1、第三章第三章 集成運算放大器及反饋集成運算放大器及反饋圖圖2-12-1自動勵磁調節器局部電路框圖自動勵磁調節器局部電路框圖 自動化系統中需要的放大器一般都采用集成自動化系統中需要的放大器一般都采用集成運放，要實現自動調節還必須在電路中引入反饋。運放，要實現自動調節還必須在電路中引入反饋。第三章第三章 集成運算放大器及反饋集成運算放大器及反饋目前大多數自動化系統中的放大器，都采用集成運算放目前大多數自動化系統中的放大器，都采用集成運算放大器，集成運放應用非常廣泛，下圖是自動勵磁調節器中的大器，集成運放應用非常廣泛，下圖是自動勵磁調節器中的綜合放大單元，其中的綜合放大單元，其中的A即集成運放。即集

2、成運放。自動勵磁調節器中的綜合放大單元自動勵磁調節器中的綜合放大單元A微機勵磁調節器中的模擬信號直流采樣電路圖微機勵磁調節器中的模擬信號直流采樣電路圖圖中的圖中的A是集成運算放大器是集成運算放大器A/D式模擬量輸入通道框圖式模擬量輸入通道框圖采樣保持器的基本電路采樣保持器的基本電路變電站綜合自動化系統中變電站綜合自動化系統中各子系統的典型硬件結構圖各子系統的典型硬件結構圖第三章第三章 負反饋和集成運放負反饋和集成運放3.1 3.1 概述概述3.2 3.2 放大電路中的反饋放大電路中的反饋進入進入3.3 3.3 集成運放的線性運用集成運放的線性運用進入進入3.1 集成運算放大器3.1.1 3.1

3、.1 集成運算放大器簡介集成運算放大器簡介3.1.2 3.1.2 集成運放的組成及表示符號集成運放的組成及表示符號進入進入3.1.3 3.1.3 集成運放的主要參數集成運放的主要參數進入進入3.1.1 3.1.1 集成運算放大器簡介集成運算放大器簡介一、什么是集成電路：一、什么是集成電路：利用集成工藝，將電路的所有元件及利用集成工藝，將電路的所有元件及聯接導線集成在同一塊硅片上，封裝在管殼內，成為一個具聯接導線集成在同一塊硅片上，封裝在管殼內，成為一個具有特定功能的完整電路即集成電路。有特定功能的完整電路即集成電路。 二、集成電路的分類：二、集成電路的分類：按其功能可分為模擬集成電路和數字集按

4、其功能可分為模擬集成電路和數字集成電路兩大類。模擬集成電路又稱線性集成電路，集成運算放成電路兩大類。模擬集成電路又稱線性集成電路，集成運算放大器（簡稱集成運放）是模擬集成電路中品種最多、應用最廣大器（簡稱集成運放）是模擬集成電路中品種最多、應用最廣泛的一類組件。泛的一類組件。（1 1）元器件具有良好的一致性和同向偏差，因而特別有利于）元器件具有良好的一致性和同向偏差，因而特別有利于實現需要對稱結構的電路。實現需要對稱結構的電路。（2 2）集成電路的芯片面積小，集成度高，所以功耗很小，在）集成電路的芯片面積小，集成度高，所以功耗很小，在毫瓦以下。毫瓦以下。（3 3）不易制造大電阻。常用有源負載代

5、替大電阻。）不易制造大電阻。常用有源負載代替大電阻。（4 4）只能制作幾十）只能制作幾十pFpF以下的小電容，如需大電容，只能外接。以下的小電容，如需大電容，只能外接。（5 5）不能制造電感，如需電感，只能外接。）不能制造電感，如需電感，只能外接。三、集成電路的工藝特點：三、集成電路的工藝特點：3.1.2 3.1.2 集成運放的組成及表示符號集成運放的組成及表示符號集成運放是高增益、多級、直接耦合放大電路。集成運放是高增益、多級、直接耦合放大電路。集成運放常見外形圖集成運放常見外形圖集成運放管腳排列圖示例集成運放管腳排列圖示例輸入級：輸入級：主要任務是抑制零點漂移和提高輸入電阻，主要任務是抑制

6、零點漂移和提高輸入電阻， 通常采用差動式放大電路。通常采用差動式放大電路。中間級：中間級：主要任務是提供足夠大的電壓放大倍數，主要任務是提供足夠大的電壓放大倍數， 通常采用共射放大電路。通常采用共射放大電路。輸出級：輸出級：主要任務是有足夠大的輸出功率和較強的負載能力，主要任務是有足夠大的輸出功率和較強的負載能力， 通常采用互補對稱功率放大電路。通常采用互補對稱功率放大電路。偏置電路：偏置電路：主要任務是為各級放大電路提供合適的偏置電流主要任務是為各級放大電路提供合適的偏置電流, , 通常采用各種恒流源電路。通常采用各種恒流源電路。輸入級中間級輸出級偏置電路輸入信號輸入信號負載負載*一、集成運

