《電子技術(shù)基礎》課件-項目三 集成運算放大器應用電路制作

電子技術(shù)基礎Worksummary集成運算放大器應用電路制作03

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】知識點一集成運算放大器01集成運算放大器的組成集成運放集成運放是高增益、多級、直接耦合放大電路。輸入電阻很大（幾十千至幾十兆歐），輸出電阻很?。◣资畾W），電壓放大倍數(shù)可達104~107。專業(yè)教學資源庫輸入級：主要任務是抑制零點漂移和提高輸入電阻，通常采用差動式放大電路。中間級：主要任務是提供足夠大的電壓放大倍數(shù)，通常采用共射放大電路。輸出端偏置電路輸入級中間級輸出級輸入端集成運算放大器的組成輸出級：主要任務是有足夠大的輸出功率和較強的負載能力，通常采用互補對稱功率放大電路。偏置電路：主要任務是為各級放大電路提供合適的偏置電流,

通常采用各種恒流源電路。集成運放的外形常見的集成運算放大器有圓形、扁平型、雙列直插式等,有8管腳、14管腳等，部分常見的集成運放外形如圖所示。集成運算放大器的外形集成運算放大器的符號反相輸入端同相輸入端+UCC–UEEuo+–+u–u++–+Auo信號傳輸方向輸出端符號:實際運放開環(huán)電壓放大倍數(shù)有三種輸入方式：同相輸入、反相輸入和差動輸入。集成運算放大器的外形集成運放的等效電路圖rid表示運放的差模輸入電阻，rod表示運放的輸出電阻，受控電壓源uo’=(u+-u-)Audo集成運放的特點：電壓增益高,輸入電阻大,輸出電阻小,共模抑制比高理想集成運放所謂理想運放，就是指將集成運放的各項技術(shù)指標都理想化，其主要性能指標：(1).開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aod

：

無反饋時的差模電壓增益。一般Aod在104~107范圍，Audo=uo/(u+-u-)，對于理想運放Audo=∞。

(2).差模輸入電阻rid

：一般在幾十KΩ到幾十MΩ范圍，對于理想的運放Rid=∞。

(3).輸出電阻Ro：一般在20~200Ω范圍，對于理想運放Ro=0;

(4).共模抑制比KCMR

：

用來綜合衡量運放的放大和抗零漂、抗共模干擾能力，其值越大，運放性能越好。對于理想運放KCMR=∞;(5).頻帶寬度BW：

理想運放的頻帶寬度BW=∞(6).失調(diào)電壓：

指在輸入信號為零時，為使輸出為零，在輸入端所加的補償電壓。理想運放輸入失調(diào)電壓為0。集成運放的傳輸特性

指其輸出電壓與輸入電壓（即同相輸入端與反相輸入端之間的差值電壓）之間的關(guān)系曲線。集成運算放大電路的工作方式

工作范圍有兩種可能，即線性工作區(qū)或非線性工作區(qū)集成運算放大電路的工作方式線性區(qū)工作的條件和特點工作于線性區(qū)(放大)時:uo=(u+-u-)Aud=Aud

ui

Aud越大，運放的線性范圍越小，必須在輸出與輸入之間加負反饋才能使其擴大輸入信號的線性范圍。理想運放工作在線性區(qū)時有以下兩個重要特點：同相端和反相端電壓幾乎相等,即“虛短”。流入集成運放同相端和反相端的電流幾乎為零,所以稱為虛假斷路,簡稱“虛斷”。****虛短路不能理解為兩輸入端短接，只是（u+-u-）的值小到了可以忽略不計的程度。虛斷不能理解為輸入端開路，只是輸入電流小到了可以忽略不計的程度非線性工作區(qū)條件和特點

工作在非線性區(qū)的條件：電路開環(huán)工作或引入正反饋！集成運算放大電路的工作方式理想運放工作在非線性區(qū)時的重要特點：（1）(虛斷）（2）若U+＞U-

