項目7集成運(yùn)放與負(fù)反饋放大器

1、項目項目7 集成運(yùn)放與負(fù)反饋放大器集成運(yùn)放與負(fù)反饋放大器【知識目標(biāo)知識目標(biāo)】1.了解集成運(yùn)算放大器的組成及理想集成運(yùn)放技術(shù)指標(biāo)。了解集成運(yùn)算放大器的組成及理想集成運(yùn)放技術(shù)指標(biāo)。2.了解集成運(yùn)算放大器主要參數(shù)的意義。了解集成運(yùn)算放大器主要參數(shù)的意義。3.了解集成運(yùn)放的兩個工作區(qū)域及其工作條件。了解集成運(yùn)放的兩個工作區(qū)域及其工作條件。4.了解集成運(yùn)放工作于線性區(qū)域時了解集成運(yùn)放工作于線性區(qū)域時“虛短虛短”和和“虛斷虛斷”的特點(diǎn)。的特點(diǎn)。5.了解反饋的概念，掌握負(fù)反饋的四種組態(tài)及其特點(diǎn)。了解反饋的概念，掌握負(fù)反饋的四種組態(tài)及其特點(diǎn)。【技能目標(biāo)技能目標(biāo)】1.能根據(jù)實際應(yīng)用選擇專用集成運(yùn)放。能根據(jù)實際應(yīng)

2、用選擇專用集成運(yùn)放。2.會用集成運(yùn)放組成實際電路。會用集成運(yùn)放組成實際電路。3.會判斷負(fù)反饋的四種組態(tài)，會分析帶有負(fù)反饋電路的會判斷負(fù)反饋的四種組態(tài)，會分析帶有負(fù)反饋電路的特點(diǎn)。特點(diǎn)。 返回主目錄 任務(wù)任務(wù)7.1 集成運(yùn)算放大器的認(rèn)識集成運(yùn)算放大器的認(rèn)識7.1.1集成運(yùn)放的外形和符號集成運(yùn)放的外形和符號 集成運(yùn)放的外形集成運(yùn)放的外形 7.1.2集成運(yùn)放的電路組成集成運(yùn)放的電路組成 集成運(yùn)放的原理框圖集成運(yùn)放的原理框圖集成運(yùn)算放大器的電路符號圖集成運(yùn)算放大器的電路符號圖 7.1.3集成運(yùn)放的主要參數(shù)集成運(yùn)放的主要參數(shù) 1、開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)、開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aud。2、共模抑制比、共模抑制

3、比KCMR。3、差模輸入電阻、差模輸入電阻rid。 4、輸出電阻、輸出電阻ro。 5、輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電壓Uio。 6、輸入偏置電流、輸入偏置電流Iib。 7、輸入失調(diào)電流、輸入失調(diào)電流Iio 。 8、最大差模輸入電壓、最大差模輸入電壓Uidmax。 9、最大輸出電壓、最大輸出電壓Uodmax 。 7.1.4集成運(yùn)放的傳輸特性集成運(yùn)放的傳輸特性 1、線性區(qū)、線性區(qū) 2、非線性區(qū)、非線性區(qū) 集成運(yùn)放的傳輸特性集成運(yùn)放的傳輸特性)(uuAuudomaxoouU 7.1.5 理想集成運(yùn)放理想集成運(yùn)放 1、理想集成運(yùn)放的條件、理想集成運(yùn)放的條件 Aud= rid= KCMR= ro=02、理想集

4、成運(yùn)放線性區(qū)的特點(diǎn)、理想集成運(yùn)放線性區(qū)的特點(diǎn) u+-u-=0，即，即u+=u-（虛短）（虛短） ii=0 （虛斷）（虛斷）7.1.6 集成運(yùn)放的線性應(yīng)用集成運(yùn)放的線性應(yīng)用 1.反相比例運(yùn)算電路反相比例運(yùn)算電路 反相比例運(yùn)算電路反相比例運(yùn)算電路 1foiRuuR 反相比例運(yùn)算電路的電壓放大倍數(shù)反相比例運(yùn)算電路的電壓放大倍數(shù) 反相比例運(yùn)算電路的電壓放大倍數(shù)反相比例運(yùn)算電路的電壓放大倍數(shù)1RRuuAFiouf電路的輸入電阻為：電路的輸入電阻為：1RiuRiiif電路的輸出電阻很小，可以認(rèn)為：電路的輸出電阻很小，可以認(rèn)為：Ro=0 2.反相加法運(yùn)算電路反相加法運(yùn)算電路 反相加法運(yùn)算電路反相加法運(yùn)算電路

