电工学课件第10章 少时版 唐介主编

输入级 输入
T8
偏置电路
T9
T12
中间级
T13
R7 T18
输出级 +UCC
T14
+
T1
T3
T2
–
R5
C
输出
T15
R9 R10 T20
T4 T7
R8
T16
uo
T5
T6 R3 R2
T10 R4
T11
T19 R12
T17 R11
R1
-UEE
集成运放 741的电路原理图
6
输入级
T8
偏置电路
T9 T12
－
ube ie – + R'L RE uf – –
+ uo
uf 减小了净输入电压 ——负反馈
20
交流通路
例：
+ ui –
设输入电压 ui 为正， – uf + 各电压的实际方向如图 – – R1 ud + 差值电压 ud =ui – uf + + + u o R2 uf 减小了净输入电压 – ——负反馈
并联反馈
RB
uo
－
∴ if>0，使净输入电流ib减小 ∴ 负反馈、并联
又 if∝uo ∴ 电压反馈
返 回
◆ 结论:
RB ：电压并联负反馈。
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第 10 章 集成运算放大器
将输出短路，若反馈为0，则为电压反馈。
例2：判断图示电路的反馈类型。
RF Ao －－
解： (1) ud≈ ui
29
第 10 章 集成运算放大器
(三)负反馈对放大电路性能的改善
负反馈是以降低放大倍数为代价，换来了一系 列其他性能的改善。 xi xd xo Xd= Xi －Xf Ao Xo Xo Xo/ Xd xf = = Xd +Xf Xi 1 +Xf / Xd F Xo / Xd = Xf Xo 1+ X X d o
RB1 C1
+UCC
RC
+
RE
+
C2
RB1
I1
RC
IC
+UCC
+ ui RB2 – T IC
RL
+ uo –
VB
RB2
IB
I2
RE
IE
VB 固定 UBE＝(ＶB－ IERE） VE=（IERE） IB
13
直流通路
IC
10.2 反馈的基本概念
凡是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，与输入信号迭加， 就称为反馈。
3.设输入电压瞬时增加，分析输出电压及反馈信 号的变化； 4.找出反馈信号对净输入信号的影响：使净输入 信号增加的为正反馈，减少的为负反馈。
19
例：
RB1 C1 +
RC
+UCC C2 + RL
+ ui RB2
– + ui RB –
+
RE
+ uo
– 设输入电压 ui 为正， 各电压的实际方向如图 差值电压 ube =ui – uf
例3：判断图示电路的反馈类型。
if ii ui
R1 R2 RF
AO
id
－
+
+
×
+
返 回
io
解： (1) id = ii (2) 增加RF支路后： id = ii－if 当 io = 0时： if = 0 ∴ if∝io
27
RL u o － R
设 ui＞0, 则 uo<0 , if>0
◆ 结论:
RF ：电流并联负反馈。
输入信号 净输入 信号 放大电路 Ao xd 输出信号
xi
比较环节
xo
反馈电路 反馈信号 F 反馈示意图
14
xf
第 10 章 集成运算放大器
输入信号
xi
放大电路 Ao
输出信号
xo
开环：信号从输入端到输出端只有一个 流向，无其他信号流通途径。 开环电压放大倍数Ao： xo Ao = x i
（无反馈时的电压放大倍数）
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第 10 章 集成运算放大器
例4：试判断图示电路中Rf 所形成的反馈。
Rf1 － uf + ∞ － － ud + + + △ Rf R21 Rf2 ∞ － + + △
ui
R11
uo1
R22
uo
R12
解：用瞬时极性法判断正、负反馈： 设：ui＞0 →uo1＞0 →uo＜0 →uf＜0 ∵ ud = ui－uf = ui + |uf | ＞ui →为正反馈；
集成运放的符号：
信号传 输方向 实际运放开环 电压放大倍数
+UCC
反相输入端
u–
u+
同相输入端
– +
AO
+ uo
输出端
–UEE
输入方式: • 反相输入 • 同相输入 • 差分输入
8
μA741集成运放的引脚及外部接线图如下：
+12V
7
正电源端
输出端
反相输入
2
－ ＋
1
A0 ＋
5 4
输出
6
空脚
+UCC 输出
2
10.1 集成运算放大器概述
集成运算放大器:是一种具有很高开环放大倍数的多级
直接耦合放大电路。是发展最早、应用最广泛的一种模拟 集成电路。
集成电路: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。
集成电路特点：高增益、高可靠性、低成本、小尺寸。
按集成度
------小、中、大和超大规模
+
－ uf + R1
ud
ui R 2
+ +
uo
(2) 增加RF和R1后： ud≈ ui－uf 当uo = 0时：uf = 0
设 ui＞0, 则 uo>0 , uf>0
◆ 结论:
∴
uf∝uo
RF和R1 ：电压串联负反馈。
返 回
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第 10 章 集成运算放大器
将输出断开，若反馈为0，则为电流反馈。
中间级
T13 R7 T18 R8
输出级
+UCC
T14

