1、第九章第九章集成運算放大器及其應(yīng)用集成運算放大器及其應(yīng)用武科大信息學(xué)院電工電子課部在制造工藝上，集成運放很難制造電感、電容大電在制造工藝上，集成運放很難制造電感、電容大電阻元件，所以需要時一般都采取外接的方法。而制阻元件，所以需要時一般都采取外接的方法。而制造晶體管卻最容易，一般采用晶體管恒流源代替電造晶體管卻最容易，一般采用晶體管恒流源代替電阻；把阻；把晶體管晶體管的三極適當(dāng)組配作二極管用。的三極適當(dāng)組配作二極管用。同時也同時也出于集成化的原因及放大緩變信號和直流信號出于集成化的原因及放大緩變信號和直流信號的需要，運放各級之間均采用的需要，運放各級之間均采用直接耦合直接耦合的方式。的方式。集

2、成集成電路中的各個晶體管是通過同一工藝過程制作在同一電路中的各個晶體管是通過同一工藝過程制作在同一硅片上的，溫度性能基本保持一致，因此易制成溫度硅片上的，溫度性能基本保持一致，因此易制成溫度漂移很小的差動放大器。漂移很小的差動放大器。9.1.1 集成運算放大器的特點集成運算放大器的特點9.1 簡介輸入級輸入級中間級中間級偏置電路偏置電路輸出級輸出級輸輸入入端端輸輸出出端端輸入級：輸入級：由差放構(gòu)成由差放構(gòu)成。減小零漂和抑制干擾。減小零漂和抑制干擾。中間級：中間級：共射放大電路共射放大電路。用于電壓放大。用于電壓放大。輸出級：輸出級：互補對稱電路互補對稱電路。 降低輸出電阻，提高帶載能力。降低輸

3、出電阻，提高帶載能力。偏置電路：由偏置電路：由恒流源電路恒流源電路構(gòu)成。構(gòu)成。 確定運放各級的靜態(tài)工作點。確定運放各級的靜態(tài)工作點。9.1.2 電路的簡單說明電路的簡單說明集成運放的基本結(jié)構(gòu)示意圖集成運放的基本結(jié)構(gòu)示意圖輸入級輸入級中間級中間級 輸出級輸出級-UEE+UCC uuo u反相端反相端同相端同相端T3T4T5T1T2IS基本原基本原理框圖理框圖運放舉例：運放舉例：F007F007 F007 1 2 3 48 7 6 5 F007761432582 2反相輸入端反相輸入端6 6輸出端輸出端3 3同相輸入端同相輸入端4 4正電源端正電源端7 7負(fù)電源端負(fù)電源端8 8閑置端（閑置端（NC

4、NC）1 1、5 5接調(diào)零電位器接調(diào)零電位器9.1.2 電路的簡單說明電路的簡單說明 uo國際符號國際符號國內(nèi)符號國內(nèi)符號三種封裝形式：三種封裝形式：圓外殼封裝、扁平管封裝、雙列直插式封裝圓外殼封裝、扁平管封裝、雙列直插式封裝外外形形反相輸入端反相輸入端同相輸入端同相輸入端輸出端輸出端 u- u+ u+u-uo已經(jīng)不用已經(jīng)不用正在使用正在使用集成運放芯片集成運放芯片u+ u- u0 均為對地電壓均為對地電壓符符號號uu+ uo為了合理的選用和正確的使用運算放大器，必須了為了合理的選用和正確的使用運算放大器，必須了解集成運算放大器的各主要參數(shù)的意義。解集成運算放大器的各主要參數(shù)的意義。1 1開環(huán)

5、電壓放大倍數(shù)開環(huán)電壓放大倍數(shù)A AUOUO在沒有外接反饋電路時所測出的差模電壓放大倍數(shù)。在沒有外接反饋電路時所測出的差模電壓放大倍數(shù)。 A AUOUO越高，所構(gòu)成的運算電路越穩(wěn)定，運算精度也越高，所構(gòu)成的運算電路越穩(wěn)定，運算精度也越高，一般約為越高，一般約為10104 4 10 107 7。2 2共模抑制比共模抑制比K KCMRRCMRR它表示運算放大器的差模電壓放大倍數(shù)它表示運算放大器的差模電壓放大倍數(shù)A Ad d與共模電與共模電壓放大倍數(shù)壓放大倍數(shù)A AC C 之比的絕對值。若用分貝（之比的絕對值。若用分貝（dBdB）為）為單位，則稱單位，則稱K KCMRCMRF007F007型晶體管的型

