電工電子技術(shù)_集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用

1、電工電子技術(shù)(第二版)21.1.集成運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)、理想運(yùn)算放大器的參數(shù)。集成運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)、理想運(yùn)算放大器的參數(shù)。2.2.虛短、虛斷。虛短、虛斷。3.3.反饋的類型。反饋的類型。4.4.比例、加法、減法、積分和微分運(yùn)算電路。比例、加法、減法、積分和微分運(yùn)算電路。5.5.電壓比較器。電壓比較器。知識(shí)點(diǎn)：知識(shí)點(diǎn)：要求掌握：要求掌握：1.1.虛短與虛斷的概念，并熟練應(yīng)用于運(yùn)算放大器的分析。虛短與虛斷的概念，并熟練應(yīng)用于運(yùn)算放大器的分析。2.2.比例、加法、減法、積分和微分運(yùn)算電路的特點(diǎn)及分析方法。比例、加法、減法、積分和微分運(yùn)算電路的特點(diǎn)及分析方法。了解：了解：1.1.負(fù)反饋負(fù)反饋4 4種組態(tài)

2、的特點(diǎn)及其判斷方法。種組態(tài)的特點(diǎn)及其判斷方法。2.2.負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響。負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響。3.3.電壓比較器。電壓比較器。第第9 9章章 集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用3 集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)稱集成運(yùn)放，它最初主要用于模擬計(jì)算機(jī)的運(yùn)算放大，目前，集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)稱集成運(yùn)放，它最初主要用于模擬計(jì)算機(jī)的運(yùn)算放大，目前，它的應(yīng)用領(lǐng)域已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了數(shù)學(xué)運(yùn)算的范疇。在集成運(yùn)放上，只需另加少數(shù)幾個(gè)外部它的應(yīng)用領(lǐng)域已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了數(shù)學(xué)運(yùn)算的范疇。在集成運(yùn)放上，只需另加少數(shù)幾個(gè)外部元件，就可以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、傳感和自動(dòng)控制等多種電路功能。本章主要介紹集成運(yùn)放的元件，就可以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、傳感和自動(dòng)控制

3、等多種電路功能。本章主要介紹集成運(yùn)放的結(jié)構(gòu)、主要參數(shù)及應(yīng)用電路。結(jié)構(gòu)、主要參數(shù)及應(yīng)用電路。第第9 9章章 集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用4 輸入級(jí)又稱前置級(jí)，它是一個(gè)高性能的差動(dòng)放大電路，主要用于抑制溫漂輸入級(jí)又稱前置級(jí)，它是一個(gè)高性能的差動(dòng)放大電路，主要用于抑制溫漂。輸入級(jí)的好壞影響著集成運(yùn)放的大多數(shù)參數(shù)，一般要求其輸入阻抗高、放大。輸入級(jí)的好壞影響著集成運(yùn)放的大多數(shù)參數(shù)，一般要求其輸入阻抗高、放大倍數(shù)大、抑制溫度漂移的能力強(qiáng)、輸出電壓范圍大且動(dòng)態(tài)電流小。倍數(shù)大、抑制溫度漂移的能力強(qiáng)、輸出電壓范圍大且動(dòng)態(tài)電流小。9.1.19.1.1 集成運(yùn)算放大器的電路結(jié)構(gòu)集成運(yùn)算放大器的電路結(jié)構(gòu)

4、1.1.輸入級(jí)輸入級(jí)圖圖9.1 9.1 集成運(yùn)放電路基本框圖集成運(yùn)放電路基本框圖 集成運(yùn)放型號(hào)繁多，性能各異，內(nèi)部集成運(yùn)放型號(hào)繁多，性能各異，內(nèi)部電路也各不相同，但其內(nèi)部電路的基本結(jié)電路也各不相同，但其內(nèi)部電路的基本結(jié)構(gòu)卻大致相同。其內(nèi)部電路可以分為輸入構(gòu)卻大致相同。其內(nèi)部電路可以分為輸入級(jí)、中間放大級(jí)、輸出級(jí)及偏置電路級(jí)、中間放大級(jí)、輸出級(jí)及偏置電路4 4個(gè)部個(gè)部分，集成運(yùn)算放大器的基本框圖為分，集成運(yùn)算放大器的基本框圖為圖圖9.19.1。 中間放大級(jí)主要是提供足夠的電壓放大倍數(shù)，同時(shí)將輸入級(jí)的雙端輸出在本中間放大級(jí)主要是提供足夠的電壓放大倍數(shù)，同時(shí)將輸入級(jí)的雙端輸出在本級(jí)中變成單端輸出，以