7、放的組成一、集成運放的組成* *二二. . 通用型集成運放通用型集成運放F007F007原理圖原理圖17_1TREFp22T8TT2145R3TR9630pF10IT721TT9T6C19T87T1T13CCTRRT412T220RRRRR68T10111TR416EE+TT1592T34T23TR+V3187-V+V524OT539kTAB電流源輸入級中間級輸出級*三、集成運算放大器符號和特點三、集成運算放大器符號和特點u-u+ uo國際符號：國際符號：中國的部頒標準符號：中國的部頒標準符號：V+反相輸入端反相輸入端u-+同相輸入端同相輸入端u輸出端輸出端ou集成運放的特點：集成運放的特點：

8、電壓增益高電壓增益高輸入電阻大輸入電阻大輸出電阻小輸出電阻小共模抑制比高共模抑制比高仿真仿真A741的典型連接圖的典型連接圖 1.輸入失調電輸入失調電UIO 小好小好 3.1.3 3.1.3 集成運算放大器的主要參數集成運算放大器的主要參數 2.輸入失調電壓溫漂輸入失調電壓溫漂 dUIO /dT小好小好 4.4.輸入失調電流輸入失調電流 I IIOIO 小小 3.3.輸入偏置電流輸入偏置電流I IIBIB 小小 5.5.輸入失調電流溫漂輸入失調電流溫漂dIdIIOIO / /DTDT: :小小 6.6.最大差模輸入電壓最大差模輸入電壓U Uidmaxidmax 7.7.最大共模輸入電壓最大共模

9、輸入電壓V Vicmaxicmax 8.8.開環差模電壓放大倍數開環差模電壓放大倍數 A Ao od d ： 無反饋時的差模電壓增益。無反饋時的差模電壓增益。一般一般A Aodod在在100100120dB120dB左右，高增益運放可達左右，高增益運放可達140dB140dB以上。以上。 9.9.差模輸入電阻差模輸入電阻r ridid ： 雙極型管輸入級約為雙極型管輸入級約為10105 510106 6歐姆，場效應管輸入級歐姆，場效應管輸入級可達可達10109 9歐姆以上。歐姆以上。 10.10.共模抑制比共模抑制比 K KCMRCMR ： K KCMRCMR=20lg(=20lg(A Av

10、vd d / / A Av vc c ) (dB) ) (dB)其典型值在其典型值在80dB80dB以上，性能好的高達以上，性能好的高達180dB180dB。 UUUAood特殊集成運算放大器特殊集成運算放大器 反映集成運放性能的好壞有幾十個參數，一種運放要想反映集成運放性能的好壞有幾十個參數，一種運放要想在各種指標上都達到很高的性能是不容易的，也是不必要的。在各種指標上都達到很高的性能是不容易的，也是不必要的。通用型運放，各種參數指標都不算太高，但比較均衡，適用通用型運放，各種參數指標都不算太高，但比較均衡，適用于量大面廣，沒有特殊要求的場合。于量大面廣，沒有特殊要求的場合。特殊類型的集成運

11、放，特殊類型的集成運放，在某一個或幾個參數上有很高的性能，在某一個或幾個參數上有很高的性能，而其他參數一般。用而其他參數一般。用戶可以從特殊類型集成運放的系列中進行選擇，以滿足某些戶可以從特殊類型集成運放的系列中進行選擇，以滿足某些方面的特殊要求。方面的特殊要求。 特殊運放有高輸入阻抗型、高精度低漂移型、高速型、特殊運放有高輸入阻抗型、高精度低漂移型、高速型、低功耗型、大功率型等等。低功耗型、大功率型等等。3.2.1 3.2.1 反饋的概念反饋的概念3.2.2 3.2.2 反饋的分類和性質反饋的分類和性質進入進入3.2.3 3.2.3 交流負反饋對放大器性能的影響交流負反饋對放大器性能的影響進

12、入進入3.2 3.2 放大電路中的反饋放大電路中的反饋輸入量：輸入量：ui、uBE、iB反饋反饋將電子系統輸出回路的電量（電壓或電流），以一定將電子系統輸出回路的電量（電壓或電流），以一定的方式送回到輸入回路的過程。的方式送回到輸入回路的過程。3.2.1 3.2.1 反饋的概念反饋的概念輸出量：輸出量：uo、uCE、ic正向傳輸正向傳輸信號從輸入信號從輸入端到輸出端的傳輸端到輸出端的傳輸TUBEICICUEIB例：穩定工作點電路中：例：穩定工作點電路中：反向傳輸反向傳輸正向傳正向傳輸輸+uBE- -+uE- -iB+CTRb1CCRb1b2RVL+uoR-u+-ib2CcReCeiCiC開環與

