第6章集成运算放大器(用8学时)

第六章集成运算放大器（模电）第六章集成运算放大器6.1集成运算放大器的简单介绍6.3运算放大器在信号运算方面的应用6.5运算放大器在波形产生方面的应用(自学)6.6使用运算放大器应注意的几个问题6.4运算放大器在信号处理方面的应用6.2放大电路中的负反馈1.了解集成运放的基本组成及主要参数的意义。2.理解运算放大器的电压传输特性，并掌握其基本分析方法。3.熟悉反馈基本概念﹑反馈方框图，掌握反馈基本类型判别。4.掌握负反馈对放大器性能的影响5.理解用集成运放组成的比例、加减、微分和积分等运算电路的工作原理，6.理解电压比较器的工作原理和应用。对你的期望第六章集成运算放大器集成电路:它是用一定的生产工艺把晶体管、场效应管、二极管、电阻、电容、以及它们之间的连线所组成的整个电路集成在一块半导体基片上，封装在一个管壳内，构成一个完整的、具有一定功能的器件，也称为固体器件优点：工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小，实现了元件、电路和系统的三结合集成电路中元器件的特点1.单个的精度不是很高,但由于是在同一硅片上、用相同工艺生产出来的，性能比较一致2.元器件相互离得很近,温度特性较一致3.电阻一般在几十欧至几十千欧、太高或太低都不易制造4.电感难于制造,电容一般不超过200pF,大电容不易制造第六章集成运算放大器6.1集成运算放大器的简单介绍6.3运算放大器在信号运算方面的应用6.5运算放大器在波形产生方面的应用(自学)6.6使用运算放大器应注意的几个问题6.4运算放大器在信号处理方面的应用6.2放大电路中的负反馈6.1.1集成运算放大器的组成及特点集成运算放大器：是一种高放大倍数、高输入电阻、低输出电阻的直接耦合放大电路电路方框图中间级输入级输出级偏置电路尽量减小零点漂移,尽量提高KCMRR,输入阻抗ri尽可能大中间级应有足够大的电压放大倍数输出级主要提高带负载能力，给出足够的输出电流io，输出阻抗ro小。返回目录电路运放符号：－＋＋u－u+uoA0－＋＋u－u+uoA0－＋＋u－u+uouo++Auou+u–。。。+UCC–UEE–运放的符号ri高:105~1011运放的特点：理想运放：riKCMRR很大KCMRRro小：几十~几百ro0Ao很大:104以上~107Ao运放的特点返回目录6.1.2主要参数1.最大输出电压UOPP能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。2.开环差模电压增益Auo运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。Auo愈高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。6.共模输入电压范围UICM运放所能承受的共模输入电压最大值。超出此值，运放的共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。愈小愈好3.输入失调电压UIO4.输入失调电流IIO5.输入偏置电流IIB6.1.3理想运算放大器及其分析依据1.理想运算放大器Auo，rid，ro0，KCMRR2.电压传输特性uo=f(ui)线性区：uo=Auo(u+–u–)非线性区：u+u–时，uo=+Uo(sat)u+u–时，uo=–Uo(sat)+Uo(sat)u+–u–uo–Uo(sat)线性区理想特性实际特性uo++u+u–+UCC–UEE–饱和区O3.理想运放工作在线性区的特点因为uo=Auo(u+–u–)所以(1)差模输入电压约等于0即u+=u–,称“虚短”(2)输入电流约等于0即i+=i–0,称“虚断”电压传输特性Auo越大，运放的线性范围越小，必须加负反馈才能使其工作于线性区。