6、晶體管的K KCMRCMR約為約為80dB80dB，目前有的晶體管的，目前有的晶體管的K KCMRCMR已高達(dá)已高達(dá)160dB160dB，K KCMRCMR越大，說明集成運算放大器越大，說明集成運算放大器的共模抑制性能越好。的共模抑制性能越好。9.1.3 9.1.3 主要參數(shù)主要參數(shù)3 3開環(huán)（差模）輸入電阻開環(huán)（差模）輸入電阻r rid id運算放大器開環(huán)時，從兩輸入端看進去的等效動態(tài)運算放大器開環(huán)時，從兩輸入端看進去的等效動態(tài)電阻稱為開環(huán)輸入電阻。電阻稱為開環(huán)輸入電阻。r ridid越大說明集成運算放大越大說明集成運算放大器由差模信號源輸入的電流就越小，器由差模信號源輸入的電流就越小，F(xiàn)0

7、07F007的的r ridid約為約為12M12M。4 4開環(huán)輸出電阻開環(huán)輸出電阻r ro o運算放大器輸出級的輸出電阻。運算放大器輸出級的輸出電阻。r ro o越小，集成運算越小，集成運算放大器帶負(fù)載的能力越強。放大器帶負(fù)載的能力越強。F007F007的的r ro o約為約為500 500 。5 5最大輸出電壓最大輸出電壓U Uoppopp能使輸出電壓與輸入電壓保持不失真關(guān)系的最大輸能使輸出電壓與輸入電壓保持不失真關(guān)系的最大輸出電壓。出電壓。F007F007的的U Uoppopp約為約為121213V13V。9.1.3 9.1.3 主要參數(shù)主要參數(shù)6 6輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓U UIOIO

8、理想的運算放大器，當(dāng)輸入電壓為零時，即理想的運算放大器，當(dāng)輸入電壓為零時，即u ui1i1= =u ui2i2=0=0，輸出電壓，輸出電壓u uo o=0=0。但在實際的運算放大器。但在實際的運算放大器中，由于制造中也很難做到參數(shù)完全對稱，因此當(dāng)中，由于制造中也很難做到參數(shù)完全對稱，因此當(dāng)輸入電壓為零時，輸入電壓為零時， u uo o0 0 。反過來說，如果要，。反過來說，如果要，必須在輸入端加一個很小的補償電壓，它就是輸入必須在輸入端加一個很小的補償電壓，它就是輸入失調(diào)電壓。失調(diào)電壓。 U UIOIO一般為幾毫伏，顯然它越小越好。一般為幾毫伏，顯然它越小越好。7 7輸入失調(diào)電流輸入失調(diào)電流I

9、 IIOIO輸入失調(diào)電流是指輸入信號為零時，兩個輸入端靜輸入失調(diào)電流是指輸入信號為零時，兩個輸入端靜態(tài)基極電流之差，即態(tài)基極電流之差，即I IIOIO = =I IB1B1-I-IB2B2， I IIOIO一般在一般在零點零幾微安級，其值越小越好。零點零幾微安級，其值越小越好。9.1.3 9.1.3 主要參數(shù)主要參數(shù)8 8輸入偏置電流輸入偏置電流I IIBIB輸入信號為零時，兩個輸入端靜態(tài)基極電流的平均輸入信號為零時，兩個輸入端靜態(tài)基極電流的平均值，即值，即I IIBIB = =（I IB1B1-I-IB2B2）/2 /2 。這個電流也是越小越。這個電流也是越小越好，一般在零點幾微安級。好，一

10、般在零點幾微安級。集成運算放大器的其它參數(shù)的意義是可以理解的，集成運算放大器的其它參數(shù)的意義是可以理解的，就不一一說明了?？傊?，就不一一說明了。總之，集成運算放大器具有開環(huán)集成運算放大器具有開環(huán)電壓放大倍數(shù)高、輸入電阻高（約幾兆歐）、輸出電壓放大倍數(shù)高、輸入電阻高（約幾兆歐）、輸出電阻低（約幾百歐）、零點漂移小、體積小、可靠電阻低（約幾百歐）、零點漂移小、體積小、可靠性高等優(yōu)點，因此它被廣泛地應(yīng)用于各個技術(shù)領(lǐng)域，性高等優(yōu)點，因此它被廣泛地應(yīng)用于各個技術(shù)領(lǐng)域，已成為一種通用器件。已成為一種通用器件。9.1.3 9.1.3 主要參數(shù)主要參數(shù)3 3）開環(huán)輸出電阻）開環(huán)輸出電阻 ro02 2）差模輸入

