第5章 反饋與集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用

1、5.1.1 ：將放大電路輸出信號(hào)（電壓或電流）的一部分或全部，通過某種電路（反饋電路）送回到輸入回路，從而影響輸入信號(hào)的過程。反饋信號(hào)：反饋信號(hào)：反饋到輸入回路的信號(hào)稱為反饋信號(hào)反饋信號(hào)。xi + xd基本放大電路A反饋網(wǎng)絡(luò)Fxfxo負(fù)反饋放大電路的原理框圖ooFxxAxxxxxfdfid 若xi、xf和xd三者同相，則xd xi ，即反饋信號(hào)起了削弱凈輸入信號(hào)的作用，引入的是負(fù)反饋。2 反饋的分類反饋的分類 反饋的分類：反饋的分類： 1)根據(jù)反饋信號(hào)對(duì)輸入信號(hào)作用的不同，反饋可分為正反饋和負(fù)反饋兩大類型。 反饋信號(hào)增強(qiáng)輸入信號(hào)的叫做正反饋正反饋； 反饋信號(hào)削弱輸入信號(hào)的叫做負(fù)反饋負(fù)反饋。反饋

2、的正、負(fù)極性通常采用瞬瞬時(shí)時(shí)極極性性法法判判別別。晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管及集成運(yùn)算放大器的瞬時(shí)極性如圖所示。晶體管的基極（或柵極）和發(fā)射極（或源極）瞬時(shí)極性相同，而與集電極（或漏極）瞬時(shí)極性相反。集成運(yùn)算放大器的同相輸入端與輸出端瞬時(shí)極性相同，而反相輸入端與輸出端瞬時(shí)極性相反。 A +(a) 晶體管 (b) 場(chǎng)效應(yīng)管 (c) 集成運(yùn)算放大器+uiRL+uo+UCCRCC1C2VRB1RB2RE+uf+ ube +判斷圖示電路的反饋極性。解：解：設(shè)基極輸入信號(hào)ui的瞬時(shí)極性為正，則發(fā)射極反饋信號(hào)uf的瞬時(shí)極性亦為正，發(fā)射結(jié)上實(shí)際得到的信號(hào)ube（凈輸入信號(hào)）與沒有反饋時(shí)相比減小了，即反饋信號(hào)削弱了輸入

3、信反饋信號(hào)削弱了輸入信號(hào)的作用，故可確定為負(fù)反饋。號(hào)的作用，故可確定為負(fù)反饋。Rpui +uoR1RF+uf+ud判斷圖示電路的反饋極性。解：解：設(shè)輸入信號(hào)ui瞬時(shí)極性為正，則輸出信號(hào)uo的瞬時(shí)極性為負(fù)，經(jīng)RF返送回同相輸入端，反饋信號(hào)uf的瞬時(shí)極性為負(fù)，凈輸入信號(hào)ud與沒有反饋時(shí)相比增大了，即反饋信號(hào)增強(qiáng)了輸入信號(hào)的作用，故可確定為正反饋。反饋信號(hào)增強(qiáng)了輸入信號(hào)的作用，故可確定為正反饋。Rpui + +uoR1RF+uf+ud判斷圖示電路的反饋極性。解：設(shè)輸入信號(hào)解：設(shè)輸入信號(hào)ui瞬時(shí)極性為正，則輸出信號(hào)瞬時(shí)極性為正，則輸出信號(hào)uo的瞬時(shí)的瞬時(shí)極性為正，經(jīng)極性為正，經(jīng)RF返送回反相輸入端，反

4、饋信號(hào)返送回反相輸入端，反饋信號(hào)uf的瞬時(shí)的瞬時(shí)極性為正，凈輸入信號(hào)極性為正，凈輸入信號(hào)ud與沒有反饋時(shí)相比減小了，即與沒有反饋時(shí)相比減小了，即反饋信號(hào)削弱了輸入信號(hào)的作用，故可確定為負(fù)反饋。反饋信號(hào)削弱了輸入信號(hào)的作用，故可確定為負(fù)反饋。反饋類型：反饋類型：根據(jù)反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大電路在輸入端的連接方式，可分為串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋。：反饋信號(hào)和輸入信號(hào)以電壓串聯(lián)方式疊加，ud=uiuf，以得到基本放大電路的輸入電壓ud。反饋信號(hào)和輸入信號(hào)以電流并聯(lián)方式疊加，id=iiif，以得到基本放大電路的輸入電流ii。電壓反饋：電壓反饋：反饋信號(hào)取自輸出電壓。電流反饋：電流反饋：反饋信號(hào)取自輸出電流。 反饋