++∞uou–u+i+i––u+–u–uo线性区–Uo(sat)+Uo(sat)O4.理想运放工作在饱和区的特点(1)输出只有两种可能,+Uo(sat)或–Uo(sat)(2)i+=i–0,仍存在“虚断”现象电压传输特性当u+u–时，uo=+Uo(sat)u+u–时，uo=–Uo(sat)不存在“虚短”现象u+–u–uo–Uo(sat)+Uo(sat)O饱和区例F007运算放大器的正、负电源电压为±15V，开环电压放大倍数AU0=2105,输出最大电压（即Uo(sat))为±13V。在下图电路中分别加如下电压，求输出电压及其极性：V;10V,15)1(uuV;10V,5)2(uumV;50V,)3(uuV;0mV,5)4(uu－＋＋u－u+uoV652131050uoAuuu解只要两个输入端之间的电压绝对值超过65µV，输出电压就达到正或负的饱和值。5VV10)1015(10265ouV;10V,15)1(uu输出电压3VV10)105(10265ouV;10V,5)2(uu输出电压3V1oumV;50V,)3(uu输出电压3V1ouV;0mV,5)4(uu输出电压第六章集成运算放大器6.1集成运算放大器的简单介绍6.3运算放大器在信号运算方面的应用6.5运算放大器在波形产生方面的应用(自学)6.6使用运算放大器应注意的几个问题6.4运算放大器在信号处理方面的应用6.2放大电路中的负反馈6.2.1反馈的基本概念1.反馈：将放大电路输出端的信号(电压或电流)的一部分或全部引回到输入端。+UCCREiUoU++––+UCCREiUoU++––将输出电流引到输入端将输出电压引到输入端反馈通路（反馈网络）—信号反向传输的渠道2.反馈网络vIvO+-RLvIvO+-RLR2R1反馈通路（反馈网络）信号的正向传输开环——无反馈通路闭环——有反馈通路开环放大倍数dooxxAofxxF比较环节fidxxx反馈放大电路的一般方框图反馈电路Ffxix反馈系数输出信号输入信号反馈信号净输入信号dxox基本放大电路Ao比较环节闭环放大倍数iofxxA6.2.２反馈类型正反馈：引入反馈后，使净输入量变大了。负反馈：引入反馈后，使净输入量变小了。判别方法：瞬时极性法。假设某一瞬时，在放大电路的输入端加入一个正极性的输入信号，按信号传输方向依次判断相关点的瞬时极性，直至判断出反馈信号的瞬时极性。如果反馈信号的瞬时极性使净输入减小，则为负反馈；反之为正反馈。一、正反馈与负反馈例vIvO-+RLR2R1(+)(+)(-)(-)净输入量vIvO-+RLR2R1(+)(+)(-)(-)净输入量负反馈正反馈vO-+R4R5R3-+vIR1R2反馈通路反馈通路级间反馈通路(+)(+)(+)(+)(-)(-)净输入量级间负反馈反馈通路本级反馈通路RB1RCC1C2RB2RERL+++UCCuiuo++––RSeS+–交、直流分量的信号均可通过RE，所以RE引入的是交、直流反馈。如果有发射极旁路电容，RE中仅有直流分量的信号通过，这时RE引入的则是直流反馈。ＣE二、交流反馈、直流反馈与交直流反馈交流反馈：存在于交流通路中的反馈直流反馈：存在于直流通路中的反馈（seriesfeedback、parallelfeedback）反馈信号在输入端（比较端）的连接分为：串联反馈：满足电压叠加关系。并联反馈：满足电流叠加关系。fidVVVfXiXdVfXiXdVfXiXdIfXiXdIfidIII•判别方法：iX并联：反馈量和fX输入量接于同一输入端。接于不同的输入端。iX串联：反馈量和fX输入量三、串联反馈与并联反馈vIvO-+RLR2R1串联反馈并联反馈（voltagefeedback、currentfeedback）从输出端（采样端），采样信号在输出端分为取电压和取电流两种方式。电流反馈：将负载短路，反馈信号仍然存在。电压反馈：将负载短路，反馈信号为零。电压反馈：稳定输出电压。OfVX电流反馈：稳定输出电流。