反饋類型和負(fù)反饋

對(duì)放大電路性能的影響4.理解用集成運(yùn)算放大器組成的比例、加、

減、積分和微分運(yùn)算的影響5.了解用集成運(yùn)算放大器組成的RC正弦振

蕩器電路的工作原理6.1集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)介

是模擬集成電路早期在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)某些數(shù)學(xué)運(yùn)算，故名集成運(yùn)算放大器

是一種電壓放大倍數(shù)很高的直接耦合的多級(jí)放大電路

應(yīng)用：計(jì)算機(jī)、信號(hào)處理、信號(hào)測(cè)量、自動(dòng)控制等領(lǐng)域

特點(diǎn)：開環(huán)電壓放大倍數(shù)高、輸入電阻高、輸出電阻低、溫漂小、可靠性高、體積小…集成電路:將整個(gè)電路的各個(gè)元件及導(dǎo)線做在同一個(gè)半導(dǎo)體基片上集成電路的分類：小、中、大、超大規(guī)模集成電路分立電路與集成電路集成電路的優(yōu)點(diǎn)：工作穩(wěn)定、使用方便、體積小、

重量輕、功耗小模擬電路：是處理模擬信號(hào)的電路模擬信號(hào)：隨時(shí)間連續(xù)變化的信號(hào)數(shù)字信號(hào)：時(shí)間上不連續(xù)的、離散的脈沖信號(hào)，是可以用二進(jìn)制數(shù)0和1表示的信號(hào)數(shù)字電路：是處理數(shù)字信號(hào)的電路模擬集成電路和數(shù)字集成電路6.1.1運(yùn)算放大器的組成輸入端輸入級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)輸出端偏置電路輸入級(jí)：減小零點(diǎn)漂移抑制干擾信號(hào),輸入阻抗

ri大。（差放）中間級(jí)：進(jìn)行電壓放大，電壓放大倍數(shù)高。（共射極）輸出級(jí)：提高帶負(fù)載能力，給足夠的輸出電流和電壓

。（互補(bǔ)對(duì)稱或射極輸出）偏置電路：為各級(jí)電路建立合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。（恒流源）－UEE+UCC

u+uo

u–反相輸入端同相輸入端T3T4T5T1T2IS輸入級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)與uo反相與uo同相運(yùn)算放大器外形圖LM324運(yùn)算放大器芯片示例一、開環(huán)電壓放大倍數(shù)Auo無外加反饋回路的差模放大倍數(shù)。一般在104107之間。理想運(yùn)放的Aod為。二、共模抑制比KCMMRKCMRR=20lg(Ad/Ac)常用分貝作單位，一般100dB以上。6.1.2主要參數(shù)三、開環(huán)輸入電阻rid開環(huán)時(shí)輸入電壓的變化與所引起輸入電流變化之比。一般約106Ω五、輸入失調(diào)電流Iio

在零輸入時(shí)，差分輸入級(jí)的差分對(duì)管基極電流之差，用于表征差分級(jí)輸入電流不對(duì)稱的程度。

四、開環(huán)輸出電阻rio運(yùn)算放大器輸出級(jí)的輸出電阻。一般約100Ω六、輸入失調(diào)電壓Uio

輸入電壓為零時(shí)，將輸出電壓除以電壓增益，即為折算到輸入端的失調(diào)電壓。是表征運(yùn)放內(nèi)部電路對(duì)稱性的指標(biāo)。

ri大:幾十k

幾百k實(shí)際運(yùn)放：KCMRR很大ro?。簬资畮装貯uo很大:104107理想運(yùn)放：ri

KCMRR

ro

0Auo

運(yùn)放符號(hào)：－＋＋

u－

u+

uoAo實(shí)際運(yùn)放的符號(hào)理想運(yùn)放的符號(hào)_++u+u-u06.1.3傳輸特性和分析方法集成運(yùn)放的三種基本信號(hào)輸入方式同相輸入差分輸入三種基本信號(hào)輸入方式反相輸入－＋＋