11、電阻）差模輸入電阻 rid 4 4）共模抑制比）共模抑制比 KCMRR在分析運算放大器構(gòu)成的各種電路時，通在分析運算放大器構(gòu)成的各種電路時，通常將它看成是一個理想運算放大器。常將它看成是一個理想運算放大器。 1 1）開環(huán)電壓放大倍數(shù)）開環(huán)電壓放大倍數(shù) Auo +-u-u+uo理想運放理想運放圖形符號圖形符號 1. 理想運算放大器理想運算放大器理想化的條件是：理想化的條件是：9.1.49.1.4理想運算放大器及其分析依據(jù)理想運算放大器及其分析依據(jù)ou+ - u-uo實際運放的參數(shù)指標(biāo)很接近理實際運放的參數(shù)指標(biāo)很接近理想化條件，故用理想運放代替想化條件，故用理想運放代替實際運放所引起的誤差并不嚴(yán)實

12、際運放所引起的誤差并不嚴(yán)重，在工程上是允許的。重，在工程上是允許的。右圖所示為運放輸入和輸出右圖所示為運放輸入和輸出電壓的關(guān)系曲線，電壓的關(guān)系曲線，稱為傳輸稱為傳輸特性特性。從圖中看到，實際運。從圖中看到，實際運放的傳輸特性與理想運放比放的傳輸特性與理想運放比較接近。較接近。+Uo(sat)-Uo(sat)理想特性理想特性實際特性實際特性運算放大器的傳輸特性運算放大器的傳輸特性2 2電壓傳輸特性電壓傳輸特性9.1.49.1.4理想運算放大器及其分析依據(jù)理想運算放大器及其分析依據(jù)虛地虛地虛斷虛斷虛短虛短o+Uo(sat)-Uo(sat)實際特性u+ - u-線性區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)從運放的傳輸特性看，

13、可分為從運放的傳輸特性看，可分為線性區(qū)線性區(qū)和和飽和區(qū)飽和區(qū)，工作，工作在不同區(qū)時的分析方法不同：在不同區(qū)時的分析方法不同：線性區(qū)線性區(qū)： uo=Auo(u+-u-)rid ，故，故兩輸入端的輸兩輸入端的輸入電流為零入電流為零。 Auo ，uo為有限值為有限值故故 u+-u-=uo/Auo0 即即 u+ u-分析依據(jù)分析依據(jù)當(dāng)有信號輸入時當(dāng)有信號輸入時，如同相端接，如同相端接地，即地，即u+=0 則則u- 02 2電壓傳輸特性電壓傳輸特性uo9.1.49.1.4理想運算放大器及其分析依據(jù)理想運算放大器及其分析依據(jù)飽和區(qū)：飽和區(qū)： uoAuo(u+-u-)當(dāng)當(dāng)u+ u- 時時,uo=+uo(sa

14、t) 當(dāng)當(dāng)u+ u- 時時,uo=-uo(sat) 但兩輸入端的輸入電流仍為零但兩輸入端的輸入電流仍為零o+Uo(sat)-Uo(sat)實際特性實際特性u+ - u-線性區(qū)線性區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)2 2電壓傳輸特性電壓傳輸特性uo9.1.49.1.4理想運算放大器及其分析依據(jù)理想運算放大器及其分析依據(jù) ri 高高:幾十幾十k M 運放的特點：運放的特點：KCMRR很大很大 ro 小：幾十?。簬资?幾百幾百 A o 很很大大:104以上以上 107理想運放：理想運放： ri KCMRR ro 0Ao 運放符號：運放符號：uu+ uo總結(jié)：運放的特點和符號總結(jié)：運放的特點和符號 u u+

15、uo 運放能完成信號的代數(shù)運算有：運放能完成信號的代數(shù)運算有：比例、加減、比例、加減、積分積分與與微分微分等運算。等運算。Auo ，uo為有限值為有限值故故 u+-u-=uo/Auo0 即即 u+ u-rid ，故故兩輸入端的輸兩輸入端的輸入電流為零入電流為零。 分析方法：分析方法：9.29.2運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用1. 反相輸入比例運算反相輸入比例運算由由KCLKCL、KVLKVL和運放工作和運放工作在在線性區(qū)線性區(qū)的的分析依據(jù)分析依據(jù)： 1iif 0 uu111RuRuuiii FFfRuRuuioo i1uiuo +-ifR1R2RF及及R RF F 反饋電阻；反饋電阻；R R2

16、 2 平衡電阻，平衡電阻，保持兩個輸入端保持兩個輸入端外接電阻相等，保證運算放大器外接電阻相等，保證運算放大器工作在對稱平衡狀態(tài)。工作在對稱平衡狀態(tài)。R R2 2= R= R1 1RRF F虛虛斷斷虛地虛地iFuRRu1o RF=R1，uo=-ui反相器反相器9.2.1 9.2.1 比例運算iFuRRu1o 1RRuuAFiouf 說明：說明：1 1、式中的負(fù)號表示輸出與輸入反相，因此又把反相、式中的負(fù)號表示輸出與輸入反相，因此又把反相輸入的比例運算電路稱為輸入的比例運算電路稱為反相器反相器；2 2、如、如R R1 1和和R RF F的阻值足夠精確，而運放的開環(huán)放大倍數(shù)的阻值足夠精確，而運放的