5、及實(shí)現(xiàn)電位移動(dòng)等任務(wù)。一般采用共射極放大電路，并以級(jí)中變成單端輸出，以及實(shí)現(xiàn)電位移動(dòng)等任務(wù)。一般采用共射極放大電路，并以恒流源取代集電極電阻來提高電壓放大倍數(shù)，其電壓放大倍數(shù)可達(dá)千倍以上。恒流源取代集電極電阻來提高電壓放大倍數(shù)，其電壓放大倍數(shù)可達(dá)千倍以上。2.2.中間放大級(jí)中間放大級(jí)9.9.1 1 集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器59.9.1 1 集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器 輸出級(jí)主要是獲得較大的輸出電壓和電流，并具有將放大級(jí)與負(fù)載隔輸出級(jí)主要是獲得較大的輸出電壓和電流，并具有將放大級(jí)與負(fù)載隔離的作用。輸出級(jí)具有輸出電壓范圍寬、輸出電阻小、有較強(qiáng)的帶負(fù)載能離的作用。輸出級(jí)具有輸出電壓范圍寬、輸出

6、電阻小、有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力、非線性失真小等特點(diǎn)。常用的輸出電路形式是射極輸出器和互補(bǔ)對(duì)稱力、非線性失真小等特點(diǎn)。常用的輸出電路形式是射極輸出器和互補(bǔ)對(duì)稱電路，有的還附加有過載保護(hù)電路。電路，有的還附加有過載保護(hù)電路。3.3.輸出級(jí)輸出級(jí) 偏置電路用來向各級(jí)電路提供合適的靜態(tài)工作電流，穩(wěn)定各級(jí)靜態(tài)工作偏置電路用來向各級(jí)電路提供合適的靜態(tài)工作電流，穩(wěn)定各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)。在集成電路中，一般由各種恒流源電路構(gòu)成。點(diǎn)。在集成電路中，一般由各種恒流源電路構(gòu)成。4.4.偏置電路偏置電路69.1.29.1.2 理想運(yùn)算放大器及特點(diǎn)理想運(yùn)算放大器及特點(diǎn) 在分析用集成運(yùn)放構(gòu)成的應(yīng)用電路時(shí)，將集成運(yùn)放看成理想運(yùn)算放大

7、器在分析用集成運(yùn)放構(gòu)成的應(yīng)用電路時(shí)，將集成運(yùn)放看成理想運(yùn)算放大器，可以使分析大大簡(jiǎn)化。理想運(yùn)算放大器的符號(hào)如，可以使分析大大簡(jiǎn)化。理想運(yùn)算放大器的符號(hào)如圖圖9.29.2所示。由所示。由圖圖9.29.2可以可以看出，集成運(yùn)算放大器具有同相看出，集成運(yùn)算放大器具有同相( (“+ +”號(hào)端號(hào)端) )、反相、反相( (“- -”號(hào)端號(hào)端) )兩個(gè)輸入端。當(dāng)兩個(gè)輸入端。當(dāng)同相端接地，反相端接輸入信號(hào)同相端接地，反相端接輸入信號(hào)u ui i時(shí)，輸出時(shí)，輸出u uo o與輸入與輸入u ui i反相，如反相，如圖圖9.3(a)9.3(a)所示所示；當(dāng)反相端接地，同相端接；當(dāng)反相端接地，同相端接u ui i時(shí)，

8、時(shí)，u uo o與與u ui i同相，如圖同相，如圖9.3(b)9.3(b)所示。所示。1.1.集成運(yùn)算放大器的電路符號(hào)集成運(yùn)算放大器的電路符號(hào)圖圖9.2 9.2 集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器的電路符號(hào)的電路符號(hào)圖圖9.2 9.2 同相、反相輸入端的含義同相、反相輸入端的含義9.9.1 1 集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器7 集成運(yùn)算放大器性能的好壞需要用一些參數(shù)表征，這些參數(shù)是選用運(yùn)算集成運(yùn)算放大器性能的好壞需要用一些參數(shù)表征，這些參數(shù)是選用運(yùn)算放大器的主要依據(jù)。下面介紹集成運(yùn)算放大器的一些主要參數(shù)。放大器的主要依據(jù)。下面介紹集成運(yùn)算放大器的一些主要參數(shù)。 2.2.集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)集成運(yùn)