OfIX•判别方法：（负载短路法）四、电压反馈与电流反馈vIvO-+RLR2R1并联反馈电压反馈串联反馈电流反馈６.２.３四种类型的负反馈阻态比较端串联并联采样端电压电流电压串联反馈电压并联反馈电流串联反馈电流并联反馈uf削弱了净输入电压(差值电压)——负反馈+–uf+–uduoRFuiR2R1+–++–+–RL1.电压串联负反馈01F1fuRRRu反馈电压ui与uf接在不同的端，——串联反馈反馈过程：uoufuduo电压负反馈具有稳定输出电压的作用RL短路uf=0电压反馈——2.电压并联负反馈i1ifiduoRFuiR2R1++––++–RL－if削弱了净输入电流(差值电流)——负反馈反馈电流fofRui取自输出电压——电压反馈反馈信号与输入信号接在相同端——并联反馈特点：输入电阻低、输出电阻低－3.电流串联负反馈uouiR2RL+–++–ioR+–uf–+ud差值电压ud=ui–ufuf削弱了净输入电压(差值电压)——负反馈RL短路，反馈信号仍存在——电流反馈反馈信号与输入信号接在不同端——串联反馈4.电流并联负反馈RFR1uiR2RL+–++–ioRi1ifid差值电流id=i1–ifif削弱了净输入电流(差值电流)——负反馈反馈信号与输入信号接在相同端——并联反馈－RL短路，反馈信号仍存在——电流反馈反馈类型的判别步骤1.有无反馈是否存在把输出回路和输入回路连接起来的支路2.交流反馈与直流反馈反馈存在于直流或交流或交直流通路中。3.正反馈与负反馈瞬时极性法。4.反馈的组态输出端：电压；电流。输入端：串联(异点)；并联(同点)。练习１电压串联负反馈有反馈？正、负反馈？电压、电流反馈？串联、并联反馈？练习２电压并联负反馈有反馈？正、负反馈？电压、电流反馈？串联、并联反馈？练习３有反馈？正、负反馈？电压、电流反馈？串联、并联反馈？电压串联负反馈uo1uiR+–++–uo++–RLA1A2练习４电流并联负反馈有反馈？正、负反馈？电压、电流反馈？串联、并联反馈？－uo1uiR++–uo++–RLA1A2i1ifid练习5有反馈？正、负反馈？电压、电流反馈？串联、并联反馈？电流并联负反馈６.2.４负反馈对放大电路性能的改善基本放大电路Aodxox反馈电路Ffxix+–dooxxAofxxFfidxxx反馈放大电路的基本方程反馈系数净输入信号开环放大倍数（1）对放大倍数的影响闭环放大倍数fAFAAxxAooiof1dooxxAofxxFfidxxx负反馈使放大倍数下降。FAAAoof1oooffAAdFAAAd11引入负反馈使放大倍数的稳定性提高。负反馈时，xf和xd同相，所以AoF是正实数放大倍数下降1+|AoF|倍，其稳定性提高1+|AoF|倍。FAAAoof1中，dfofdooxxxxxxFA则有：ofAA例：|Ao|=300，|F|=0.01。7501030013001.FAAAoof则：%AAdoo6若：%.%.51)6(01030011oooffAAdFAAAd11则：若1FAo称为深度负反馈，此时：在深度负反馈的条件下，放大倍数只与反馈网络有关。——反馈深度后一页前一页返回FAAAoof1FAo1FAf1（2）改善了波形失真A0uiufud加反馈前加反馈后uiuo小大小大小大负反馈是利用失真的波形来改善波形的失真，因此只能减小失真，而不能完全消除失真。uoA0F（3）改变了输入电阻和输出电阻在同样的Ib下，Ui=Ube+UfUbe，rif提高。iifrFAr)1(01）串联负反馈bbebiiIUIUr无负反馈时：有负反馈时：biifIUruiubeib++––uf+–使电路的输入电阻提高FArrifi01ifbbeiIUr无负反馈时：有负反馈时：ibeifIUr在同样的Ube下，Ii=Ib+IfIb，rif降低。后一页前一页返回2）并联负反馈使电路的输入电阻降低iiibube+–oofrFAr)1(0FArroo