17、開環(huán)放大倍數(shù)很高，就可以認(rèn)為輸出與輸入信號的關(guān)系只取決于很高，就可以認(rèn)為輸出與輸入信號的關(guān)系只取決于兩電阻的比值，而與運放本身的參數(shù)無關(guān)。因此，兩電阻的比值，而與運放本身的參數(shù)無關(guān)。因此，保證了比例運算的精度和穩(wěn)定性保證了比例運算的精度和穩(wěn)定性1. 反相輸入比例運算反相輸入比例運算9.2.1 9.2.1 比例運算i1uiuo +-ifR1R2Rf1iif iuuu 及及111RuRuii 有有FFfRuuRuuioio iFuRRu)1 (1o ioFioufuuRRuuA 11得得2. 2. 同相輸入比例運算同相輸入比例運算uiuo +-R2當(dāng)當(dāng)R1=；RF=0Auf=1這就是電壓跟隨器這就

18、是電壓跟隨器uo= =ui9.2.1 9.2.1 比例運算i13ui3uo +-ifR13R2Rfi12R12i11R11ui2ui1加法電路加法電路在反相端輸入若干路信號，在反相端輸入若干路信號，構(gòu)成反相加法運算電路構(gòu)成反相加法運算電路。 131211iiiif )(321iFiFiFuRRuRRuRRu131211o FofRui 1111Ruii1 1212Ruii2 1313Ruii3 由此得由此得當(dāng)當(dāng)R11=R12=R13=R1時時)(321iiiFuuuRRu 1o再若再若R1=RF，則，則)(321iiiuuuu o9.2.2 9.2.2 加法運算加法運算i13ui3uo +-i

19、f200k13.3k100ki1250ki1125kui2ui1加法電路加法電路131211ouuuu5 . 024 若若例：例： 131211ouuuu5 . 02)( 4 ui1 +-10k5k10kuo1=-ui1uo1131211ouuuu5 . 024 )(321iFiFiFuRRuRRuRRu131211o 反相器反相器9.2.2 9.2.2 加法運算加法運算ui1uo +-R3R2RFi1R1減法電路ifui2當(dāng)兩個輸入端都有信號輸入時，即為差動輸入，當(dāng)兩個輸入端都有信號輸入時，即為差動輸入，可進行減法運算可進行減法運算 uRRRuuuRiuuFoiii1111111-12323

20、)1 (iFiFuRRuRRRRRu11o 3322RRRuui 時時且且當(dāng)當(dāng)321RRRRF )(12iiFuuRRu 1oi11uuuRRAioFu 2則則9.2.3 9.2.3 減法運算減法運算FoifRRuuii 111 dtuCRdtiCuuiFfF111co0 -uui1uo +- -R2CFi1R1積分電路ifuc1if1Ruii 當(dāng)輸入信號為階躍電壓時，當(dāng)輸入信號為階躍電壓時，tCRUuFi1 oU-UuiotUo(sat)-Uo(sat)9.2.4 9.2.4 積分運算積分運算otuo控制和測量系統(tǒng)中常用控制和測量系統(tǒng)中常用的比例的比例- -積分調(diào)節(jié)器積分調(diào)節(jié)器（PIPI調(diào)節(jié)

21、器）：調(diào)節(jié)器）：)1(11 dtuCRuRRuiFiFoui1uo +-R2CFi1R1PIPI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器ifucRF可視為可視為反相比例運算反相比例運算和和積分運算積分運算的疊加。的疊加。與以前學(xué)過的與以前學(xué)過的RCRC積分電路相比，運放所構(gòu)成的有積分電路相比，運放所構(gòu)成的有源積分電路其積分曲線的線性度較好。這是因為源積分電路其積分曲線的線性度較好。這是因為充電電流基本恒定。充電電流基本恒定。11RUiii f9.2.4 9.2.4 積分運算積分運算ui1uo +-R2C1i1微分電路微分電路ifucRF微分運算是積分的逆運算，微分運算是積分的逆運算，dtduCdtduCiic111 當(dāng)輸

22、入信號為階躍電壓時，當(dāng)輸入信號為階躍電壓時，輸出為尖脈沖電壓。微分輸出為尖脈沖電壓。微分電路穩(wěn)定性不高，用得較電路穩(wěn)定性不高，用得較少。少。( (波形如右圖波形如右圖) )dtduCRRiRiuiFFF11fo uiUuooottui1uo +-R2C1icPDPD調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器iRRF在控制系統(tǒng)中使調(diào)節(jié)過程加速的比在控制系統(tǒng)中使調(diào)節(jié)過程加速的比例例微分調(diào)節(jié)器（微分調(diào)節(jié)器（PDPD調(diào)節(jié)器）調(diào)節(jié)器）9.2.5 微分運算微分運算 在自動控制系統(tǒng)中常需要進行信號處理，如濾波、在自動控制系統(tǒng)中常需要進行信號處理，如濾波、信號的測量及信號的比較等。信號的測量及信號的比較等。9.3.1 有源濾波器有源濾波器