5、類型的判別方法：反饋類型的判別方法： 串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋可以根據(jù)電路結(jié)構(gòu)判別。當(dāng)反饋信號(hào)和輸入信號(hào)接在放大電路的同一點(diǎn)（另一點(diǎn)往往是接地點(diǎn)）時(shí)，一般可判定為并聯(lián)反饋； 當(dāng)反饋信號(hào)和輸入信號(hào)接在放大電路的不同點(diǎn)時(shí)，一般可判定為串聯(lián)反饋。 電壓反饋和電流反饋電壓反饋和電流反饋的判別方法：交流短路法，具體是：假定將放大電路輸出端交流短路，如果反饋信號(hào)Xf消失，表明引入的是電壓反饋，反之，則為電流反饋 綜合以上兩種情況，可構(gòu)成、和4種不同類型的放大電路。Rpui + +uoR1RF+uf+ud1 1、電壓串聯(lián)負(fù)反饋、電壓串聯(lián)負(fù)反饋設(shè)ui瞬時(shí)極性為正，則uo的瞬時(shí)極性為正，經(jīng)RF返送回

6、反相輸入端，uf的瞬時(shí)極性為正，ud與沒有反饋時(shí)相比減小了，即反饋信號(hào)削弱了輸入信號(hào)的作用，故為。將輸出端交流短路，RF直接接地，反饋電壓uf=0，即反饋信號(hào)消失，故為。ui加在集成運(yùn)算放大器的同相輸入端和地之間，而uf加在集成運(yùn)算放大器的反相輸入端和地之間，不在同一點(diǎn)，故為。5.1.2 Rp +uouiRFR1iiifid2 2、電壓并聯(lián)負(fù)反饋、電壓并聯(lián)負(fù)反饋設(shè)ui（ii）瞬時(shí)極性為正，則uo的瞬時(shí)極性為負(fù)，if的方向與圖示參考方向相同，即if瞬時(shí)極性為正，id與沒有反饋時(shí)相比減小了，即反饋信號(hào)削弱了輸入信號(hào)的作用，故為。將輸出端交流短路，RF直接接地，反饋電流if=0，即反饋信號(hào)消失，故為

7、。ii加在集成運(yùn)算放大器的反相輸入端和地之間，而if也加在集成運(yùn)算放大器的反相輸入端和地之間，在同一點(diǎn)，故為。+uoRpui + +R+uf+udRLio3 3、電流串聯(lián)負(fù)反饋、電流串聯(lián)負(fù)反饋設(shè)ui瞬時(shí)極性為正，則uo的瞬時(shí)極性為正，經(jīng)RF返送回反相輸入端，uf的瞬時(shí)極性為正，ud與沒有反饋時(shí)相比減小了，即反饋信號(hào)削弱了輸入信號(hào)的作用，故為。將輸出端交流短路，盡管uo=0 ，但io仍隨輸入信號(hào)而改變，在R上仍有反饋電壓uf產(chǎn)生，故可判定不是電壓反饋，而是。ui加在集成運(yùn)算放大器的同相輸入端和地之間，而uf加在集成運(yùn)算放大器的反相輸入端和地之間，不在同一點(diǎn)，故為。設(shè)ui（ii）瞬時(shí)極性為正，則u

8、o的瞬時(shí)極性為負(fù)，if的方向與圖示參考方向相同，即if瞬時(shí)極性為正，id與沒有反饋時(shí)相比減小了，即反饋信號(hào)削弱了輸入信號(hào)的作用，故為。Rp +uiRFR1iiifidRRL+uoio4 4、電流并聯(lián)負(fù)反饋、電流并聯(lián)負(fù)反饋將輸出端交流短路，盡管uo=0 ，但io仍隨輸入信號(hào)而改變，在R上仍有反饋電壓uf產(chǎn)生，故可判定不是電壓反饋，而是。ii加在集成運(yùn)算放大器的反相輸入端和地之間，而if也加在集成運(yùn)算放大器的反相輸入端和地之間，在同一點(diǎn)，故為。5.1.3 1 1、穩(wěn)定放大倍數(shù)、穩(wěn)定放大倍數(shù)AFAAf1AdAAFAdAff11AAAFAFAFAFAFdAdAff11)1 (1)1 (122引入負(fù)反饋