則UO=+UOm；若U+＜U-

則UO=-UOm；若U+=U-

則UO=0+10V-10V+Uom-Uom0uouiui=u+-u-

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】知識點二集成運算放大器02反饋的基本概念1、反饋

—將電路的輸出量(電壓或電流)的部分或全部，通過一定的元件，以一定的方式回送到輸入回路，以改善放大電路的某些性能。輸入輸出

放大電路

反饋網(wǎng)絡正反饋：反饋信號消弱原輸入信號，使輸出量減小。負反饋：反饋信號增強原輸入信號，使輸出量增大。閉環(huán)放大電路:存在反饋的放大電路開環(huán)放大電路:無反饋的放大電路一、反饋的基本概念反饋的基本概念+–比較環(huán)節(jié)基本放大電路F反饋網(wǎng)絡2、負反饋的組成框圖A

—輸入信號

—凈輸入信號—反饋信號—輸出信號凈輸入信號反饋信號消弱了凈輸入信號，為負反饋。則若同相，A為開環(huán)放大倍數(shù)，F(xiàn)為反饋系數(shù)。反饋的基本概念3、反饋的基本關(guān)系式基本放大電路A反饋網(wǎng)絡F開環(huán)放大倍數(shù)：+–

反饋系數(shù)：輸出信號原輸入信號反饋信號凈輸入信號反饋放大器閉環(huán)放大倍數(shù)：負反饋中閉環(huán)增益Af是開環(huán)增益A的1/(1+AF),小于A。其中,（1+AF）稱為反饋深度,它的大小反映了反饋的強弱;乘積AF常稱為環(huán)路增益。深度負反饋:│1+AF│>>1,有反饋的分類電壓反饋：反饋網(wǎng)絡與基本放大器輸出端并聯(lián)，電壓反饋能穩(wěn)定輸出電壓。

反饋信號取自于輸出電壓（即反饋信號的大小與輸出電壓成比例）。電流反饋：反饋網(wǎng)絡與基本放大器輸出端串聯(lián)，電流反饋能穩(wěn)定輸出電流。反饋信號取自于輸出電流（即反饋信號的大小與輸出電流成比例）。1.電壓反饋和電流反饋反饋信號在輸出端的聯(lián)接分為電壓反饋和電流反饋兩種方式。一、反饋類型反饋的分類電壓反饋和電流反饋判斷方法:負載電阻短路法：將負載假想短路，若反饋消失，是電壓反饋，否則是電流反饋。

圖(a)負載RL假想短路，則輸出電壓u0=0，取樣電壓也為0，反饋作用消失，為電壓反饋。圖(b)負載RL負載短路后輸出電流仍然流動，反饋作用仍然存在，故為電流反饋。反饋的分類串聯(lián)反饋：反饋網(wǎng)絡與基本放大器輸入端串聯(lián)。反饋信號以電壓的形式與輸入信號疊加。并聯(lián)反饋：反饋網(wǎng)絡與基本放大器輸入端并聯(lián)。反饋信號以電流的形式與輸入信號疊加。2.串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋反饋信號在輸入端的聯(lián)接分為串聯(lián)和并聯(lián)兩種方式。一、反饋類型反饋的分類判斷方法:反饋節(jié)點對地短路法：假設將輸入回路中的反饋節(jié)點對地短接，如輸入信號能加到基本放大電路，則為串聯(lián)反饋，否則為并聯(lián)反饋。*負反饋類型有四種組態(tài):

串聯(lián)電壓負反饋、并聯(lián)電壓負反饋、

串聯(lián)電流負反饋、并聯(lián)電流負反饋。反饋的性質(zhì)（1）假設輸入信號某一瞬時的極性。一般假設輸入信號某一瞬時的極性為“+”(表示信號增大，如果為“-”則表示信號減小)。

（2）根據(jù)輸入與輸出信號的相位關(guān)系,確定輸出信號和反饋信號的瞬時極性。

（3）再根據(jù)反饋信號與輸入信號的連接情況,分析凈輸入量的變化,如果反饋信號使凈輸入量增強,即為正反饋,反之為負反饋。負反饋——凈輸入量減小。正反饋——使凈輸入量增加。

