南京工業(yè)大學 電工電子學 ch5 集成運算放大器

1、集成運算放大器第五章： 反饋的極性和類型判斷，理想運放虛短、虛反饋的極性和類型判斷，理想運放虛短、虛斷的概念。斷的概念。二、集成運放的輸入級二、集成運放的輸入級差動放大電路差動放大電路 集成運放電路主要采用直接耦合方式，因此需要解決零點漂移的問題。 差動放大電路作為多級放大電路的輸入級，能夠抑制零點漂移。雙端輸入: ui = ui1 - ui2 單端輸入: ui = ui1 ， ui2 =0雙端輸出: uo = uo1 - uo2 單端輸出:uo = uo1 ， uo2 =01、輸入和輸出方式、輸入和輸出方式2、輸入信號、輸入信號差模信號： ui1 =- ui2 uid = ui1 - ui2

2、 ui1 = 1/2uid ui2 = -1/2uid共模信號：ui1 = ui2 =uic uic = 1/2( ui1 + ui2 )比較輸入：ui1 = 1/2uid+uic ui2 = -1/2uid+uic、抑制零點漂移的原理抑制零點漂移的原理uo= (u uC1 u uC1 ) (u uC2 u uC2 ) = 0靜態(tài)時，靜態(tài)時，ui1 = ui2 = 0當溫度升高時當溫度升高時IC u uc c （兩管變化量相等）（兩管變化量相等）u uo o = u = uo o1 1 - - u uo o2 2差模信號：差模信號： ui1 =ui2+4、共模抑制比、共模抑制比A Ad d=

3、=u uo o/ /u uidid=2=2u uo1o1/2/2u ui1i1=A1=A1共模信號：共模信號： ui1 = ui2+ u uo o = u = uo o1 1- -u uo o2 2=0=0u uo o1 1 = = u uo o2 2A Ac c= =u uo o/ /u uicic=0=0（Common - Mode Rejection Ratio)CdCMRRAAK ) (20)(分貝CdCMRRAAlgdBK 衡量差動放大電路放大差模信號和抑制衡量差動放大電路放大差模信號和抑制共模信號的能力。共模信號的能力。差模放大倍數(shù)差模放大倍數(shù)共模放大倍數(shù)共模放大倍數(shù) KCMRR越

4、大，說明差越大，說明差模放大倍數(shù)越大，抑制模放大倍數(shù)越大，抑制共模信號的能力越強。共模信號的能力越強。前一頁前一頁 后一頁后一頁返回返回共模抑制比共模抑制比U+UCC u+uo u反相反相輸入端輸入端同相同相輸入端輸入端T3T4T5T1T2IS輸輸入入級級中中間間級級輸輸出出級級與與uo反相反相與與uo同相同相三、集成運放的工作原理+Uo-Uoui = u+u- uo線性區(qū)線性區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)線性區(qū)線性區(qū) 輸入電流約等于輸入電流約等于 0 即即 i+= i 0 稱稱“虛斷虛斷” 差模輸入電壓約等于差模輸入電壓約等于 0 即即 u+= u 稱稱“虛短虛短”第二節(jié)放大電路中的負反饋第二節(jié)放大電路中的

5、負反饋一、反饋的基本概念一、反饋的基本概念二、放大電路中負反饋的類型二、放大電路中負反饋的類型三、負反饋對放大電路性能的改善三、負反饋對放大電路性能的改善反饋：反饋：將放大電路輸出端的信號將放大電路輸出端的信號( (電壓或電流電壓或電流) ) 的一部分或全部引回到輸入端。的一部分或全部引回到輸入端。+UCCREiUoU+UCCREiUoU+將輸出電流將輸出電流反饋到輸入反饋到輸入將輸出電壓將輸出電壓反饋到輸入反饋到輸入反饋放大電路的三個環(huán)節(jié)：反饋放大電路的三個環(huán)節(jié)：基本放大電路基本放大電路doXXAoofXXF 比較環(huán)節(jié)比較環(huán)節(jié)fidXXX 反饋反饋電路電路F FfXiX反饋電路反饋電路+輸出

6、信號輸出信號輸入信號輸入信號反饋信號反饋信號反饋系數(shù)反饋系數(shù)凈輸入信號凈輸入信號dXoX基本放大基本放大電路電路Ao放大倍數(shù)放大倍數(shù)直流反饋：直流反饋：反饋只對直流分量起作用，反饋反饋只對直流分量起作用，反饋 元件只能傳遞直流信號。元件只能傳遞直流信號。負反饋：負反饋：反饋信號削弱凈輸入信號，反饋信號削弱凈輸入信號， 使放大倍數(shù)降低。使放大倍數(shù)降低。交流反饋：交流反饋：反饋只對交流分量起作用，反饋反饋只對交流分量起作用，反饋 元件只能傳遞交流信號。元件只能傳遞交流信號。 正反饋：正反饋：反饋信號增強凈輸入信號，反饋信號增強凈輸入信號， 使放大倍數(shù)提高。使放大倍數(shù)提高。1) 根據(jù)反饋所采樣的信號