9、算放大器的主要參數(shù) 所謂理想運(yùn)放就是將集成運(yùn)算放大器的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)理想化，理想集成所謂理想運(yùn)放就是將集成運(yùn)算放大器的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)理想化，理想集成運(yùn)放的主要條件如下所述。運(yùn)放的主要條件如下所述。 開環(huán)差模電壓增益開環(huán)差模電壓增益A AUOUO。 差模輸入電阻差模輸入電阻r ridid。 開環(huán)輸出電阻開環(huán)輸出電阻r ro o00。 共模抑制比共模抑制比K KCMRCMR。 輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓U UIOIO、失調(diào)電流、失調(diào)電流I IIOIO、輸入偏置電流、輸入偏置電流I IIBIB均為零。均為零。 實(shí)際運(yùn)放的技術(shù)指標(biāo)與理想運(yùn)放的技術(shù)指標(biāo)接近，工程分析時(shí)將理想運(yùn)實(shí)際運(yùn)放的技術(shù)指標(biāo)與理想運(yùn)放的技術(shù)

10、指標(biāo)接近，工程分析時(shí)將理想運(yùn)放代替實(shí)際運(yùn)放所引起的誤差，這在工程上是允許的，因此，在分析運(yùn)放電放代替實(shí)際運(yùn)放所引起的誤差，這在工程上是允許的，因此，在分析運(yùn)放電路時(shí)，一般將其視為理想運(yùn)算放大器后進(jìn)行分析。路時(shí)，一般將其視為理想運(yùn)算放大器后進(jìn)行分析。3.3.集成運(yùn)算放大器的理想化條件集成運(yùn)算放大器的理想化條件9.9.1 1 集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器89.9.1 1 集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器 (1) (1)虛短虛短 設(shè)運(yùn)放的同相和反相輸入端的電壓為設(shè)運(yùn)放的同相和反相輸入端的電壓為u u+ +、u u，當(dāng)運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)，當(dāng)運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)，有有4.4.兩個(gè)重要法則兩個(gè)重要法則 由于輸出

11、電壓是有限值，而理想運(yùn)放的由于輸出電壓是有限值，而理想運(yùn)放的AUOAUO為無窮大，所以為無窮大，所以u(píng) ui iu u+ +u u0 0，可以認(rèn)為，可以認(rèn)為u u+ +u u (9(90 02)2) (2) (2)虛斷虛斷 由于虛短，輸入電壓為零，而理想運(yùn)算放大器的輸入電阻由于虛短，輸入電壓為零，而理想運(yùn)算放大器的輸入電阻r ridid為無窮大，為無窮大，使得此時(shí)同相與反相輸入端的輸入電流等于零，即使得此時(shí)同相與反相輸入端的輸入電流等于零，即i i+ +i i0 (9.3) 0 (9.3) 此時(shí)，運(yùn)放的兩個(gè)輸入端相當(dāng)于開路，即虛斷。此時(shí)，運(yùn)放的兩個(gè)輸入端相當(dāng)于開路，即虛斷。 利用虛短與虛斷的概

12、念分析含有集成運(yùn)放的電路，可以簡(jiǎn)化電路的分析利用虛短與虛斷的概念分析含有集成運(yùn)放的電路，可以簡(jiǎn)化電路的分析過程。過程。99.2 9.2 放大電路中的負(fù)反饋放大電路中的負(fù)反饋9.2.19.2.1 反饋的基本概念反饋的基本概念 所謂反饋，就是將放大電路輸出信號(hào)的一所謂反饋，就是將放大電路輸出信號(hào)的一部分或全部，以某種方式回送到電路的輸入端部分或全部，以某種方式回送到電路的輸入端從而使凈輸入信號(hào)發(fā)生改變的過程。使凈輸入從而使凈輸入信號(hào)發(fā)生改變的過程。使凈輸入信號(hào)增強(qiáng)的為正反饋，使凈輸入信號(hào)削弱的為信號(hào)增強(qiáng)的為正反饋，使凈輸入信號(hào)削弱的為負(fù)反饋。這樣，在反饋電路中，電路的輸出不負(fù)反饋。這樣，在反饋電路

