中職電工電子技術(shù)及應(yīng)用第八章 運(yùn)算放大器及其應(yīng)用教學(xué)課件

1、正版可修改PPT課件(中職）電工電子技術(shù)及應(yīng)用第八章 運(yùn)算放大器及其應(yīng)用教學(xué)課件第八章 運(yùn)算放大器及其應(yīng)用第一節(jié) 集成運(yùn)算放大器第二節(jié) 負(fù)反饋放大器第三節(jié) 運(yùn)算放大器的線性和非線性應(yīng)用第一節(jié) 集成運(yùn)算放大器一、集成運(yùn)放的圖形符號(hào)及外形 集成運(yùn)算放大器的圖形符號(hào)如圖8-1所示。u+為同相輸入端，由此端輸入信號(hào)，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)同相。u-為反相輸入端，由此端輸入信號(hào)，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)反相。U0為輸出端，+UCC接正電源，-UCC接負(fù)電源。 常見集成運(yùn)放的外形有雙列直插式和圓殼式等，如圖8-2所示。下一頁(yè)第一節(jié) 集成運(yùn)算放大器二、集成運(yùn)算放大器的組成 集成運(yùn)算放大器的內(nèi)部包括四個(gè)部分:輸入級(jí)、輸

2、出級(jí)、中間級(jí)和偏置電路。如圖8 -4所示。 輸入級(jí)是提高運(yùn)算放大器質(zhì)量的關(guān)鍵部分，要求其輸入電阻高，能夠抑制零點(diǎn)漂移和干擾信號(hào)。 中間級(jí)主要進(jìn)行電壓放大，要求電壓放大倍數(shù)高，一般由共射極放大電路組成 輸出級(jí)與負(fù)載相接，要求其輸出電阻低，帶負(fù)載能力強(qiáng)，一般由互補(bǔ)對(duì)稱電路或射極輸出器組成 偏置電路的作用是為上述各級(jí)電路提供穩(wěn)定和合適的偏置電流，決定各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)。下一頁(yè)上一頁(yè)第一節(jié) 集成運(yùn)算放大器三、集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù) 開環(huán)電壓放大倍數(shù)Auo 指運(yùn)放在無外加反饋情況下的空載電壓放大倍數(shù) 差模輸入電阻rid 指運(yùn)放在差模輸入時(shí)的開環(huán)輸入電阻 開環(huán)輸出電阻r0 指運(yùn)放無外加反饋回路時(shí)的輸出電阻

3、 共模抑制比KCMR 用來綜合衡量運(yùn)放的放大和抗零漂、抗共模干擾的能力 輸入失調(diào)電壓Uio 數(shù)值上等于輸出電壓為零時(shí)兩輸入端之間應(yīng)施加的直流補(bǔ)償電壓 輸入失調(diào)電流Iio 輸入信號(hào)為零時(shí)，兩個(gè)輸入端靜態(tài)電流之差 最大輸出電壓Uopp 指運(yùn)放在空載情況下，最大不失真輸出電壓的峰-峰值上一頁(yè)返 回第二節(jié) 負(fù)反饋放大器 凡是將放大電路輸出信號(hào)Xo(電壓或電流)的一部分或全部通過某種電路(反饋電路)引回到輸入端，就稱為反饋。若引回的反饋信號(hào)削弱輸入信號(hào)而使放大電路的放大倍數(shù)降低，則稱這種反饋為負(fù)反饋，若反饋信號(hào)增強(qiáng)輸入信號(hào)，則為正反饋。 圖8 -6中分別為無負(fù)反饋的基本放大電路和帶有負(fù)反饋的放大電路的方

4、框圖。下一頁(yè)第二節(jié) 負(fù)反饋放大器一、反饋類型的判別方法1.有無反饋的判別 判斷有無反饋，就是判斷有無反饋通道，即在放大電路的輸出端與輸入端之間有無電路連接，如果有電路連接，就有反饋，否則就沒有反饋。反饋通道一般由電阻或電容組成 2.正、負(fù)反饋的判斷 用瞬時(shí)極性法，首先在放大器輸入端設(shè)輸入信號(hào)的極性“+”或“-”，再依次按相關(guān)點(diǎn)的相位變化推出各點(diǎn)對(duì)地交流瞬時(shí)極性，最后根據(jù)反饋回輸入端(或輸入回路)的反饋信號(hào)瞬時(shí)極性看其效果，使凈輸入信號(hào)減少的是負(fù)反饋，否則是正反饋。下一頁(yè)上一頁(yè)第二節(jié) 負(fù)反饋放大器一、反饋類型的判別方法 3.電流、電壓反饋的判斷 如圖8-8所示，反饋信號(hào)取自于輸出電壓，且Xf u