7、不同，可以分為根據(jù)反饋所采樣的信號不同，可以分為電壓反饋和電流反饋。電壓反饋和電流反饋。 電流負反饋電流負反饋具有具有穩(wěn)定輸出電流穩(wěn)定輸出電流、增大輸、增大輸出電阻的作用。出電阻的作用。 電壓負反饋電壓負反饋具有具有穩(wěn)定輸出電壓穩(wěn)定輸出電壓、減小輸、減小輸出電阻的作用。出電阻的作用。如果反饋信號取自輸出電壓，叫如果反饋信號取自輸出電壓，叫電壓反饋電壓反饋。如果反饋信號取自輸出電流，叫如果反饋信號取自輸出電流，叫電流反饋電流反饋。2)2)根據(jù)反饋信號在輸入端與輸入信號比較形式的根據(jù)反饋信號在輸入端與輸入信號比較形式的不同，可以分為串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋。不同，可以分為串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋。反饋信號與輸

8、入信號串聯(lián)，稱為反饋信號與輸入信號串聯(lián)，稱為串聯(lián)反饋串聯(lián)反饋。反饋信號與輸入信號并聯(lián)，稱為反饋信號與輸入信號并聯(lián)，稱為并聯(lián)反饋并聯(lián)反饋。串聯(lián)反饋使電路的輸入電阻增大，串聯(lián)反饋使電路的輸入電阻增大，并聯(lián)反饋使電路的輸入電阻減小。并聯(lián)反饋使電路的輸入電阻減小。iiifibib= ii - if輸入信號輸入信號反饋信號反饋信號凈輸入信號凈輸入信號并聯(lián)反饋并聯(lián)反饋ube= ui - uf輸入信號輸入信號凈輸入信號凈輸入信號串聯(lián)反饋串聯(lián)反饋ufuiube+ + + +反饋信號反饋信號反饋信號與輸入反饋信號與輸入信號并聯(lián)，即反饋信號并聯(lián)，即反饋電流信號與輸入信電流信號與輸入信號電流比較號電流比較, ,稱為

9、稱為并聯(lián)反饋。并聯(lián)反饋。反饋信號與輸入反饋信號與輸入信號串聯(lián)，即反饋信號串聯(lián)，即反饋電壓信號與輸入信電壓信號與輸入信號電壓比較的，稱號電壓比較的，稱為串聯(lián)反饋。為串聯(lián)反饋。3)3)交流反饋與直流反饋交流反饋與直流反饋 在反饋網(wǎng)絡中串接隔直電容，可以隔斷在反饋網(wǎng)絡中串接隔直電容，可以隔斷直流，此時反饋只對交流起作用。直流，此時反饋只對交流起作用。 在起反饋作用的電阻兩端并聯(lián)旁路電容，在起反饋作用的電阻兩端并聯(lián)旁路電容，可以使其只對直流起作用?？梢允蛊渲粚χ绷髌鹱饔?。 反饋只對交流信號起作用，稱為交流反反饋只對交流信號起作用，稱為交流反饋。反饋只對直流起作用，稱為直流反饋。饋。反饋只對直流起作用，

10、稱為直流反饋。有的反饋對交直流均起作用。有的反饋對交直流均起作用。RE直流反饋直流反饋RE交直流反饋交直流反饋+UCCREiUoU+UCCREiUoU+負負反反饋饋電壓串聯(lián)負反饋電壓串聯(lián)負反饋電壓并聯(lián)負反饋電壓并聯(lián)負反饋電流串聯(lián)負反饋電流串聯(lián)負反饋電流并聯(lián)負反饋電流并聯(lián)負反饋、負反饋放大電路的分析、負反饋放大電路的分析分析步驟：分析步驟：3) 3) 判別是否負反饋？判別是否負反饋？1) 1) 找出反饋網(wǎng)絡（一般是電阻、電容）。找出反饋網(wǎng)絡（一般是電阻、電容）。2) 2) 判別是交流反饋還是直流反饋？判別是交流反饋還是直流反饋？4) 4) 是負反饋！判斷是何種類型的負反饋？是負反饋！判斷是何種類

