电工电子学集成运算放大器

+UCC
uo
–
RC
RB2 RB1 + – －
ui1
差模信号 是有用信号
ui2
+
信号输入 差模信号： ui1 =－ui2 大小相等、极性相反 两管集电极电位一减一增，呈等量异向变化， uo= (VC1 － VC1 ) － (VC2 ＋ VC１ ) =－2 VC1
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3）能抑制共模信号
RB2 + + RB1 T1 RC +
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五、 理想运放及其分析依据
1、理想运算放大器 Auo ，KCMRR ，rid ，ro 0 2、电压传输特性 uo= f (ui) uo 线性区： +U
o(sat)
线性区
uo = Auo（ u+－ u－ ） ud = u+－u-Uo(sat)
非线性区
非线性区： u+> u－ 时， uo = +Uo(sat) u+< u－ 时， uo = －Uo(sat)
跳转1
净输入信号
ube= ui - uf
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3)交流反馈与直流反馈
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反馈只对交流信号起作用，称为交流反 馈。反馈只对直流起作用，称为直流反馈。 有的反馈对交直流均起作用。 在反馈网络中串接隔直电容，可以隔断 直流，此时反馈只对交流起作用。 在起反馈作用的电阻两端并联旁路电容， 可以使其只对直流起作用。
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2) 根据反馈信号在输入端与输入信号比较
形式的不同，可以分为串联反馈和并联 反馈。 反馈信号与输入信号串联，即反馈信号与输 入信号以电压形式作比较，称为串联反馈。 反馈信号与输入信号并联，即反馈信号与输
入信号以电流形式作比较，称为并联反馈。 串联反馈使电路的输入电阻增大，
并联反馈使电路的输入电阻减小。
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并联反馈
反馈信号与输入 if 信号串联，即反馈 ii 电压信号与输入信 ib 号电压比较的，称
串联反馈
反馈信号与输入 信号并联，即反馈
+u + 电流信号与输入信 be– ui +
为串联反馈。 输入信号
净输入信号 反馈信号
号电流比较,称为 uf – – 并联反馈。
输入信号
反馈信号
i b= i i - i f
分析步骤： 1) 找出反馈网络（一般是电阻、电容）。 2) 判别是交流反馈还是直流反馈？ 3) 判别是否负反馈？ 4) 是负反馈！判断是何种类型的负反馈？
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例1：
+UCC 发射极电阻 RE为 输入回路与输出 回路所共有，所 以RE是反馈元件。
Ui
+
+ RE
–
–
Uo
1) 判反馈元件（电阻和电容） (1）连接在输入与输出之间的元件。 (2）为输入回路与输出回路所共有的元件。
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共模放大倍数
3、典型差动放大电路
RC + RB + +
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uo VT2 T1
RC
+VCC
VT1
RB
uo +
ui2
+
ui1 RE、EE作用： -
RE EE
对共模起负反馈作用 (能抑制零点漂移) RE 对差模无负反馈作用 (不影响差模放大 效果 )
EE：用于补偿RE上的压降，以维持工作点不变
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+UCC
+UCC
Ui
+ – RE
+ –
Uo
+
Ui
+ RE RE交直流反馈
Uo
–
–
RE直流反馈
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负反馈的分类
电压串联负反馈 电压并联负反馈 交流反馈 负 反 馈 直流反馈 电流串联负反馈 电流并联负反馈 稳定静态工作点
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五、反馈的判别
Auo越大，运放的 ud= u+－ u－ 线性范围越小，必 须加负反馈才能使 其工作于线性区。
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4、理想运放工作在非线性区的特点 ① 输出只有两种可能 +Uo(sat) 或－ Uo(sat) 当 u+> u－ 时， uo = + Uo(sat) u+< u－ 时， uo = － Uo(sat) 不存在 “虚短”现象 ② i+= i－ 0 仍存在“虚断”现象 uo 电压传输特性 +Uo(sat)
5）共模抑制比 （Common - Mode Rejection Ratio) 衡量差动放大电路放大差模信号和抑制 共模信号的能力。
差模放大倍数
K CMRR
Ad AC
Ad K CMRR (dB ) 20 lg ( 分贝 ) AC
KCMRR越大，说明差 模放大倍数越大，抑制 共模信号的能力越强。
– T2
RC
T1
ui1
–
ui2
–
静态时，ui1 = ui2 = 0
uo= VC1 － VC2 = 0
当温度升高时ICVC （两管变化量相等） uo= (VC1 － VC1 ) － (VC2－ VC2 ) = 0
