第11章运算放大器.ppt

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1、第第 11 章章 运算放大器运算放大器11.1 运算放大器简单介绍运算放大器简单介绍11.3 运算放大器在信号方面的应用运算放大器在信号方面的应用11.2 放大电路中的负反馈放大电路中的负反馈11.4 运算放大器在信号处理方面的应用运算放大器在信号处理方面的应用11.5 运算放大器在波形产生方面的应用运算放大器在波形产生方面的应用11.6 集成功率放大器集成功率放大器11.7 使用运算放大器应注意的几个问题使用运算放大器应注意的几个问题第第 11 章章 运算放大器运算放大器分立电路分立电路是由各种单个元件联接起来的电子电路。是由各种单个元件联接起来的电子电路。：体积小、重量轻、功耗低、可靠：体

2、积小、重量轻、功耗低、可靠性高、价格低。性高、价格低。集成电路集成电路是把整个电路的各个元件以及相互之间是把整个电路的各个元件以及相互之间的联接同时制造在一块半导体芯片上，组成一个不可的联接同时制造在一块半导体芯片上，组成一个不可分的整体。分的整体。按集成度按集成度按导电类型按导电类型按功能按功能小、中、大和超大规模小、中、大和超大规模双、单极性和两种兼容双、单极性和两种兼容数字和模拟数字和模拟用于模拟运算、信号处理、信号测量、波形转用于模拟运算、信号处理、信号测量、波形转换、自动控制等领域。换、自动控制等领域。集成运放是具有很高开环电压放大倍数的直接集成运放是具有很高开环电压放大倍数的直接耦

3、合放大器。耦合放大器。第第 11 章章 运算放大器运算放大器本章主要讨论分析运算放大器的依据及其在信本章主要讨论分析运算放大器的依据及其在信号运算、信号处理、波形产生方面的应用，并介绍号运算、信号处理、波形产生方面的应用，并介绍放大电路中的负反馈。放大电路中的负反馈。输出端输出端 11.1.1 集成运放的组成集成运放的组成输入级输入级 差动放大器差动放大器输出级输出级 射极输出器或互补对称功率放大器射极输出器或互补对称功率放大器偏置电路偏置电路 由镜像恒流源等电路组成由镜像恒流源等电路组成11.1 运算放大器简单介绍运算放大器简单介绍偏置偏置电路电路输入级输入级中间级中间级输出级输出级输入端输

4、入端运算放大器的符号运算放大器的符号反相反相输入端输入端uo+uu+同相同相输入端输入端信号传信号传输方向输方向输出端输出端+Auo理想理想运放开环运放开环电压放大倍数电压放大倍数实际运放开环实际运放开环电压放大倍数电压放大倍数 11.1.2 主要参数主要参数1.最大输出电压最大输出电压 UOPP2.开环电压开环电压 Auo3.输入失调电压输入失调电压 UIO4.输入失调电流输入失调电流 IIO5.输入偏置电流输入偏置电流 IIB6.共模输入电压范围共模输入电压范围 UICM理想的理想的运算放大器。理想化的主要条件：运算放大器。理想化的主要条件：1.开环电压放大倍数开环电压放大倍数 2.开环输

5、入电阻开环输入电阻3.开环输出电阻开环输出电阻4.共模抑制比共模抑制比 由于实际运算放大器的技术指标接近理想化条件，由于实际运算放大器的技术指标接近理想化条件，11.1.2 理想运算放大器及其分析依据理想运算放大器及其分析依据 ouA idr0or CMRRK在分析运算放大器的电路时，一般将它看成是在分析运算放大器的电路时，一般将它看成是而用理想运算放大器分析电路可使问题大大简化，因此而用理想运算放大器分析电路可使问题大大简化，因此后面对运算放大器的分析都是按其理想化条件进行的。后面对运算放大器的分析都是按其理想化条件进行的。实际运放电压传输特性实际运放电压传输特性 11.1.2 理想运算放大

6、器及其分析依据理想运算放大器及其分析依据)(oo uuAuu 表示运算放大器输出电压与输入电压之间关系的表示运算放大器输出电压与输入电压之间关系的曲线称为曲线称为传输特性传输特性。uo uuO线性区线性区正饱和区正饱和区 负饱和区负饱和区 若若 Auo=106 UO(sat)=15 V则则 UIM=0.015 mV运放要工作在线性运放要工作在线性区必须有负反馈。区必须有负反馈。uou+u理想运放电压传输特性理想运放电压传输特性 11.1.2 理想运算放大器及其分析依据理想运算放大器及其分析依据uo uuo线性区线性区正饱和区正饱和区 负饱和区负饱和区 因为理想运放因为理想运放开环电压放大倍数开

