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1、会计学1模拟模拟(mn)集成电路及应用集成电路及应用第一页，共154页。特殊(tsh)问题:R2、RE2:为设置(shzh)合适的Q点而增加。1.前后(qinhu)级Q点相互影响:+UCCuoRC2T2uiRC1R1T1R2RE2直接耦合电路的特殊问题第1页/共154页第二页，共154页。2.零点(ln din)漂移:uot0 当 ui=0 时：特殊(tsh)问题:uiRC1R1T1R2+UCCuoRC2T2RE2有时(yush)会将信号淹没第2页/共154页第三页，共154页。1.结构(jigu):对称(duchn)uoui1+UCCRCR1T1RBRCR1T2RBui2基本型差动放大器第3
2、页/共154页第四页，共154页。2.抑制(yzh)零漂的原理:uo=uC1-uC2 =0uo=(uC1+uC1 )-(uC2+uC2)=0当ui1=ui2 =0 时：当温度(wnd)变化时：uoui1+UCCRCR1T1RBRCR1T2RBui2第4页/共154页第五页，共154页。1.结构(jigu):为了使左右(zuyu)平衡，可设置调零电位器:ui1uo+UCCRCT1RBRCT2RBui2-UEERE双电源长尾式差放第5页/共154页第六页，共154页。2.静态(jngti)分析:温度(wnd)TICIE =2ICUEUBEIBIC1).RE 抑制温度漂移ui1=ui2=0自动稳定R
3、E:强负反馈作用(zuyng)ui1uo+UCCRCT1RBRCT2RBui2-UEERE第6页/共154页第七页，共154页。2).Q点的计算(j sun):直流通(litng)路IC1=IC2=IC=IB UC1=UC2=UCCICRC UE1=UE2=IBRBUBE UCE1=UCE2=UC1UE1IC1IC2IBIBIEui1uo+UCCRCT1RBRCT2RBui2-UEERE第7页/共154页第八页，共154页。3.动态分析:1)输入信号(xnho)分类1差模输入(shr):ui1=-ui2=ud差模电压放大(fngd)倍数:共模输入:2ui1=ui2=uC共模电压放大倍数:共模抑
4、制比:KCMRR=KCMRR(dB)=(分贝)（Common-Mode Rejection Ratio)(differential mode)(common mode)第8页/共154页第九页，共154页。3 任意(rny)输入:ui1,ui2差模分量(fn ling):共模(n m)分量:uduCui1=uC+udui2=uC-ud 叠加分解2ui1-ui2=2ui1+ui2=例题:ui1=20 mv,ui2=10 mv 则：ud=5mv,uc=15mv ui1=15mv+5mv,ui2=15mv-5mv第9页/共154页第十页，共154页。输入(shr)端 接法双端单端输出(shch)端
5、接法双端单端双端输出(shch)：Ad =Ad1单端输出：差模电压放大倍数：ui1+UCCui2uoC1B1C2EB2RCT1RBRCT2RBIC3-UEE差放电路的几种接法第10页/共154页第十一页，共154页。信号输入(shr)方式+VCCuoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui2.共模输入信号(xnho)ui1=ui2=uC（大小相等,极性相同）理想(lxing)情况：ui1=ui2 uC1=Uc2 uo=0 AC=0 共模电压放大倍数：（很小，1M,有的可达100M以上。(4)输出电阻roro=几-几十。2.集成运放的主要参数第19页/共154页第二十页，共154页。(5)输入
