电工学简明教程之运算放大器.doc

电工学简明教程之运算放大器电工学简明教程之运算放大器本文由 hai54931 贡献ppt 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看第 11 章 章11.1 11.2 11.3 11.4 11.5 11.6运算放大器运算放大器简单介绍 放大电路中的负反馈 运算放大器在信号方面的应用 运算放大器在信号处理方面的应用 运算放大器在波形产生方面的应用 集成功率放大器11.7 使用运算放大器应注意的几个问题第 11 章 章运算放大器分立电路是由各种单个元件联接起来的电子电路 分立电路是由各种单个元件联接起来的电子电路 是由各种单个元件联接起来的电子电路 集成电路是把整个电路的各个元件以及相互之间 集成电路 是把整个电路的各个元件以及相互之间 的联接同时制造在一块半导体芯片上， 的联接同时制造在一块半导体芯片上 ， 组成一个不可 分的整体 分的整体 集成电路特点： 体积小、 重量轻、功耗低、 集成电路特点 ： 体积小 、 重量轻 、 功耗低 、 可靠 性高、价格低 性高、价格低 按集成度 小、中、大和超大规模 集成电路分类 按导电类型 双、单极性和两种兼容 按功能 数字和模拟第 11 章 章耦合放大器。

耦合放大器运算放大器集成运放是具有很高开环电压放大倍数的直接用于模拟运算、信号处理、信号测量、波形转 用于模拟运算、信号处理、信号测量、 换、自动控制等领域 自动控制等领域 本章主要讨论分析运算放大器的依据及其在信 号运算、信号处理、波形产生方面的应用， 号运算、信号处理、波形产生方面的应用，并介绍 放大电路中的负反馈 放大电路中的负反馈11.1 运算放大器简单介绍11.1.1 集成运放的组成输入端输入级中间级输出级 输出端偏置 电路输入级 — 差动放大器 输出级 — 射极输出器或互补对称功率放大器 偏置电路 — 由镜像恒流源等电路组成运算放大器的符号信号传 输方向 反相 输入端 u– u+ 同相 输入端 实际运放开环 理想运放开环 理想运放开环 电压放大倍数– +Auo+uo 输出端11.1.2 主要参数1. 最大输出电压 UOPP 2. 开环电压 Auo 3. 输入失调电压 UIO 4. 输入失调电流 IIO 5. 输入偏置电流 IIB 6. 共模输入电压范围 UICM11.1.2 理想运算放大器及其分析依据在分析运算放大器的电路时， 在分析运算放大器的电路时，一般将它看成是 理想的运算放大器。

理想化的主要条件： 理想的运算放大器理想化的主要条件： 运算放大器 1. 开环电压放大倍数 2. 开环输入电阻 3. 开环输出电阻 4. 共模抑制比Auo → ∞rid → ∞ro → 0K CMRR → ∞由于实际运算放大器的技术指标接近理想化条件， 由于实际运算放大器的技术指标接近理想化条件， 而用理想运算放大器分析电路可使问题大大简化， 而用理想运算放大器分析电路可使问题大大简化，因此 后面对运算放大器的分析都是按其理想化条件进行的 后面对运算放大器的分析都是按其理想化条件进行的11.1.2 理想运算放大器及其分析依据表示运算放大器输出电压与输入电压之间关系的 曲线称为传输特性 传输特性 曲线称为传输特性 uo 正饱和区 u– –UO(sat) –Uim O Uim u+ 线性区 + + uouo = Auo ( u+ ? u? )u+ ? u?–UO(sat) 负饱和区若 Auo = 106 ± UO(sat) = ±15 V 则 ±UIM = ±0.015 mV 运放要工作性 区必须有负反馈 区必须有负反馈实际运放电压传输特性11.1.2 理想运算放大器及其分析依据UO(sat) –Uimuo正饱和区 线性区u– u+– ++uouo = Auo (u+ ? u? )oUimu+ ? u? 因为理想运放开环电压放大倍数Auo → ∞–UO(sat) 负饱和区所以， 所以，当 u+ > u? 时， uo = +U O(sat)u+ u? 时， uo = +U o(sat)由于运放工作在非线性区 uo ≠ Auo (u+ ? u? ) 所以u+ UR 时， uo = – Uo(sat) ui = UR 时， uo 发生跃变 ui UR， uo= +UOM， ， ， R4 T 导通。