7、环电压放大倍数 ouA所以，当所以，当 uu uu(sat)oOUu (sat)oOUu 时，时，uuuo 发生跃变发生跃变uou+u)(oo uuAuu 11.1.2 理想运算放大器及其分析依据理想运算放大器及其分析依据)(oo uuAuu0)(oo uAuuu运放工作在线性区的依据运放工作在线性区的依据 相当于两输入端之间相当于两输入端之间短路短路，但又未真正短路，故，但又未真正短路，故称称“虚短路虚短路”相当于两输入端之间相当于两输入端之间断路断路，但又未真正断路，故，但又未真正断路，故称称 “虚断路虚断路”。2.id 0 1.u+u，而，而 uo 是有限值，是有限值，运放开环输入电阻运

8、放开环输入电阻 ouA idrid 由于运放由于运放故从式故从式，可知，可知uou+urid 11.1.2 理想运算放大器及其分析依据理想运算放大器及其分析依据)(oo uuAuuuo+uu+运放工作在非线性区的依据运放工作在非线性区的依据2.id 0 1.u+u由于运放工作在非线性区由于运放工作在非线性区rididuo uuO不再成立不再成立非线性区非线性区 非线性区非线性区 所以所以当当 uu uuo(sat)oUu (sat)ooUu 时，时，uuUo 发生跃变发生跃变依然成立依然成立返回返回凡是将放大电路凡是将放大电路(或某个系统或某个系统)输出信号的一部输出信号的一部分或全部经某种电

9、路分或全部经某种电路(反馈网络反馈网络)引回到输入端，称引回到输入端，称为为反馈反馈。11.2 放大电路中的负反馈放大电路中的负反馈11.2.1 反馈的基本概念反馈的基本概念如果反馈信号使净输入信号增加，称为如果反馈信号使净输入信号增加，称为正反馈正反馈。如果反馈信号使净输入信号减小，称为如果反馈信号使净输入信号减小，称为负反馈负反馈。AoXiX无负反馈放大无负反馈放大电路方框图电路方框图基本放大电路基本放大电路反馈电路反馈电路11.2.1 反馈的基本概念反馈的基本概念fidXXX F+fXdXAoXiX带有负反馈放大带有负反馈放大电路的方框图电路的方框图比较环节比较环节 输入信号输入信号 净

10、输入信号净输入信号 反馈信号反馈信号 输出信号输出信号dXiXfXoX净输入信号净输入信号若三者同相，若三者同相，fidXXX 可见可见idXX ，电路为负反馈。，电路为负反馈。则则11.2.2 负反馈的类型负反馈的类型 根据反馈电路与基本放大电路在输入、输出根据反馈电路与基本放大电路在输入、输出端的连接方式不同，负反馈有以下四种类型。端的连接方式不同，负反馈有以下四种类型。负反馈的类型有：负反馈的类型有：AF+dXoXfXiX反馈量取自输出电压为电压反馈，反馈量取自输出电压为电压反馈，取自输出电流为电流反馈；取自输出电流为电流反馈；反馈量以电流的形式出现，与输入信号进行比较为并联反馈；反馈量

11、以电流的形式出现，与输入信号进行比较为并联反馈；在输入端在输入端反馈量以电压的形式出现，与输入信号进行比较为串联反馈。反馈量以电压的形式出现，与输入信号进行比较为串联反馈。电压串联负反馈；电压串联负反馈；电压并联负反馈；电压并联负反馈；电流串联负反馈；电流串联负反馈；电流并联负反馈。电流并联负反馈。在输出端在输出端11.2.2 负反馈的类型负反馈的类型ui+R1R2uoRF+RLud+uf+fiduuu 设某一瞬时设某一瞬时 ui 为正，则此时为正，则此时 uo也为正，同时反馈电压也为正，同时反馈电压 uf 也为正。也为正。净输入信号净输入信号 小于输入信号，即小于输入信号，即 uf 的存在使