9、后，閉環(huán)放大倍數(shù)的相對(duì)變化率為開環(huán)放大倍數(shù)相對(duì)變化率的1+AF分之一，因1+AF1，所以即閉環(huán)放大倍數(shù)的穩(wěn)定性優(yōu)于開環(huán)放大倍數(shù)。負(fù)反饋越深，放大倍數(shù)越穩(wěn)定。在深度負(fù)反饋條件下，即1+AF1時(shí)，有：FAFAAf11表明深度負(fù)反饋時(shí)的閉環(huán)放大倍數(shù)僅取決于反饋系數(shù)F，而與開環(huán)放大倍數(shù)A無關(guān)。通常反饋網(wǎng)絡(luò)僅由電阻構(gòu)成，反饋系數(shù)F十分穩(wěn)定。所以，閉環(huán)放大倍數(shù)必然是相當(dāng)穩(wěn)定的，諸如溫度變化、參數(shù)改變、電源電壓波動(dòng)等明顯影響開環(huán)放大倍數(shù)的因素，都不會(huì)對(duì)閉環(huán)放大倍數(shù)產(chǎn)生多大影響。2 2、減小非線性失真、減小非線性失真AxixoAFxixoxdxf+無負(fù)反饋時(shí)產(chǎn)生正半周大負(fù)半周小的失真。引入負(fù)反饋后，失真了的信

10、號(hào)經(jīng)反饋網(wǎng)絡(luò)又送回到輸入端，與輸入信號(hào)反相疊加，得到的凈輸入信號(hào)為正半周小而負(fù)半周大。這樣正好彌補(bǔ)了放大器的缺陷，使輸出信號(hào)比較接近于正弦波。3 3、展寬通頻帶、展寬通頻帶AA0.707AfHfLfAf0.707AffLffHf因?yàn)榉糯箅娐吩谥蓄l段的開環(huán)放大倍數(shù)A較高，反饋信號(hào)也較大，因而凈輸入信號(hào)降低得較多，閉環(huán)放大倍數(shù)Af也隨之降低較多；而在低頻段和高頻段，A較低，反饋信號(hào)較小，因而凈輸入信號(hào)降低得較小，閉環(huán)放大倍數(shù)Af也降低較小。這樣使放大倍數(shù)在比較寬的頻段上趨于穩(wěn)定，即展寬了通頻帶。4 4、改變輸入電阻、改變輸入電阻對(duì)于，由于反饋網(wǎng)絡(luò)和輸入回路串聯(lián)，總輸入電阻為基本放大電路本身的輸入電

11、阻與反饋網(wǎng)絡(luò)的等效電阻兩部分串聯(lián)相加，故可使放大電路的。對(duì)于，由于反饋網(wǎng)絡(luò)和輸入回路并聯(lián)，總輸入電阻為基本放大電路本身的輸入電阻與反饋網(wǎng)絡(luò)的等效電阻兩部分并聯(lián)，故可使放大電路的。5 5、改變輸出電阻、改變輸出電阻對(duì)于，由于反饋信號(hào)正比于輸出電壓，反饋的作用是使輸出電壓趨于穩(wěn)定，使其受負(fù)載變動(dòng)的影響減小，即使放大電路的輸出特性接近理想電壓源特性，故而使。對(duì)于，由于反饋信號(hào)正比于輸出電流，反饋的作用是使輸出電流趨于穩(wěn)定，使其受負(fù)載變動(dòng)的影響減小，即使放大電路的輸出特性接近理想電流源特性，故而使。5.2 5.2 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器 5.2.1集成電路運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)和傳輸特性集成電

12、路運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)和傳輸特性 1集成電路運(yùn)算放大器的組成集成電路運(yùn)算放大器的組成 集成電路運(yùn)算放大器是一種高電壓增益、高輸入電阻和低輸出電阻的多級(jí)直接耦合放大電路，它的類型很多，電路也不一樣，但結(jié)構(gòu)具有共同之處，一般由四部分組成。（1）輸入級(jí)一般是由BJT、JFET或MOSFET組成的差分式放大電路，利用它的對(duì)稱特性可以提高整個(gè)電路的共模抑制比和其他方面的性能，它的兩個(gè)輸入端構(gòu)成整個(gè)電路的反相輸入端和同相輸入端。（2）.電壓放大級(jí)的主要作用是提高電壓增益，它可由一級(jí)或多級(jí)放大電路組成（3）.輸出級(jí)一般由電壓跟隨器或互補(bǔ)電壓跟隨器所組成，以降低輸出電阻，提高帶負(fù)載能力。（4）偏置電路是為各級(jí)提供

13、合適的工作電流。此外還有一些輔助環(huán)節(jié)，如電平移動(dòng)電路、過載保護(hù)電路以及高頻補(bǔ)償環(huán)節(jié)等 2簡(jiǎn)單的運(yùn)算放大器簡(jiǎn)單的運(yùn)算放大器 簡(jiǎn)單運(yùn)算放大器的原理電路如圖所示。 （1）T1,T2對(duì)管組成差分式放大電路，信號(hào)雙端輸入、單端輸出。（2）復(fù)合管T3,T4組成共射極電路，形成電壓放大級(jí)，以提高整個(gè)電路的電壓增益。（3）T5,T6組成兩級(jí)電壓跟隨器，構(gòu)成電路的輸出級(jí)，它不僅可以提高帶負(fù)載的能力，而且可進(jìn)一步使直流電位下降，以達(dá)到輸入信號(hào)電壓vid=vi1-vi2為零時(shí)，輸出電壓vO=0的目的。（4）R7和D組成低電壓穩(wěn)壓電路以供給的基準(zhǔn)電壓，它與T9一起構(gòu)成電流源電路以提高T5的電壓跟隨能力。工作原理如下圖