23、濾波器是一種選頻電路濾波器是一種選頻電路選出有用信號，而抑制無用選出有用信號，而抑制無用信號，使一定頻率范圍內(nèi)的信號能順利通過，衰減??；信號，使一定頻率范圍內(nèi)的信號能順利通過，衰減小；而在此頻率范圍以外的信號不易通過，衰減大。按選而在此頻率范圍以外的信號不易通過，衰減大。按選擇頻率范圍的不同，擇頻率范圍的不同，濾波器可分為低通、高通、帶通濾波器可分為低通、高通、帶通和帶阻等。和帶阻等。將由將由RCRC組成的無源濾波器再接到運算放大器的輸入端組成的無源濾波器再接到運算放大器的輸入端構(gòu)成有源濾波器構(gòu)成有源濾波器（因運放是有源器件），性能會得到（因運放是有源器件），性能會得到改善：體積小、效率高、頻

24、率特性好等。改善：體積小、效率高、頻率特性好等。9.39.3運放在信號處理方面的應(yīng)用運放在信號處理方面的應(yīng)用uiuo +-RC有源低通濾波器有源低通濾波器ucRFR1如圖為有源如圖為有源低通低通濾波器濾波器CjCjRUUUic 11 RCjUi 1 URRUFo)1 (10111111 /jRRRCjRRUUAFFiouf RCfRC 2 1100 或或20ufAo0 幅頻特性 20111 / RRAFuf9.3.1 9.3.1 有源濾波器有源濾波器傳遞函數(shù)為傳遞函數(shù)為 時時當(dāng)當(dāng)0 11RRAFuf 220ufFufARRA 11時時當(dāng)當(dāng)0 稱為截止頻率稱為截止頻率0 20ufAo0 幅頻特性

25、9.3.1 9.3.1 有源濾波器有源濾波器可見有源可見有源低通低通濾波器，輸入信號的頻率濾波器，輸入信號的頻率 0 0時，時，輸出電壓衰減不多，信號容易通過。輸出電壓衰減不多，信號容易通過。當(dāng)測量微弱信號時，需將信號先放大，再測量。常當(dāng)測量微弱信號時，需將信號先放大，再測量。常用的測量放大器電路輸入級結(jié)構(gòu)對稱且輸入電阻很用的測量放大器電路輸入級結(jié)構(gòu)對稱且輸入電阻很高，抑制零點漂移能力很強。第二級采用減法電路，高，抑制零點漂移能力很強。第二級采用減法電路，為了提高運算精度，必須使用共模抑制比很高的運為了提高運算精度，必須使用共模抑制比很高的運算放大器。算放大器。測量測量放大放大器原器原理圖理圖

26、 9.3.2 9.3.2 測量放大器測量放大器+uo-RR1 +-A1 +-A2 +-A3R2R3R4R5R6+uI1-uI2+uI-測量測量放大放大器原器原理圖理圖 +uo-RR1 +-+A1 +-A2 +-A3R2R3R4R5R6+ui1-ui2+ui-11IRuuRi 第一級根據(jù)理想運放的第一級根據(jù)理想運放的“虛短虛短”、“虛斷虛斷”的概念可得的概念可得第二級減法電路第二級減法電路uo1uo2)()(321132121RRRRuRRRIuuioo I16256)1(oouRRuRRRRRu44o 若若R R4 4=R=R5 5，R R6 6=R =R ioouRRRRRRuuRRu132

27、16216)( 44o9.3.2 9.3.2 測量放大器測量放大器uRuo +-R2電壓比較器電壓比較器R1ui運放工作于開環(huán)狀態(tài)，運放工作于開環(huán)狀態(tài)，u uR R是參是參考電壓，當(dāng)輸入與參考電壓有考電壓，當(dāng)輸入與參考電壓有微小差值時，輸出信號便會達(dá)微小差值時，輸出信號便會達(dá)到飽和，到飽和，即運放工作于非線性即運放工作于非線性飽和區(qū)飽和區(qū)。Uo(sat)-Uo(sat)o傳輸特性傳輸特性uouiuR9.3.3 9.3.3 電壓比較器電壓比較器參考電壓為參考電壓為零時，稱為零時，稱為過零比較器過零比較器uo +-R2過零比較器過零比較器R1uiuiuR，uo=-uo(sat)Uo(sat)-Uo