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2）能放大差模信号
RB2 + + －– RB1 T1 T2 RC +
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4、理解用集成运放组成的电压比较器的工作
原理。
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8.1
集成运算放大器概述
一、 集成运算放大器的特点 集成运算放大器是一种具有高放大倍数的直 接耦合放大器。是一种常用的模拟集成电路。 特点：高增益、高可靠性、低成本、小尺寸 运放的符号： A uo 很大: 104 ~ 107 +UCC ri 高: 几十k 几百k ∞ u- 。 。o + u ro 小：几十 ~ 几百 u +。 + KCMRR很大 －UEE 返回
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第8章
集成运算放大器
8.1 集成运算放大器概述 8.2 放大电路中的负反馈 8.3 运放在信号运算方面的运用 8.4 运放在信号处理方面的运用 8.5 运放在波形产生方面的运用
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本章要求：
输特性和主要参数。
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1、了解集成运放的基本组成、特点、电压传 2、掌握理想运算放大器的分析方法（线性、 非线性运用）。 3、理解用集成运放组成的比例、加、减、微 分和积分电路的结构、工作原理。
电流负反馈具有稳定输出电流的作用
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例2：
1）判反馈元件
RC if RF +UCC
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C1
+
ui ii
–
+
ib
uo
–
电阻 RF连接在 输入与输出之 间，所以RF是 反馈元件。
2）判断是交流反馈还是直流反馈
交、直流分量的信号均可通过 RF，所以 RF引入的是交、直流反馈。
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产生自激振荡，使放大器不能正常工作。
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四、 负反馈的类型
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1. 负反馈的类型 1) 根据反馈所采样的信号不同，可以分为 电压反馈和电流反馈。
如果反馈信号取自输出电压，叫电压反馈。 如果反馈信号取自输出电流，叫电流反馈。 电压负反馈具有稳定输出电压、减小输 出电阻的作用。 电流负反馈具有稳定输出电流、增大输 出电阻的作用。
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二、 差动放大电路
1、电路结构
RB2
RB1 + T1
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+UCC
RC
+
uo
–
RC
RB2 RB1
T2
+
ui1
–
ui2
–
电路结构对称，两个输入、两个输出
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2、基本差动放大电路的工作特点 1）能抑制输出端的零点漂移
RB2 RB1 + RC +
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+UCC RB2 RB1 +
uo
—— 电压并联负反馈 例2： 3）判断反馈类型
RC if RF +UCC
ii与if 并联，以电流形式
比较——并联反馈 C1 + 净输入信号： + Ib I i I f uo ui ii ib – ii正半周时，if也是正半 – 周，即两者同相 I b I i I f 减小 U Uo o U be If ——负反馈 RF RF if 正比于输出电压——电压反馈 if与uo反相
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+UCC
uo
–
RC
RB2 RB1 + +
T2
差动电路抑 ui2 制共模信号 – －– － 能力的大小, 共模信号： ui1 = ui2 大小相等、极性相同 反映了它对 两管集电极电位呈等量同向变化， 零点漂移的 抑制水平。 uo= (VC1 － VC1 ) － (VC2 － VC２ ) ０ ui1
ui1 、ui2 大小和极性是任意的。
共模信号 差模信号
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若电路完全对称，理想情况下Ac = 0
输出电压 uo = Ad （ui1 － ui2 ） = Ad uid
若电路不完全对称，则Ac 0，
实际输出电压 uo = Ac uic + Ad uid
共模信号对输出有影响 。
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共模信号 需要抑制
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4）比较输入
这种输入常作为 比较放大来应用
