第五章小结与作业

传输特性
uo
+6V
3V
0
-6V
8V
ui
-6V
例7：在下图所示电路中，写出输出电压uO与输入电流i1和 在下图所示电路中， i2之间的关系式。 之间的关系式。 解：设运放A1的输出信号 设运放A 运放A 为u1，运放A1的反相输入 端信号为u 运放A 端信号为uN1，运放A2的反 相输入端信号为u 相输入端信号为uN2。两级 运放均构成了负反馈， 运放均构成了负反馈，满 虚短” 虚断” 足“虚短”、“虚断”。
-
+V CC Rc Rf Rs if T
+
RL uO
+
us
电压并联负反馈
is
+
ui
ib
-
-
-
+V cc
R1 R2 R3
+ + _
ui R4 R5 R6 uO
电流串联负反馈
-
R1
+ ui + -
+ + ∞ ud - － A +
uf Rf
io RL
+ uo -
电流串联负反馈
R2 R1 ui
V
R4 R3
9．有源滤波器是一种重要的信号处理电路，它可以突出有 有源滤波器是一种重要的信号处理电路， 用频段的信号， 衰减无用频段的信号， 用频段的信号 ， 衰减无用频段的信号 ， 抑制干扰和噪声信 号。实际使用时，选择低通、高通、带通或带阻滤波器。 实际使用时，选择低通、高通、带通或带阻滤波器。 10．当运放开环工作或引入正反馈时， 10．当运放开环工作或引入正反馈时，运放工作在非线性状 其分析方法为： 态。其分析方法为： 若U+ ＞U则UO=+UOM； 若U+ ＜U则UO=-UOM。 虚断（运放输入端电流=0） 虚断（运放输入端电流=0） =0 比较器是一种能够比较两个模拟量大小的电路。 11 ．比较器是一种能够比较两个模拟量大小的电路。迟滞 比较器具有回差特性。 比较器具有回差特性。它们是运放非线性工作状态的典型应 用。 12．在方波、锯齿波和三角波等非正弦波信号发生器中， 12．在方波、锯齿波和三角波等非正弦波信号发生器中，运 放一般也工作在非线性状态。电路由比较器、 放一般也工作在非线性状态。电路由比较器、积分器等环节 组成。 组成。
[5.2.3]试求下图的放大倍数， [5.2.3]试求下图的放大倍数，设RF>>R4. 试求下图的放大倍数
解：
又
[5.2.10]试求下图u 之间的关系式. [5.2.10]试求下图uo与ui1和ui2之间的关系式. 试求下图
解:
u o = (1 +
KR 2 KR 2 )u i 2 − u o1 R2 R2
∞
+
uo
ui1 ui 2 ui3 uo = RF ( + − ) R1 R2 R3
RF = 240kΩ R = 24kΩ 1 R2 = 30kΩ R3 =12kΩ R4 = 80kΩ
uo=10ui1+ 8ui2 - 20ui3
[5.6.3]一负反馈放大电路,|A|=300,|F|=0.01.试问:(1) [5.6.3]一负反馈放大电路,|A|=300,|F|=0.01.试问:(1) 一负反馈放大电路,|A|=300,|F|=0.01.试问 闭环电压放大倍数|A 闭环电压放大倍数|Af|? (2)如果|A|发生百分之20的变化, 的相对变化为多少? (2)如果|A|发生百分之20的变化, |Af|的相对变化为多少? 如果|A|发生百分之20的变化 |A| = 75 解: (1) | Af |= 1+ | AF | (2)当放大倍数较小时 (2)当放大倍数较小时 当放大倍数较大时
.
