项目5集成运放与负反馈放大器

1、项目项目5 集成运放与负反馈放大器集成运放与负反馈放大器【知识目标知识目标】了解集成运算放大器的组成及理想集成运放的技术指标。了解集成运算放大器的组成及理想集成运放的技术指标。了解集成运算放大器主要参数的意义。了解集成运算放大器主要参数的意义。了解集成运放的两个工作区域及其工作条件。了解集成运放的两个工作区域及其工作条件。了解集成运放工作于线性区域时了解集成运放工作于线性区域时“虚短虚短”和和“虚断虚断”的特点。的特点。了解反馈的概念，掌握负反馈的四种组态及其特点。了解反馈的概念，掌握负反馈的四种组态及其特点。【技能目标技能目标】1. 会用集成运放组成工作在线性区的电路。会用集成运放组成工作在

2、线性区的电路。2. 会用集成运放组成工作在非线性区的电路。会用集成运放组成工作在非线性区的电路。3. 能根据实际应用选择专用集成运放。能根据实际应用选择专用集成运放。4. 会分析判断负反馈的四种组态和电路特点。会分析判断负反馈的四种组态和电路特点。 【初识集成运算放大器初识集成运算放大器】集成运算放大器有多种型号，其实物外形和电路符号如图集成运算放大器有多种型号，其实物外形和电路符号如图5.1所示。所示。 返回主目录 图5.1 集成运算放大器的实物外形和电路号（d）国家规定的新标准集成运放电路符号图图5.15.1中的符号是国家标准规定的集成运放在电路中的符号，图中的符号是国家标准规定的集成运放

3、在电路中的符号，图5.25.2所示符号是在许多电路中曾经用过的部颁符号，但这个符号至今还所示符号是在许多电路中曾经用过的部颁符号，但这个符号至今还在一些国外和国内的电路中使用。在一些国外和国内的电路中使用。画电路图时，通常只画出集成运放的输入端和输出端，输入端标画电路图时，通常只画出集成运放的输入端和输出端，输入端标“+”+”号的端表示是同相输入端，标号的端表示是同相输入端，标“-”-”号的端表示是反相输入端，电源号的端表示是反相输入端，电源端一般不画出。端一般不画出。 图图5.2 5.2 集成运算放大器曾经用过的电路符号集成运算放大器曾经用过的电路符号在集成运放电路中，为了抑制零点漂移，故对

4、温漂影响最大的第一级电路毫无例外地采用了差动放大电路。集成运算放大器电路的组成如图5.3所示。此图中为何输入电压符号“ ”的下标有符号“d”，而输出电压的“ ”的下标没有符号“d”？d表示什么含义？表示差动信号图5.3集成运算放大器电路的组成集成运算放大器电路的组成如图5.3所示。此图中为何输入电压符号“ ”的下标有符号“d”，而输出电压的“ ”的下标没有符号“d”？d表示什么含义？表示差动信号图5.3集成运算放大器电路的组成用电压传输特性曲线来表示集成运放的输入电压与输出电压的关系，如图5.4所示。横、纵座标轴的电压“U” 应为小写“u”吧？此处应为大写。图5.4 集成运放F007的电压传输

5、特 如果集成运放的输入信号超出一定范围，则输出电压不再随输入电压线性增长，而将达到饱和。集成运放的电压传输特性如图5.5所示。此图中的理想特性与实际特性区分不明显，理想特性是“从纵轴出发的两条横线”吧？实际特性是“在纵轴附近有一段线性区”？图5.5 集成运放的电压传输特性由于集成运算放大器的内部电路参数不可能达到完全对称， 因此当输入信号为零时， 输出端也会有一定的输出电压出现，使电路不能达到零入零出。通常的做法是外接调零电阻，如图5.6所示，为集成运放F741的调零电路图，脚和脚是差动输入级的外接调零电阻管脚， 脚为负电源端。在输入信号为零、也就是将两个输入端均接地时，调节Rp可使输出电压为

6、零。 图5.6 集成运放F741的调零电路图由于电源极性接反会造成集成运放的损坏，故利用二极管的单向导电特性，可以防止当电源极性错接时对集成运放的损坏。如图5.7所示。当电源接成上负下正时，两二极管均不导通，等于电源断路，从而起到了保护集成运放的作用。 图5.7 利用二极管对集成运放进行保护的电路利用二极管的限幅作用，可以对输入信号的幅度加以限制，以免输入信号超过额定值损坏集成运放的内部结构。无论是输入信号的正向电压或负向电压超过二极管的导通电压，则V1或V2就会有一个导通，从而限制了输入信号的幅度，起到了保护作用，如图5.8所示。 图5.8集成运放的输入保护电路利用二极管的限幅作用，可以对输

7、入信号的幅度加以限制，以免输入信号超过额定值损坏集成运放的内部结构。无论是输入信号的正向电压或负向电压超过二极管的导通电压，则V1或V2就会有一个导通，从而限制了输入信号的幅度，起到了保护作用，如图5.8所示。 图5.8集成运放的输入保护电路在进行电路调试时，往往需要用到信号发生器。用一块型号为LM324的集成运放，再加上几个电阻电容，就可以做一个简易的信号发生器。LM324可以使用单电源供电，按照如图5.10所示电路选择元器件，电源可以使用四节2号电池，给集成运放提供6伏的直流电压，就可以保证输出的是音频信号，若在输出端加一级三极管放大器，就能使其带动小喇叭发出声音，可以当作一个门铃使用。

