项目七集成运算放大器的应用

电气工程系电工电子技术项目七集成运算放大器的应用项目七：集成运算放大器的应用项目描述：集成运算放大器简称集成运放，用集成运放作为核心，外接线性反馈元件，可以构成多种线性应用电路。本项目主要讲述集成运放组成及特点，反馈概念及负反馈对放大电路性能的影响，重点阐述集成运放的线性应用技能。电气工程系电工电子技术项目七集成运算放大器的应用通用型集成运算放大器的组成及其基本特性任务三十放大电路中的负反馈及其应用任务三十一集成运算放大器的线性应用任务三十二电气工程系电工电子技术项目七集成运算放大器的应用能力目标3：初步会选择和使用通用型集成运算放大器熟悉理想集成运放在线性状态的特点能力目标2：任务三十：通用型集成运算放大器的组成及其基本特性掌握理想集成运放的特征能力目标1：电气工程系电工电子技术项目七集成运算放大器的应用一、通用型集成运放的概念1.通用集成运放的概念集成电路是利用半导体制造工艺，把整个电路中的元器件制作在一块基片上，经封装后构成特定功能的电路块。集成运算放大器简称集成运放，它是将一个高电压放大倍数、高输入电阻、低输出电阻的直接耦合多级放大电路制作在一个单晶硅芯片上的器件，因为它最初主要用于模拟量的数学运算而得此名。电气工程系电工电子技术项目七集成运算放大器的应用2.集成运放组成及电路符号输入级：差分电路，大大减少温漂。中间级：采用有源负载的共发射极电路，增益大。输出级：OCL电路，带负载能力强偏置电路：镜像电流源，微电流源。输入级偏置电路中间级输出级+uouid电气工程系电工电子技术项目七集成运算放大器的应用电路符号习惯用符号uid+VCC–VEE国家标准符号uouid+VCC–VEE8直流电源接法uouidVCCVEE8u–u+VCC=VEE等效电路uouidu–i+u+uoRidAuduidRoi–u+—同相端输入电压u—反相端输入电压uid—差模输入电压uid=u–u+Aud—开环差模电压放大倍数uo=Aud(u+–u)电气工程系电工电子技术项目七集成运算放大器的应用1)Aud2.集成运放特性的理想化2)Rid3)Ro0uouidu–i+u+uoRidAuduidRoi–在分析集成运算放大器应用电路的工作原理和输入输出关系时，运用理想运放的概念，有利于抓住事物的本质，忽略次要因素，简化分析过程。今后对各种集成运算放大器电路的分析，如无特殊说明，均将集成运算放大器视为理想运放来考虑。电气工程系电工电子技术项目七集成运算放大器的应用1.作在线性区的两个特点1)u+u–(虚短)证：uo=Aud(u+–u–)=Auduidu+–u–=uo/Aud02)i+i–0(虚断)证：i+=uid/Rid0同理i–02.工作在非线性区的两个特点1)u+u–时，uo=Uomaxu+u–时,uo=–UOmax2)i+i–0(虚断)传输特性OuiduoUomax–Uomax理想线性区实际二、集成运算放大器的基本特点电气工程系电工电子技术项目七集成运算放大器的应用任务三十一：放大电路中的负反馈及其应用会用反馈概念判断反馈类型会按放大电路要求选择合适的负反馈能力目标1：能力目标2：能力目标3：能应用深度负反馈放大电路的特点估算闭环电压增益电气工程系电工电子技术项目七集成运算放大器的应用1.反馈概念—在放大电路中，将输出量（输出电压或输出电流）的一部分或者全部通过一定的电路形式作用到输入回路，用来影响其输入量（放大电路的输入电压或输入电流）的措施称为反馈。2.信号的两种流向正向传输：输入输出反向传输：输出输入—开环—闭环输入输出放大电路反馈网络一、反馈放大电路的组成及基本关系电气工程系电工电子技术项目七集成运算放大器的应用Aidxoxix+–比较环节3.