14、所示：5.2.2集成電路運(yùn)算放大器的主要參數(shù)集成電路運(yùn)算放大器的主要參數(shù) 1輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓VIO 輸入電壓為零時(shí)，為了使集成運(yùn)放的輸出電壓為零，在輸入端加的補(bǔ)償電壓叫做失調(diào)電壓VIO。實(shí)際上指輸入電壓VI=0時(shí)，輸出電壓VO折合到輸入端的電壓的負(fù)值。 2 2輸入偏置電流輸入偏置電流I IIBIB BJT的集成運(yùn)放的兩個(gè)輸入端是差分對(duì)管的基極，因此兩個(gè)輸入端總需要一定的輸入電流IBN和IBP。輸入偏置電流是指集成運(yùn)放輸出電壓為零時(shí)，兩個(gè)輸入端靜態(tài)電流的平均值。 3 3輸入失調(diào)電流輸入失調(diào)電流I IIOIO 在BJT集成電路運(yùn)放中，輸入失調(diào)電流IIO是指當(dāng)輸出電壓為零時(shí)流入放大器兩輸入端

15、的靜態(tài)基極電流之差。 4.4.最大差模輸入電壓最大差模輸入電壓V Vidmaxidmax所指的是集成運(yùn)放的反相和同相輸入端所能承受的最大電壓值。超過這個(gè)電壓值，運(yùn)放輸入級(jí)某一側(cè)的BJT將出現(xiàn)發(fā)射結(jié)的反向擊穿，而使運(yùn)放的性能顯著惡化，甚至可能造成永久性損壞。5 5最大共模輸入電壓最大共模輸入電壓V Vicmaxicmax這是指運(yùn)放所能承受的最大共模輸入電壓。超過Vicmax值，它的共模抑制比將顯著下降。6.6.開環(huán)差模電壓增益開環(huán)差模電壓增益A AV VO O 是指集成運(yùn)放工作在線性區(qū)，接入規(guī)定的負(fù)載，無負(fù)反饋情況下的直流差模電壓增益。 7.共模抑制比共模抑制比 8.差模輸入電阻和輸出電阻差模輸

16、入電阻和輸出電阻5.2.3 理想運(yùn)算放大器理想器件的主要特征： （1）開環(huán)電壓增益 Au = （2）輸入電阻Ri= ，輸出電阻Ro=0， （3）開環(huán)帶寬 BW= （4）同相輸入端端壓與反相輸入端端壓v P = v N 時(shí)，輸出電壓v o =0，無溫漂 對(duì)于工作在線性區(qū)的理想運(yùn)放應(yīng)滿足： “虛短”：即v - = v + ； “虛斷”：即i- =i+= 05.3.1 1 1、反相輸入比例運(yùn)算電路反相輸入比例運(yùn)算電路Rp +uouiRFR1i1if根據(jù)運(yùn)放工作在線性區(qū)的兩條分析依據(jù)可知：f1ii ，0uu而FoFof111RuRuuiRuRuuiii由此可得：iuRRu1Fo式中的負(fù)號(hào)表示輸出電壓與

17、輸入電壓的相位相反。Rp +uouiRFR1i1if閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為：1FoRRuuAiuf當(dāng)1FRR時(shí)，iuuo，即1ufA，該電路就成了反相器。圖中電阻 Rp稱為平衡電阻，通常取F1p/ RRR ，以保證其輸入端的電阻平衡，從而提高差動(dòng)電路的對(duì)稱性。R2 +R1uoRf1Rf2Rf3uii1if1if2if3f3f2f1f21f1o1RRRRRRuuAiuf圖示電路既能提高輸入電阻，也能滿足一定放大倍數(shù)的要求。根據(jù)運(yùn)放工作在線性區(qū)的虛短和虛斷兩條分析依據(jù)，可以推出圖4-2所示電路的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為：例例 在圖4-2所示電路中，已知R1=100k，Rf1=200k，Rf2=200k， R