5、o，是電壓反饋;若反饋信號(hào)取自于輸出電流，且Xf io，是電流反饋。4.交、直流反饋的判斷 直流通道中所具有的反饋稱為直流反饋。在交流通道中所具有的反饋稱為交流反饋。5.串聯(lián)、并聯(lián)反饋的判斷 如圖8-7所示，若輸入信號(hào)ui與反饋信號(hào)uf在輸入端相串聯(lián)，且以電壓相減的形式出現(xiàn)，即ud = ui-uf為串聯(lián)負(fù)反饋;若輸入信號(hào)ii與反饋信號(hào)if在輸入回路并聯(lián)且以電流相減形式出現(xiàn)，即if=ii-if為并聯(lián)負(fù)反饋下一頁(yè)上一頁(yè)第二節(jié) 負(fù)反饋放大器二、負(fù)反饋放大器的四種組態(tài) 圖8-9 (a)所示電路，從輸入端看，凈輸入id=ii-if，因此是并聯(lián)反饋。從反饋量看if=-uo/Rf0(由圖中uo的實(shí)際極性可知

6、，uo0(由圖中uo的實(shí)際極性可知，uo0)，因此既是負(fù)反饋，又是電壓反饋。綜上所述，反饋組態(tài)為電壓串聯(lián)負(fù)反饋。下一頁(yè)上一頁(yè)第二節(jié) 負(fù)反饋放大器二、負(fù)反饋放大器的四種組態(tài) 圖8-9 (c)所示電路，從輸入端看，凈輸入id=ii-if，因此是并聯(lián)反饋。由虛地可看出Rf與R相當(dāng)于并聯(lián)的關(guān)系，所以反饋量if=-Rio/(Rf+R)0(由圖中io的實(shí)際方向可知，io0(由圖中io的實(shí)際方向可知，io0)，因此既是負(fù)反饋，又是電流反饋。如果將愉出uo短接，反饋信號(hào)仍然存在，也可判斷出是電流反饋。綜上所述，反饋組態(tài)為電流串聯(lián)負(fù)反饋。下一頁(yè)上一頁(yè)第二節(jié) 負(fù)反饋放大器三、負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響 1.改善非線

7、性失真 如圖8-10所示，假定輸出的失真波形是正半周大、負(fù)半周小，負(fù)反饋信號(hào)電壓uf與輸入信號(hào)ui進(jìn)行疊加后使凈輸入信號(hào)ud產(chǎn)生預(yù)失真，即正半周小、負(fù)半周大。2.降低放大倍數(shù)及提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性 根據(jù)圖8-6 (b)，可以推導(dǎo)出具有負(fù)反饋(閉環(huán))的放大電路的放大倍數(shù)為 上式中的(1 + AF)是衡量負(fù)反饋程度的一個(gè)重要指標(biāo)，稱為反饋深度下一頁(yè)上一頁(yè)第二節(jié) 負(fù)反饋放大器三、負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響3.對(duì)輸入電阻和輸出電阻的影響 (1)負(fù)反饋對(duì)輸入電阻的影響 取決于反饋信號(hào)在輸入端的連接方式。串聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻提高，并聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻降低 (2)負(fù)反饋對(duì)輸出電阻的影響 取決于輸出端反饋信號(hào)的

8、取樣方式。電壓負(fù)反饋降低輸出電阻，目的是穩(wěn)定輸出電壓;電流負(fù)反饋提高輸出電阻，目的是穩(wěn)定輸出電流下一頁(yè)上一頁(yè)第二節(jié) 負(fù)反饋放大器三、負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響 4.拓展通頻帶 通頻帶是放大電路的重要指標(biāo)，放大器的放大倍數(shù)和輸入信號(hào)的頻率有關(guān)。定義放大倍數(shù)為最大放大倍數(shù)的 倍以上所對(duì)應(yīng)的頻率范圍為放大器的通頻帶。在一些要求有較寬頻帶的音、視頻放大電路中，引人負(fù)反饋是拓展頻帶的有效措施之一。 放大器引入負(fù)反饋后，將引起放大倍數(shù)的下降，在中頻區(qū)，放大電路的輸出信號(hào)較強(qiáng)，反饋信號(hào)也相應(yīng)較大，使放大倍數(shù)下降得較多;在高頻區(qū)和低頻區(qū)，放大電路的輸出信號(hào)相對(duì)較小，反饋信號(hào)也相應(yīng)減小，因而放大倍數(shù)下降得少些。如