13、中，電路的輸出不僅取決于輸入，而且還取決于輸出本身，因而僅取決于輸入，而且還取決于輸出本身，因而就有可能使電路根據(jù)輸出狀況自動(dòng)地對(duì)輸出進(jìn)就有可能使電路根據(jù)輸出狀況自動(dòng)地對(duì)輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到改善電路性能的目的。如行調(diào)節(jié)，以達(dá)到改善電路性能的目的。如圖圖9.49.4所示為負(fù)反饋的組成框圖，主要包含基本所示為負(fù)反饋的組成框圖，主要包含基本放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)兩部分。放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)兩部分。圖圖9.4 9.4 反饋電路組成框圖反饋電路組成框圖 由于半導(dǎo)體器件的熱敏特性電源電壓的波動(dòng)、負(fù)載電阻的變化等因數(shù)的由于半導(dǎo)體器件的熱敏特性電源電壓的波動(dòng)、負(fù)載電阻的變化等因數(shù)的影響，放大器的性能還不夠穩(wěn)定，為了改善

14、放大器的性能，在放大器中常常影響，放大器的性能還不夠穩(wěn)定，為了改善放大器的性能，在放大器中常常引入負(fù)反饋，這種放大器稱為負(fù)反饋放大器。引入負(fù)反饋，這種放大器稱為負(fù)反饋放大器。109.2 9.2 放大電路中的負(fù)反饋放大電路中的負(fù)反饋9.2.29.2.2 反饋的類型及其判別方法反饋的類型及其判別方法 依據(jù)反饋信號(hào)對(duì)輸入信號(hào)作用的不同可將反饋分為正反饋和負(fù)反饋兩種依據(jù)反饋信號(hào)對(duì)輸入信號(hào)作用的不同可將反饋分為正反饋和負(fù)反饋兩種類型。類型。 在輸入信號(hào)不變時(shí)，輸出信號(hào)比沒有反饋時(shí)還小，導(dǎo)致放大倍數(shù)減小，在輸入信號(hào)不變時(shí)，輸出信號(hào)比沒有反饋時(shí)還小，導(dǎo)致放大倍數(shù)減小，這種反饋稱為負(fù)反饋；反之，則稱為正反饋。

15、正反饋能夠使放大倍數(shù)增大，這種反饋稱為負(fù)反饋；反之，則稱為正反饋。正反饋能夠使放大倍數(shù)增大，但電路的工作性能會(huì)變差，甚至產(chǎn)生自激振蕩，而破壞其放大作用，所以在但電路的工作性能會(huì)變差，甚至產(chǎn)生自激振蕩，而破壞其放大作用，所以在放大電路中很少采用。負(fù)反饋雖然降低了放大倍數(shù)，卻使放大器的性能得到放大電路中很少采用。負(fù)反饋雖然降低了放大倍數(shù)，卻使放大器的性能得到改善，因此應(yīng)用較為廣泛。需要注意的是，自激振蕩是利用正反饋的作用來改善，因此應(yīng)用較為廣泛。需要注意的是，自激振蕩是利用正反饋的作用來產(chǎn)生信號(hào)的。產(chǎn)生信號(hào)的。1.1.正反饋和負(fù)反饋正反饋和負(fù)反饋 依據(jù)反饋信號(hào)與輸出信號(hào)的關(guān)系可將反饋分為電壓反饋和

16、電流反饋兩種依據(jù)反饋信號(hào)與輸出信號(hào)的關(guān)系可將反饋分為電壓反饋和電流反饋兩種類型。類型。2.2.電壓反饋和電流反饋電壓反饋和電流反饋119.2 9.2 放大電路中的負(fù)反饋放大電路中的負(fù)反饋 電壓反饋：指反饋信號(hào)與輸出電壓成正比，即反饋信號(hào)取自輸出回路的電壓反饋：指反饋信號(hào)與輸出電壓成正比，即反饋信號(hào)取自輸出回路的電壓量。具體電路形式是，在反饋網(wǎng)絡(luò)的一端直接接放大器輸出端電壓量。具體電路形式是，在反饋網(wǎng)絡(luò)的一端直接接放大器輸出端( (與與u uo o為為同一端同一端) )。如。如圖圖9.6(a)9.6(a)所示為電壓反饋的框圖。所示為電壓反饋的框圖。 電流反饋：指反饋信號(hào)與輸出電流成正比，即反饋信