12、净的存在使净输入信号减小输入信号减小，所以为所以为负负反馈。反馈。01F1fuRRRu 反馈电压反馈电压取自输出电压，并与之成正比，取自输出电压，并与之成正比，故为电压反馈。故为电压反馈。uf 与与 ui 在输入端以电压形式作比较，两者串联，故为串联在输入端以电压形式作比较，两者串联，故为串联反馈。反馈。判别图示电路的反馈类型判别图示电路的反馈类型 1.串联电压负反馈串联电压负反馈 首先用电位的瞬时极性判别首先用电位的瞬时极性判别反馈的正、负。反馈的正、负。1.串联电压负反馈串联电压负反馈ui+R1R2uoRF+RLud+uf+AF+ufuduiuo 串联电压负反馈方框图串联电压负反馈方框图F

13、oFofRuRuui uoR1R2RF+ui+RL iiidif-fidiii 设某一瞬时设某一瞬时 ui 为正，则此时为正，则此时 uo 为负，各电流实际方向如图示。为负，各电流实际方向如图示。净输入电流净输入电流小于输入电流，即小于输入电流，即 if 的存在使的存在使净输入电流减小净输入电流减小，所以为所以为负负反馈。反馈。反馈电流反馈电流取自输出电压，并与之取自输出电压，并与之成正比，故为电压反馈。成正比，故为电压反馈。if 与与 ii 在输入端以电流形式作比较，两者并联，故为并联在输入端以电流形式作比较，两者并联，故为并联反馈。反馈。判别图示电路的反馈类型判别图示电路的反馈类型 2.并

14、联电压负反馈并联电压负反馈 首先用电位的瞬时极性判别首先用电位的瞬时极性判别反馈的正、负。反馈的正、负。2.并联电压负反馈并联电压负反馈AF+uiuoifidiiuoR1R2RF+ui+RLidif ii-并联电压负反馈方框图并联电压负反馈方框图ofRiu fiduuu 为负反馈；为负反馈；uf 与与 ui 在输入端以电压形式作在输入端以电压形式作反馈电压反馈电压与输出电流成比，故为电流反馈；与输出电流成比，故为电流反馈；判别图示电路的反馈类型判别图示电路的反馈类型 3.串联电流负反馈串联电流负反馈 AF+ufuduiio 串联电流负反馈方框图串联电流负反馈方框图比较，两者串联，故为串联反馈。

15、比较，两者串联，故为串联反馈。R2uoR+RLud+uf+ioui+fidiii oFf)(iRRRi 图中图中判别图示电路的反馈类型判别图示电路的反馈类型 4.并联电流负反馈并联电流负反馈 并联电流负反馈方框图并联电流负反馈方框图AF+uiioidiiififRFiRuRRui+RL ioR1iiidR2-如何判别电路中反馈类型小结如何判别电路中反馈类型小结(1)反馈电路直接从输出端引出的，是电压反馈；反馈电路直接从输出端引出的，是电压反馈；从负载电阻靠近从负载电阻靠近“地地”端引出的，是电流反馈；端引出的，是电流反馈；(2)输入信号和反馈信号分别加在两个输入端，是输入信号和反馈信号分别加在

16、两个输入端，是串联反馈；加在同一输入端的是并联反馈；串联反馈；加在同一输入端的是并联反馈；(3)反馈信号使净输入信号减小的，是负反馈。反馈信号使净输入信号减小的，是负反馈。(也可将输出端短路，若反馈量为零，则为电压反馈；也可将输出端短路，若反馈量为零，则为电压反馈；若反馈量不为零，则为电流反馈。若反馈量不为零，则为电流反馈。)例例1 判别图示电路从判别图示电路从 A2 输出端引入输出端引入 A1 输入端的反馈类型。输入端的反馈类型。uoui+uo1ud+RL Ruf+A1A2 解解 反馈电路从反馈电路从 A2 的输出端引出，故为电压反馈；的输出端引出，故为电压反馈；反馈电压反馈电压 uf 和和 ui 输入电压分别加在的同相和反相两个输输入电压分别加在的同相和反相两个输入端，故为串联反馈；入端，故为串联反馈；设为设为 ui 正，则正，则 uo1为负，为负，uo 为正。为正。反馈电压反馈电压 uf 使净输入电压使净输入电压 ud=ui uf减小，故为负反馈；减小，故为负反馈；串联电压负反馈。串联电压负反馈。uoui+Ruo1ii+RL-A1A2idif a 例例 2 判别图示电路从判别图示