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放大器只 例1: ui1 = 20 mV, ui2 = 10 mV 放大两个 可分解成: ui1 = 15 mV + 5 mV 输入信号 ui2 = 15 mV － 5 mV 的差值信 例2: ui1 =120 mV, ui2 = 110 mV 号——差 可分解成: ui1 = 115 mV + 5 mV 动放大电 路。 ui2 = 115 mV － 5 mV
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四、集成运放主要参数 1、开环差模电压增益 Auo 是决定运放运算精度的主要因素。
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2、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。 3、共模输入电压范围 UICM 4、输入失调电压 UIO 愈小愈好 5、输入失调电流 IIO 6、输入偏置电流 IIB
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3、理想运放工作在线性区的特点 ∵ uo = Auo（ u+－ u－ ） i∞ uu + 。o ∴① 差模输入电压约等于 0 i+ u+ + 即 u+= u－ 称“虚短”
电压传输特性 +Uo(sat) uo
线性区
② 输入电流约等于 0 即 i+= i－ 0 称“虚断”
-Uo(sat)
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例1： 2）判断是交流反馈还是直流反馈 +UCC
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。
Ui
+
–
+
RE
ＣE –
Uo
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。
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例1： 3)判断反馈类型
Ube U i U f 减小 ---负反馈
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uf 正比于输出电流——电流反馈
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反馈类型 —— 电流串联负反馈 结论： +UCC 反馈过程：
Ui
+ –
– U be
+
Ie + RE U f
–
+ –
Uo
I c U f Ube
I c
Ib
电路的简单说明 反相 输入端
1
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+UCC
T4
T1 T2 T3 输出端 T5
3
ui
+
ຫໍສະໝຸດ Baidu
2
+
同相 输入端 IS 输入级 中间级
uo
输出级 -UEE 返回
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输入级：采用带恒流源的差放，尽量减小零 点漂移,提高 KCMR ,提高输入阻抗 Ri。 中间级：提供足够大的电压放大倍数。常采 用带恒流源的共射、共基电路。 输出级：要向负载提供一定的功率，要求输 出阻抗 Ro小，带负载能力强。
ud = u+－u－
非线性区
-Uo(sat)
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8.2
放大电路中的负反馈
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一、什么是反馈
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。 +UCC +UCC
将输出电流 反馈到输入 将输出电压 反馈到输入
Ui
+
+
RE –
Uo
+
Ui
+
–
–
RE
Uo
–
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二、反馈放大电路的一般方框图
净输入信号
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输出信号
Xi +
输入信号
–

Xd
基本放大 电路A 反馈 电路F
Xo
Xf
反馈信号
反馈系数
反馈放大电路的三个环节： Xo 反馈电路 F 基本放大电路 A Xd 放大倍数 比较环节 X X X d i f
跳转1
Xf X
o
跳转2
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三、反馈的分类 直流反馈：反馈只对直流分量起作用，反馈 引入直 引入交 元件只能传递直流信号。 流负反 流负反 交流反馈：反馈只对交流分量起作用，反馈 馈的目 馈的目 元件只能传递交流信号。 的： 的： 负反馈：反馈信号削弱净输入信号， 稳定静 改善放 使放大倍数降低。 态工作 大电路 正反馈：反馈信号增强净输入信号， 点。 的性能 使放大倍数提高。 在振荡器中引入正反馈，用以产生波形。 在放大电路中，出现正反馈将使放大器
+UCC
——电流串联负反馈 重点讨论交流反馈 ui与uf 串联，以电压形
式比较——串联反馈 净输入信号： Ube U i U f
Ui
+
– U be
+
–
Ie + RE U f
–
+ –
Uo
ui正半周时，uf也是正
半周，即两者同相
跳转2
U f Ie RE Ic RC