28、(sat)o傳輸特性uouiuRouotuRUo(sat)-Uo(sat)o比較器將正弦波變換為矩形脈沖uot9.3.3 9.3.3 電壓比較器電壓比較器uiUzo傳輸特性傳輸特性uo-Uz有時為了將輸出電壓限制在某一特定值，以與接在輸有時為了將輸出電壓限制在某一特定值，以與接在輸出端的數(shù)字電路的電平配合，可在比較器的輸出端與出端的數(shù)字電路的電平配合，可在比較器的輸出端與反相端之間跨接一個雙向穩(wěn)壓管反相端之間跨接一個雙向穩(wěn)壓管DzDz，作雙向限幅用。，作雙向限幅用。uo +-R2有限幅電壓比較器有限幅電壓比較器R1uiDzR39.3.3 9.3.3 電壓比較器電壓比較器ui+Uzo傳傳輸輸特特

29、性性uo-Uz試分析滯回比較器的工作原理并作出傳輸特性。試分析滯回比較器的工作原理并作出傳輸特性。例例uo +-R2滯滯回回比比較較器器R1uiDz限流限流電阻電阻R3RFUZ-U+U設(shè)某一瞬時設(shè)某一瞬時u uo o=+U=+UZ Z ，當(dāng)當(dāng)u ui i增大到增大到u ui iU U時，時，u uo o變?yōu)樽優(yōu)?U-UZ Z，發(fā)生負(fù)向躍變；，發(fā)生負(fù)向躍變；當(dāng)當(dāng)u ui i減小到減小到u ui i-U-U時，時，u uo o又變?yōu)橛肿優(yōu)?U+UZ Z ，發(fā)生正向躍變。，發(fā)生正向躍變。如此周而復(fù)始，隨著如此周而復(fù)始，隨著u ui i大小的變化，大小的變化，u uo o為一矩形波電壓。為一矩形波電壓

30、。當(dāng)輸出電壓當(dāng)輸出電壓u uo o=+U=+UZ ZZFURRRUu 22當(dāng)輸出電壓當(dāng)輸出電壓u uo o= -U= -UZ ZZFURRRUu 22解：解：集成運放其它應(yīng)用集成運放其它應(yīng)用* *電壓源、電流源與電壓、電流的測量電壓源、電流源與電壓、電流的測量電壓源：電壓源：要求輸出電阻小要求輸出電阻小電路電路組成組成反向比例放大器反向比例放大器同相比例放大器同相比例放大器_+ + R2R1RPUoUs反向比例放大器組成的電壓源反向比例放大器組成的電壓源電流源：電流源：要求輸出電阻大，要有電流要求輸出電阻大，要有電流負(fù)反饋。負(fù)反饋。_+ + R2R1RPUsRFRLFIL_+ + R2R1RP

31、UsRFRLFILs12FURRU S1F2FF2FFLURRRRUR/RUI 負(fù)載懸負(fù)載懸地！地！同相輸入的電流源可以作為電壓表同相輸入的電流源可以作為電壓表_+ + RFRGUxFIG輸入電阻大，相輸入電阻大，相當(dāng)于電壓表的內(nèi)當(dāng)于電壓表的內(nèi)阻是無窮。阻是無窮。IG正比于正比于UX_+ + RFRGUxFIGFXGRUI 選用：選用：IG=100 A，RF=10 ，則：，則：UX=IGRG=1mV此電路的優(yōu)點此電路的優(yōu)點1、能測量較小的電壓；、能測量較小的電壓；2、輸入電阻高，對被測電路影響小；、輸入電阻高，對被測電路影響??；3、與、與RG無關(guān)，表頭的互換性好；無關(guān)，表頭的互換性好；4、RF

32、小，可以做得較精密。小，可以做得較精密。9.4 放大電路中的負(fù)反饋放大電路中的負(fù)反饋反反 饋：饋：凡是將某系統(tǒng)輸出信號的部分或全部通過凡是將某系統(tǒng)輸出信號的部分或全部通過 某種方式引回到輸入端，就稱為反饋。某種方式引回到輸入端，就稱為反饋。如果反饋所在的系統(tǒng)是放大電路，就是放大如果反饋所在的系統(tǒng)是放大電路，就是放大電路中的負(fù)反饋。其輸出信號或輸入信號就電路中的負(fù)反饋。其輸出信號或輸入信號就是電信號是電信號( (電壓或電流電壓或電流) )。負(fù)反饋：負(fù)反饋：若反饋信號削弱輸入端信號，使電路的放大若反饋信號削弱輸入端信號，使電路的放大倍數(shù)下降倍數(shù)下降正反饋：正反饋：當(dāng)反饋信號增強了輸入端信號當(dāng)反饋信