17、號(hào)取自輸出回路的電流反饋：指反饋信號(hào)與輸出電流成正比，即反饋信號(hào)取自輸出回路的電流量。具體電路形式是，在反饋網(wǎng)絡(luò)一端沒有直接接放大器的輸出端電流量。具體電路形式是，在反饋網(wǎng)絡(luò)一端沒有直接接放大器的輸出端( (與與u uo o不為同一端不為同一端) )。如。如圖圖9.6(b)9.6(b)所示為電流反饋的框圖。所示為電流反饋的框圖。圖圖9.6 9.6 電壓反饋和電流反饋方框圖電壓反饋和電流反饋方框圖129.2 9.2 放大電路中的負(fù)反饋放大電路中的負(fù)反饋 依據(jù)反饋信號(hào)與輸入信號(hào)的關(guān)系可將反饋分為串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋兩種依據(jù)反饋信號(hào)與輸入信號(hào)的關(guān)系可將反饋分為串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋兩種類型。類型。 串聯(lián)反

18、饋：反饋信號(hào)與輸入信號(hào)在輸入端串聯(lián)，這時(shí)放大器的凈輸入電串聯(lián)反饋：反饋信號(hào)與輸入信號(hào)在輸入端串聯(lián)，這時(shí)放大器的凈輸入電壓壓u ud d是原輸入信號(hào)電壓是原輸入信號(hào)電壓u ui i與反饋電壓與反饋電壓u uf f串聯(lián)作用而成。具體電路形式是，反串聯(lián)作用而成。具體電路形式是，反饋網(wǎng)絡(luò)沒有端子直接接在放大器的輸入端饋網(wǎng)絡(luò)沒有端子直接接在放大器的輸入端( (與與u ui i同一端同一端) )。如。如圖圖9.7(a)9.7(a)所示為所示為串聯(lián)反饋的框圖。串聯(lián)反饋的框圖。 并聯(lián)反饋：反饋信號(hào)與輸入信號(hào)在輸入端并聯(lián)，這時(shí)放大器的凈輸入電并聯(lián)反饋：反饋信號(hào)與輸入信號(hào)在輸入端并聯(lián)，這時(shí)放大器的凈輸入電流流i

19、id d是原輸入信號(hào)電流是原輸入信號(hào)電流i ii i與反饋電流與反饋電流i if f兩者并聯(lián)作用而成。具體電路形式是兩者并聯(lián)作用而成。具體電路形式是，反饋網(wǎng)絡(luò)有一端直接接在放大器的輸入端。如，反饋網(wǎng)絡(luò)有一端直接接在放大器的輸入端。如圖圖9.7(b)9.7(b)所示為并聯(lián)反饋的所示為并聯(lián)反饋的框圖?？驁D。3.3.串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋圖圖9.7 9.7 串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋方框圖串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋方框圖139.2 9.2 放大電路中的負(fù)反饋放大電路中的負(fù)反饋9.2.39.2.3 負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響 放大器的放大倍數(shù)是由電路元器件的參數(shù)決定的。若元器件

20、老化或更換放大器的放大倍數(shù)是由電路元器件的參數(shù)決定的。若元器件老化或更換、電源不穩(wěn)、負(fù)載變化或環(huán)境溫度變化，則可能引起放大器放大倍數(shù)的變化、電源不穩(wěn)、負(fù)載變化或環(huán)境溫度變化，則可能引起放大器放大倍數(shù)的變化。為此，通常都要在放大器中引入負(fù)反饋，用以提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性。為此，通常都要在放大器中引入負(fù)反饋，用以提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性。 負(fù)反饋之所以能夠提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性，是因?yàn)樨?fù)反饋對(duì)相應(yīng)的輸出負(fù)反饋之所以能夠提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性，是因?yàn)樨?fù)反饋對(duì)相應(yīng)的輸出量有自動(dòng)調(diào)節(jié)作用。比如，引入了電壓串聯(lián)負(fù)反饋，當(dāng)放大倍數(shù)由于某種原量有自動(dòng)調(diào)節(jié)作用。比如，引入了電壓串聯(lián)負(fù)反饋，當(dāng)放大倍數(shù)由于某種原因增大時(shí)，會(huì)