+
T1
T2

–
R5 C
T3
T4 T7
T15
R9
R10 T20
uo
T16 T6


T5 R3

T10 R4
T11
T19 R12
T17
R11
R1
R2
-UEE
+UCC 输出
集成运放 741的电路原理图 5 4

8 7 1 2
6 3
7
U- U+ -UEE
调零端
同相输入
3
8
1
调零端
6 741 2 3
UU+
7
5
4
-UEE
负电源端
调零电位器 -12V
反相输入端
外部接线图
同相输入端
9
第 10 章 集成运算放大器
(二) 电压传输特性
+UOM 线性区
uo 正饱和区
当－ε≤ud≤+ε时： uo = Ao ud = Ao(u+－u－) 当 ud＞ (+ε)时： uo = +UOM≈+UCC 当 ud＜ (－ε)时： uo =－UOM≈－UEE
第10章 集成运算放大器
10.1 集成运算放大器概述 10.2 反馈的基本概念 10.3 负反馈对放大电路性能的改善 10.4 理想运算放大器 10.5 基本运算电路 10.6 电压比较器 10.7 RC正弦波振荡电路
1
本章要求
1. 了解集成运放的基本组成及电压传输特性； 2. 理解反馈的概念，掌握反馈类型的判别，了 解负反馈对放大电路工作性能的影响； ３．理解理想运算放大器及其基本分析方法； ４. 理解用集成运放组成的比例、加减、微分和 积分运算电路的工作原理； ５. 理解电压比较器和RC振荡电路的工作原理。
∵ 输出端uo ＝0时，uf ＝0 ∴ 为电压串联正反馈。
返 回
→为电压反馈；
28
Fra Baidu bibliotek
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小结：运算放大器电路反馈类型的判别
1. 输入信号和反馈信号分别加在两个输入端上的， 是串联反馈；加在同一输入端上的，是并联反馈； 2. 对串联反馈，输入信号和反馈信号的极性相同时， 是负反馈；极性相反时，是正反馈； 3. 对并联反馈，净输入电流等于输入电流和反馈电 流之差时，是负反馈；否则是正反馈。 4. 反馈电路直接从输出端引出的，是电压反馈； 从负载电阻RL的靠近“地”端引出的，是电流反馈；
3.电压反馈和电流反馈 根据反馈所采样的信号不同， 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。 +UCC RB1 C1 + + RS ui RB2 + eS – – RC C2 + 判别电压/电流反馈 uf = ie RE≈ ic RE uf 取自输出电流 ——电流反馈
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第 10 章 集成运算放大器
输入信号
净输入 信号
xi xf
xd
放大电路 Ao
输出信号
xo
反馈电路 反馈信号 F
xo Ao = x （无反馈时的电压放大倍数） d 开环电压放大倍数Ao：
xo （有反馈时的电压放大倍数） Af = xi xf 反馈系数F： （反馈信号与输出信号之比） F = xo
负饱和区
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1. 集成运放由哪几部分组成，各部分 的主要作用是什么？ 2. 工作在线性区的运放为什么要采用 负反馈？
输入级
中间级 偏置 电路
输出级
由于 AO 相当高，容易使运放工作在饱和状态。 为使其工作在线性区需要引入深度负反馈。
12
基本放大电路中的反馈： 稳压过程实际是由于RE引入了负反馈。

