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1、集成运算放大器(2)本讲稿第一页，共二十七页一、运算放大器基础（二）运算放大器的内部和外部电路（二）运算放大器的内部和外部电路（三）运算放大器的基本特性（三）运算放大器的基本特性（一）集成电路与集成运算放大器（一）集成电路与集成运算放大器本讲稿第二页，共二十七页1集成集成电电路概念路概念把把具具有有某某项项功功能能的的电电路路元元件件（二二极极管管、晶晶体体管管、小小电电阻阻、小小电电容容等等）和和连连接接导导线线集集中中制制作作在在一一块块半半导导体体芯芯片片上上，组组成成具具有有该该功功能能的的整整体。体。（一）集成电路与集成运算放大器一、运算放大器基础本讲稿第三页，共二十七页2分分类类模
2、模拟拟集成集成电电路、数字集成路、数字集成电电路。路。（1）模）模拟拟集成集成电电路路用用于于处处理理模模拟拟信信号号，即即用用于于放放大大或或改改变变连连续续变变化化的的电电压压或或电电流流信信号。运算放大器就是模号。运算放大器就是模拟拟集成集成电电路中重要路中重要产产品之一。品之一。优优点：体点：体积积小、可靠性高、成本低、温度特性好、通用性和灵活性小、可靠性高、成本低、温度特性好、通用性和灵活性强强。（2）数字集成）数字集成电电路路用用于于处处理理数数字字信信号号的的电电路路，即即处处理理不不连连续续变变化化的的电电压压或或电电流流信信号号。数数字集成字集成电电路是使用量最大的集成路是使
3、用量最大的集成电电路。路。一、运算放大器基础本讲稿第四页，共二十七页1内部内部电电路路组组成：成：使使用用时时将将它它视视为为一一个个整整体体，注注意意了了解解它它的的外外部部特特性性和和各各个个引引出出线线的的用用途。途。（二）运算放大器的内部和外部电路一、运算放大器基础输输 入入 级级：提供与：提供与输输出端同相关系和反相关系的两个出端同相关系和反相关系的两个输输入端入端中中 间间 级级：一般采用共：一般采用共发发射极放大射极放大电电路路,提高提高电压电压放大倍数放大倍数输输 出出 级级：提供一定的：提供一定的电压变电压变化化偏置偏置电电路路:使各使各级级放大放大电电路有路有稳稳定的直流偏
4、置定的直流偏置本讲稿第五页，共二十七页2外部电路外部电路（1）反相）反相输输入端，用入端，用“-”“-”标标示，表示示，表示输输出信号与出信号与输输入信号相位相反。入信号相位相反。外部接外部接线线如如图图所示所示 一、运算放大器基础本讲稿第六页，共二十七页（2）同同相相输输入入端端，用用“+”标标示示，表表示示输输出出信信号号与与输输入入信信号号相相位位相同。相同。（4）正、）正、负电负电源端，用源端，用 UP 和和 UN 标标示。示。（3）信号输出端，用）信号输出端，用 Uo 表示。表示。（5）接地端。接地端。一、运算放大器基础本讲稿第七页，共二十七页3运算放大器的图形符号运算放大器的图形符
5、号一、运算放大器基础本讲稿第八页，共二十七页4集成运放集成运放LM324LM324一、运算放大器基础（a a）实实物物图图 （b b）内部）内部结结构构图图 （c c）引脚排列）引脚排列图图通用型四运放通用型四运放LM324LM324 LM324 LM324是一种常用通用型四运放电路，其内部有四个独立的运算放是一种常用通用型四运放电路，其内部有四个独立的运算放大器。其引脚排列和内部结构如图所示，其它四运放电路还有大器。其引脚排列和内部结构如图所示，其它四运放电路还有TL084TL084等。等。本讲稿第九页，共二十七页本讲稿第十页，共二十七页运运算算放放大大器器电电路路复复杂杂，精精确确计计算算
6、十十分分困困难难，但但只只要要突突出出其其主主要要性能，使其理想化，就可大大简化分析与计算。性能，使其理想化，就可大大简化分析与计算。（2）开）开环环差分差分输输入入电电阻阻 Ri=（1）开环差分电压增益）开环差分电压增益 Ao=（三）运算放大器的基本特性（3）输输出出电电阻阻 Ro=0 0一、运算放大器基础本讲稿第十一页，共二十七页（一）（一）负负反反馈馈的概念的概念 （二）（二）负负反反馈对馈对放大放大电电路性能的影响路性能的影响二、负反馈及其对放大电路性能的影响本讲稿第十二页，共二十七页1定定义义将将信信号号全全部部或或者者部部分分从从输输出出端端反反方方向向送送回回输输入入端端，来来实