21、使輸出電壓增大，反饋電壓也隨之增大，使凈輸入電壓減小，因增大時(shí)，會(huì)使輸出電壓增大，反饋電壓也隨之增大，使凈輸入電壓減小，從而抑制了輸出電壓的增大，也就是穩(wěn)定了放大倍數(shù)。從而抑制了輸出電壓的增大，也就是穩(wěn)定了放大倍數(shù)。1.1.提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性 下面對(duì)負(fù)反饋展寬通頻帶的原理作簡(jiǎn)單的定性分析。下面對(duì)負(fù)反饋展寬通頻帶的原理作簡(jiǎn)單的定性分析。 無反饋時(shí)，由于電路中電抗元件的存在，以及寄生電容和晶體管結(jié)電容無反饋時(shí)，由于電路中電抗元件的存在，以及寄生電容和晶體管結(jié)電容的存在，會(huì)造成放大器放大倍數(shù)隨頻率而變，使得中頻段的放大倍數(shù)較大，的存在，會(huì)造成放大器放大倍數(shù)隨頻率而變，使得中頻段

22、的放大倍數(shù)較大，而高頻段和低頻段的放大倍數(shù)較小，放大電路的幅頻特性如而高頻段和低頻段的放大倍數(shù)較小，放大電路的幅頻特性如圖圖9.99.9所示。圖所示。圖中中f fH H、f fL L分別為上限頻率和下限頻率，其通頻帶分別為上限頻率和下限頻率，其通頻帶f fBWBWf fH Hf fL L較窄。較窄。2.2.展寬通頻帶展寬通頻帶149.2 9.2 放大電路中的負(fù)反饋放大電路中的負(fù)反饋圖圖9.9 9.9 放大電路的幅頻特性放大電路的幅頻特性159.2 9.2 放大電路中的負(fù)反饋放大電路中的負(fù)反饋 由于放大電路中器件由于放大電路中器件( (如晶體管如晶體管) )具有非線性，因而會(huì)引起非線性失真。具有

23、非線性，因而會(huì)引起非線性失真。一個(gè)無反饋的放大器，即使設(shè)置了合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，但當(dāng)輸入信號(hào)較大時(shí)一個(gè)無反饋的放大器，即使設(shè)置了合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，但當(dāng)輸入信號(hào)較大時(shí)，仍會(huì)使輸出信號(hào)波形產(chǎn)生非線性失真。引入負(fù)反饋后，這種非線性失真會(huì)，仍會(huì)使輸出信號(hào)波形產(chǎn)生非線性失真。引入負(fù)反饋后，這種非線性失真會(huì)減小。減小。 圖圖9.109.10為負(fù)反饋減小非線性失真的示意圖。為負(fù)反饋減小非線性失真的示意圖。3.3.減小非線性失真減小非線性失真圖圖9.10 9.10 負(fù)反饋減小非線性失真示意圖負(fù)反饋減小非線性失真示意圖 (1) (1)對(duì)輸入電阻的影響對(duì)輸入電阻的影響 (2) (2)對(duì)輸出電阻的影響對(duì)輸出電阻的影響

24、4.4.改變輸入電阻和輸出電阻改變輸入電阻和輸出電阻169.3 9.3 運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用9.3.19.3.1 比例運(yùn)算電路比例運(yùn)算電路 反相比例運(yùn)算電路如反相比例運(yùn)算電路如圖圖9.119.11所示所示。輸入信號(hào)。輸入信號(hào)u ui i經(jīng)經(jīng)R R1 1加至集成運(yùn)放的反加至集成運(yùn)放的反相輸入端。相輸入端。R Rf f為反饋電阻，將輸出電為反饋電阻，將輸出電壓壓u uo o反饋至反相輸入端，形成電壓并反饋至反相輸入端，形成電壓并聯(lián)負(fù)反饋。聯(lián)負(fù)反饋。1.1.反相比例運(yùn)算電路反相比例運(yùn)算電路 用集成運(yùn)放外加反饋網(wǎng)絡(luò)可構(gòu)成各種運(yùn)算電路，其中，實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)與用集成運(yùn)放外加反饋網(wǎng)絡(luò)可構(gòu)成