KA 动作， 导通 动作， 切断电源 切断电源UCC KA+uo R3T的波形 [例 2] 电路如图所示，ui 是一正弦电压，画出 uo 的波形 ] 电路如图所示， 是一正弦电压， ui R1 – ′′ ′ uo uo D + uo O + t C ui R2 R RL ′′ uoUO(sat)[解] 运放为同相输入过零电压比较器 O –UO(sat) uo ′ uo UO(sat) 电压传 O ui O 输特性 uo –UO(sat) –UO(sat) UO(sat) 各电压波形如右图所示 各电压波形如右图所示 O返回ttt11.5 运算放大器在波形产生方面的应用11.5.1 RC 正弦波振荡电路1.自激振荡的条件 .电路中无外加输入电压， 电路中无外加输入电压，而在输出端有一定频率和幅度 的信号输出，称这种现象为电路的自激振荡 的信号输出，称这种现象为电路的自激振荡 2 S 当 S 合于 2 时，u 若 uf = ui = ud 1 d uo ui 则输出电压保持不变 则输出电压保持不变 & Uf uf 反馈系数 F = & Uo & & 又 Uf = Ud 所以自激振荡的条件是： 所以自激振荡的条件是： ui = ud 当 S 合于 1 时， & & & Uo Uf Uo AF = =1 A= 开环电压放大倍数 & & & Ud Uo UdAF11.5.1 RC 正弦波振荡电路自激振荡的条件： 自激振荡的条件： (1) 相位条件： ) 相位条件：& & Uo Uf AF = =1 & & Ud Uo& & 同相, 为正反馈； 反馈电压 U f 与输入电压 U i 同相 为正反馈；即φ = φ A + φ F = 2 nπUf = Ud( n = 0, 1, 2 L)(2) 幅度条件： ) 幅度条件：反馈电压与输入电压的大小相等； 反馈电压与输入电压的大小相等；即& & Uo Uf AF = =1 & & Ud Uo2. 振荡的建立和稳定 .幅度特性 Uom= f(Ufm) A ui uf2 S 1udAFuoUomUom2Uom1 O不断通过放大 → 反馈 → 再放大 再反馈， → 再反馈，使 Uom 不断增大，一 不断增大， 反馈特性 稳定下来。

直到达交点 A 时，稳定下来 Ufm=FUom 振荡建立时应满足： 振荡建立时应满足：U f > U d 即 AF > 1Uim Ufm1 Ufm 微小的扰动起始信号 自激振荡的建立过程AF = 1 振荡稳定AF 2R1 ，则Au F > 1+ C R ui –电路将不能幅振荡； 若 RF 3RF = 2R1Au > 3 即 RF > 2R1电路起振后，振幅越来至饱和； 电路起振后，振幅越来至饱和；所以， 所以，振荡时应满足 起振时应满足4. RC 正弦波振荡电路稳幅措施 .(1)用热敏电阻稳幅 ) D1 RF1 RF2 R1 用具有负温度系数的热敏电阻 RT 代替 RF 起振时由于温度低， 起振时由于温度低，RT > 2R1， ， 振荡后温度增加 RT 减少到等于 1 减少到等于 2R (2)用二极管稳幅 )RT DF R2 – + +R +5. 振荡频率的改变 .1 由 可知 f0 = uo 2πRC – 改变 R、C 或同时改变 RC 都 、 可改变振荡频率 可改变振荡频率返回CRC11.5 运算放大器在波形产生方面的应用11.5.2 矩形波发生器RF uC 和 uo 的波形 uC +UR R3 O t+ uC ––C + uR R2 –++R1.+ uo DZ –– UR uo +UR O – UR返回+ uZ –图示电路中 U R = ±R2 UZ R1 + R2t11.6 集成功率放大器LM 386 构成的功率放大电路如下图所示。

构成的功率放大电路如下图所示 R2 1 ? +UCC C4 + 200 μF 12V 6 C1 + 2– + C5 LM386 5 + 200 μF 10 μF R1 ui + + R3 3 + – 22 k? 4 7 ? uo + C2 10 ? C3 – 图中， 组成电源滤波电路； 是相位补偿电路， 图中， R2C4 组成电源滤波电路； R3C3 是相位补偿电路， 以消除自激振荡，并改变高频时的负载特性； 以消除自激振荡，并改变高频时的负载特性； C2 也是防止自 激振荡用的 激振荡用的返回11.7 使用运算放大器应注意的几个问题1. 选用元件 2. 消振 3. 调零 4. 保护(1) 输入端保护 ) RF R1D1 D2ui– + +uoR211.7 使用运算放大器应注意的几个问题4. 保护(2)输出端保护 ) RF R1 R2 (3)电源保护 ) +Uui– + +R3 D2uo– + + –U11.7 使用运算放大器应注意的几个问题5. 扩大输出电流RF +Ucc ui R1 RB– + +D1 D2 RBT1 uo T2R2–Ucc在输出端加接一级互补电路扩大输出电流 在输出端加接一级互补电路扩大输出电流。