7、实现现反反方方向向信信号号传传输输的的电电路路称称为为反反馈馈电电路路，带带有有反反馈馈电电路路的的放放大大电电路路称称为为反反馈馈放放大大电电路。路。（一）负反馈的概念 2方框方框图图A：基本放大电路。：基本放大电路。F：反反馈馈电电路路连连接接输输出出端端到到输输入端。入端。：比较环节。：比较环节。本讲稿第十三页，共二十七页反馈放大电路的三个环节：反馈放大电路的三个环节：反馈放大电路的三个环节：反馈放大电路的三个环节：基本放大电路基本放大电路基本放大电路基本放大电路比较环节比较环节比较环节比较环节反馈放大电路的方框图反馈放大电路的方框图反馈放大电路的方框图反馈放大电路的方框图反馈电路反馈电
8、路反馈电路反馈电路输出信号输出信号输出信号输出信号输入信号输入信号输入信号输入信号反馈信号反馈信号反馈信号反馈信号反馈系数反馈系数反馈系数反馈系数净输入信号净输入信号净输入信号净输入信号放大倍数放大倍数放大倍数放大倍数反馈反馈反馈反馈电路电路电路电路F F F F基本放大基本放大基本放大基本放大电路电路电路电路A A+本讲稿第十四页，共二十七页反馈放大电路的方框图反馈放大电路的方框图反馈放大电路的方框图反馈放大电路的方框图净输入信号净输入信号若两者反相，则若两者反相，则 Xd=Xi Xf可见可见可见可见 X Xd d X Xi i ，即反馈信号起了削弱净输入信号的作用，即反馈信号起了削弱净输入
9、信号的作用，即反馈信号起了削弱净输入信号的作用，即反馈信号起了削弱净输入信号的作用（负反馈）。（负反馈）。（负反馈）。（负反馈）。反馈反馈反馈反馈电路电路电路电路F F F F基本放大基本放大基本放大基本放大电路电路电路电路A A+本讲稿第十五页，共二十七页 2.利用瞬时极性法判断正负反馈利用瞬时极性法判断正负反馈+(1)(1)设接设接设接设接“地地地地”参考点的电位为零，在某点对参考点的电位为零，在某点对参考点的电位为零，在某点对参考点的电位为零，在某点对“地地地地”电压电压电压电压（即电位）的正半周，该点交流电位的瞬时极性为正；在（即电位）的正半周，该点交流电位的瞬时极性为正；在（即电位）
10、的正半周，该点交流电位的瞬时极性为正；在（即电位）的正半周，该点交流电位的瞬时极性为正；在负半周则为负。负半周则为负。负半周则为负。负半周则为负。(2)(2)设基极瞬时极性为正，设基极瞬时极性为正，设基极瞬时极性为正，设基极瞬时极性为正，根据根据根据根据集电极集电极集电极集电极瞬时极性瞬时极性瞬时极性瞬时极性与基极与基极与基极与基极相反相反相反相反、发射极发射极发射极发射极(接有发射极电阻接有发射极电阻接有发射极电阻接有发射极电阻而无旁路电容而无旁路电容而无旁路电容而无旁路电容时时时时)瞬时瞬时瞬时瞬时极性极性极性极性与基极相同与基极相同与基极相同与基极相同的原则的原则的原则的原则，标出相关各
11、点的，标出相关各点的，标出相关各点的，标出相关各点的瞬时极性。瞬时极性。瞬时极性。瞬时极性。本讲稿第十六页，共二十七页 2.利用瞬时极性法判断正负反馈利用瞬时极性法判断正负反馈+(3)(3)若反馈信号与输入信若反馈信号与输入信若反馈信号与输入信若反馈信号与输入信号加在同一电极上，号加在同一电极上，号加在同一电极上，号加在同一电极上，(4)(4)若反馈信号与输入信号若反馈信号与输入信号若反馈信号与输入信号若反馈信号与输入信号加在两个电极上，加在两个电极上，加在两个电极上，加在两个电极上，两者极性两者极性两者极性两者极性相反为负反馈相反为负反馈相反为负反馈相反为负反馈；极性极性极性极性相同为正反馈
12、。相同为正反馈。相同为正反馈。相同为正反馈。两者极性两者极性两者极性两者极性相同为负反馈相同为负反馈相同为负反馈相同为负反馈；极性极性极性极性相反为正反馈。相反为正反馈。相反为正反馈。相反为正反馈。本讲稿第十七页，共二十七页i1if iduoRFuiR2R1+RL 设输入电压设输入电压设输入电压设输入电压 u ui i 为正，为正，为正，为正，差值电流差值电流差值电流差值电流 i id d=i i1 1 i if f各电流的实际方向如图各电流的实际方向如图各电流的实际方向如图各电流的实际方向如图i if f 削弱了净输入电流削弱了净输入电流削弱了净输入电流削弱了净输入电流(差值差值差值差值电流