18、f3=1k，求：（1）閉環(huán)電壓放大倍數(shù)Auf、輸入電阻ri及平衡電阻R2；（2）如果改用圖4-1的電路，要想保持閉環(huán)電壓放大倍數(shù)和輸入電阻不變，反饋電阻Rf應(yīng)該多大？R2 +R1uoRf1Rf2Rf3uii1if1if2if3解解（1）閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為：5 .1021502005020010011f3f2f1f2f11RRRRRRAuf輸入電阻為：k 10011111RiiRiurii平衡電阻為：k 8 .661/50200/100/f3f2f112RRRRR（2）如果 改用圖 4-1 的 電路，由5 .102ufA，k 1001irR及閉環(huán)電壓放大倍數(shù)的公式1fRRAuf，可求得反饋電阻

19、Rf為：M 10k 102501005 .1021RARuff此值過大，不切實(shí)際。Rpui +uoRFR1i1if2 2、同、同相輸入比例運(yùn)算電路相輸入比例運(yùn)算電路根據(jù)運(yùn)放工作在線性區(qū)的兩條分析依據(jù)可知：f1ii ， iuuu而FoFof1110RuuRuuiRuRuiii由此可得：iuRRu1Fo1輸出電壓與輸入電壓的相位相同。同反相輸入比例運(yùn)算電路一樣，為了提高差動(dòng)電路的對(duì)稱性，平衡電阻F1p/ RRR 。閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為：1Fo1RRuuAiuf可見同相比例運(yùn)算電路的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)必定大于或等于 1。當(dāng)0fR或1R時(shí) ，iuuo， 即1ufA，這時(shí)輸出電壓跟隨輸入電壓作相同的變化，稱

20、為電壓跟隨器。ui +uo例例 在圖示電路中，已知R1=100k， Rf=200k ，ui=1V，求輸出電壓uo，并說明輸入級(jí)的作用。ui +R2 +uoRfR1uo1解解 輸入 級(jí)為電 壓跟隨 器， 由于是 電壓串 聯(lián)負(fù)反 饋， 因而具 有 極 高 的 輸 入 電 阻 ， 起 到 減 輕 信 號(hào) 源 負(fù) 擔(dān) 的 作 用 。 且V 1o1iuu，作為第二級(jí)的輸入。第二級(jí)為反相輸入比例運(yùn)算電路，因而其輸出電壓為：(V) 21100200o11ouRRuf例例 在圖示電路中，已知R1=100k， Rf=200k ， R2=100k， R3=200k ， ui=1V，求輸出電壓uo。R2 +uoRf

21、R1uiR3解解 根據(jù)虛斷，由圖可得：ifuRRRuuRRRu323o11R2 +uoRfR1uiR3又根據(jù)虛短，有： uu所以：ifuRRRuRRR323o11ifuRRRRRu3231o1可見圖 4-6 所示電路也是一種同相輸入比例運(yùn)算電路。代入數(shù)據(jù)得：(V) 212001002001002001ou5.3.2 1 1、加法運(yùn)算電路加法運(yùn)算電路i2ui2Rp +uoui1RFifR1i1R2根據(jù)運(yùn)放工作在線性區(qū)的兩條分析依據(jù)可知：21fiii111Ruii，222Ruii，F(xiàn)ofRui由此可得：)(22F11FoiiuRRuRRu若F21RRR，則：)(21oiiuuu可見輸出電壓與兩個(gè)輸

22、入電壓之間是一種反相輸入加法運(yùn)算關(guān)系。這一運(yùn)算關(guān)系可推廣到有更多個(gè)信號(hào)輸入的情況。平衡電阻F21p/RRRR 。R2 +uoRFR1ui1ui2R32 2、減法、減法運(yùn)算電路運(yùn)算電路由疊加定理：ui1單獨(dú)作用時(shí)為反相輸入比例運(yùn)算電路，其輸出電壓為：11FoiuRRuui2單獨(dú)作用時(shí)為同相輸入比例運(yùn)算，其輸出電壓為：23231Fo1iuRRRRRu ui1和 ui2共同作用時(shí)，輸出電壓為：23231F11Fooo1iiuRRRRRuRRuuu R2 +uoRFR1ui1ui2R3若3R（斷開），則：21F11Fo1iiuRRuRRu若21RR ，且F3RR ，則：)(121FoiiuuRRu若F

23、321RRRR，則：12oiiuuu由此可見，輸出電壓與兩個(gè)輸入電壓之差成正比，實(shí)現(xiàn)了減法運(yùn)算。該電路又稱為差動(dòng)輸入運(yùn)算電路或差動(dòng)放大電路。Rp2RP1 +uoui1RF +uo1RRR1R2ui2：電路由第一級(jí)的反相器和第二級(jí)的加法運(yùn)算電路級(jí)聯(lián)而成。11F22Fo12F11Fo2o1)(iiiiuRRuRRuRRuRRuuuR4R3 +uoui1R1 +uo1R2R1R2ui1A1A2：電路由第一級(jí)的同相比例運(yùn)算電路和第二級(jí)的減法運(yùn)算電路級(jí)聯(lián)而成。112o11iuRRu1221221112212211o21o1111iiiiiuuRRuRRuRRRRuRRuRRu321o82010iiiuu