5、 123123()iiiofuuuuRRRR 3.差分減法運(yùn)算電路差分減法運(yùn)算電路 差分減法運(yùn)算電路差分減法運(yùn)算電路 21oiiuuu當(dāng)R1=R2=R3=Rf時，則輸出電壓： 4.同相比例運(yùn)算電路同相比例運(yùn)算電路 ifouRRu)1(1同相輸入放大電路同相輸入放大電路 電壓跟隨器電壓跟隨器 iouu 同相比例運(yùn)算電路的電壓放大倍數(shù)同相比例運(yùn)算電路的電壓放大倍數(shù) 同相比例運(yùn)算電路的電壓放大倍數(shù)：同相比例運(yùn)算電路的電壓放大倍數(shù)：11RRuuAFIouf同相比例放大電路的輸入電阻為：同相比例放大電路的輸入電阻為： Rif=(1+AodF)Rid FoFRRRuuF11電路的輸出電阻很小，可以認(rèn)為：電

6、路的輸出電阻很小，可以認(rèn)為：Ro=0 7.1.7集成運(yùn)放的非線性應(yīng)用集成運(yùn)放的非線性應(yīng)用 1.電壓比較器電壓比較器 （1）過零電壓比較器）過零電壓比較器 比較器將正弦波比較器將正弦波轉(zhuǎn)換為矩形波轉(zhuǎn)換為矩形波 輸出限幅的比較器輸出限幅的比較器 (a)電路電路 (b)傳輸特性傳輸特性 （2）滯回比較器）滯回比較器 滯回比較器滯回比較器(a)電路電路 (b)傳輸特性傳輸特性(c)實際的傳輸特性實際的傳輸特性 2.矩形波發(fā)生器矩形波發(fā)生器 集成運(yùn)放使用需要注意的問題集成運(yùn)放使用需要注意的問題 1、集成運(yùn)放的電源供給方式、集成運(yùn)放的電源供給方式 (1) 對稱雙電源供電方式對稱雙電源供電方式 (2) 單電

7、源供電方式單電源供電方式 2、集成運(yùn)放的調(diào)零問題、集成運(yùn)放的調(diào)零問題 3、集成運(yùn)放的自激振蕩問題、集成運(yùn)放的自激振蕩問題 4、集成運(yùn)放的保護(hù)問題、集成運(yùn)放的保護(hù)問題(1)電源保護(hù)電源保護(hù) (2) 輸入保護(hù)輸入保護(hù) (3) 輸出保護(hù)輸出保護(hù)電源極性保護(hù)電源極性保護(hù) 輸入保護(hù)電路輸入保護(hù)電路 輸出保護(hù)電路輸出保護(hù)電路 任務(wù)任務(wù)7.2 負(fù)反饋放大器反饋類型的判斷負(fù)反饋放大器反饋類型的判斷 7.2.1 反饋的基本概念反饋的基本概念 1.反饋反饋 在電子系統(tǒng)中，把放大電路的輸出量（輸出電壓或輸在電子系統(tǒng)中，把放大電路的輸出量（輸出電壓或輸出電流）的一部分或全部，通過某些元件和網(wǎng)路（稱出電流）的一部分或全

8、部，通過某些元件和網(wǎng)路（稱為反饋網(wǎng)絡(luò)），反送到輸入回路中，從而構(gòu)成一個閉為反饋網(wǎng)絡(luò)），反送到輸入回路中，從而構(gòu)成一個閉環(huán)系統(tǒng)，使放大電路的輸入量不僅受到輸入信號的控環(huán)系統(tǒng)，使放大電路的輸入量不僅受到輸入信號的控制，而且受到放大電路輸出量的影響，這種連接方式制，而且受到放大電路輸出量的影響，這種連接方式就叫反饋。就叫反饋。 引入了反饋的放大電路叫做反饋放大電路，也叫閉環(huán)引入了反饋的放大電路叫做反饋放大電路，也叫閉環(huán)放大電路，而未引入反饋的放大電路，則稱為開環(huán)放放大電路，而未引入反饋的放大電路，則稱為開環(huán)放大電路。大電路。2.反饋放大電路的框圖反饋放大電路的框圖 所有的反饋放大電路都可以看成是由基