反馈的组成和基本关系式基本放大电路fxF反馈网络xi—输入信号(ii或ui)xid—净输入信号(iid或uid)xo—输出信号(io或uo)xf—反馈信号(if或uf)开环放大倍数idoxxA反馈系数ofxxFiofxxA闭环放大倍数xid=xixfAFAAFxxAxxxA1idididiofAFAA1f—负反馈方程。AF—环路放大倍数。1+AF—反馈深度。为深度负反馈。当,11,11fFFAAF电气工程系电工电子技术项目七集成运算放大器的应用4.反馈的分类（1）正反馈和负反馈正反馈—反馈使净输入电量增加，从而使输出量增大。负反馈—反馈使净输入电量减小，从而使输出量减小。判断法：瞬时极性法（2）直流反馈和交流反馈直流反馈—直流信号的反馈。交流反馈—交流信号的反馈。电气工程系电工电子技术项目七集成运算放大器的应用例72输入回路输出回路判断电路是否存在反馈。是正反馈还是负反馈？直反馈还是交流反馈？+C1RS+ui–RERB+VCCC2RL+us–+uo–++uid–RE介于输入输出回路，有反馈。反馈使uid减小，为负反馈。既有直流反馈，又有交流反馈。电气工程系电工电子技术项目七集成运算放大器的应用二、负反馈放大电路的基本类型1.电压反馈和电流反馈电压反馈—反馈信号取自输出电压的部分或全部。--稳定输出电压判别法：使uo=0(RL短路)，若反馈消失则为电压反馈。电流反馈—反馈信号取自输出电流。---稳定输出电流判别法：使io=0(RL短路)，若反馈仍存在则为电流反馈。AFRLuo电压反馈电流反馈iouoFARLio电气工程系电工电子技术项目七集成运算放大器的应用2.串联反馈和并联反馈串联反馈：反馈信号与输入信号以电压相加减的形式在输入端出现。uiduiuf特点：信号源内阻越小，反馈效果越明显。并联反馈：反馈信号与输入信号以电流相加减的形式在输入端出现。iidiiif特点：信号源内阻越大，反馈效果越明显。AFiiifisiidRSRSAFuiuidufus电气工程系电工电子技术项目七集成运算放大器的应用3.四种基本反馈类型AFuiuidufusRSRLuo电压串联负反馈AFuiuidufusRSiouoRLio电流串联负反馈FAiiifisiidRSRLuo电压并联负反馈FAiiifisiidRSiouoRLio电流并联负反馈电气工程系电工电子技术项目七集成运算放大器的应用三、负反馈放大电路分析例7-3uo经Rf与R1分压反馈到输入回路，故有反馈。AF反馈使净输入电压uid减小，为负反馈。RL=0，无反馈，故为电压反馈。uf=uoR1/(R1+Rf)也说明是电压反馈。uid=uiuf故为串联反馈。电压串联负反馈电气工程系电工电子技术项目七集成运算放大器的应用例7-4Rf为输入回路和输出回路的公共电阻，故有反馈。反馈使净输入电压uid减小，为负反馈。RL=0，反馈存在，故为电流反馈。uf=ioRf，也说明是电流反馈。uid=ui–uf故为串联反馈。AF电流串联负反馈电气工程系电工电子技术项目七集成运算放大器的应用例7-5Rf为输入回路和输出回路的公共电阻，故有反馈。反馈使净输入电流iid减小，为负反馈。RL=0，无反馈，故为电压反馈。iid=iiif，故为并联反馈。AF电压并联负反馈电气工程系电工电子技术项目七集成运算放大器的应用例7-6Rf介于输入回路和输出回路，故有反馈。反馈使净输入电流iid减小，为负反馈。RL=0，反馈存在，故为电流反馈。iid=ii–if，故为并联反馈。AF电流并联负反馈电气工程系电工电子技术项目七集成运算放大器的应用1.提高增益的稳定性AFAA1f)1(dd2fAFAAAAAFAAd11dffAf的相对变化量A的相对变化量放大倍数稳定性提高AAAAAFdd11ff负反馈，四、负反馈对放大电路性能的影响电气工程系电工电子技术项目七集成运算放大器的应用例7-7A=103，负反馈使放大倍数稳定性提高100倍，求F、Af、A变化10%时的Af，以及dAf/Af。