RF
例： R 1 + + – +－ + d R2 u– ui uo + + uf – – –

－
RF
设输入电压 ui 为正， 各电压的实际方向如图 差值电压 ud =ui + uf uf 增大了净输入电压 ——正反馈
在放大电路中，出现正反馈将使放大器产生自 激振荡，使放大器不能正常工作。
21
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闭环电压放大倍数Af：
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(一) 反馈的分类
1.直流反馈和交流反馈
直流反馈：反馈只对直流分量起作用，反馈元件 只能传递直流信号。 交流反馈：反馈只对交流分量起作用，反馈元件 只能传递交流信号。
例：
RB1 C1 +
RC
+UCC
C2 +
RL + uo –
引入直流负反馈的 交、直流分量的信号均 目的：稳定静态工 可通过 RE，所以RE引入 作点。 的是交、直流反馈。
——串联反馈
23
第 10 章 集成运算放大器
(二) 反馈的判断
反馈类型的判别方法：
1)判别有无反馈：判断有无连接在输入与输出之间的元
件（一般是电阻、电容）。
2) 判别是正/负反馈：瞬时极性法，反馈使净输入信号增
强的为正反馈，使净输入减少的为负反馈。
3)判断串联/并联反馈：根据反馈信号与输入信号比较形
22
RE ie
+ RL uf –
+ uo –
4.串联反馈和并联反馈 根据反馈信号与输入信号比较形式的不同，
反馈信号与输入信号串 联，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，以电流形式作比较， 称为并联反馈。
+ ui RB
RE
–
+ R'L uf – –
+ uo
判断串联/并联反馈 ui 与 uf 串联,以电压形式比较
若有发射极旁路电容， 引入交流负反馈的 RE中仅有直流分量的信 目的：改善放大电 号通过 ，RE引入的则是 路的性能。 直流反馈。 18
+ ui RB2 –
RE
2.正反馈和负反馈 正反馈：反馈增强净输入信号，用于振荡器。 负反馈：反馈削弱净输入信号，用于放大器。
利用瞬时极性法判别正反馈与负反馈： 1.设接“地”参考点的电位为零。 2. 若某点的瞬时电位高于参考点，即该点电位的 瞬时极性为正(用表示)；反之为负(用－表示)。
分类
按导电类型 ------双、单极性和两种兼容 按功能 ------数字和模拟
3
集成运算放大器的特点：
1. 元器件参数的一致性和对称性好； 2. 电阻的阻值受到限制，电位器需外接； 3. 电容的容量受到限制，电感不能集成，故大电容、 电感和变压器均需外接。
各类型号集成芯片
4
(一) 集成运算放大器的组成
式，以电流比较的为并联反馈，以电压比较的为串联反馈。
4)判别电压/电流反馈：反馈信号取自输出电压，则为电
压反馈，反馈信号取自输出电流的为电流反馈。
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第 10 章 集成运算放大器
例1：判断电路的反馈类型。
RC
+UCC
C2 + 电压反馈 +
解： if C1 ib= ii－if + + ii ib 设 ui＞0 ui 则 uo＜0 － ub－uo uo ∵ if = ≈－ RB RB
输入级
输入端
中间级
输出级
输出端
偏置 电路
运算放大器方框图
输入级：一般采用双端输入的差动放大电路，能减小 零点漂移和抑制干扰信号，且输入电阻高。 中间级：用于电压放大，常采用电压放大倍数高的共 发射极放大电路构成。 输出级：要求输出电阻低，带负载能力强，一般由 互补对称电路或射极输出器构成。 5 偏置电路: 确定各级的静态工作点。
－ε 0
+ε －UOM
ud
负饱和区
电压传输特性给出了集成运放开环时，输出 电压与输入电压之间的关系。
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第 10 章 集成运算放大器
(二) 电压传输特性
+UOM 线性区
uo 正饱和区
－ε 0
由于 AO 相当高，即使 输入电压 ud 很小，也足以 让运放工作在饱和状态。
+ε －UOM
ud AO越大，运放的线性范围 越小，工作在线性区时要 引入深度负反馈。
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第 10 章 集成运算放大器
输入信号
xi xf
放大电路 Ao 反馈电路 反馈信号 F
输出信号
xo
闭环：输出信号通过反馈回路将一部分或 全部信号传输到输入端，形成闭环通路。 闭环电压放大倍数Af： xo Af = x i
（有反馈时的电压放大倍数）
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