8、图5.10使用集成运放制作的音频信号发生器。所有的反馈放大电路都可以看成是由基本放大电路和反馈网络两大部分组成，如图5.1图 图5.11 反馈放大电路的方框图图5.12是由集成运放组成的反馈放大电路。对于图5.12（a） 所示电路，设输入信号ui 的瞬时极性为正，因为 uo与ui 同相，则输出信号uo的瞬时极性为正，uo 经电阻R3、R4分压后得到的反馈电压uf 的极性也为正，由于反馈信号与输入信号在输入的同一端上且二者极性相同，可以看出，反馈信号将使净输入信号增大，所以为正反馈。 图5.12 反馈极性的判断图5.13 是由两个集成运放组成的多级放大电路。由瞬时极性法可以判断出两个集成运放本级

9、的反馈是负反馈，整个电路的级间反馈也是负反馈。所以，对于级间反馈来说，不能以反馈信号回到哪个输入端作为判据，要用瞬时极性法逐级确定信号极性，最后要进行同点比较定出是正反馈还是负反馈。 图5.13 多级反馈电路反馈极性的判断 判断图5.14 所示电路的反馈极性。 图5.14 例题4-1 的电路交流负反馈的作用是改善放大器的动态特性，有许多内容要在下面详细讨论。射极跟随器是交、直流负反馈共同存在的典型电路，它的工作点相当稳定，并且在动态特性上与共发射极放大器相比有很大的改善。 图5.15判断电路的直流反馈与交流反馈 故图5.16（c）所示电路为电流反馈。 图5.16 区分电路是 电压反馈还是电流反

10、馈电路如图5.17所示。若负载接在C1的输出端或者接在C2的输出端，分别判断此电路是电压反馈还是电流反馈？ 图5.17 例题4-2的图电压串联负反馈在图5.18所示电路中，由R1、Rf 构成输入、输出之间的反馈通路。在该电路的直流通路和交流通路中，均有该反馈存在，所以是交、直流反馈。对该集成运放而言，反馈加在集成运放的反相输入端，所以是交流负反馈。从输出端来看，若将负载RL短路，则uo=0，uf=0，反馈不存在，可见是属于电压反馈。从输入回路来看，输入信号和反馈信号不在同一个节点，所以是属于串联反馈。故图5.18所示的放大电路称为电压串联负反馈电路。 图5.18 电压串联负反馈电路图电流串联负

11、反馈在图5.19所示电路中，由Rf构成输入、输出间的反馈回路。反馈回路能同时通过交流和直流信号，所以该反馈为交、直流反馈。对该集成运放而言，反馈加在集成运放的反相输入端，所以是交流负反馈。从输出端来看，若将负载RL短路，则当uo=0时，反馈信号依然存在，说明该反馈属于电流反馈。从输入端来看，由于输入信号与反馈信号是从集成运放的两个不同的输入端引入，属于串联反馈。因此，图5.19所示电路为电流串联负反馈放大电路。 图5.19 电流串联负反馈电路图电流并联负反馈在图5.20所示电路中，由Rf构成输入、输出间的反馈通路。反馈通路能同时通过交流和直流信号，所以该反馈为交、直流反馈。用瞬时极性法可判断出

12、是交流负反馈。当将RL短路后，uo=0，但反馈信号依然存在，说明该反馈属于电流反馈；又由于输入信号与反馈信号均从集成运放的反相输入端引入，属于并联反馈。所以该电路为电流并联负反馈放大电路。 图5.20 电流并联负反馈电路图电压并联负反馈电压并联负反馈电路如图5.21所示，由Rf构成输入、输出间的反馈通路，为交、直流反馈。用瞬时极性法可判断出是交流负反馈。从输出端看，假设将负载RL短路，则uo=0，输入、输出间不存在反馈通路，反馈信号消失，故为电压反馈；从输入端看，输入信号和反馈信号都在集成运放的反相输入端，属于并联反馈。所以图5.21电路是电压并联负反馈放大电路。 图5.21 电压并联负反馈电路图这时在电路中引入负反馈，如图5.22（b）所示，并假定反馈网络是不会引起失真的纯电阻网络，则在输入端将得到正半周幅度大、负半周幅度小的反馈信号xf 。两者叠加后，由此得到的净输入信号xid 则是正半周幅度小、负半周幅度大的波形，即引入了失真（称预失真），再经过基本放大电路放大后，就会使输出波形趋于正负对称的正弦波，从而减小了非线性失真。需要注意的是，对输入信号本身固有的失真，负反馈是无能为力的。此图中的“和”上方是否加矢量点？已经都是在标量下讨论了，不加点。 图5.22 非线性失真的改善交流负反馈可以扩展放大器的通频带前文在讲述同频带的宽度时用“”表示，是否应