第6部分集成运算放大器.ppt
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1、第 6 章 集成运算放大器,太原理工大学电工基础教学部,第6章 集成运算放大器,6.1 集成运算放大器简介,6.2放大电路中的反馈,6.4集成运放的非线性应用,6.3集成运放的线性应用,6.5正弦波发生器,第6章 集成运算放大器,1. 了解集成运放的基本组成及主要参数的意义。 2. 理解运算放大器的电压传输特性,掌握理想运算 放大器的基本分析方法。 理解反馈的概念,了解负反馈对放大电路性能的 影响。 4. 理解用集成运放组成的基本运算电路的工作原理, 5. 理解电压比较器的工作原理和应用。 6.了解振荡电路自激振荡的条件和RC振荡电路的工 作原理。,本章要求:,6.1 集成运算放大器简介,6.
2、1.1集成运放的结构和符号,集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多级直接耦合放大电路。是发展最早、应用最广泛的一种模拟集成电路。,输入级,中间级,输出级,同相 输入端,输出端,反相 输入端,中间级: 多采用共射放大电路;电压放大倍数高。,输出级:一般采用射极输出器或互补对称电路;输出电阻小,带负载能力强。,偏置电路:给各级电路提供稳定和合适的静态工作点,1.结构,输入级: 采用差动放大器,有同相输入和反相两个 输入端;输入电阻大;抗干扰能力强。,2. 特点,电路元件制作在一个芯片上,元件参数偏差一致,温度均一性好。,电阻元件的阻值范围在10030k ,且精度低。大电阻用晶体管恒流源代替或采用
3、外接。,电容元件为200PF以下的小电容。大电容一般采用外接。,二极管一般用三极管的发射结构成。,高增益、高可靠性、低成本、小尺寸,Auo 高: 80dB140dB; rid 高: 105 1011 ro 低: 几十 几百; KCMR高: 70dB130dB,集成运放的常用符号,3. 符号,uo, 输出端,u-, 反相输入端;,u+, 同相输入端;,uo与u- 反相,uo与u+ 同相,LM741,6.1.2 集成运放的主要技术指标,1.开环差模电压放大倍数Aod,一般约为80 140 dB,即104107 倍。,无外加反馈的情况下的差模电压放大倍数(增益)。通常用分贝(dB)表示。,2. 共模
4、抑制比KCMR,一般KCMR 的值为80dB 以上,越大越好。,衡量差动管向输入信号索取电流大小的标志。,3. 差模输入电阻rid,一般rid的值为2M 以上,越大越好(高达106M) 。,4. 开环输出电阻ro,反映集成运放的带负载能力,一般ro为几百 ,性能较高的集成运放的ro可小于100 。,UIO是为了使输出电压为0,在输入端加的补偿电压。反映了运放输入端两管的对称度。,5. 输入失调电压UIO,一般UIO 的值为1V 20mV ,越小越好。,7. 最大输出电压Uopp F007为12V13V,略低于 UCC,两个输入端静态电流IB1、IB2之差。,6. 输入失调电流IIO,一般IIO
5、 的值为1nA 0.1 A,越小越好。,运放选择与使用的注意事项:,尽量选择通用的运放,学会辨认管脚,搞清主要参数UCC、ri、ro、Io等,搞清是否需要加直流偏置,搞清是否需要加调零电路及输入、输出的保护电路。,6.1.3 集成运放的电压传输特性与理想化模型,1.理想运算放大器的条件和符号,开环差模输入电阻rid ,共模抑制比KCMR ,开环输出电阻ro 0,开环差模电压放大倍数Aod ,理想运算放大器的符号,2. 电压传输特性,实际特性,理想特性,负反馈特性, 线性区(放大区),非线性区(饱和区),线性区内,Ao,线性区间太窄,使用时必须加深度负反馈,使Ao降低,增宽线性区间,输出两种状态
6、,u+ u-时, uo = +UOM,u+ u-时, uo = - UOM,UOM =(1213)V,6.2 放大电路中的反馈,反馈将放大电路输出信号(电压或电流)的部分或全部反送到输入端,控制输入信号。这一过程称为反馈。,正反馈反馈信号使净输入信号增大,放大倍数升高,称为正反馈。,6.2.1 反馈的基本概念,1 .什么是 反馈,负反馈反馈信号使净输入信号减小,放大倍数降低,称为负反馈。,实际放大电路中,总要引入反馈,以改善电路的性能,2. 反馈的框图表示, 开环系统(无反馈系统),净输入信号:,开环放大倍数:, 闭环系统(有反馈系统),开环放大倍数:,反馈系数:,净输入信号:,闭环放大倍数:
