电工学第十章

1、电子技术电子技术第四章第四章 差动放大器与差动放大器与集成运算放大器集成运算放大器模拟电路部分模拟电路部分第10章 集成运算放大器 10.1集成运算放大器概述 10.1集成运算放大器概述（一）集成运算放大器的组成（一）集成运算放大器的组成输入级输入级中间级中间级输出级输出级输入端输入端输出端输出端差分放大电路多级共射放大电路互补对称功放电路（1）组成部分及其特点 集成运放是一种电压放大倍数高，输入电阻大，输出电阻小，零点漂移小，抗干扰能力强，可靠性高，体积小，耗电少的通用电子器件。第10章 集成运算放大器 10.1集成运算放大器概述 （2）图形符号、外部接线及管角图uu+ uo u u+ uo

2、 Ao国际符号国内符号反相输入端同相输入端输出端100dBF0071325 468712345678F007的外部接线及管角图uu+uo+ UCC- UEERP第10章 集成运算放大器 10.1集成运算放大器概述 （二）电压传输特性（二）电压传输特性uduo+UOM-UOMouduo_+ +Ao+_工作特点工作特点在线性工作区：在线性工作区：线性工作区线性工作区uo=Aoud=Ao(u+u- )Ao为开环电为开环电压放大倍数压放大倍数饱和工作区饱和工作区在饱和工作区：在饱和工作区：EEOMCCOMoUUuUUu0 在负饱和区在正饱和区第10章 集成运算放大器 10.1集成运算放大器概述 10.

3、2 反馈的基本概念第10章 集成运算放大器 10.1集成运算放大器概述 第10章 集成运算放大器 10.1集成运算放大器概述 第10章 集成运算放大器 4.1集成运算放大器概述 第三章第三章 放大电路中的负反馈放大电路中的负反馈 3.1 负反馈的概念负反馈的概念3.2 负反馈的类型及分析方法负反馈的类型及分析方法3.3 负反馈对放大电路的影响负反馈对放大电路的影响3.1 负反馈的概念负反馈的概念凡是将放大电路输出端的信号（电压或电流）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，与输入信号的一部分或全部引回到输入端，与输入信号迭加，就称为迭加，就称为反馈反馈。若引回的信号

4、削弱了输入信号，就称为若引回的信号削弱了输入信号，就称为负反馈负反馈。若引回的信号增强了输入信号，就称为若引回的信号增强了输入信号，就称为正反馈正反馈。这里所说的信号一般是指交流信号，这里所说的信号一般是指交流信号，所以判断正负反馈，就要判断反馈信号与所以判断正负反馈，就要判断反馈信号与输入信号的相位关系，同相是输入信号的相位关系，同相是正反馈正反馈，反，反相是相是负反馈负反馈。放大器放大器输出输出输入输入取取+ 加强输入信号加强输入信号 正反馈正反馈 用于振荡器用于振荡器取取 - 削弱输入信号削弱输入信号 负反馈负反馈 用于放大器用于放大器开环开环闭环闭环负反馈的作用：负反馈的作用：稳定静态

5、工作点；稳定放大倍数；提稳定静态工作点；稳定放大倍数；提高输入电阻；降低输出电阻；扩展通频带。高输入电阻；降低输出电阻；扩展通频带。反馈网络反馈网络叠加叠加反馈反馈信号信号实际被放大信号实际被放大信号反馈框图：反馈框图：反馈电路的三个环节：反馈电路的三个环节：放大：放大：dooXXA反馈：反馈：ofXXF叠加：叠加：fidXXX负反馈框图：负反馈框图：基本放大基本放大电路电路AodXoX反馈回路反馈回路FfXiX+输出信号输出信号输入信号输入信号反馈信号反馈信号差值信号差值信号基本放大基本放大电路电路AodXoX反馈回路反馈回路FfXiX+dooXXA开环放大倍数开环放大倍数ioFXXA闭环放