24、uu解解 由題中給出的運(yùn)算關(guān)系可知ui3與uo反相，而ui1和ui2與uo同相，故可用反相加法運(yùn)算電路將ui1和ui2相加后，其和再與ui3反相相加，從而可使ui3反相一次，而ui1和ui2反相兩次。根據(jù)以上分析，可畫出實(shí)現(xiàn)加減運(yùn)算的電路圖，如圖所示。ui2R3 +uo1ui1Rf1R1R2R6 +uoui3Rf2R4R5A1A222f111f1o1iiuRRuRRu34f222f111f15f2o15f234f2oiiiiuRRuRRuRRRRuRRuRRu根據(jù)題中的運(yùn)算要求設(shè)置各電阻阻值間的比例關(guān)系：15f2RR，101f1RR，202f1RR，84f2RR若選取k 100f2f1RR，則

25、可求得其余各電阻的阻值分別為：k 101R，k 52R，k 5 .124R，k 1005R平衡電阻 R3、R6的值分別為：k 5 . 2100/5/10/f1213RRRRk 10100/100/5 .12/f2546RRRRR3 +uoui1R4 + +uo1R3ui2 +R1R2R2R4uo2A1A2A3解：解：電路由兩級(jí)放大電路組成。第一級(jí)由運(yùn)放 A1、A2組成，它們都是同相輸入，輸入電阻很高，并且由于電路結(jié)構(gòu)對(duì)稱，可抑制零點(diǎn)漂移。根據(jù)運(yùn)放工作在線性區(qū)的兩條分析依據(jù)可知：)(2o2o12112121222111uuRRRuuuuuuuuuuiiii故： )(212112o2o1iiuuR

26、Ruu第二級(jí)是由運(yùn)放 A3構(gòu)成的差動(dòng)放大電路，其輸出電壓為：)(21)(2112341o2o34oiiuuRRRRuuRRu電壓放大倍數(shù)為：123421o21RRRRuuuAiiuf5.3.3 1 1、積分運(yùn)算電路積分運(yùn)算電路uiRP +CRiCiRuo由于反相輸入端虛地，且 ii，由圖可得：CRiiRuiiR，dtduCdtduCiCoC由此可得：dtuRCui1o輸出電壓與輸入電壓對(duì)時(shí)間的積分成正比。若 ui為恒定電壓 U，則輸出電壓 uo為：tRCUuououiUUOMtt00積分電路用于方波三角波轉(zhuǎn)換0uit0uot例例 在圖示的電路中。（1）寫出輸出電壓uo與輸入電壓ui的運(yùn)算關(guān)系。

27、（2）若輸入電壓ui=1V，電容器兩端的初始電壓uC=0V，求輸出電壓uo變?yōu)?V所需要的時(shí)間。10kuiR1 +CRR4 +uoRfR2R3A1uo11M10F10k10kiCuiRP +CRiRuououiUtt00由于反相輸入端虛地，且 ii，由圖可得：CRiiRuiRo，dtduCdtduCiiCC由此可得：dtduRCuio輸出電壓與輸入電壓對(duì)時(shí)間的微分成正比。若 ui為恒定電壓 U，則在 ui作用于電路的瞬間，微分電路輸出一個(gè)尖脈沖電壓，波形如圖所示。2 2、微、微分運(yùn)算電路分運(yùn)算電路5.4.1 1、具有不同比例系數(shù)的比例運(yùn)算電路5.4.2 運(yùn)算放大器處在開環(huán)狀態(tài)，由于電壓放大倍數(shù)

28、極高，因而輸入端之間只要有微小電壓，運(yùn)算放大器便進(jìn)入非線性工作區(qū)域，輸出電壓uo達(dá)到最大值UOM。RUui時(shí)，OMoUu；RUui時(shí)，OMoUu。1.單限比較器基準(zhǔn)電壓UR=0時(shí)，輸入電壓ui與零電位比較，稱為過零比較器。輸出端接穩(wěn)壓管限幅。設(shè)穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓為UZ，忽略正向?qū)妷?，則uiUR時(shí)，穩(wěn)壓管正向?qū)ǎ?uo=0；uiUR時(shí)，穩(wěn)壓管正向?qū)ǎ?uo=UZ；uiUR時(shí)，穩(wěn)壓管反向擊穿， uo=UZ時(shí)。電壓比較器廣泛應(yīng)用在模-數(shù)接口、電平檢測(cè)及波形變換等領(lǐng)域。如圖所示為用過零比較器把正弦波變換為矩形波的例子。3.雙向限幅比較器：在無輸入信號(hào)（xi=0）時(shí)，電路中的噪擾電壓（如元件的熱噪