u－

u+

uoAo反相輸入端同相輸入端輸出端+－

ud

ud輸入電壓

uo輸出電壓uiuo+UO(sat)-UO(sat)Ao越大，運(yùn)放的線性范圍越小，必須加負(fù)反饋使其擴(kuò)大輸入信號(hào)的線性范圍。uiuo_++Ao線性放大區(qū)理想運(yùn)放的條件虛短路放大倍數(shù)與負(fù)載無關(guān)虛開路集成運(yùn)放工作在線性區(qū):集成測(cè)運(yùn)放初工作迷在飽旱和區(qū)毀：當(dāng)u＋>u－時(shí)，uo=勻+Uo(蔥sa迷t)當(dāng)u＋<u－時(shí)，uo=商-Uo(堵sa留t)兩個(gè)黨輸入茶端的辛輸入齊電流禾等于輔零凡是飯將放膠大電悲路輸梳出端飽的信線號(hào)（潤(rùn)電壓針或電需流）嫩的一句部分臉或全期部引刺回到澆輸入迷端，納與輸逐入信疑號(hào)疊蓮加，甚就稱膝為反饋若引殼回的唐信號(hào)旱削弱怠了輸接入信疼號(hào)，漏就稱制為負(fù)反斜饋。若泥引回偷的信債號(hào)增己強(qiáng)了屑輸入報(bào)信號(hào)伶，就憶稱為正反害饋信號(hào)掩一般酸是指瞎交流熄信號(hào)添，判士斷反升饋信等號(hào)與頑輸入遍信號(hào)頌的相旱位關(guān)嶼系，同相歡是正喪反饋像，反會(huì)相是槽負(fù)反自饋6.產(chǎn)2.鼻1反饋遍基本智概念6.這2集成激放大度電路懸中的煎反饋放大器輸出輸入取+加強(qiáng)煩輸入富信號(hào)梢正宏反饋鑰用摔于振塑蕩器取-削弱餡輸入績(jī)信號(hào)貞負(fù)員反饋能用省于放喉大器開環(huán)閉環(huán)反饋網(wǎng)絡(luò)±疊加反饋信號(hào)實(shí)際被放大信號(hào)反饋刻電路滋的三峰個(gè)環(huán)滿節(jié)：放大：反饋：疊加：負(fù)反醋饋框鑰圖基本放大電路Ao反饋回路F+–輸出聰信號(hào)輸入特信號(hào)反饋符信號(hào)差值草信號(hào)一、愛判斷船反饋?zhàn)淼姆匠贩ā矔r(shí)形極性隨法假設(shè)職輸出雖端信敢號(hào)有犧一定煌極性啦的瞬使時(shí)變貫化，攻依次勾經(jīng)過蠻反饋西、比螺較、直放大赴后，德再回蒸到輸任出端絕，若蘿輸出紹信號(hào)夕與原甲輸出虛信號(hào)恢的變刑化極倒性相南反，腳則為皮負(fù)反籍饋。爆反之寒為正銷反饋6.偵2.刪2反饋奶類型亞與判巨斷動(dòng)畫掛：瞬立時(shí)極替性法例：亮判斷Rf是否陪負(fù)反纏饋+UCCRCC2C1Rfuiuoiibif是負(fù)紹反饋例：努判斷Rf是否狠負(fù)反斃饋uC1uB2uouiiiBiFuFRE2RfRE1RC1RC2+UCCiE2是負(fù)俗反饋負(fù)反凳饋交流徒反饋直流噴反饋電壓氏串聯(lián)龜負(fù)反擇饋電壓竟并聯(lián)莊負(fù)反凍饋電流脖串聯(lián)象負(fù)反段饋電流東并聯(lián)臭負(fù)反傅饋穩(wěn)定決靜態(tài)案工作棵點(diǎn)二、局負(fù)反匹饋的川類型根判定負(fù)反綱饋的仿分析詳步驟3.是否繡負(fù)反愈饋4.是負(fù)所反饋濤！何枯種類雀型的說負(fù)反神饋（判起斷反司饋的娛組態(tài)庫）1.找出丟反饋轎網(wǎng)絡(luò)理（電耀阻）2.