6、大倍数闭环放大倍数ofXXF反馈系数反馈系数负反馈放大器的一般关系：负反馈放大器的一般关系：基本放大基本放大电路电路AodXoX反馈回路反馈回路FfXiX+oodofdfoioFAFXXXXXXXXXA111FAAoo1FAo1反馈深度反馈深度定义：定义：负反馈放大器的闭环放大倍数负反馈放大器的闭环放大倍数当当Ao很大时，很大时， AoF 1：结论：结论：当当 Ao 很大时，负反馈放大器的闭环放大倍很大时，负反馈放大器的闭环放大倍数与晶体管无关，只与反馈网络有关。即负数与晶体管无关，只与反馈网络有关。即负反馈可以稳定放大倍数。反馈可以稳定放大倍数。FAAAooF1FAF1ufud例：例：Rf

7、、RE1组成反馈组成反馈网络，反馈系数：网络，反馈系数：fEEofRRRUUF11+C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2RE1CEC3C2+ECuoui+T1T2Rf3.2 负反馈的类型及分析方法负反馈的类型及分析方法3.2.1 负反馈的类型负反馈的类型一、电压反馈和电流反馈一、电压反馈和电流反馈电压反馈：电压反馈：反馈信号取自输出电压信号。反馈信号取自输出电压信号。电流反馈：电流反馈：反馈信号取自输出电流信号。反馈信号取自输出电流信号。电压负反馈：电压负反馈：可以稳定输出电压、减小输出电阻。可以稳定输出电压、减小输出电阻。电流负反馈：电流负反馈：可以稳定输出电流、增大输出电阻。可以稳

8、定输出电流、增大输出电阻。根据反馈所采样的信号不同，可以分为电压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。反馈和电流反馈。根据反馈信号在输入端与输入信号比较形式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。的不同，可以分为串联反馈和并联反馈。串联反馈：串联反馈：反馈信号与输入信号串联，即反馈反馈信号与输入信号串联，即反馈电压信号与输入信号电压比较。电压信号与输入信号电压比较。并联反馈：并联反馈：反馈信号与输入信号并联，即反馈反馈信号与输入信号并联，即反馈信号电流与输入信号电流比较。信号电流与输入信号电流比较。串联反馈使电路的输入电阻增大；串联反馈使电路的

9、输入电阻增大；并联反馈使电路的输入电阻减小。并联反馈使电路的输入电阻减小。二、串联反馈和并联反馈二、串联反馈和并联反馈iifibib=i-if并联反馈并联反馈ufuiubeube=ui-uf串联反馈串联反馈三、交流反馈与直流反馈三、交流反馈与直流反馈交流反馈：交流反馈：反馈只对交流信号起作用。反馈只对交流信号起作用。直流反馈：直流反馈：反馈只对直流起作用。反馈只对直流起作用。若在反馈网络中若在反馈网络中串接隔直电容串接隔直电容，则可以隔断，则可以隔断直流，此时反馈只对交流起作用。直流，此时反馈只对交流起作用。在起反馈作用的电阻两端在起反馈作用的电阻两端并联旁路电容并联旁路电容，可，可以使其只对

10、直流起作用。以使其只对直流起作用。有的反馈只对交流信号起作用；有的反有的反馈只对交流信号起作用；有的反馈只对直流信号起作用；有的反馈对交、馈只对直流信号起作用；有的反馈对交、直流信号均起作用。直流信号均起作用。增加隔直电容增加隔直电容C后，后，Rf只对交流起反馈作用。只对交流起反馈作用。注：本电路中注：本电路中C1、C2也起到隔直作用。也起到隔直作用。+C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2CEC3C2+ECuoui+T1T2RfRE1C增加旁路电容增加旁路电容C后，后，Rf只对直流起反馈作用。只对直流起反馈作用。C+C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2CEC3C2+ECuoui