33、號增強了輸入端信號9.4.1 反饋的基本概念反饋的基本概念無反饋的放大電路框圖如下：無反饋的放大電路框圖如下：當(dāng)三者同相時，反饋信當(dāng)三者同相時，反饋信號使凈輸入信號減小。號使凈輸入信號減小。AiXoX有反饋的放大電路框圖為：有反饋的放大電路框圖為：當(dāng)當(dāng)X Xf f與與X Xi i比較使凈輸入比較使凈輸入信號信號X Xd d增大，因而增大，因而X XO O增增大大, ,電路具有電路具有正反饋正反饋；基本放大電路基本放大電路反饋電路反饋電路比較環(huán)節(jié)比較環(huán)節(jié)為基本放大電路得到的凈輸入信號。為基本放大電路得到的凈輸入信號。dXfidXXX fidXXX AiXoXFfXdX+在負(fù)反饋情況下在負(fù)反饋情況

34、下當(dāng)當(dāng)X Xf f與與X Xi i比較使凈輸入信比較使凈輸入信號號X Xd d減小，因而減小，因而X XO O減小減小, ,電路具有電路具有負(fù)反饋負(fù)反饋；AAFXXXXXXoodfdo 111,dOXXA fdoifXXXXXA 0AFfXdX0XiX,ofXXF 開環(huán)放大倍數(shù)開環(huán)放大倍數(shù)（無反饋）（無反饋）反饋系數(shù)反饋系數(shù)閉環(huán)放大倍數(shù)（有反饋）閉環(huán)放大倍數(shù)（有反饋）由前面負(fù)反饋分析可知，由前面負(fù)反饋分析可知，X Xf f與與X Xd d同是電壓或電流并同相，所以同是電壓或電流并同相，所以AFAF是正實數(shù)，一般是正實數(shù)，一般AF1AF1。A1A111f FAF，|1+AF|1+AF|稱為反饋深

35、度，其值越大，負(fù)反饋作用越強，放大倍數(shù)越稱為反饋深度，其值越大，負(fù)反饋作用越強，放大倍數(shù)越小。引入深度負(fù)反饋后，閉環(huán)放大倍數(shù)只取決于反饋電路，而與小。引入深度負(fù)反饋后，閉環(huán)放大倍數(shù)只取決于反饋電路，而與基本放大電路幾乎無關(guān)。基本放大電路幾乎無關(guān)。9.4.1 反饋的基本概念反饋的基本概念9.4.2 9.4.2 反饋性質(zhì)與類型的判斷反饋性質(zhì)與類型的判斷按反饋信號和輸出信號的關(guān)系分：（按反饋信號和輸出信號的關(guān)系分：（1 1）電壓）電壓 （2 2）電流）電流按反饋信號和輸入信號的關(guān)系分：（按反饋信號和輸入信號的關(guān)系分：（1 1）串聯(lián)）串聯(lián) （2 2）并聯(lián)）并聯(lián)AFfXdX0XiX組合：組合：1 1、串

36、聯(lián)電壓負(fù)反饋、串聯(lián)電壓負(fù)反饋 2 2、并聯(lián)電壓負(fù)反饋、并聯(lián)電壓負(fù)反饋 3 3、串聯(lián)電流負(fù)反饋、串聯(lián)電流負(fù)反饋 4 4、并聯(lián)電流負(fù)反饋、并聯(lián)電流負(fù)反饋負(fù)反饋類型負(fù)反饋類型電壓并聯(lián)負(fù)反饋電壓并聯(lián)負(fù)反饋AFfX0XiXAFfX0XiX電流并聯(lián)負(fù)反饋AFfX0XiX電流串聯(lián)負(fù)反饋電流串聯(lián)負(fù)反饋電壓串聯(lián)負(fù)反饋dXAFfX0XiX電壓反饋電壓反饋一般從后級放大器的集電極采樣一般從后級放大器的集電極采樣電流反饋電流反饋一般從后級放大器的發(fā)射極采樣一般從后級放大器的發(fā)射極采樣并聯(lián)反饋并聯(lián)反饋的反饋信號接于晶體管基極的反饋信號接于晶體管基極串聯(lián)反饋串聯(lián)反饋的反饋信號接于晶體管發(fā)射極的反饋信號接于晶體管發(fā)射極分分

37、立立元元件件電流電壓電流電壓反饋判別反饋判別電壓反饋電壓反饋一般直接從運放的輸出端采樣一般直接從運放的輸出端采樣電流反饋電流反饋一般不直接從運放輸出端采樣一般不直接從運放輸出端采樣 串并聯(lián)串并聯(lián)反饋判別反饋判別并聯(lián)反饋并聯(lián)反饋反饋網(wǎng)絡(luò)接在信號輸入端反饋網(wǎng)絡(luò)接在信號輸入端串聯(lián)反饋串聯(lián)反饋反饋網(wǎng)絡(luò)接在非信號輸入端反饋網(wǎng)絡(luò)接在非信號輸入端集集成成電電路路電流電壓電流電壓反饋判別反饋判別 串并聯(lián)串并聯(lián)反饋判別反饋判別反反 饋饋 類類 型型 的的 判判 別別oF11fuRRRu 9.4.3 9.4.3 負(fù)反饋的四種基本形式負(fù)反饋的四種基本形式fofRui 9.4.3 9.4.3 負(fù)反饋的四種基本形式負(fù)反