是交聚流反胡饋還猛是直北流反犧饋交流完反饋糠與直塌流反蘇饋交流返反饋：反鑄饋只作對(duì)交懼流信罵號(hào)起短作用直流宣反饋：反版饋只災(zāi)對(duì)直摘流信什號(hào)起貌作用若在尋反饋俱網(wǎng)絡(luò)工中串捆接隔乖直電泉容，評(píng)則可填以隔東斷直例流，簽反饋萍只對(duì)南交流紅起作注用在起恰反饋高作用渴的電尾阻兩站端并恢聯(lián)旁嘆路電份容，錦可以倚使其珍只對(duì)點(diǎn)直流辨起作第用有的鵝反饋淺只對(duì)住交流蠻信號(hào)豪、只東對(duì)直裳流信贏號(hào)起采作用點(diǎn)；有甘的反默饋對(duì)圾交、虧直流遠(yuǎn)信號(hào)企均起勸作用增加標(biāo)隔直少電容C后，Rf只對(duì)饅交流首起反欠饋?zhàn)黝佊米ⅲ航虮倦婍懧分蠧1、C2也起論到隔柔直作邊用+–C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2CEC3C2+UCuoui+–T1T2RfRE1C增加故旁路現(xiàn)電容C后，RE1只對(duì)循直流女起反促饋?zhàn)骱佑肅+–C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2CEC3C2+UCuoui+–T1T2RfRE11.電壓箱串聯(lián)虧負(fù)反樓饋削弱謎凈輸偶入為茂負(fù)反轟饋反饋吵取自韻輸出純電壓,為電惰壓反臺(tái)饋反饋釘信號(hào)手與輸克入信狠號(hào)在抵輸入域端以川電壓矛的形墾式做怒比較,為串脅聯(lián)反塊饋uoRF_++R1R2ui+-RL+-i1ifud-+uf-+6.驕2.恰3具體煮負(fù)反繼饋電直路分夫析i1idif2.并聯(lián)增電壓揚(yáng)負(fù)反托饋uoRF_++R1R2ui+-RL+-削弱變凈輸曾入為負(fù)反饋反饋嘩取自兄輸出羽電壓,為電匪壓反困饋反饋言信號(hào)綢與輸蛾入信轉(zhuǎn)號(hào)在壺輸入巖端以確電流拿的形群式做齡比較,為并硬聯(lián)反法饋3.串聯(lián)喜電流犬負(fù)反求饋為負(fù)啦反饋反饋嘉取自賄輸出踏電流,為電勇流反蒜饋反饋妻信號(hào)譽(yù)與輸奶入信回號(hào)在樹輸入省端以第電壓聾的形神式做仰比較,為串麥聯(lián)反莫饋uo_++R2ui+-RL+-ioud-+uf-+RF4.并聯(lián)電流負(fù)反挪饋為負(fù)氏反饋反饋牽取自浙輸出烈電流殖，為洗電流漂反饋反饋涌信號(hào)西與輸旅入信撥號(hào)在皺輸入旦端以滔電流大的形給式做俯比較,為并維聯(lián)反然饋RFuo+-RLR_++R1R2ui+-ioi1idifiR反饋斜類型爆判斷往方法1.正、炭負(fù)反乒饋的請(qǐng)判斷旦可采腫用“行瞬時(shí)吳極性害法”2.從輸餃出端態(tài)直接識(shí)取回譜的反花饋為栽電壓直反饋尾；從輸爪出負(fù)叔載串疫聯(lián)的宰電阻挑上取憑回的臭反饋膜為電掏流反哲饋3.反饋闖信號(hào)投和輸稅入信準(zhǔn)號(hào)分顧別接期在運(yùn)展算放主大器倚的兩狐個(gè)輸入六端上閱，則現(xiàn)為串矮聯(lián)反泥饋；驚若接庫在同某一個(gè)競(jìng)輸入瘋端上，飯則為作并聯(lián)茄反饋動(dòng)畫征：四間種反駕饋方尿式6.伐2.觀4負(fù)反倉饋對(duì)娃放大勸電路毀性能海的影趣響基本放大電路Ao反饋回電路F+–反饋口電路霜的基拉本方厲程一、蔬對(duì)放貪大倍嚴(yán)數(shù)的燥影響Ao開環(huán)很放大障倍數(shù)AF閉環(huán)冬放大匪倍數(shù)反饋深度定義：同相，所以則有：負(fù)反神饋使截放大伴倍數(shù)寺下降引入篩負(fù)反扁饋使田電路誦的穩(wěn)怒定性繪提高（2）中，（1）（3）若稱為深度負(fù)反饋，此時(shí)深度胖負(fù)反件饋時(shí)族，放啦大倍政數(shù)只園與反研饋網(wǎng)彼絡(luò)有劑關(guān)二、翼改善吳波形察的失胞真Aouiuo加反都饋前加反捏饋后ufuiudAoF+–改善uouo動(dòng)畫抽：改加善波周形失翻真三、顧對(duì)輸稈入、競(jìng)輸出坑電阻捐的影委響1.串聯(lián)頂負(fù)反延饋使側(cè)電路絲式的輸入獸電阻籠增加2.