9、本放大所有的反饋放大電路都可以看成是由基本放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)兩大部分組成。電路和反饋網(wǎng)絡(luò)兩大部分組成。 7.2.2 反饋放大電路的基本類型及分析方法反饋放大電路的基本類型及分析方法 1.反饋信號的極性與判斷方法反饋信號的極性與判斷方法 放大器中的反饋，按照反饋信號極性的不同，放大器中的反饋，按照反饋信號極性的不同，可分為正反饋和負(fù)反饋。按照反饋信號是交流可分為正反饋和負(fù)反饋。按照反饋信號是交流還是直流，可以分成直流反饋和交流反饋。還是直流，可以分成直流反饋和交流反饋。 （1）正反饋和負(fù)反饋）正反饋和負(fù)反饋 在放大器中，如果引入反饋信號后，放大電路在放大器中，如果引入反饋信號后，放大電路的凈輸入

10、信號減小，導(dǎo)致放大器的放大倍數(shù)降低，的凈輸入信號減小，導(dǎo)致放大器的放大倍數(shù)降低，這種反饋為負(fù)反饋；這種反饋為負(fù)反饋； 若反饋信號使放大電路的凈輸入信號增大，導(dǎo)若反饋信號使放大電路的凈輸入信號增大，導(dǎo)致放大器的放大倍數(shù)增大，這種反饋為正反饋。致放大器的放大倍數(shù)增大，這種反饋為正反饋。區(qū)別正、負(fù)反饋的方法是用瞬時極性法。區(qū)別正、負(fù)反饋的方法是用瞬時極性法。 （2）直流反饋和交流反饋）直流反饋和交流反饋 在反饋放大器中，若反饋回來的信號是直在反饋放大器中，若反饋回來的信號是直流量，稱為直流反饋：若反饋回來的信號是交流量，稱為直流反饋：若反饋回來的信號是交流量，稱為交流反饋；流量，稱為交流反饋； 若反

11、饋信號中既有交流若反饋信號中既有交流分量，又有直流分量，則為交、直流反饋。分量，又有直流分量，則為交、直流反饋。 直流反饋和交流反饋的區(qū)分，可以通過畫直流反饋和交流反饋的區(qū)分，可以通過畫出整個反饋電路的交、直流通路來判定。反饋出整個反饋電路的交、直流通路來判定。反饋回路存在于直流通路中即為直流反饋，反饋回回路存在于直流通路中即為直流反饋，反饋回路存在于交流通路中，即為交流反饋。路存在于交流通路中，即為交流反饋。 反饋通路既存在于直流通路中，又包含在反饋通路既存在于直流通路中，又包含在交流通路里，為交、直流反饋。交流通路里，為交、直流反饋。2. 負(fù)反饋放大器的四種組態(tài)負(fù)反饋放大器的四種組態(tài) 交流

12、負(fù)反饋可以按照對放大器性能的要求組成交流負(fù)反饋可以按照對放大器性能的要求組成各種類型。各種類型。 從放大器的輸出端，按照反饋網(wǎng)絡(luò)在輸出從放大器的輸出端，按照反饋網(wǎng)絡(luò)在輸出端的采樣不同，可分成電壓反饋和電流反饋。端的采樣不同，可分成電壓反饋和電流反饋。如果反饋取樣是輸出電壓，稱為電壓反饋；如如果反饋取樣是輸出電壓，稱為電壓反饋；如果反饋取樣是輸出電流，稱為電流反饋。果反饋取樣是輸出電流，稱為電流反饋。 從放大器的輸入端，按照反饋信號與輸入從放大器的輸入端，按照反饋信號與輸入信號在輸入端的連接方式的不同，可分成串聯(lián)信號在輸入端的連接方式的不同，可分成串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋。如果反饋信號與輸入信號在反饋