1
•
虚短” 虚断” 或“虚短 ” “ 虚断”
F
8．集成运放可以构成加法、减法、积分、微分等多种运算 集成运放可以构成加法、减法、积分、 电路。在电路中存在深度负反馈。运放工作在线性放大状态。 电路。在电路中存在深度负反馈。运放工作在线性放大状态。 可以使用“虚短” 可以使用“虚短”和“虚断”的概念对电路进行分析 虚断”
解: (1) 画电路。 画电路。
ui2 ui1
R2 R1
+ R4
-
系数为负的信号 从反相端输入， 从反相端输入， 系数为正的信号 从同相端输入。 从同相端输入。
ui3
R3
RF
∞
+
uo
(2)
求各电阻值。 求各电阻值。
R1 // R2 // R4 =Βιβλιοθήκη BaiduR3 // RF
ui3 ui2 ui1 R3 R2 R1 + R4 RF
d | Af | d | A | 1 = Af | A | 1+ | AF |
∆ | Af | ∆ | A | 1 = Af | A | 1+ | A′F | | A′ | 变化后的放大倍数。 变化后的放大倍数。
∆ | Af | 1 = ±20 0 0 × = 4.34 0 0 ( −5.88 0 0 ) | Af | 1 + (1 ± 0.2) × 300 × 0.01
例2：判断下图中的本级反馈与级间反馈 ： 本级反馈——反馈只存在于某一级放大器中 反馈只存在于某一级放大器中 本级反馈 级间反馈——反馈存在于两级以上的放大器中 反馈存在于两级以上的放大器中 级间反馈
+V CC R b1 Cb1 R c1 R c2 T2 Cb2 Rf RL R e1 R e2
+
ui
R1 K = (1 + K )u i 2 − K (1 + )u i1 R1 = (1 + K )u i 2 − (1 + K )u i1 = (1 + K )(u i 2 − u i1 )
此电路为高输入阻抗的差动电路. 此电路为高输入阻抗的差动电路.
15V,ui V,ui2 [5.2.17]图所示电路,电源电压为15V,ui1=1.1V,ui2=1V, 17]图所示电路,电源电压为15V,ui1 试问接入输入电压后,输出电压由0上升到10 所需的时间. 10V 试问接入输入电压后,输出电压由0上升到10V所需的时间.
∞ － A + 1 +
∞ － A2 + +
V
uO
电压串联负反馈
R6
R5
例4：判断反馈类型，及电路的工作过程。 判断反馈类型，及电路的工作过程。
+V CC R c1 Rs T1 T2 R c2
R1
－
id
+
Rf if ic2 RL R e2 uO
+
us
is
+ ib
ui
+ ui -
ii
+
Rf
A
∞
+
io + uo RL -
V
+u
V
T1
be
+
uO
-
uf
+
-
本级反馈
本级反馈
级间反馈
例3：判断以下各图的反馈类型
R1
+ ui -
ii
id
－ ∞ A + +
Rf
io + u RL - o
电流并联负反馈
if
R
+V CC R c1 Rs T1 ib Rf if T2 R c2
+
ic2 RL R e2 uO
电流并联负反馈
+
us
ii
-
=10kΩ =6V， =10V。 例6：Rf=10kΩ，R2=10k Ω ，UZ=6V， UREF=10V。当输 为如图所示的波形时， 的波形。 入ui为如图所示的波形时，画 出输出uo的波形。
ui R 1 uu+ R2 u REF
∞ － A + +
Rf
RZ
uO
+6V
uo
传输特性
3V
DZ
8V
0
-6V
uI R1 +
A1 ( s ) =
1 jwC
=−
u o1 R1
R1
u o1 ( s ) =− u I (s)
R1 +
1 jwC
A1 ( s ) =
u o1 ( s ) =− u I (s)
1 1− j wH w
1 wH = R1C
2.