解：1)1+AF=100，则F=(100–1)/A=0.0992)AFAA1f=103/100=103)%1.0)1.01001d11dff（AAAFAA此时的Af=%)1.01(10d1)ff(fAAA负反馈以牺牲放大倍数，换取了放大倍数稳定性的提高。电气工程系电工电子技术项目七集成运算放大器的应用2.减少失真和扩展通频带（1）减少非线性失真uf加入负反馈无负反馈FufAuiuo+–uiduo大小略大略小略小略大uiA接近正弦波改善了波形失真电气工程系电工电子技术项目七集成运算放大器的应用2.扩展通频带BW无反馈时：BW=fHfLfH引入反馈后，1f，AFAAFAAAFAAAFAAALLLfmmmfHHHf1,11，fA(f)OAm0707AmfLfHBWAf(f)Amf0707AmffLffHfBWf可证明：fHf=(1+AF)fHfLf=fL/(1+AF)=(1+AF)fHfHf=(1+AF)BWBWf=fHffLf电气工程系电工电子技术项目七集成运算放大器的应用3.改变放大电路的输入和输出电阻（1）对输入电阻的影响①串联负反馈使输入电阻增大RifiididifidiiifiAFuuiuuiuR)1(iifRAFR深度负反馈：ifR②并联负反馈使输入电阻减小RifidididfididiiifAFiiuiiuiuRAFRR1iif深度负反馈：0ifRiiAFuiuidufRiAFuidifiidiiAFuiRiAFiid电气工程系电工电子技术项目七集成运算放大器的应用（2）对输出电阻的影响①电压负反馈F与A并联，使输出电阻减小。AFRoRofFARR1oofA为负载开路时的源电压放大倍数。深度负反馈：0ofR①电流负反馈F与A串联，使输出电阻增大AFRoRof)1(oofRFARA为负载短路时的源电压放大倍数。深度负反馈：ofR电气工程系电工电子技术项目七集成运算放大器的应用1.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，引电压反馈；稳定输出电流，引电流反馈。（2）根据对输入、输出电阻的要求选择反馈类型欲提高输入电阻，采用串联反馈；欲降低输入电阻，采用并联反馈；要求高内阻输出，采用电流反馈；要求低内阻输出，采用电压反馈。（3）为使反馈效果强，根据信号源及负载确定反馈类型信号源为恒压源，采用串联反馈；信号源为恒流源，采用并联反馈；要求负载能力强，采用电压反馈；要求恒流源输出，采用电流反馈。五、负反馈对放大电路应用中的几个问题电气工程系电工电子技术项目七集成运算放大器的应用2.深度负反馈放大电路的特点及性能估算（1）深度负反馈放大电路的特点①深度负反馈的特点：AidxoxixfxFAxidAFxid(1+AF)xid时：当11AFAFAF1即：0idfixxxfiuu串联负反馈：0idu虚短并联负反馈：fiii0idi虚断电气工程系电工电子技术项目七集成运算放大器的应用电流串联负反馈0idu虚短0i虚断fiuufoRifLoRRufLiofRRuuAu（2）深度负反馈电路性能的估算：例7-8估算负反馈放大电路的电压放大倍数电气工程系电工电子技术项目七集成运算放大器的应用电流并联负反馈例7-9估算负反馈放大电路的电压放大倍数0uu虚地1ifiRuiiL3fffLoo)(RRRiiRiuL31f3iof)(RRRRRuuAu电气工程系电工电子技术项目七集成运算放大器的应用电压串联负反馈8uiC1R1uoR2Rfuiduf0idu虚短fiuuf11ofRRRuufLfoiof1RRuuuuAuRif,ifRRif,2ifRRRof0ofR例7-10：估算如图所示电路的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。电气工程系电工电子技术项目七集成运算放大器的应用任务三十二：集成运算放大器的线性应用会分析简单线性运算电路。能计算简