13、和并聯(lián)反饋。如果反饋信號與輸入信號在輸入端串聯(lián)連接，稱為串聯(lián)反饋；如果反饋信輸入端串聯(lián)連接，稱為串聯(lián)反饋；如果反饋信號與輸入信號在輸入端并聯(lián)連接，則稱為并聯(lián)號與輸入信號在輸入端并聯(lián)連接，則稱為并聯(lián)反饋。反饋。（1） 電壓反饋和電流反饋的區(qū)分電壓反饋和電流反饋的區(qū)分 區(qū)分電壓反饋和電流反饋可采用假想負(fù)載區(qū)分電壓反饋和電流反饋可采用假想負(fù)載短路法。假設(shè)把輸出負(fù)載短路，即短路法。假設(shè)把輸出負(fù)載短路，即uo=0，若反，若反饋信號因此而消失，則為電壓反饋；如果反饋饋信號因此而消失，則為電壓反饋；如果反饋信號依然存在，則為電流反饋。信號依然存在，則為電流反饋。（2）串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋的區(qū)分）串聯(lián)反饋和并聯(lián)

14、反饋的區(qū)分 區(qū)分串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋的方法是：如果區(qū)分串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋的方法是：如果反饋信號和輸入信號在輸入端的同一節(jié)點(diǎn)引入，反饋信號和輸入信號在輸入端的同一節(jié)點(diǎn)引入，為并聯(lián)反饋；如果反饋信號和輸入信號不在輸為并聯(lián)反饋；如果反饋信號和輸入信號不在輸入端的同一節(jié)點(diǎn)引入，則為串聯(lián)反饋。入端的同一節(jié)點(diǎn)引入，則為串聯(lián)反饋。3.四種類型的負(fù)反饋放大器四種類型的負(fù)反饋放大器 從反饋信號在電路輸出端的兩種取樣方式從反饋信號在電路輸出端的兩種取樣方式和在輸入端兩種不同的連接方式，可以構(gòu)成四和在輸入端兩種不同的連接方式，可以構(gòu)成四種類型的負(fù)反饋組態(tài)，種類型的負(fù)反饋組態(tài)， 即：即： 電壓串聯(lián)負(fù)反饋電壓串聯(lián)負(fù)反饋

15、電壓并聯(lián)負(fù)反饋電壓并聯(lián)負(fù)反饋 電流串聯(lián)負(fù)反饋電流串聯(lián)負(fù)反饋 電流并聯(lián)負(fù)反饋電流并聯(lián)負(fù)反饋 電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路圖電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路圖 電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大器的特點(diǎn)是：輸出電壓穩(wěn)定，輸電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大器的特點(diǎn)是：輸出電壓穩(wěn)定，輸出電阻減小，輸入電阻增大。它是良好的電壓出電阻減小，輸入電阻增大。它是良好的電壓電壓電壓放大器。放大器。電流串聯(lián)負(fù)反饋電路圖電流串聯(lián)負(fù)反饋電路圖 電流串聯(lián)負(fù)反饋放大器的特點(diǎn)是：輸出電流穩(wěn)定，輸電流串聯(lián)負(fù)反饋放大器的特點(diǎn)是：輸出電流穩(wěn)定，輸出電阻增大，輸入電阻增大。它是良好的電壓出電阻增大，輸入電阻增大。它是良好的電壓電流電流放大器。放大器。電流并聯(lián)負(fù)反饋電路圖電流并聯(lián)負(fù)反饋

16、電路圖電流并聯(lián)負(fù)反饋放大器的特點(diǎn)是：輸出電流穩(wěn)定，輸電流并聯(lián)負(fù)反饋放大器的特點(diǎn)是：輸出電流穩(wěn)定，輸出電阻增大，輸入電阻減小。它是良好的電流出電阻增大，輸入電阻減小。它是良好的電流電流電流放大器。放大器。電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路圖電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路圖 電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大器的特點(diǎn)是：輸出電壓穩(wěn)定，輸出電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大器的特點(diǎn)是：輸出電壓穩(wěn)定，輸出電阻減小，輸入電阻減小。它是良好的電流電阻減小，輸入電阻減小。它是良好的電流電壓放大電壓放大器。器。7.2.3 負(fù)反饋對放大電路性能的影響負(fù)反饋對放大電路性能的影響 1. 交流負(fù)反饋可以提高放大器增益的穩(wěn)定性交流負(fù)反饋可以提高放大器增益的穩(wěn)定性電壓負(fù)反饋使電路