并聯(lián)戲負(fù)反留饋使稍電路欠的輸入經(jīng)電阻誘減小理解構(gòu)：串?dāng)芈?lián)負(fù)唉反饋市相當(dāng)誘于在炸輸入全回路遣中串農(nóng)聯(lián)了盞一個(gè)遮電阻菠，故紅輸入萍電阻選增加理解矛：并事聯(lián)負(fù)映反饋吳相當(dāng)辯于在緒輸入專回路勤中并裝聯(lián)了壘一條鞭支路飲，故恢輸入蹲電阻冶減小3.電壓畝負(fù)反種饋使拜電路住的輸出榆電阻牌減小理解曬：電版壓負(fù)錫反饋商目的小是阻兼止uo的變崇化，榆穩(wěn)定懶輸出姿電壓放大須電路忙空載家時(shí)可杯等效全右圖吳框中迫為電童壓源葉：輸出蘿電阻漲越小性，輸喝出電強(qiáng)壓越友穩(wěn)定局，反怎之亦隊(duì)然roesuoRL理解鮮：電端流負(fù)假反饋涌目的貪是阻止io的變化，壓穩(wěn)定愿輸出瘡電流放大毅電路尿空載稈時(shí)可嬌等效膏為右慨圖框浩中電封流源務(wù)：輸出微電阻道越大猾，輸勉出電少流越道穩(wěn)定放，反單之亦利然4.電流僻負(fù)反傳饋使綿電路圓的輸出曲電阻蔥增加roisioRL四、添對(duì)通狀頻帶裳的影智響引入造負(fù)反肥饋使霸電路蕉的通俯頻帶鏡寬度切增加嚴(yán)：fABoAoAFBF虛擬永短路虛擬永斷路放大真倍數(shù)層與負(fù)命載無虹關(guān)，可以狡分開梳分析拉。u+uo_++u–Ii信號(hào)的放大、運(yùn)算有源濾波電路運(yùn)放線性應(yīng)用6.催3集成會(huì)運(yùn)算兇放大家器線醒性應(yīng)鬧用ii=ifuo_++RFR1R2uiiiif虛短培路虛斷榴路1、反仿相輸以入6.爬3.薦1比例作運(yùn)算屑電路電壓井并聯(lián)圍負(fù)反壁饋平衡電阻，使輸入端對(duì)地的靜態(tài)電阻相等，保證靜態(tài)時(shí)輸入級(jí)的對(duì)稱性R2=R1//RFuo_++RFR1R2uiiiif為保論證一碌定的陪輸入具電阻違，當(dāng)督放大過倍數(shù)盞大時(shí)傻，需猜增大R2，而材大電掀阻的樣精度友差，事因此縣，在銷放大纏倍數(shù)濤較大臟時(shí)，滾該電谷路結(jié)錘構(gòu)不零再適朗用反相缺器當(dāng)RF=R1時(shí)為反衣相器uo_++R1R1R2uiiiif_++RFR1R2uiuou-=去u+=賴ui電壓婆串聯(lián)急負(fù)反辣饋虛短爺路虛斷紙路2、同但相輸眠入iiif_++uiuo電壓周跟隨付器此電擋路是離電壓津并聯(lián)匙負(fù)反射饋，樓輸入籮電阻儀大，管輸出撲電阻春小，激在電榜路中街作用場(chǎng)與分孕立元斥件的酒射極苗輸出害器相小同，包但是爛電壓芒跟隨竹性能率好。1.反相壺求和烈運(yùn)算R12_++RFR11ui2uoR2ui1ui3R136.慚3.捕2加法誦和減誤法運(yùn)鮮算i12i11iFi13R12_++RFR11ui2uoR2ui1ui3R13當(dāng)R11=R12=R13=R1時(shí)當(dāng)RF=R1時(shí)加法欠運(yùn)算_++RFR1R2ui2uoR3ui1解出膝：2.減法窗運(yùn)算R2//R3=R1//RF當(dāng)R1=R2，RF=R3時(shí)當(dāng)R1=R2，RF=R3，且，R1=RF時(shí)減法任運(yùn)算兩級(jí)性運(yùn)算版電路沙如圖公所示仰。（1）試沖推導(dǎo)uo與ui1、ui2、ui3的運(yùn)階算關(guān)拐系；（2）若:R1=R2=Rf1=3嗎0k度Ω，R3=R4=R5=R6=Rf2=1慨0k冠Ω,ui1=毛0.倘1V，ui2=箱0.喪2V，ui3=天0.茶3V，求uo的值寨。例：uo‘∞－++△R2Rf1R3R1ui1ui2R6∞－++△R4Rf2R5ui3+uo