負反饋主要用于放大電路，正反饋主要用于振蕩電路。通常采用“瞬時極性法”來判斷正負反饋.1.正反饋與負反饋二、反饋的性質(zhì)反饋的性質(zhì)交、直流并存的反饋交流反饋2.交流反饋與直流反饋根據(jù)反饋信號的交直流性質(zhì)，分直流反饋和交流反饋。直流反饋的作用是穩(wěn)定靜態(tài)工作點，如具有旁路電容的共射極放大電路的射極電阻。而射極輸出器中的射極電阻，除起直流反饋作用外，也起交流反饋作用。交流反饋影響電路的交流性能例題例2.3：判斷下列圖所示的四個放大電路反饋的反饋的類型及性質(zhì)。例題解：（1）類型的判斷：圖(a)中，Rf與R2組成反饋網(wǎng)絡，如將其負載RL短路，即uo=0，則放大器同相輸入端引入的uf為0，即反饋信號消失，為電壓反饋。

如果將輸入回路中的反饋節(jié)點對地短路，即同相端接地，可以看出輸入信號可以加到運放中，故為串聯(lián)反饋。

性質(zhì)的判斷：設輸入信號ui的瞬時極性為正，用+表示，加在運放的反相輸入端，經(jīng)運放放大后，輸出端的極性為-，該信號經(jīng)反饋網(wǎng)絡引回到同相輸入端的反饋信號uf的極性為-，則進入運放的凈輸入信號uid=ui-uf增大，故為正反饋。各點信號電壓的極性如圖中所標。

綜合以上判斷圖(a)為串聯(lián)電壓正反饋例題(2)類型的判斷：圖(b)中反饋元件是RB，如將其負載RL短路，即uo=0，可以看出此時反饋信號將消失，所以為電壓反饋。

如將圖(b)中輸入回路中反饋節(jié)點對地短路，則輸入信號不能加到放大器中，故為并聯(lián)反饋。

性質(zhì)的判斷：設輸入電壓的瞬時極性為+，則VT的集電極電壓信號為極性為-，經(jīng)過RB反饋到VT的基極瞬時極性為-，使凈輸入電流iid減小，所以為負反饋。各點信號電壓的極性如圖中所標。

綜合以上判斷圖(b)為并聯(lián)電壓負反饋例題(3)類型的判斷：圖(c)中RE為反饋元件，如果將其負載RL短路，流過RE的輸出電流io不為0，反饋電壓信號uf仍存在，為電流反饋。

如果將輸入回路中反饋節(jié)點對地短接，輸入信號仍能加到放大器中，故為串聯(lián)反饋。

性質(zhì)的判斷：設輸入電壓的瞬時極性為+，則VT的基極電壓瞬時極性為+，其發(fā)射極電壓極性也為+，uf的極性為+，使凈輸入信號uid=ui-uf減小，為負反饋。各點信號電壓的極性如圖中所標。

綜合以上判斷圖(c)為串聯(lián)電流負反饋例題(4)類型的判斷：圖(d)中Rf與R組成反饋網(wǎng)絡，如果負載電阻RL短路，即uo=0，但io不為0，流過R產(chǎn)生電壓，引起if變化，反饋信號不會消失，故為電流反饋。

將其輸入回路中的反饋節(jié)點對地短路，即反相端接地，則可看出輸入信號被短接，不能加到基本放大器中，故為并聯(lián)反饋。

性質(zhì)的判斷：設輸入電壓ui的瞬時極性為+，則運放輸出端電壓為極性為-，電阻R上的電壓極性為-，反饋到反相輸入端的電壓極性為-，凈輸入電流iid減小，所以為負反饋。各點信號電壓的極性如圖中所標。