7、,其中:,净输入信号,3. 反馈深度分析,称为深度负反馈,4. 反馈的类型, 电压反馈和电流反馈,电压、电流看输出,故称为电压反馈,故称为电流反馈,从输出看,反馈量取自输出电压,并与之成比例,为电压反馈;反馈量取自输出电流,并与之成比例,为电流反馈。,判别电压、电流反馈的方法:短接输出法,将输出端短接,反馈信号消失,称为电压反馈,将输出端短接,反馈信号仍存在,称为电流反馈, 串联反馈和并联反馈,串联、并联看输入,故称为串联反馈,故称为并联反馈,判别串联、并联反馈的方法:短接输入法,将输入端短接,反馈信号消失,称为并联反馈,将输入端短接,反馈信号仍存在,称为串联反馈, 反馈的类型,电压串联负反馈
8、,电压并联负反馈,电流串联负反馈,电流并联负反馈,6.2.2 反馈类型的判别,1. 判别有无反馈找反馈元件,(a),(c),(d),(b),(e),(f),2. 判别正、负反馈,瞬时极性法:,标出反馈元件所接的输入端和输出端的瞬时极性,找出反馈信号,列出净输入信号的表达式进行判别,若净输入信号减弱为负反馈,若净输入信号增强为正反馈。,ui,uo,RL,R2,R1,RF,(a),if,ii,id,ud,uf,if,ii,id,ud,uf,在单级运算放大器中,将反馈信号接到反相输入端为负反馈,3. 判别电压、电流反馈,电压、电流看输出,反馈信号与输出电压从输出同一端引出时,为电压反馈。,(同出为压
9、),反馈信号与输出电压不是从输出同一端引出时,为电流反馈。,(异出为流),RL不是直接接地,RL不是直接接地,4. 判别串联、并联反馈,串联、并联看输入,反馈信号与输入电压从输入同一端引入时,为并联反馈。,(同入为并),反馈信号与输入电压不是从输入同一端引入时,为串联反馈。,(异入为串),电压并联负反馈,电压串联负反馈,电流并联负反馈,电流串联负反馈,ube,uf,异出为流,异入为串,电流串联负反馈,ic,uf,ube= ui-uf,ib,ic,可见,电流负反馈稳定输出电流,(流稳流),ic,ib,uf,ube,同出为压,异入为串,电压串联负反馈,if,ii,ib,同出为压,同入为并,电压并联
10、负反馈,uo,if,ib =ii - if,uo,可见电压负反馈,稳定输出电压,ic,(压稳压),ic,如:Rf 只对交流起反馈作用,,5. 交流反馈与直流反馈,在反馈支路中串入隔直电容,为交流反馈。,在反馈支路两端并联旁路电容,为直流反馈。,如:RE2只有直流反馈。起稳定静态工作点的作用。,反馈支路无电容时即有交流反馈也有直流反馈。如:RE1,为电压串联负反馈,为电流串联负反馈,为电流串联负反馈,例1:,试判别下图放大电路中从运算放大器A2输出端引至A1输入端的是何种类型的反馈电路。,解:,因反馈电路直接从运算放大器A2的输出端引出,所以是电压反馈;,因输入信号和反馈信号分别加在反相输入端和
11、同相输入端上,所以是串联反馈; 因输入信号和反馈信号的极性相同,所以是负反馈。,串联电压负反馈,先在图中标出各点的瞬时极性及反馈信号;,ud,例2:,试判别下图放大电路中从运算放大器A2输出端引至A1输入端的是何种类型的反馈电路。,解:,因反馈电路是从运算放大器A2的负载电阻RL的靠近“地”端引出的,所以是电流反馈;,因输入信号和反馈信号均加在同相输入端上,所以是并联反馈;,因净输入电流 id 等于输入电流和反馈电流之差,所以是负反馈。,并联电流负反馈,运算放大器电路反馈类型的判别方法:,1. 反馈电路直接从输出端引出的,是电压反馈; 从负载电阻RL的靠近“地”端引出的,是电流反馈; 2. 输
12、入信号和反馈信号分别加在两个输入端(同相和反相)上的,是串联反馈;加在同一个输入端(同相或反相)上的,是并联反馈; 3. 对串联反馈,输入信号和反馈信号的极性相同时,是负反馈;极性相反时,是正反馈; 4. 对并联反馈,净输入电流等于输入电流和反馈电流之差时,是负反馈;否则是正反馈。,同出为压,异出为流,异入为串,同入为并,6.2.3 负反馈对放大电路性能的影响,1. 降低放大倍数,2. 提高放大倍数的稳定性,用相对变化率判稳,负反馈时,或者,3. 改善非线性失真,有负反馈时的波形,4. 展宽通频带,在BW内, |AXO |高,反馈强,使|AXf |下降多,在BW外, |AXO |低,反馈弱,使
13、|AXf |下降少,这样使特性曲线的两端较平缓,所以通频带展宽。,5. 改变输入电阻和输出电阻, 对输入电阻 ri 的影响,串联反馈使放大电路的输入电阻ri增大;,深度负反馈:,并联反馈使放大电路的输入电阻 ri 减小。,深度负反馈:, 对输出电阻 ro 的影响,电压负反馈稳定输出电压,使输出电阻ro减小;,A 为负载开路时的源电压放大倍数。,深度负反馈:,电流负反馈稳定输出电流,使输出电阻ro增大。,A 为负载短路时的源电压放大倍数。,深度负反馈:,6.2.4 放大电路引入负反馈的一般原则,1. 欲稳定某个量,则引该量的负反馈,稳定直流,,引直流反馈;,稳定交流,,引交流反馈;,稳定输出电压
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