－解（1）uo’=－(Rf1R1ui1+Rf1R2ui2)第一尋級(jí)運(yùn)郵算為嗎加法干運(yùn)算嘩：uo=Rf2R4)(1+R6R5+R6ui3uo=－uo’Rf2R4Rf2R4)(1+R6R5+R6ui3Rf1R1ui1+Rf1R2ui2)+Rf2R4(（2）uo=ui3+ui2+ui1=(餐0.倆3口+椒0.叉2嗓+扔0.創(chuàng)1)渠V=餃0.刮6V∞－++△R2Rf1R3R1ui1ui2R6∞－++△R4Rf2R5ui3+uo

－uo’iiiFtui0tuo0例1：輸入太方波蜜，輸史出是極三角渴波ui-++R2CFuo6.宇3.刃3積分鼻和微處分運(yùn)的算電貫路R1積分離運(yùn)算來電路tui0tuo0U-Uo(sat)TM積分粉時(shí)限例2：如剝果積肚分器本從某州一時(shí)劑刻輸妻入一企直流艘電壓洗，輸?shù)艹鰧⒉娣聪驁A積分接，經(jīng)套過一炎定的撥時(shí)間儀后輸該出飽葉和。由u–=u+=送0，可塑得uit0t0uoui–++uoRFR2iiiFC1若輸入：則：微分羨運(yùn)算誓電路聯(lián)立思可得染：0uot階躍響應(yīng)

0uit微分軟運(yùn)算浙電路亡的階辱躍響然應(yīng)++uouiURuouio+Uo(sat)-Uo(sat)UR當(dāng)ui<UR時(shí),uo=厚+Uo(慣sa從t)，當(dāng)ui>UR時(shí),uo=壤-Uo(伙sa發(fā)t)1.ui從反燒相端斤輸入6.毒4.桌1電壓直比較們器用于插比較蕉輸入包電壓方和參鳳考電嫩壓UR：參錦考電月壓ui：被占比較予信號(hào)特點(diǎn)信：運(yùn)優(yōu)放處匯于開茶環(huán)狀火態(tài)。泉開環(huán)礦電壓鍵放大咱倍數(shù)鹿很高戲。傳輸念特性6.確4集成匹運(yùn)算叢放大迎器非消線性后應(yīng)用uoui0+Uo(sat)-Uo(sat)UR傳輸特性++uouiUR–當(dāng)ui>UR時(shí),uo=檢+Uo(夸sa賄t)當(dāng)ui<UR時(shí),uo=丈-Uo(服sa嫂t)2、ui從同嘩相端穩(wěn)輸入uoui0+UO(sat)-UO(sat)++uoui3、過聚零比勤較器:算(UR=0時(shí))++uouiuoui0+UO(sat)-UO(sat)++uouitui例：趣利用弊電壓湊比較拌器將森正弦液波變挺為方滲波uot+Uo(sat)-Uo(sat)++uiuoui0+UZ-UZ電路類改進(jìn)赤：用厚穩(wěn)壓討管穩(wěn)吉定輸稱出電目壓uoUZ雙向升穩(wěn)壓倍管6.辨4.旁2矩形擱波產(chǎn)課生電天路++uCuoUZ+++ufR2R1R3RfDZCtu0o+UZ-UZtuCoU+HU+L輸出擔(dān)矩形瘡波周膀期：6.饑4.致3RC正弦振蕩電路自激可振蕩藍(lán)：電路贏中無汽外加團(tuán)輸入估電壓吸，而煩在輸紀(jì)出端輝有一定頻秧率和音幅度檢的信梢號(hào)輸儲(chǔ)出?；痉糯箅娐稟o反饋電路FFAo=1自激糟振蕩情的條怒件基本放大電路Ao反饋電路F振蕩檢電路獨(dú)自激攻振蕩襪的條糾件：1.ud和uf要同熊相，犬也就霸是必長(zhǎng)須是弄正反謊饋2.要有呀足夠火的反卵饋量件，使繡得|FAo|=1，即道反饋架電壓要冬等于停所需晌的輸帳入電斑壓一般拐情況酸下，許振蕩夾電路市起振悶時(shí)，飛必須斧使|FAo|>1用RC電路朱構(gòu)成蛙選頻狗網(wǎng)絡(luò)否的振盾蕩電驚路即叨所謂含的RC振蕩筒電路是。R1C1R2C2選頻輩電路時(shí)，斃相移殘為0。R1C1R2C2如果觸：R1=R2=R，C1=C2=C，則田：傳遞囑函數(shù)撥：相頻倆特性脫：幅頻牛特性嫂：fof+90–90f用運(yùn)光放組添成的RC振蕩振器所以抱，要兩滿足責(zé)相位監(jiān)條件默，只閘有在fo處因?yàn)槭幔簎o_++R2RCRCR1能自筆行啟運(yùn)動(dòng)的毀電路叫（1）uotRtA半導(dǎo)體熱敏電阻起振經(jīng)時(shí)，RT略大呢于2R1，使|AF|>壇1，以杠便起魄振；_++RTRCRCR1tuo起振跑