25、各種運(yùn)算電路，其中，實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)與輸入信號(hào)成比例關(guān)系的電路稱之為比例運(yùn)算電路。根據(jù)輸入方式的不同，比輸入信號(hào)成比例關(guān)系的電路稱之為比例運(yùn)算電路。根據(jù)輸入方式的不同，比例運(yùn)算電路分為反相比例運(yùn)算和同相比例運(yùn)算兩種電路。例運(yùn)算電路分為反相比例運(yùn)算和同相比例運(yùn)算兩種電路。圖圖9.11 9.11 反相比例運(yùn)算電路反相比例運(yùn)算電路179.3 9.3 運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用 同相比例運(yùn)算電路如同相比例運(yùn)算電路如圖圖9.12(a)9.12(a)所示。輸入信號(hào)所示。輸入信號(hào)u ui i經(jīng)經(jīng)R R2 2加至集成運(yùn)放的加至集成運(yùn)放的同相輸入端。同相輸入端。R Rf f為反饋電阻，將輸出電壓為反饋

26、電阻，將輸出電壓u uo o反饋至反相輸入端，形成電壓串反饋至反相輸入端，形成電壓串聯(lián)負(fù)反饋。聯(lián)負(fù)反饋。R R2 2為平衡電阻，且為平衡電阻，且R R2 2R R1 1RRf f。2.2.同相比例運(yùn)算電路同相比例運(yùn)算電路圖圖9.12 9.12 同相比例運(yùn)算電路及電壓跟隨器同相比例運(yùn)算電路及電壓跟隨器189.3 9.3 運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用9.3.29.3.2 加法和減法運(yùn)算電路加法和減法運(yùn)算電路 加法運(yùn)算是指電路的輸出電壓等于各個(gè)輸入端電壓的代數(shù)和，在如加法運(yùn)算是指電路的輸出電壓等于各個(gè)輸入端電壓的代數(shù)和，在如圖圖9.119.11所示的反相比例運(yùn)算電路中，再增加幾個(gè)支路便組

27、成加法運(yùn)算電路，所示的反相比例運(yùn)算電路中，再增加幾個(gè)支路便組成加法運(yùn)算電路，其電路如其電路如圖圖9.139.13所示。所示。圖圖9.139.13中，有兩個(gè)輸入信號(hào)加到了反相輸入端，同中，有兩個(gè)輸入信號(hào)加到了反相輸入端，同相輸入端的平衡電阻相輸入端的平衡電阻R R3 3R R1 1RR2 2RRf f。1.1.加法運(yùn)算電路加法運(yùn)算電路圖圖9.13 9.13 單運(yùn)放加法運(yùn)算電路單運(yùn)放加法運(yùn)算電路199.3 9.3 運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用 減法運(yùn)算是指電路的輸出電壓與兩個(gè)輸入電壓之差成比例，減法運(yùn)算減法運(yùn)算是指電路的輸出電壓與兩個(gè)輸入電壓之差成比例，減法運(yùn)算又稱為差動(dòng)比例運(yùn)算或差動(dòng)

28、輸入放大，其電路如又稱為差動(dòng)比例運(yùn)算或差動(dòng)輸入放大，其電路如圖圖9.149.14所示。由所示。由圖圖9.149.14可可見，運(yùn)放的同相輸入端和反相輸入端分別接有輸入信號(hào)見，運(yùn)放的同相輸入端和反相輸入端分別接有輸入信號(hào)u ui1i1和和u ui2i2。從電路結(jié)。從電路結(jié)構(gòu)上看，它由同相比例運(yùn)算電路和反相比例運(yùn)算電路組合而成。構(gòu)上看，它由同相比例運(yùn)算電路和反相比例運(yùn)算電路組合而成。2.2.減法運(yùn)算電路減法運(yùn)算電路圖圖9.14 9.14 單運(yùn)放減法運(yùn)算電路單運(yùn)放減法運(yùn)算電路209.3 9.3 運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用9.3.39.3.3 微分和積分運(yùn)算電路微分和積分運(yùn)算電路 積分運(yùn)算