uo= - (uI+uo1)
= −(u I − R1 R1 + 1 jwC
ui
上下限： 上下限：
R2 Rf U T+ = UZ + U R = 8V Rf + R2 Rf + R2 R2 Rf U T− = − UZ + U R = 3V Rf + R2 Rf + R2
ui R 1 u u+ R2 u REF
ui
∞ － A + +
Rf RZ u O 8V
DZ
3V
uo
+6V
if
R
-
-
-
电流并联负反馈
稳定过程： 稳定过程： RL ↑ io(ic2) ↓ io(ic2) ↑ 引入电流负反馈的目的——稳定输出电流 引入电流负反馈的目的 稳定输出电流 if↓ i d （ i b） ↑
是理想运放， 的表达式。 例5:图所示电路中，运放A是理想运放，写出电压uo的表达式。 图所示电路中， 由虚断知， 解 ： 由虚断知 ， 运放同相输入端 又依据虚短， 的电压为 uI 。 又依据虚短 ， 运放 反相输入端的电压也是 uI 。 由于 等电位， 等电位 ， 所以流过电阻 R 的电流 又根据虚断， 流过2 为 0 ， 又根据虚断 ， 流过 2R 的电 流与前者相等， 也为0 所以有： 流与前者相等 ， 也为 0 ， 所以有 ： uo =uI 讨论：在利用“虚短” 虚断” 讨论：在利用“虚短”、“虚断”条件分析电路时要注 虚短” 意：“虚短”是指运放的同相端和反相端之间的净输入 电压近似为0 虚断” 电压近似为 0 。“ 虚断 ”是指流入运放同相端和反相端 的净输入电流近似为0 容易出现的问题是， 的净输入电流近似为0 。容易出现的问题是， 误认为运 放输出端的电流也是0 放输出端的电流也是0。
第 5章
小结与作业讲评
1. 内容小结
1.集成运放的总体结构 1.集成运放的总体结构
u u+ u u-
差动输入级
电压放大级
输出级
uo u
偏置电路
2．集成运放是一个高增益、直接耦合的多级放大器。 集成运放是一个高增益、直接耦合的多级放大器。 电子系统输出回路的电量（电压或电流）， ），以一定的 3. 将电子系统输出回路的电量（电压或电流），以一定的 方式送回到输入回路的过程称为反馈。 方式送回到输入回路的过程称为反馈。
负反馈的四种组态：电压串联负反馈，电压并联负反馈， 4．负反馈的四种组态：电压串联负反馈，电压并联负反馈， 电流串联负反馈和电流并联负反馈。 电流串联负反馈和电流并联负反馈。 负反馈电路的四种不同组态可以统一用方框图加以表示， 5．负反馈电路的四种不同组态可以统一用方框图加以表示， • 其闭环增益的表达式为： 其闭环增益的表达式为： . A Af = • • 1+ A F 6 ．负反馈改善放大电路的性能：提高放大倍数的稳定性，减 负反馈改善放大电路的性能： 提高放大倍数的稳定性， 小非线性失真，抑制噪声，扩展频带，改变输入、输出电阻。 小非线性失真，抑制噪声，扩展频带，改变输入、输出电阻。 在深负反馈条件下， 7 ． 在深负反馈条件下，可用 A f ≈ 法估算电路的闭环增益。 法估算电路的闭环增益。
u1 u o i 1 = −( + ) R1 R 2
u u i 2 = −( 1 + o ) R1 R 3
uo uo R 2 − R 3 i1 − i 2 = − + = uo R2 R3 R 2R 3
R 2R 3 uo = (i 1 − i 2 ) R2 − R3
例8：运放组成的有源滤波电路如图所示。运放A1和 运放组成的有源滤波电路如图所示。 A2为理想运放。试求： 为理想运放。试求： uo ( s ) u o1 ( s ) 2. A ( s ) = 1. A 1 ( s ) = uI ( s ) uI ( s ) 3．判定A1级和整个电路各组成什么样的滤波电路 解：1.
解:由A1 得
由A2 得
RF R3 RF u o1 = (1 + ) ui2 − u i1 R1 R 2 + R 3 R1 RF = (u i 2 − u i1 ) = −0.2V R1
i iC C R1 R － A +
,求uo。 求
ui
∞
+
uo
0
ui
t uo
dui uo = − RC dt uo = −ωRC cos ωt
0 90° °
t
= ωRC sin(ωt − 90o )
240k 例10：设计一个加减运算电路， RF=240kΩ，使 10：设计一个加减运算电路，
uo=10ui1+ 8ui2 - 20ui3
2 例题及课后习题
例1：判断下图中有哪些反馈回路，是交流反馈还是直流反馈。 判断下图中有哪些反馈回路，是交流反馈还是直流反馈。 解：根据反馈到输入端的信号是交流还是直流还是同时 存在，来进行判别。 存在，来进行判别。 交、直流反馈
Rf
ui
C1 R1 R2
－ ∞ A + +
uo
C2
交流反馈
注意电容的“隔直通交”作用！ 注意电容的“隔直通交”作用！
1 1+ j w wH
uI )
A ( s) =
u o ( s) =− u I (s)
其中
1 wH = R1C
级组成一阶高通有源滤波电路； 3．由以上分析可判定A1级组成一阶高通有源滤波电路；整 个电路组成一阶低通有源滤波电路。 个电路组成一阶低通有源滤波电路。
例9： u i = sin ω t ：