9、圖8-14所示，加入負(fù)反饋之后，幅頻特性變得平坦，通頻帶變寬。上一頁(yè)返 回第三節(jié) 運(yùn)算放大器的線性和非線性應(yīng)用一、運(yùn)放的線性應(yīng)用 1.信號(hào)運(yùn)算電路 (1)同相比例運(yùn)算 圖8-15 (a)為同相比例運(yùn)算電路，信號(hào)ui接到同相輸入端，Rf引入負(fù)反饋。在同相比例運(yùn)算的實(shí)際電路中，也應(yīng)使R2=R1/Rf，以保證兩個(gè)輸入端處于平衡狀態(tài)。 (2)反相比例運(yùn)算 圖8-17為反相比例運(yùn)算電路。輸入信號(hào)ui經(jīng)電阻R1接到集成運(yùn)放的反相輸入端，同相輸入端經(jīng)電阻R2接“地”。輸出電壓uo經(jīng)電阻Rf接回到反相輸入端。在實(shí)際電路中，為了保證運(yùn)放的兩個(gè)輸入端處于平衡狀態(tài)，應(yīng)使R2=R1/Rf (3)反相比例求和電路如果反

10、相輸入端有若干個(gè)輸入信號(hào)，則構(gòu)成反相比例求和電路，也叫加法運(yùn)算電路，如圖8-18所示。平衡電阻R2=R11/R12/R13/Rf下一頁(yè)第三節(jié) 運(yùn)算放大器的線性和非線性應(yīng)用一、運(yùn)放的線性應(yīng)用 2.信號(hào)變換電路(1)電流-電壓變換器電流 電流-電壓變換電路如圖8-20所示，運(yùn)放在理想狀態(tài)下，有下一頁(yè)上一頁(yè)第三節(jié) 運(yùn)算放大器的線性和非線性應(yīng)用一、運(yùn)放的線性應(yīng)用 2.信號(hào)變換電路 (2)電壓-電流變換電路 將輸入電壓變換成與之成正比的輸出電流的電路，稱為電壓一電流變換器。如圖8-21 (a)所示為反相輸入式電壓一電流變換器。其中R1為輸入電阻，RL為負(fù)載電阻，R2為平衡電阻。在理想條件下，運(yùn)放的輸入電

11、流為零，所以有 圖8-21 (b)所示為同相輸入式電壓-電流變換器。根據(jù)理想運(yùn)放的條件，有下一頁(yè)上一頁(yè)第三節(jié) 運(yùn)算放大器的線性和非線性應(yīng)用二、運(yùn)算放大器的非線性應(yīng)用 電壓比較器是一種模擬信號(hào)的處理電路。它將模擬信號(hào)輸入電壓與參考電壓進(jìn)行比較，并將比較的結(jié)果輸出。比較的結(jié)果只需要反映輸入量比參考量是大、還是小，所以用正、負(fù)兩值就可以表示輸出結(jié)果。因此應(yīng)用集成運(yùn)放構(gòu)成比較器時(shí)，集成運(yùn)放應(yīng)工作在非線性區(qū)(飽和區(qū))，即開環(huán)狀態(tài)。圖8-22 (a)為電壓比較器中的一種。加在同相輸入端的UR是參考電壓，輸入電壓ui加在反相輸入端。由于運(yùn)放開環(huán)電壓放大倍數(shù)很高，即使輸入端有微小的差值信號(hào)，也會(huì)使輸出電壓飽和。 圖8-22 (b)為電壓比較器的傳輸特性下一頁(yè)上一頁(yè)第三節(jié) 運(yùn)算放大器的線性和非線性應(yīng)用二、運(yùn)算放大器的非線性應(yīng)用 當(dāng)UR=0時(shí)，輸入電壓和零電壓比較，稱為過零比較器，其傳輸特性如圖8-23 ( a)所示。當(dāng)ui為正弦電壓時(shí)，uo為矩形波電壓，實(shí)現(xiàn)了波形的轉(zhuǎn)換，如圖8-23 (b)所示。比較器在自動(dòng)控制及自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)中應(yīng)用十分廣泛。上一頁(yè)返 回圖8-1 集成運(yùn)算放大器的圖形符號(hào)返 回圖8-2 集成運(yùn)放外形圖返 回圖8-4 集成運(yùn)算放大器組成框圖返 回圖8-6 反饋放大電路框圖返 回圖8-7 正負(fù)反饋及串并聯(lián)反饋的判別返 回圖8-8 電壓、電流反饋判別返 回圖8-9 四種類型負(fù)反饋