11、+T1T2RfRE1负负反反馈馈交流反馈交流反馈直流反馈直流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稳定静态工作点稳定静态工作点负反馈的分类小结负反馈的分类小结3.2.2 负反馈的分析方法负反馈的分析方法分析步骤：分析步骤：3. 是否负反馈？是否负反馈？4. 是负反馈！那么是何种类型的负反馈？是负反馈！那么是何种类型的负反馈？（判断反馈的组态）（判断反馈的组态）1. 找出反馈网络（电阻）。找出反馈网络（电阻）。2. 是交流反馈还是直流反馈？是交流反馈还是直流反馈？一、反馈类型的判断一、反馈类型的判断3.3 负反馈对放大

12、电路的影响负反馈对放大电路的影响基本放大基本放大电路电路AodXoX反馈回电反馈回电路路FfX iX+dooXXAofXXFfidXXX反馈电路的反馈电路的基本方程基本方程一、对放大倍数的影响一、对放大倍数的影响dooXXAofXXFfidXXXFAAXXAooioF1Ao开环放大倍数开环放大倍数AF闭环放大倍数闭环放大倍数FAo1反馈深度反馈深度定义：定义：dfXX、同相，所以同相，所以0|FAo则有：则有：oFAA负反馈使放大倍数下降。负反馈使放大倍数下降。引入负反馈使电路的稳定性提高。引入负反馈使电路的稳定性提高。FAAAooF1FAAAdAAdoooFF11(2)FAAAooF1中，中

13、，dfofdooXXXXXXFA(1)(3) 若若1FAo称为深度负反馈，此时称为深度负反馈，此时FAF1在深度负反馈的情况下，放大倍数只与反馈在深度负反馈的情况下，放大倍数只与反馈网络有关。网络有关。二、改善波形的失真二、改善波形的失真Aouiuo加反馈前加反馈前加反馈后加反馈后ufuiudAoF+ 改善改善uouo三、对输入、输出电阻的影响三、对输入、输出电阻的影响1. 串联负反馈使电路的输入电阻增加：串联负反馈使电路的输入电阻增加：ioifrFAr)1 ( 2. 并联负反馈使电路的输入电阻减小：并联负反馈使电路的输入电阻减小：)1 (FArroiif例如例如:射极输出器射极输出器理解：理

14、解：串联负反馈相当于在输入回路中串联了串联负反馈相当于在输入回路中串联了一个电阻，故输入电阻增加。一个电阻，故输入电阻增加。理解：理解：并联负反馈相当于在输入回路中并联了并联负反馈相当于在输入回路中并联了一条支路，故输入电阻减小。一条支路，故输入电阻减小。3. 电压负反馈使电路的输出电阻减小：电压负反馈使电路的输出电阻减小：)1 (FArrooof例如例如:射极输出器射极输出器理解：理解：电压负反馈目的是阻止电压负反馈目的是阻止 uo的变化，稳定的变化，稳定输出电压输出电压。放大电路空载时放大电路空载时可等效右图框中可等效右图框中为电压源：为电压源：输出电阻越小，输出电压越稳定，反之亦然。输出

15、电阻越小，输出电压越稳定，反之亦然。roesouoRL理解：理解：电流负反馈目的是阻止电流负反馈目的是阻止 io的变化，稳定的变化，稳定输出电流输出电流。放大电路空载时放大电路空载时可等效为右图框可等效为右图框中电流源：中电流源：输出电阻越大，输出电流越稳定，反之亦然。输出电阻越大，输出电流越稳定，反之亦然。4. 电流负反馈使电路的输出电阻增加：电流负反馈使电路的输出电阻增加：ooofr )FA(r 1roisoioRL四、对通频带的影响四、对通频带的影响引入负反馈使电路的通频带宽度增加：引入负反馈使电路的通频带宽度增加：oofBFAB)1 ( fABoAoAFBFuiuo+UOM-UOMAo