17、的輸出電壓保持穩(wěn)定；電壓負(fù)反饋使電路的輸出電壓保持穩(wěn)定；電流負(fù)反饋使電路的輸出電流保持穩(wěn)定。電流負(fù)反饋使電路的輸出電流保持穩(wěn)定。2.交流負(fù)反饋可以減小對信號放大的非線性失真交流負(fù)反饋可以減小對信號放大的非線性失真3.交流負(fù)反饋可以抑制電路內(nèi)部產(chǎn)生的干擾和噪聲交流負(fù)反饋可以抑制電路內(nèi)部產(chǎn)生的干擾和噪聲4.交流負(fù)反饋可以擴(kuò)展放大器的通頻帶交流負(fù)反饋可以擴(kuò)展放大器的通頻帶5.交流負(fù)反饋可改變放大電路的輸入電阻和輸出電阻交流負(fù)反饋可改變放大電路的輸入電阻和輸出電阻不同組態(tài)的負(fù)反饋可以改變放大器的輸入電阻和不同組態(tài)的負(fù)反饋可以改變放大器的輸入電阻和輸出電阻，以實現(xiàn)電路的阻抗匹配和提高放大器輸出電阻，以實

18、現(xiàn)電路的阻抗匹配和提高放大器的帶負(fù)載能力。的帶負(fù)載能力。 （1）串聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻增大，并聯(lián)負(fù)）串聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻增大，并聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻減小。反饋使輸入電阻減小。 （2）電壓負(fù)反饋使輸出電阻減小，電流負(fù)反饋）電壓負(fù)反饋使輸出電阻減小，電流負(fù)反饋使輸出電阻增大。使輸出電阻增大。結(jié)論結(jié)論 四種負(fù)反饋組態(tài)使放大器的的輸入電阻和輸出電阻四種負(fù)反饋組態(tài)使放大器的的輸入電阻和輸出電阻的變化規(guī)律如下：的變化規(guī)律如下： 電壓串聯(lián)負(fù)反饋的輸入電阻增大、輸出電阻減??；電壓串聯(lián)負(fù)反饋的輸入電阻增大、輸出電阻減?。?電流串聯(lián)負(fù)反饋的輸入電阻增大、輸出電阻增大；電流串聯(lián)負(fù)反饋的輸入電阻增大、輸出電阻增大； 電壓

19、并聯(lián)負(fù)反饋的輸入電阻減小、輸出電阻減小；電壓并聯(lián)負(fù)反饋的輸入電阻減小、輸出電阻減?。?電流并聯(lián)負(fù)反饋的輸入電阻減小、輸出電阻增大；電流并聯(lián)負(fù)反饋的輸入電阻減小、輸出電阻增大；7.3 集成運(yùn)放在實際工程中的線性應(yīng)用集成運(yùn)放在實際工程中的線性應(yīng)用 1.用集成運(yùn)放組成測量放大器用集成運(yùn)放組成測量放大器測量放大器的電壓放大倍數(shù)測量放大器的電壓放大倍數(shù) 該測量放大器總的電壓放大倍數(shù)為：該測量放大器總的電壓放大倍數(shù)為：)21 (12462121RRRRuuuuuuuuAIoooooIou2.用集成運(yùn)放組成有源濾波器用集成運(yùn)放組成有源濾波器 按其工作頻率的不同，濾波器可分為：按其工作頻率的不同，濾波器可分為： 低通濾波器：允許低于某一頻率的信號通過，低通濾波器：允許低于某一頻率的信號通過，將高于此頻率的信號衰減。將高于此頻率的信號衰減。 高通濾波器：允許高于某一頻率的信號通過，高通濾波器：允許高于某一頻率的信號通過，將低于此頻率的信號衰減。將低于此頻率的信號衰減。 帶通濾波器：允許在某一頻帶范圍內(nèi)的信號通帶通濾波