第11章运算放大器 63页PPT文档

+
uo
–
小于输入信号，即 uf 的存在使净 输入信号减小，所以为负反馈。
反馈电压
uf
RFR1R1u0
取自输出电压，并与之成正比， 故为电压反馈。
ห้องสมุดไป่ตู้
uf 与 ui 在输入端以电压形式作比较，两者串联，故为串联
反馈。
1. 串联电压负反馈
RF
串联电压负反馈方框图
–
uf R1
+
ud–
–
+
ui
R2
+
平衡电阻 R 2 R 1/1 R /1/2 R /F
11.3.3 减法运算
如果两个输入端都有信号 输入，则为差分输入。
if RF
由图可列出
ii R1
u

R3 R2 R3
ui2
uui1R1ii
–
+
u–i1
+ u–i2
R2
++
R3
+
uo
–
ui1R1R 1RF(ui1uo)
因为 uu，故上列两式可得
负饱和区
u u
uo UO(sat)
理想运放电压传输特性
u u
uo 发生跃变
11.1.2 理想运算放大器及其分析依据
运放工作在线性区的依据 1. u+ u–
u– id
u+
– rid ++
uo
由于运放 Auo ，而 故从式 uoA uo(uu) ，可知
uo
是有限值，
(u
Auf

uo ui
1
11.3.2 加法运算
由图可列出
ii1

u i1 R11
ii2

ui2 R12
ii1 R11
ui1 ii2 R12
if RF
if ii1ii2RuFo
ui2
– +
+
+
R2
uo
由上列各式可得
uo(R R1F1ui1R R1F2ui2)
–
当 R 1 1R 12 R 1时，则上式为 uoR RF 1(ui1ui2)
ui u R1
ui R1
if
uuouo
RF
RF
由此得出
闭环电压 放大倍数
uo


RF R1
ui
Auf
uo ui
RF R1
+ R1
ui
–
– +
+
R2
+
uo
–
若 R1RF 则 uoui
Auf

uo ui
1
平衡电阻 R 2R 1//R F
11.3.1 比例运算 2.同相输入
设为 ui 正，则 uo1为负， uo 为正。
反馈电压 uf 使净输入电压 ud = ui – uf 减小，故为负反馈；
串联电压负反馈。
[例 2] 判别图示电路从 A2 输出端引入 A1 输入端的反馈类型。
ui ii
id
– A1 +
+
uo1

R
– A2 +
-
uo
+
RL
a
if [解] 反馈电路从 RL 靠近“地”端引出，为电流反馈 ；
if RF
由运放工作在线性区的依据
ii R1
ii if
可列出
uuui
ii
u R1
ui R1
+
– +
+
+
ui R2
uo
–
–
if
uuoui uo
RF
RF
由此得出
闭环电压 放大倍数
uo (1RRF1 )ui
Auf
uo ui
1RF R1
若 R1 或 RF 0
则
反馈电流 if 和 ii 输入电流加在 A1 的 同一个输入端，故
为并联反馈；
设为 ui 正，则 uo1 为正， uo 为负。反馈电流实际方向如
图所示，净输入电流 id = ii – if 减小，故为负反馈；
并联电流负反馈。
11.2.3 负反馈对放大电路工作的影响
AF 1.提高放大电路的稳定性
开环放大倍数 反馈系数 F
–UO(sat)
非线性区
由于运放工作在非线性区
uoAuo(uu)
所以 1. u+ u– 不再成立
u–
–
uo
id u+
+ rid+
当 u u时， uo Uo(sat) uu uoUo(sat) uu Uo 发生跃变
2. id 0 依然成立
返回
11.2 放大电路中的负反馈
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。
11.2.2 负反馈的类型
1判. 串别联图电示压电负路反的馈反馈类型 首先用电位的瞬时极性判别
RF
反馈的正、负。
设某一瞬时 ui 为正，则此时 uo
–
uf R1
+ ud–
–
+
ui
R2
+
+
–
+
RL
也为正，同时反馈电压 uf 也为正。
净输入信号 uduiuf
– ++
R3
+
uo
–
当 RFR1 时，则得 uoui2ui1
可见，输出电压与两个输入电压的差值成正比，
故可进行减法运算。
平衡电阻
R 2 R 1/1 R /1/2 R /F
带有负反馈放大 X i + X d
A
X o
电路的方框图
X i — 输入信号
X X
o f
— —
输出信号 反馈信号
X d — 净输入信号
– X f
F
反馈电路
净输入信号 X dX iX f 若三者同相，
则 可见
X dX iX f XdXi ，电路为负反馈。
11.2.2 负反馈的类型
2.改善非线性失真
无负反馈
ui
Au
加入 负反馈
略小
ui + uf 略大 –
略大 ud
Au
uf
略小
F
大
uo
小
uo
接近正弦波
负反馈改善了波形失真
3.对放大电路输入电阻和输出电阻的影响
四种负反馈对 ri 和 ro 的影响
串联电压 串联电流 并联电压 并联电流
ri
增高
ro 减低
增高 增高
减低 减低
减低 增高
A X f X o
X o X d
X i
+ –
X d X f
引入负反馈后净输入信号 X dX iX f
X o
引入负反馈后闭环放大倍数 Af
对上式求导 dAf
1
dA