16、越大，运放的线性范围越小，必须越大，运放的线性范围越小，必须在在输出与输入之输出与输入之间间加负反馈加负反馈才能使其扩大输入信号的线性范围。才能使其扩大输入信号的线性范围。uiuo_+Ao5.1 运放工作在线性区时的特点运放工作在线性区时的特点CoOMEuUmax例：若例：若UOM=12V，Ao=106， 则则|ui|12 V时，运放时，运放 处于线性区。处于线性区。线性放大区线性放大区由于运放的开环放大倍数很大，输入电阻由于运放的开环放大倍数很大，输入电阻高，输出电阻小，在分析时常将其理想化，高，输出电阻小，在分析时常将其理想化，称其所谓的称其所谓的理想运放理想运放。理想运放的条件理想运放的

17、条件oAir0or)uu(Auoo虚短路虚短路uu0iI放大倍数与负载无关。分析多放大倍数与负载无关。分析多个运放级联组合的线性电路时个运放级联组合的线性电路时可以分别对每个运放进行。可以分别对每个运放进行。虚开路虚开路运放工作在线性区的特点运放工作在线性区的特点一、在分析信号运算电路时对运放的处理一、在分析信号运算电路时对运放的处理二、分析运放组成的线性电路的出发点二、分析运放组成的线性电路的出发点虚短路虚短路虚开路虚开路放大倍数与负载无关，放大倍数与负载无关， 可以分开分析可以分开分析。0iIuuu+uo_+uIi信号的放大、运算信号的放大、运算有源滤波电路有源滤波电路运放线运放线性应用性

18、应用5.1.1 比例运算电路比例运算电路5.1 信号的运算电路信号的运算电路作用：作用：将信号按比例放大。将信号按比例放大。类型：类型：同相比例放大和反相比例放大。同相比例放大和反相比例放大。方法：方法：引入深度电压并联负反馈或电压串联引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈。这样输出电压与运放的开环负反馈。这样输出电压与运放的开环放大倍数无关，与输入电压和反馈系放大倍数无关，与输入电压和反馈系数有关。数有关。0uui1= i221RuRuoi121RRuuAouuo_+ + R2R1RPuii1i21. 放大倍数放大倍数虚短路虚短路虚开路虚开路一、反相比例运算电路一、反相比例运算电路结构特点：

19、结构特点：负反馈引到反相输负反馈引到反相输入端，信号从反相端输入。入端，信号从反相端输入。虚开路虚开路2. 电路的输入电阻电路的输入电阻ri=R1平衡电阻，使输入端对地平衡电阻，使输入端对地的静态电阻相等，保证静的静态电阻相等，保证静态时输入级的对称性。态时输入级的对称性。RP =R1 / R2uo_+ + R2R1RPuii1i2为保证一定的输入为保证一定的输入电阻，当放大倍数电阻，当放大倍数大时，需增大大时，需增大R2，而大电阻的精度差，而大电阻的精度差，因此，因此，在放大倍数在放大倍数较大时，该电路结较大时，该电路结构不再适用。构不再适用。4. 共模电压共模电压02uu电位为电位为0 0

20、，虚地，虚地输入电阻小、共模电压输入电阻小、共模电压为为 0 0 以及以及“虚地虚地”是反是反相输入的特点。相输入的特点。_+ + R2R1RPuii1i23. 反馈方式反馈方式电压并联负反馈电压并联负反馈输出电阻很小！输出电阻很小！反相比例电路的特点：反相比例电路的特点：1. 共模输入电压为共模输入电压为0，因此对运放的共模抑制比，因此对运放的共模抑制比要求低。要求低。2. 由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认为是为是0，因此带负载能力强。，因此带负载能力强。3. 由于并联负反馈的作用，输入电阻小，因此由于并联负反馈的作用，输入电阻小，因此对输入电流有

21、一定的要求。对输入电流有一定的要求。4. 在放大倍数较大时，该电路结构不再适用在放大倍数较大时，该电路结构不再适用 。uo_+ + R2R1RPuiR4R3i1i2i4i3M例：例：求求Au =?0uui1= i2虚短路虚短路虚开路虚开路4324111RRRRuvoM1122RuiRviiM虚开路虚开路) 1()111()111(342412414322414322RRRRRRRRRRRRRRRRRRuuAiou4324111RRRRuvoM1122RuiRviiM该放大电路，在放大倍数较大时，可避免使用大电该放大电路，在放大倍数较大时，可避免使用大电阻。但阻。但R3的存在，削弱了负反馈。的存