13、电流电流电流)负反馈负反馈负反馈负反馈本讲稿第十八页，共二十七页+uf+uduoRFuiR2R1+RL设输入电压设输入电压设输入电压设输入电压 u ui i 为正，为正，为正，为正，差值电压差值电压差值电压差值电压 u ud d=u ui i u uf f各电压的实际方向如图各电压的实际方向如图各电压的实际方向如图各电压的实际方向如图u uf f 削弱了净输入电压削弱了净输入电压削弱了净输入电压削弱了净输入电压(差差差差值电压值电压值电压值电压)负反馈负反馈负反馈负反馈 本讲稿第十九页，共二十七页输出信号输出信号 Xo（部分或全部）（部分或全部）通过通过 F 与与 Xi 进行比较进行比较 得得
14、 X i 进入进入 A。3反馈过程：反馈过程：比比较较是是指指反反馈馈信信号号 Xf 与与输输入入信信号号 Xi 进进行行相相加加或或相相减减，从从而而得得到到比比 Xi 加加强强或削弱的或削弱的净输净输入信号入信号 X i。4反反馈类馈类型型（1）反）反馈馈极性极性 正反正反馈馈：反：反馈馈使使净输净输入加入加强强，放大倍数升高，用于振，放大倍数升高，用于振荡荡器。器。负负反反馈馈：反反馈馈使使净净输输入入减减弱弱，放放大大倍倍数数降降低低。可可以以改改善善放放大大电路的许多性能。电路的许多性能。本讲稿第二十页，共二十七页（2）输输入端入端连连接方式接方式（3）输输出端取出端取样样信号信号本
15、讲稿第二十一页，共二十七页反馈类型框图：反馈类型框图：本讲稿第二十二页，共二十七页负负反反馈馈虽虽然然使使放放大大电电路路的的净净输输入入减减少少，放放大大倍倍数数下下降降，但但可可换换取取放大放大电电路的性能改善：路的性能改善：1提高放大倍数的提高放大倍数的稳稳定性定性放放大大倍倍数数Ao会会因因更更换换晶晶体体管管、负负载载 RL 等等因因素素变变化化而而产产生生变变化化，引引入入负负反反馈馈可以减小此种可以减小此种变变化。例如化。例如（二）负反馈对放大电路性能的影响 放大器放大器输输出信号出信号 Xo 加入加入负负反反馈馈 F 反反馈馈信号信号 Xf 净输净输入入信号信号Xi 输输出信号
16、出信号 Xo 本讲稿第二十三页，共二十七页2减小非减小非线线性失真性失真“非非线线性性”是是指指输输出出信信号号的的变变化化与与输输入入信信号号的的变变化化不不是是成成正正比比的的，晶晶体体管管就就是是一一个个非非线线性性器器件件。正正常常的的信信号号放放大大后后都都会会产产生生非非线线性性失真。例如失真。例如本讲稿第二十四页，共二十七页一一个个正正常常的的正正弦弦波波信信号号经经放放大大后后产产生生了了非非线线性性失失真真，正正半半周周较较大大，负负半半周周较较小小，由由于于负负反反馈馈信信号号与与输输出出信信号号相相同同，所所以以负负反反馈馈信信号号与与输输入入信信号号在在输输入入回回路路
17、中中相相减减后后，使使净净输输入入信信号号正正半半周周变变小小，负负半半周周变变大大，再再经经过过非非线线性性放放大大后后，输输出出波波形形就就得得到到一一定定的的改善。改善。本讲稿第二十五页，共二十七页（1）对输入电阻的影响：）对输入电阻的影响：4改变输入电阻和输出电阻改变输入电阻和输出电阻 串串联联反反馈馈增大增大输输入入电电阻。阻。输输入入端端反反馈馈信信号号与与输输入入信信号号以以电电压压形形式式串串联联相相减减时时，输输入入电电流流 Ii 会会减减小小，即即输输入入信信号号的的电电压压不不变变而而提提供供的的电电流流减减小小，说说明明输输入入端端加加入入反反馈电馈电阻后增大了。阻后增
18、大了。并并联联反反馈馈减小减小输输入入电电阻。阻。当当输输入入端端的的反反馈馈信信号号在在输输入入端端以以并并联联（对对信信号号源源而而言言）形形式式接接入入时时，由由于于输输入入信信号号电电压压不不变变而而提提供供的的总总电电流流增增大大，说说明明放放大大电电路路的的输输入入电电阻减小了。阻减小了。本讲稿第二十六页，共二十七页（2）对输对输出出电电阻的影响：阻的影响：电压电压反反馈馈减小减小输输出出电电阻。阻。当当电电压压反反馈馈时时，负负反反馈馈时时使使输输出出电电压压稳稳定定，即即输输出出端端负负载载变变化化而而输输出端出端电压电压不不变变，电电源内阻减小。源内阻减小。电电流反流反馈馈增大增大输输出出电电阻。阻。当当电电流流反反馈馈时时，负负反反馈馈时时使使输输出出电电流流稳稳定定，即即负负载载变变化化而而输输出出端端电电流流不不变变，所以，所以输输出出电电阻很大。阻很大。本讲稿第二十七页，共二十七页