Xo Xi
A 1AF
Af 1AF A
可见，引入负反馈后，放大倍数降低了，
而放大倍数的稳定性却提高了。
比较，两者串联，故为串联反馈。
判4别. 并图联示电电流路负的反反馈馈类型
if RF
并联电流负反馈方框图
ii
+
ui
–
id
–
R1
+
R2
io
+-
RL uR
ui ii + id
A
io
–
if
F
R iR
图中
idii if
if (RFRR)io
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； 从负载电阻靠近“地”端引出的，是电流反馈； (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。)
思考题：为了分别实现： (a) 稳定输出电压； (b) 稳定输出电流； (c) 提高输入电阻； (d) 降低输出电阻。
应引入哪种类型的负反馈？
返回
11.3 运算放大器在信号运算方面的应用
11.3.1 比例运算 1.反相输入
if RF
由运放工作在线性区的依据 ii
ii if 可列出
uu0
ii
11.2.1 反馈的基本概念
凡是将放大电路(或某个系统)输出信号的一部 分或全部经某种电路(反馈网络)引回到输入端，称 为反馈。
如果反馈信号使净输入信号增加，称为正反馈。 如果反馈信号使净输入信号减小，称为负反馈。
无负反馈放大 电路方框图
A X i
X o
11.2.1 反馈的基本概念 比较环节 基本放大电路
+
uo
–
– if
F
3判. 别串图联示电电流路负的反反馈馈类型
+
ui
–
ud+–
R2
– +
io +
RL
+
uo
–
+ R uf
–
串联电流负反馈方框图
ui + ud
A
io
– uf
F
反馈电压 uf Roi与输出电流成比，故为电流反馈； uduiuf 为负反馈； uf 与 ui 在输入端以电压形式作
(2) 输入信号和反馈信号分别加在两个输入端，是 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。
[例1] 判别图示电路从 A2 输出端引入 A1 输入端的反馈类型。
+ ui

+ u– d
–
A1 + +
uo1
–
R
– uf +
– A2 +

uo
+
RL
[解] 反馈电路从 A2 的输出端引出，故为电压反馈； 反馈电压 uf 和 ui 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；
实际运放电压传输特性 区必须有负反馈。
11.1.2 理想运算放大器及其分析依据
uo
UO(sat)
正饱和区
u– u+
– ++
uo
–Uim
线性区
uoAuo(uu)
o Uim uu 因为理想运放
开环电压放大倍数 Auo
–UO(sat) 所以，当 u u时， uoUO(sat)
第11章 运算放大器
11.1 运算放大器简单介绍 11.2 放大电路中的负反馈 11.3 运算放大器在信号方面的应用 11.4 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 11.6 集成功率放大器 11.7 使用运算放大器应注意的几个问题
第11章 运算放大器
分立电路是由各种单个元件联接起来的电子电路。 集成电路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 分的整体。
净输入电流减小，所以为负反馈。
反馈电流
if
uuo RF
uo RF
取自输出电压，并与之 成正比，故为电压反馈。
if 与 ii 在输入端以电流形式作比较，两者并联，故为并联
反馈。
2. 并联电压负反馈
if RF
并联电压负反馈方框图
ii
id
ii + id
ui
A
uo
+
ui
–
R1 R2
–
+
+-
RL
集成电路特点：体积小、重量轻、功耗低、可靠 性高、价格低。
按集成度 小、中、大和超大规模
集成电路分类 按导电类型 双、单极性和两种兼容 按功能 数字和模拟
第11章 运算放大器
集成运放是具有很高开环电压放大倍数的直接 耦合放大器。
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。
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 放大电路中的负反馈。
+
–
+
RL
ui + –
+
uo
–
ud uf
A
F
uo
判别2.图并示联电电路压的负反反馈馈类型 首先用电位的瞬时极性判别
if RF
反馈的正、负。
设某一瞬时 ui 为正，则此时
ii
+
ui
–
id R1 –
+
R2
+-
RL
uo 为负，各电流实际方向如图示。
+
净输入电流 idii if
uo
–
小于输入电流，即 if 的存在使
表示运算放大器输出电压与输入电压之间关系的
曲线称为传输特性。
uo
UO(sat)
正饱和区
–Uim O
线性区
Uim uu
–UO(sat) 负饱和区
u– u+
– ++
uo
uoA uo(uu)
若 Auo = 106 ± UO(sat) = ±15 V 则 ±UIM = ±0.015 mV
运放要工作在线性
u)

uo Auo
0
相当于两输入端之间短路，但又未真正短路，故
称 “虚短路” 。
2. id 0 运放开环输入电阻 rid 相当于两输入端之间断路，但又未真正断路，故 称 “虚断路”。
11.1.2 理想运算放大器及其分析依据
运放工作在非线性区的依据
uo UO(sat)
非线性区
O
uu
uo 输出端
11.1.2 主要参数
1. 最大输出电压 UOPP 2. 开环电压 Auo 3. 输入失调电压 UIO 4. 输入失调电流 IIO 5. 输入偏置电流 IIB 6. 共模输入电压范围 UICM
11.1.2 理想运算放大器及其分析依据
在分析运算放大器的电路时，一般将它看成是
理想的运算放大器。理想化的主要条件：
11.1 运算放大器简单介绍
11.1.1 集成运放的组成
输入端 输入级
中间级
输出级 输出端
偏置 电路
输入级 — 差动放大器
输出级 — 射极输出器或互补对称功率放大器 偏置电路 — 由镜像恒流源等电路组成
运算放大器的符号
信号传 输方向
反相
输入端
u–
Auo
–
+
u+
+
同相
输入端
实理际想运放开环 电压放大倍数
uo(1R R F 1)R 2R 3R 3ui2R R F 1ui1
11.3.3 减法运算
uo(1R R F 1)R 2R 3R 3ui2R R F 1ui1ii
R1
if
RF
当 R1R2 和 RFR3时， 则上式为
uoRRF 1 (ui2ui1)
+
u–i1
+ u–i2
R2
1. 开环电压放大倍数 Auo
2. 开环输入电阻
rid
3. 开环输出电阻
ro 0
4. 共模抑制比
KCM R R
由于实际运算放大器的技术指标接近理想化条件，
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。