22、在，削弱了负反馈。二、同相比例运算电路二、同相比例运算电路_+ + R2R1RPuiuou-= u+= ui12RuRuuiioiouRRu)1 (12反馈方式：反馈方式：电压串联负反馈。输入电阻高。电压串联负反馈。输入电阻高。1211RRuuAou虚短路虚短路虚开路虚开路结构特点：结构特点：负反馈引到反负反馈引到反相输入端，信号从同相端相输入端，信号从同相端输入。输入。虚开路虚开路同相比例电路的特点：同相比例电路的特点：3. 共模输入电压为共模输入电压为ui，因此对运放的共模抑制比，因此对运放的共模抑制比要求高要求高。1. 由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认由于电压负反馈的作用，输出电阻

23、小，可认为是为是0，因此带负载能力强。，因此带负载能力强。2. 由于串联负反馈的作用，输入电阻大。由于串联负反馈的作用，输入电阻大。_+ + uiuoiouuuu此电路是电压并联负反馈，输入电阻大，输此电路是电压并联负反馈，输入电阻大，输出电阻小，在电路中作用与分离元件的射极输出出电阻小，在电路中作用与分离元件的射极输出器相同，但是电压跟随性能好。器相同，但是电压跟随性能好。三、电压跟随器三、电压跟随器结构特点：结构特点：输出电压全输出电压全部引到反相输入端，信部引到反相输入端，信号从同相端输入。号从同相端输入。电压电压跟随器是跟随器是同相比例运算同相比例运算放大器的特例。放大器的特例。5.1

24、.2 加减运算电路加减运算电路作用：作用：将若干个输入信号之和或之差按比将若干个输入信号之和或之差按比例放大。例放大。类型：类型：同相求和和反相求和。同相求和和反相求和。方法：方法：引入深度电压并联负反馈或电压串联引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈。这样输出电压与运放的开环负反馈。这样输出电压与运放的开环放大倍数无关，与输入电压和反馈系放大倍数无关，与输入电压和反馈系数有关。数有关。一、反相求和运算一、反相求和运算R12_+ R2R11ui2uoRPui1实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要。以适应不同的需要。FPR/R/RR12

25、110uuFiii1211)(21221112iiouRRuRRui12iFi11R12_+ R2R11ui2uoRPui1调节反相求和电路的某一路信号的输入电阻，不影调节反相求和电路的某一路信号的输入电阻，不影响输入电压和输出电压的比例关系，调节方便。响输入电压和输出电压的比例关系，调节方便。二、同相求和运算二、同相求和运算实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要。以适应不同的需要。22211R/RR/RF-R1RF+ui1uoR21R22ui2此电路如果以此电路如果以 u+ 为输入为输入 ，则输出为：则输出为：uRRuFo)1 (1-

26、R1RF+ui1uoR21R22ui2u+ 与与 ui1 和和 ui2 的关系如何？的关系如何？)(1 (212111111211121iiFouRRRuRRRRRu注意：注意：同相求和电路的各输入信号的放大倍数互相影响，不能同相求和电路的各输入信号的放大倍数互相影响，不能单独调整。单独调整。流入运放输入端的电流为流入运放输入端的电流为0（虚开路）虚开路）22221211222122iiuRRRuRRRu-R1RF+ui1uoR21R22ui2R 左图也是同相求和运算左图也是同相求和运算电路，电路，如何求同相输入如何求同相输入端的电位？端的电位？提示：提示：1. 虚开路：流入同相端的虚开路：流