綜合以上判斷圖(d)為并聯(lián)電流負反饋。

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】知識點三集成運算放大器的基本運算電路03反相比例運算電路ifR1Rfi1uiR2+–+–++–+uou+u-同相輸入端的外接電阻R2稱為平衡電阻，其作用是使運算放大器的輸入級差動放大器的兩個輸入端電阻平衡。其大小為R2=R1//Rf輸出電壓與輸入電壓成比例且相位相反，所以稱為反相比例運算電路當R1=Rf=R時，比例系數(shù)為－1，有uO=-ui，輸出電壓與輸入電壓大小相等，相位相反，這時電路稱為反相器。反相比例運算電路線性工作狀態(tài)下，由于有i+=i-≈0、u+≈u-因此可得輸出電壓為：或者放大倍數(shù)為：ifR1Rfi1uiR2+–+–++–+uou+u-同相比例運算電路輸出電壓與輸入電壓成比例且相位相同，所以稱為同相比例運算電路。該電路輸入電阻大，輸出電阻小，常用作放大系統(tǒng)的輸入級或輸出級電路。R1ifRfi1uiR2+–++–+uou+u-同相比例運算電路線性工作狀態(tài)下，由于有

i+=i-≈0、u+≈u-因此可得輸出電壓為：放大倍數(shù)為：R1ifRfi1uiR2+–++–+uou+u-電壓跟隨器

在同相比例電路中，當Rf=0或R1→∞時，有uO=ui，如圖所示，該電路稱為電壓跟隨器，輸出電壓與輸入電壓大小相等，相位相同，其電壓放大倍數(shù)為1。R1ifRfi1uiR2+–++–+uou+u-反相加法運算電路

反相求和電路有多個輸入信號，都是從集成運放的反相輸入端輸入，可以實現(xiàn)不同比例的信號放大之和。反相加法運算電路

推廣到n個輸入信號通過相應的電阻并聯(lián)到集成運放的反相輸入端，則有：

反相加法電路實現(xiàn)了各信號按比例相加的運算，所以此電路稱為反相加法運算電路。在電路中，若R1＝R2＝…＝Rn＝Rf，則有uO=-(ui1+ui2+…+uin)，可實現(xiàn)各輸入信號的反相相加.減法運算電路

當R1＝R2，Rf＝R3時，有，實現(xiàn)兩輸入信號同比例相減。

當R1＝R2＝Rf＝R3＝R時，有，實現(xiàn)兩輸入信號直接相減。反相加法運算電路

例3.1如圖3-7所示，運放Uopp=12V，R1=9.1KΩ，R2=100KΩ，R3=10KΩ，R4=R6=25KΩ，R5=R7=200KΩ。（1）若ui1=0.5V，ui2=0.1V，求uo=?（2）若ui1=0.5V，ui2=0.3V，求uo=?（3）若ui1=0.5V，ui2=-0.3V，求uo=？解：從圖中可知：A1為電壓跟隨器，A2為同相比例運算電路，A3位減法電路。電路信號之間的關(guān)系如下：反相加法運算電路帶入?yún)?shù)后：（1）uO=88×0.1-8×0.5=4.8V（2）uO=88×0.3-8×0.5=22.4V>UOPP=12V,所以應取uO=Uopp=12V。大于Uopp=12V，（3）uO=88×(-0.3)-8×0.5=-30.4V<-UOPP=-12V,所以應取uO=-Uopp=-12V積分電路ifR1Ci1uiR2+–+–++–+uou+u-

輸出電壓與輸入電壓對時間的積分成正比，且相位相反。R1C為積分時間常數(shù)，其值越小，積分作用越強。當輸入電壓為常數(shù)（ui=Ui）時：積分電路

積分電路可將方波轉(zhuǎn)換為三角波。積分電路在自動控制系統(tǒng)中用以延緩過渡過程的沖擊，比如使被控制的電動機外加電壓緩慢上升，避免其機械轉(zhuǎn)矩猛增，造成傳動機械的損壞。積分電路還常用來做顯示器的掃描電路，用在模/數(shù)轉(zhuǎn)換器中等。微分電路iRRCiCuiR+–+–++–+uou+u-–+

輸出電壓與輸入電壓對時間的微分成正比，且相位相反。RC為微分時間常數(shù)，其值越大，微分作用越