11、型的負反饋？例例1 1： 1) 1) 判反饋元件判反饋元件（電阻和電容）（電阻和電容） (1(1）連接在輸入與輸出之間的元件。）連接在輸入與輸出之間的元件。 (2(2）為輸入回路與輸出回路所共有的元件。）為輸入回路與輸出回路所共有的元件。發(fā)射極電阻發(fā)射極電阻 RE為輸為輸入回路與輸出回路所入回路與輸出回路所共有，所以共有，所以RE是反饋是反饋元件。元件。+UCCREiUoU+例例1 1：2 2）判斷是交流反饋還是直流反饋）判斷是交流反饋還是直流反饋交、直流分量的信號交、直流分量的信號均可通過均可通過 RE，所以，所以RE引入的是交、直引入的是交、直流反饋。流反饋。 如果有發(fā)射極旁路電容，如果有

12、發(fā)射極旁路電容， RE中僅有直流分量中僅有直流分量的信號通過的信號通過 ，這時，這時RE引入的則是直流反饋。引入的則是直流反饋。E+UCCREiUoU+后一頁后一頁例例1 1： 3)3)判斷反饋類型判斷反饋類型 重點討論交流反饋重點討論交流反饋eIfUbeUfibeUUU 凈輸入信號：凈輸入信號： ui與與uf 串聯(lián)，以電壓形串聯(lián)，以電壓形 式比較式比較串聯(lián)反饋串聯(lián)反饋 ui正半周時，正半周時，uf也是正也是正半周，即兩者同相半周，即兩者同相fibeUUU 減小減小-負反饋負反饋EcEefRIRIU uf 正比于輸出電流正比于輸出電流電流反饋電流反饋 電流串聯(lián)負反饋電流串聯(lián)負反饋 +UCCRE

13、iUoU+ + 1 1）假設輸入級基極瞬時極性為正，根據(jù)）假設輸入級基極瞬時極性為正，根據(jù)集集電極電極瞬時極性瞬時極性與基極相反與基極相反、發(fā)射極發(fā)射極瞬時極性瞬時極性與與基極相同基極相同的原則，標出相關各點的瞬時極性。的原則，標出相關各點的瞬時極性。+ + 輸入與反饋極輸入與反饋極性相同為負反饋性相同為負反饋 輸入與反饋極輸入與反饋極性相反為正反饋性相反為正反饋 輸入與反饋極輸入與反饋極性相反為負反饋性相反為負反饋 輸入與反饋極輸入與反饋極性相同為正反饋性相同為正反饋反反饋饋到到基基極極為為并并聯(lián)聯(lián)反反饋饋反反饋饋到到發(fā)發(fā)射射極極為為串串聯(lián)聯(lián)反反饋饋RLioiE 從集電極從集電極引出為電壓反

14、饋引出為電壓反饋 從發(fā)射極從發(fā)射極引出為電流反饋引出為電流反饋共發(fā)射極電路共發(fā)射極電路uoRL+共發(fā)射極電路：共發(fā)射極電路：集出為壓，射出為流，集出為壓，射出為流，基入為并，射入為串?；霝椴ⅲ淙霝榇?。例例1 1：判斷圖示電路中：判斷圖示電路中R RE1E1、R RE2 E2 的負反饋作用。的負反饋作用。RCRB1RB2RE1RE2CEC2C1+UCCuouiR RE2E2對交流不起作用，對交流不起作用，R RE1E1對交、直流均起作用對交、直流均起作用電流串聯(lián)反饋電流串聯(lián)反饋+例例2 2：判斷：判斷R Rf f是否負反饋，若是，判斷是否負反饋，若是，判斷反饋的類型。反饋的類型。+C1RB1

15、RC1RB21RB22RC2RE2RE1CEC3C2+UCCuoui+T1T2Rf電壓串聯(lián)負反饋（交流反饋）電壓串聯(lián)負反饋（交流反饋） +C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2RE1C3C2+UCCuoui+T2Rf 若若Rf與與T發(fā)射極相接如圖所示，發(fā)射極相接如圖所示， 引入的是何種類型的引入的是何種類型的反饋？反饋？T1 正反饋正反饋例例3 3：判斷圖示電路：判斷圖示電路R Rf f的反饋類型。的反饋類型。uouiRE2RfRE1RC1RC2+UCC電流并聯(lián)負反饋（交、直流反饋）電流并聯(lián)負反饋（交、直流反饋）+ +基本放大基本放大電路電路AdXoX反饋反饋電路電路FfXiX+doXX