29、聲、電路參數(shù)波動(dòng)引起的電壓、電流的變化、電源接通時(shí)引起的瞬變過程等）使放大器產(chǎn)生瞬間輸出xo，經(jīng)反饋網(wǎng)絡(luò)反饋到輸入端，得到瞬間輸入xd，再經(jīng)基本放大器放大，又在輸出端產(chǎn)生新的輸出信號(hào)xo，如此反復(fù)。在無反饋或負(fù)反饋情況下，輸出xo會(huì)逐漸減小，直到消失。但在正反饋情況下，xo會(huì)很快增大，最后由于飽和等原因輸出穩(wěn)定在xo，并靠反饋永久保持下去。 uC ，當(dāng)，當(dāng) uC = -UT 時(shí)，時(shí)， uO = +UZ ，則，則u+ = +UT ，uO 通過通過R3向向C充電充電 。 uC ，當(dāng)，當(dāng) uC = +UT 時(shí)，時(shí)， uO = - UZ ，則，則u+ = -UT ，uO 通過通過R3向向C反向充電反向

30、充電（放電）（放電） 。HomeNext1 C R3 uC R4 Uz A - - + uo R2 R1 工作原理：工作原理： 設(shè)初態(tài)設(shè)初態(tài) uC = u- = 0，uO = +UZ ，則，則u+ = +UT ，uO 通過通過R3向向C充電充電 。由帶正反饋的運(yùn)放和由帶正反饋的運(yùn)放和RC充放充放電路構(gòu)成電路構(gòu)成仿真仿真1. 方波發(fā)生器方波發(fā)生器 因?yàn)殡娙菀驗(yàn)殡娙軨 的正、反的正、反反向充電時(shí)間相等，所反向充電時(shí)間相等，所以其占空比為以其占空比為50%，即，即輸出方波信號(hào)輸出方波信號(hào)。2波形分析及主要參數(shù)：波形分析及主要參數(shù)： uC(0) = -UT ， uC( ) = +UZ ， =R3C ，

31、則：，則： t O +UT -UT uC t O +UZ -UZ uO Tw T TCRtTZCtCCCUeUUueuutu31) 0 (1) 0 ()()(ZTURRRU211TCUTu) 2/(TfRRCRT121ln2213BackNextHome3 Rw1 Rw2 D1 D2 Rw C R3 uC R4 Uz A - - + uo R2 R1 改變電路中改變電路中C 的正反向充的正反向充電時(shí)間常數(shù)，從而改變占空比。電時(shí)間常數(shù)，從而改變占空比。仿真仿真BackNext占空比可調(diào)電路：占空比可調(diào)電路：CRRw311CRRw322211121lnRRT212221lnRRT2132121ln

32、)2(RRCRRTTTwHome2 R +RFR1CuoRC放大器 反饋網(wǎng)絡(luò)Z1Z2正弦波振蕩器的基本組成部分：基本放大電路正反饋網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)正弦波振蕩器的分類：RC正弦波振蕩器LC正弦波振蕩器R +RFR1CuoRC放大器 反饋網(wǎng)絡(luò)Z1Z21F1RRARCRCjZZZF131212放大器的電壓放大倍數(shù)為：反饋網(wǎng)絡(luò)具有選頻作用。RC反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù)為：1 通常是根據(jù)實(shí)際要求來選用運(yùn)算放大器。如測(cè)量放大器的輸人信號(hào)微弱它的第一級(jí)應(yīng)選用高輸入電阻、高共模抑制比、高開環(huán)電壓放，大倍數(shù)、低失調(diào)電壓及低溫度漂移的運(yùn)算放大器。選好后，根據(jù)管腳圖和符號(hào)圖聯(lián)接外部電路，包括電源、外接偏置電阻、消振電路及調(diào)零

33、電路等。2 通常是外接RC消振電路或消振電容，用它來破壞產(chǎn)生自激振蕩的條件。是否已消振，可將輸入端接地，用示波器觀察輸出端有無自激振蕩。目前由于集成工藝水平的提高，運(yùn)算放大器內(nèi)部已有消振元件，毋須外部消振。3 4 調(diào)零時(shí)應(yīng)將電路接成閉環(huán)。調(diào)零分兩種，一種是在無輸入時(shí)調(diào)零，即將兩個(gè)輸入端接地，調(diào)節(jié)調(diào)零電位器，使輸出電壓為零。另一種是在有輸入時(shí)調(diào)零，即按已知輸入信號(hào)電壓計(jì)算輸出電壓，而后將實(shí)際值調(diào)整到計(jì)算值。R2 +uouiRfR1 +uiR2 +R1uoRRf5 +uiRLV1V2+UCCUCC+uoR2R3D1D2RFR15.5 負(fù)反饋在直流穩(wěn)壓電源中的應(yīng)用u1 u2 u3 u4 u5t t