29、電路是模擬計(jì)算機(jī)中的基本單元，利用它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)積分方積分運(yùn)算電路是模擬計(jì)算機(jī)中的基本單元，利用它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)積分方程的模擬，能對(duì)信號(hào)進(jìn)行積分運(yùn)算。此外，積分運(yùn)算電路還廣泛應(yīng)用于控程的模擬，能對(duì)信號(hào)進(jìn)行積分運(yùn)算。此外，積分運(yùn)算電路還廣泛應(yīng)用于控制和測(cè)量系統(tǒng)中。制和測(cè)量系統(tǒng)中。 將反相比例運(yùn)算電路中的反饋電阻換成電容，即可構(gòu)成基本積分電路將反相比例運(yùn)算電路中的反饋電阻換成電容，即可構(gòu)成基本積分電路，如，如圖圖9.159.15所示。所示。1.1.積分電路積分電路圖圖9.15 9.15 積分運(yùn)算電路積分運(yùn)算電路219.3 9.3 運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用 微分運(yùn)算是積分運(yùn)算的逆運(yùn)算，將積

30、分電路中的電阻與電容互換位置微分運(yùn)算是積分運(yùn)算的逆運(yùn)算，將積分電路中的電阻與電容互換位置就可得到基本微分電路，如就可得到基本微分電路，如圖圖9.189.18所示。微分電路又稱為微分器。所示。微分電路又稱為微分器。2.2.微分電路微分電路圖圖9.18 9.18 微分運(yùn)算電路微分運(yùn)算電路229.4 9.4 集成運(yùn)算放大器的非線性應(yīng)用集成運(yùn)算放大器的非線性應(yīng)用9.4.19.4.1 電壓比較器電壓比較器 電壓比較器可以完成對(duì)兩個(gè)電壓的比較工作，其應(yīng)用較廣。常見的電電壓比較器可以完成對(duì)兩個(gè)電壓的比較工作，其應(yīng)用較廣。常見的電壓比較器有簡(jiǎn)單電壓比較器、滯回比較器和窗口比較器。壓比較器有簡(jiǎn)單電壓比較器、滯回

31、比較器和窗口比較器。1.1.基本電路基本電路 前面介紹了集成運(yùn)放處于線性工作區(qū)時(shí)的應(yīng)用，接下來要介紹一下集前面介紹了集成運(yùn)放處于線性工作區(qū)時(shí)的應(yīng)用，接下來要介紹一下集成運(yùn)放處于開環(huán)或正反饋狀態(tài)時(shí)的應(yīng)用，此時(shí)運(yùn)放工作在非線性區(qū)。不管成運(yùn)放處于開環(huán)或正反饋狀態(tài)時(shí)的應(yīng)用，此時(shí)運(yùn)放工作在非線性區(qū)。不管是哪一種電路，虛斷的概念都可應(yīng)用，但虛短只能應(yīng)用于線性電路，非線是哪一種電路，虛斷的概念都可應(yīng)用，但虛短只能應(yīng)用于線性電路，非線性電路不再適用。集成運(yùn)放工作在非線性區(qū)域的應(yīng)用電路種類較多，本節(jié)性電路不再適用。集成運(yùn)放工作在非線性區(qū)域的應(yīng)用電路種類較多，本節(jié)主要介紹比較器。主要介紹比較器。 簡(jiǎn)單電壓比較器的基本電路如簡(jiǎn)單電壓比較器的基本電路如圖圖9.19(a)9.19(a)所示。所示。239.4 9.4 集成運(yùn)算放大器的非線性應(yīng)用集成運(yùn)算放大器的非線性應(yīng)用圖圖9.19 9.19 簡(jiǎn)單電壓比較器的基本電路及傳輸特性簡(jiǎn)單電壓比較器的基本電路及傳輸特性249.4 9.4 集成運(yùn)算放大器的非線性應(yīng)用集成運(yùn)算放大器的非線性應(yīng)用2.2.過零比較器過零比較器 由上分析可知，若讓由上分析可知，若讓U UREFREF0 0，則輸入電壓每次過零變換時(shí)，輸出電壓，則輸入電壓每次過零變換時(shí)，輸出電壓就會(huì)