13、閉環的概念開環與閉環的概念電路中只有正向傳輸，沒有電路中只有正向傳輸，沒有反向傳輸，稱為反向傳輸，稱為開環狀態。開環狀態。正向傳輸正向傳輸信號從輸信號從輸入端到輸出端的傳輸入端到輸出端的傳輸反向傳輸（反饋）反向傳輸（反饋）信號從輸出端到輸信號從輸出端到輸入端的傳輸入端的傳輸電路中既有正向傳輸，又電路中既有正向傳輸，又有反饋有反饋 稱為閉環狀態。稱為閉環狀態。uu+f1oi+RRuuo+i信號的正向傳輸信號的正向傳輸信號的正向傳輸信號的正向傳輸反饋（反向傳反饋（反向傳輸）輸）圖圖3-63-6 反饋放大器方框圖和例圖反饋放大器方框圖和例圖(a) 閉環放大器方框圖閉環放大器方框圖 (b) 反饋放大器

14、示例反饋放大器示例基本放大電路基本放大電路AdX oX 反饋網絡反饋網絡FfX 開環放大倍數開環放大倍數：doXAXiX + 反饋系數：反饋系數：ofXXF輸出輸出信號信號原輸入原輸入信號信號反饋反饋信號信號凈輸入信號凈輸入信號反饋放大電路的方框圖反饋放大電路的方框圖反饋放大器反饋放大器閉環放大倍數閉環放大倍數：ioFXXA根據反饋到輸入端的信號的性質判斷：根據反饋到輸入端的信號的性質判斷：例：例：uu+1A+RfRoiC22R1C交、直流并存交、直流并存的反饋的反饋交流反饋交流反饋3.2.2 3.2.2 反饋的分類和性質反饋的分類和性質一、交流反饋和直流反饋一、交流反饋和直流反饋二、反饋極性

15、二、反饋極性-負反饋與正反饋負反饋與正反饋負反饋負反饋凈輸入量減小。凈輸入量減小。例：如圖電路引入反饋后，例：如圖電路引入反饋后，ube =ui- uf（ 凈輸入凈輸入ube Uopp=12V，所以應取，所以應取uo= Uopp=12V。-Uopp= - -12V，所以應取所以應取uo= - -Uopp= - -12V。（3）Ruiiiiuucci，0tiCuud1CCO 1 1、 積分電路積分電路 四、積分與微分電路四、積分與微分電路tuRCuodi1uu+oiiAC+iR1RCuCdtduCicc實現了對輸入信號的積分運算實現了對輸入信號的積分運算應用舉例：應用舉例：輸入方波，輸出三角波。

16、實現了波形變換。輸入方波，輸出三角波。實現了波形變換。tui0tuo0uu+oiA+iR1RCiCCutRCuuoiUi為常為常 數時，數時，與時間成正比與時間成正比 2 2、微分電路、微分電路u-= u+= 0Riu OdtduCiiC Cii dtduRCuio uuo1CRAi+R+iiC實現了對輸入信號的微分運算。實現了對輸入信號的微分運算。自動準同步裝置中，通過檢測線性自動準同步裝置中，通過檢測線性整步電壓斜率判別頻差大小的電路整步電壓斜率判別頻差大小的電路應用舉例：應用舉例：此電路包含了比例、微分及求和運算。此電路包含了比例、微分及求和運算。圖圖1-2 自動準同步裝置自動準同步裝置

17、ZZQ-5中中鑒別頻差方向的邏輯電路框圖鑒別頻差方向的邏輯電路框圖 R1 + + C R R4 + + o 1M 1F xR1 + + R R4 + + -x 1M 1F 1M dtdxdtdx1M1M1M-30 xR4 + + 3M 0.1MR4 + + 1M 0.125M 1M 1Mdtdx8tsin4txdtdxtdxdsin430822解方程解方程對數電路：對數電路： 對數與指數電路對數與指數電路 利用利用PN結的指數特性實現對數運算結的指數特性實現對數運算uuD+A+idRi1ioRuu+1+AoTiR指數指數（反對數）運算電路：（反對數）運算電路：uuD+A+iRRdoiiuu+TA+R4iifieo 3-11 利用習題圖3-11電路做實驗，直流電源能提供圖中所示的電壓值，另有交流電壓表和直流電壓表。（1）將電源連線畫出來。（2）想要調零，請設計實驗步驟。（A、B端如何連接？用交流還是直流電壓表，測哪兩端電壓？調哪個元件，使所測電壓等于多少？） 3-11 利用習題圖3-11電路做實驗，直流電源能提供圖中所示的電