34、t t t 變壓 整流 濾波 穩(wěn)壓u1 u2 u3 u4 u50 0 0 0 05.5 負(fù)反饋在直流穩(wěn)壓電源中的應(yīng)用5.5.1 整流電路當(dāng)u2為正半周時(shí)，二極管D承受正向電壓而導(dǎo)通，此時(shí)有電流流過負(fù)載，并且和二極管上的電流相等，即io= id。忽略二極管的電壓降，則負(fù)載兩端的輸出電壓等于變壓器副邊電壓，即uo=u2 ，輸出電壓uo的波形與u2相同。當(dāng)u2為負(fù)半周時(shí)，二極管D承受反向電壓而截止。此時(shí)負(fù)載上無電流流過，輸出電壓uo=0，變壓器副邊電壓u2全部加在二極管D上。例例 有一單相半波整流電路，如圖 5-2（a）所示。已知負(fù)載電阻 750LR，變壓器副邊電壓V 202U，試求 Uo、Io，并

35、選用二極管。解解V)( 92045.045.02oUU(mA) 12(A) 012. 07509LooRUI(mA) 12oD II(V) 2 .2820222DRMUU查半導(dǎo)體手冊(cè)，二極管可選用 2AP4，其最大整流電流為16mA，最高反向工作電壓為 50V。為了使用安全，二極管的反向工作峰值電壓要選得比 UDRM大一倍左右。u2為正半周時(shí)，a點(diǎn)電位高于b點(diǎn)電位，二極管D1、D3承受正向電壓而導(dǎo)通，D2、D4承受反向電壓而截止。此時(shí)電流的路徑為：aD1RLD3b。abVD3+u1+u2VD1RL+uoab+u1+u2VD4VD2RL+uou2為負(fù)半周時(shí)，b點(diǎn)電位高于a點(diǎn)電位，二極管D2、D4

36、承受正向電壓而導(dǎo)通，D1、D3承受反向電壓而截止。此時(shí)電流的路徑為：bD2RLD4a。整流變壓器副邊電壓有效值為：oo211. 10.9UUU整流變壓器副邊電流有效值為：o22211. 111. 1IRURUILL由以上計(jì)算，可以選擇整流二極管和整流變壓器。5.5.2 濾波電路Uo1.4Uo0.9Uo0Io單相橋式整流、電容濾波電路的輸出特性曲線如圖所示。從圖中可見，電容濾波電路的輸出電壓在負(fù)載變化時(shí)波動(dòng)較大，說明它的帶負(fù)載能力較差，只適用于負(fù)載較輕且變化不大的場(chǎng)合。+u1+u2RL+uoL電感濾波適用于負(fù)載電流較大的場(chǎng)合。它的缺點(diǎn)是制做復(fù)雜、體積大、笨重且存在電磁干擾。LCCCLCCR(a)

37、 LC 濾波電路 (b) CLC 濾波電路 (c) CRC 濾波電路LC、CLC型濾波電路適用于負(fù)載電流較大，要求輸出電壓脈動(dòng)較小的場(chǎng)合。在負(fù)載較輕時(shí)，經(jīng)常采用電阻替代笨重的電感，構(gòu)成CRC型濾波電路，同樣可以獲得脈動(dòng)很小的輸出電壓。但電阻對(duì)交、直流均有壓降和功率損耗，故只適用于負(fù)載電流較小的場(chǎng)合。5.5.3 直流穩(wěn)壓電路+Ui+UoRLDZ+UZR+ UR IoIZI工作原理：輸入電壓Ui波動(dòng)時(shí)會(huì)引起輸出電壓Uo波動(dòng)。如Ui升高將引起隨之升高，導(dǎo)致穩(wěn)壓管的電流IZ急劇增加，使得電阻R上的電流I和電壓UR迅速增大，從而使Uo基本上保持不變。反之，當(dāng)Ui減小時(shí)，UR相應(yīng)減小，仍可保持Uo基本不變。當(dāng)負(fù)載電流Io發(fā)生變化引起輸出電壓Uo發(fā)生變化時(shí)，同樣會(huì)引起IZ的相應(yīng)變化，使得Uo保持基本穩(wěn)定。如當(dāng)Io增大時(shí)，I和UR均會(huì)隨之增大使得Uo下降