27、入同相端的电流为电流为0。2. 节点电位法求节点电位法求u+。三、单运放的加减运算电路三、单运放的加减运算电路实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要。以适应不同的需要。R2_+ R5R1ui2uoui1R4ui4ui3R3R6643521R/R/RR/R/RR2_+ R5R1ui2uoui1R4ui4ui3R3R6)(4433643RuRuR/R/Ruiiuu52211RuuRuuRuuoii虚短路虚短路虚开路虚开路虚开路虚开路)()111(44332211511122115RuRuRuRuRuRRRRuRuRuiiiiiio64352

28、1R/R/RR/R/R_+ + R2R1R1ui2uoR2ui1 uu112RuuRuuio212RuRuui)(1212iiouuRRu解出：解出：单运放的加减运算电路的特例：差动放大器单运放的加减运算电路的特例：差动放大器_+ + R2R1R1ui2uoR2ui1差动放大器放大了两个信号的差，但是它的差动放大器放大了两个信号的差，但是它的输入电阻不高（输入电阻不高（= =2R1）, , 这是由于反相输入这是由于反相输入造成的。造成的。例：例：设计一个加减运算电路，设计一个加减运算电路， RF=240k ，使使uo=10ui1+ 8ui2 - 20ui3解解:(1) 画电路。画电路。系数为负

29、的信系数为负的信号从反相端输号从反相端输入，系数为正入，系数为正的信号从同相的信号从同相端输入。端输入。-R3RF+ui1uoR2R1ui2R4ui3(2) 求各电阻值。求各电阻值。-R3RF+ui1uoR2R1ui2R4ui3FRRRRR/3421)(332211RuRuRuRuiiiFok240FRuo=10ui1+ 8ui2 - 20ui3k241Rk302Rk123Rk804R优点：优点：元件少，成本低。元件少，成本低。)(443322115RuRuRuRuRuiiiio缺点：缺点：要求要求R1/R2/R5=R3/R4/R6。阻值的调整计算不。阻值的调整计算不方便。方便。单运放的加减运

30、算电路单运放的加减运算电路改进：改进：采用双运放电路。采用双运放电路。四、双运放的加减运算电路四、双运放的加减运算电路-RF1+ui1uo1R1ui2R2R3-RF2+uoR4ui3R5R625461213FFR/R/RR,R/R/RR)(221111RuRuRuiiFo53221141253412)()(RuRuRuRRRRuRuRuiiiFFioFo例：例：A/D变换器要求其输入电压的幅度为变换器要求其输入电压的幅度为0 +5V，现，现有信号变化范围为有信号变化范围为-5V+5V。试设计一电平抬高。试设计一电平抬高电路，将其变化范围变为电路，将其变化范围变为0+5V。+5V-5V+5V+2

31、.5V电平抬高电路电平抬高电路A/D计算机计算机uiuouo = 0.5ui+2.5 Vuo =0.5ui +2.5 V =0.5 (ui +5) V_+ + 10k 20k +5V5k ui20k uo1uo_+ + 20k 20k 10k ) 5( 5 . 0) 5(20101iiouuu) 5( 5 . 020201ioouuu五、三运放电路五、三运放电路uo2+A+ARRRWui1ui2uo1ab+R1R1+AR2R2uo+1 iauu 2ibuu WbaWooRuuRRuu221WiiRuu2112oouu)(212iiWWuuRRRuo2+A+ARRRWui1ui2uo1ab+虚短

32、路：虚短路：虚开路：虚开路：)(21212iiWWouuRRRRRu 三运放电路是差三运放电路是差动放大器，放大动放大器，放大倍数可变。倍数可变。 由于输入均在同由于输入均在同相端，此电路的相端，此电路的输入电阻高。输入电阻高。)(1212ooouuRRuuo2uo1R1R1+AR2R2uo+例：例：由三运放放大器组成的温度测量电路。由三运放放大器组成的温度测量电路。uoR1R1+A3R2R2+A1_+A2RRRW+E=+5VRRRRtuiRt ：热敏电阻：热敏电阻集成化集成化:仪表放大器仪表放大器Rt=f (TC)uoR1R1+A3R2R2+A1_+A2RRRW+E=+5VRRRRtuiERRRREER