38、饋的四種基本形式RuRuiifo 9.4.3 9.4.3 負(fù)反饋的四種基本形式負(fù)反饋的四種基本形式oFfiRRRi 9.4.3 9.4.3 負(fù)反饋的四種基本形式負(fù)反饋的四種基本形式oFfiRRRi f11i1 iiRui ，且，且因因iF1o)1(1 uRRRi 所以所以9.4.3 9.4.3 負(fù)反饋的四種基本形式負(fù)反饋的四種基本形式反饋類型：反饋類型：并聯(lián)電流負(fù)反饋并聯(lián)電流負(fù)反饋 fidiii （同相相減）（同相相減）i if f與與i ii i在輸入端以電流形式比較，兩者并聯(lián)，在輸入端以電流形式比較，兩者并聯(lián)，并聯(lián)反饋并聯(lián)反饋 id變小，變小，負(fù)反饋負(fù)反饋 反饋與輸入加反饋與輸入加在同一個

39、輸入在同一個輸入端，并聯(lián)反饋端，并聯(lián)反饋反饋從反饋從R RL L端近端近地端引出，電地端引出，電流反饋流反饋_ _+ + + + RLA1uiauoRFifiii iduo1例：多級運放反饋分析例：多級運放反饋分析_ _+ + + + A29.4.4 9.4.4 負(fù)反饋對放大電路工作性能負(fù)反饋對放大電路工作性能的影響的影響AAFXXXXXXoodfdo 111,dOXXA fdoifXXXXXA 0,ofXXF 開環(huán)放大倍數(shù)開環(huán)放大倍數(shù)（無反饋）（無反饋）反饋系數(shù)反饋系數(shù)閉環(huán)放大倍數(shù)（有反饋）閉環(huán)放大倍數(shù)（有反饋）由前面負(fù)反饋分析可知，由前面負(fù)反饋分析可知，X Xf f與與X Xd d同是電壓

40、或電流同是電壓或電流并同相，所以并同相，所以AFAF是正實數(shù)，一般是正實數(shù)，一般AF1AF1AA111f ，AF引入負(fù)反饋，放大倍數(shù)降低了引入負(fù)反饋，放大倍數(shù)降低了AFfXdX0XiX1、降低放大倍數(shù)、降低放大倍數(shù)2 2、提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性、提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性AFAAAFAFAFAFdAAFAddAdAff1111111)1(22AFAdAAdAff11當(dāng)外界條件變化時，即使輸入一定，輸出仍當(dāng)外界條件變化時，即使輸入一定，輸出仍有變化，也就引起放大倍數(shù)的變化。如果這有變化，也就引起放大倍數(shù)的變化。如果這種相對變化較小，則說明其穩(wěn)定性高。種相對變化較小，則說明其穩(wěn)定性高。當(dāng)當(dāng)1+AF=100

41、1+AF=1001001AdAAdAff有反饋有反饋的放大倍數(shù)的的放大倍數(shù)的相對相對變化變化是是無反饋無反饋的百分之一。的百分之一。反饋放大電路的穩(wěn)定反饋放大電路的穩(wěn)定性提高了性提高了9.4.4 9.4.4 負(fù)反饋對放大電路工作性能的影響負(fù)反饋對放大電路工作性能的影響3 3、改善波形失真、改善波形失真注：不能消除失真注：不能消除失真標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)失真失真小小大大略大略大略小略小略略小小略略小小略略大大略略大大AdX0XiXfXF負(fù)反饋利用已失真的波負(fù)反饋利用已失真的波形改善失真，只能減小形改善失真，只能減小失真，不能消除失真。失真，不能消除失真。9.4.4 9.4.4 負(fù)反饋對放大電路工作性能的影響負(fù)反饋對放大電路工作性能的影響B(tài)WFABW)1(of 無負(fù)反饋無負(fù)反饋f|Au|9.4.4 9.4.4 負(fù)反饋對放大電路工作性能的影響負(fù)反饋對放大電路工作性能的影響uiubeib+在同樣的在同樣的 ib下下，ui= ube + uf ube，所以所以 rif 提高。提高。i0if)1(rFAr biiiur 無負(fù)反饋時：無負(fù)反饋時：有負(fù)反饋時：有負(fù)反饋時：biif