16、 AofXXF fidXXX 反饋電路的基本方程反饋電路的基本方程反饋系數(shù)反饋系數(shù)凈輸入信號凈輸入信號基本放大器基本放大器的放大倍數(shù)的放大倍數(shù)閉環(huán)放大倍數(shù)閉環(huán)放大倍數(shù)fA開環(huán)放大倍數(shù)開環(huán)放大倍數(shù)AdoXXA ofXXF fidXXX AFAXXAiof 1AFAAf 1AAdAFAAdff 11。dfXX、同相，所以同相，所以AF是正實數(shù)是正實數(shù)負反饋時，負反饋時，。AFAAf 1中，中，dfofdoXXXXXXAF 則有：則有：AAf 若若1AF稱為稱為深度負反饋深度負反饋，此時：，此時：反饋深度反饋深度AFAAf 1AF 1FAf1 Auiufud加反饋前加反饋前加反饋后加反饋后uoui小

17、小大大小小大大小小大大 負反饋是利用失真的波形來改善波形的失真，負反饋是利用失真的波形來改善波形的失真，因此只能減小失真，但不能完全消除失真。因此只能減小失真，但不能完全消除失真。 uoAF引入負反饋使電路的通頻帶寬度增加：引入負反饋使電路的通頻帶寬度增加：oofBFAB)1( fAu無負反饋無負反饋有負反饋有負反饋在同樣的在同樣的I Ib b下下，Ui= Ube + Uf Ube， rif 提高。提高。iifrFAr)1(0 1 1）串聯(lián)負反饋）串聯(lián)負反饋bbebiiIUIUr 無負反饋時：無負反饋時：有負反饋時：有負反饋時：biifIUr uiubeib+uf+使電路的輸入電阻提高使電路的

18、輸入電阻提高FArrifi01 ifbbeiIUr 無負反饋時：無負反饋時：有負反饋時：有負反饋時：ibeifIUr 在同樣的在同樣的Ube下，下，Ii= Ib + If Ib， rif 降低降低。2 2）并聯(lián)負反饋）并聯(lián)負反饋使電路的輸入電阻降低使電路的輸入電阻降低iiibube+oofrFAr)1(0 FArroof01 電壓負反饋具有穩(wěn)定輸出電壓的作用，電壓負反饋具有穩(wěn)定輸出電壓的作用，即有恒壓輸出特性，故輸出電阻降低。即有恒壓輸出特性，故輸出電阻降低。 電流負反饋具有穩(wěn)定輸出電流的作用，電流負反饋具有穩(wěn)定輸出電流的作用，即有恒流輸出特性，故輸出電阻提高。即有恒流輸出特性，故輸出電阻提高

19、。1 1）電壓負反饋使電路的輸出電阻降低）電壓負反饋使電路的輸出電阻降低2 2）電流負反饋使電路的輸出電阻提高）電流負反饋使電路的輸出電阻提高0 ii11Ruuii FFRuui0 fii 1iFuRRu101RRuuAFiouf 要求靜態(tài)時要求靜態(tài)時 u+、 u- 對地電阻相同，對地電阻相同， 平衡平衡電阻電阻 R2 = R1 / RF 虛短虛短 u- = u+ = 0 稱稱“虛地虛地” 反相反相 輸入運算的重要特點輸入運算的重要特點1RRuuAFiouf iFouRRu1uo+.uiR2RFu+u_。 R1.。 。 + 例：電路如下圖所示，已知例：電路如下圖所示，已知 R1= 10 k ，

20、RF = 50 k 。 求：求：1、Auf ； 2、若、若 R1不變，要求不變，要求Au f為為 10，則，則RF 應為應為 多少？多少？RF+.uiuoR2u+u_。 R1解：解：1、 Au f = RF R1 = 50 10 = 52、 Au f = RF R1 = RF 10 = 10 RF = Auf R1 = 10 10 = 100 oFuRRRu 11 uu0 iiuu iFuRRu)1(10 11RRuuAFiouf uiuo+.u+u_。 URLR1R2+.uoR2RFu+u_。ui。 R1 此電路是電壓此電路是電壓 串聯(lián)負反饋，輸串聯(lián)負反饋，輸 入電阻高，輸出入電阻高，輸出

21、電阻低，在電路電阻低，在電路 中的作用與分立中的作用與分立 元件的射極輸出元件的射極輸出 器相同，但是電器相同，但是電 壓跟隨性能更好。壓跟隨性能更好。FoiiiiRuRuRu22110 iFoiiiiRuuRuuRuu 22112323iuRRRu 11Riuuu uu1111 RRRuuuFioi 1123231)1(iFi FouRRuRRRRRu 1123231)1(iFi FouRRuRRRRRu 如果取如果取 R1 = R2 ， R3 = RF )(121iiFouuRRu 則則： 如果取如果取 R1 = R2 = R3 = RF 12iiouuu 則則：輸出與兩個輸入信號的輸出與兩個輸入信號的差值差值成正比。成正比。+.ui2ui1uoR3RFu+u