6、失调电压UIO:反映(fnyng)差动输入级的不对称程度(10)最大差模输入(shr)电压UIDM(9)最大共模输入(shr)电压UICM(6)输入失调电流IIO(7)输入偏置电流IIB(8)输入失调电压温漂dUIO/dT第20页/共154页第二十一页，共154页。3.集成运放(yn fn)的分类按用途(yngt)分通用型低功耗型高精度、低漂移(pio y)型高阻型第21页/共154页第二十二页，共154页。1.电压传输(chun sh)特性集成运放的电压(diny)传输特性是指开环时，输出电压(diny)与差模输入电压(diny)之间的关系。即:uo=Auo(u+-u-)=Auouid集成(
7、j chn)运放的电压传输特性第22页/共154页第二十三页，共154页。2.理想运放(yn fn)模型（1）“虚短”:运放两输入端的电位(din wi)相等，即u+=u-。u+u-=uo/Auo=0 u+=u-理想运放：rid KCMR ro 0Auo 结论(jiln):（2）“虚断”:两输入端的输入电流为零，即i+=i-=0 。第23页/共154页第二十四页，共154页。（2）理想运放(yn fn)工作在非线性区。u+u 时，uo=+Uom u+u 时，uo=Uom 3.分析(fnx)运放电路的基本依据（1）运放(yn fn)工作在线性区。“虚短”和“虚断”第24页/共154页第二十五页，
8、共154页。反馈：凡是将放大电路输出端的(dund)信号（电压或电流）的一部分或全部引回到输入端，与输入信号迭加，就称为反馈。若引回的信号削弱了输入(shr)信号，就称为负反馈。若引回的信号增强了输入(shr)信号，就称为正反馈。这里所说的信号一般是指交流信号，所以判断正负反馈，就要判断反馈信号与输入信号的相位关系(gun x)，同相是正反馈，反相是负反馈。反馈的基本概念2.2 放大电路中的负反馈第25页/共154页第二十六页，共154页。反馈(fnku)控制系统举例-炉温控制系统第26页/共154页第二十七页，共154页。放大器输出输入取+加强(jiqing)输入信号 正反馈 用于振荡器取-
9、削弱(xuru)输入信号 负反馈 用于放大器开环闭环负反馈的作用：稳定静态工作点；稳定放大倍数；提高(t go)输入电阻；降低输出电阻；扩展通频带。反馈网络叠加反馈信号实际被放大信号反馈框图：第27页/共154页第二十八页，共154页。反馈(fnku)电路的三个环节：放大：反馈：叠加：负反馈框图(kungt)：基本放大电路Ao反馈回路F+输出(shch)信号输入信号反馈信号差值信号第28页/共154页第二十九页，共154页。基本放大电路Ao反馈回路F+开环放大(fngd)倍数闭环放大(fngd)倍数反馈(fnku)系数第29页/共154页第三十页，共154页。AF=Xo/Xi=Xo /(Xd+
10、Xf)=Xo /(+XoF)=XoA11A+F=A1+AF第30页/共154页第三十一页，共154页。3.关于反馈(fnku)深度的讨论一般(ybn)负反馈称为反馈深度深度(shnd)负反馈正反馈自激振荡第31页/共154页第三十二页，共154页。1.按反馈(fnku)信号的极性分类及判断1.负反馈和正反馈正反馈：反馈信号的极性与输入信号的极性相反，即，即反馈的结果(ji gu)增强了原来的输入信号，使净输入信号XdXi，这种反馈称为正反馈。负反馈：反馈信号(xnho)的极性与输入信号(xnho)的极性相同，即，即反馈的结果削弱了原来的输入信号(xnho)，使净输入信号(xnho)XdXi，这
11、种反馈称为负反馈。2.22 反馈放大电路的分类及判断第32页/共154页第三十三页，共154页。根据反馈信号在输入端与输入信号比较(bjio)形式的不同，可以分为串联反馈和并联反馈。串联反馈：反馈信号与输入(shr)信号串联，即反馈信号与输入(shr)信号以电压形式叠加决定净输入(shr)电压信号。并联反馈(fnku)：反馈(fnku)信号与输入信号并联，即反馈(fnku)信号与输入信号以电流形式叠加决定净输入电流信号。串联反馈使电路的输入电阻增大；并联反馈使电路的输入电阻减小。2、按输入端的连接方式分类及判别第33页/共154页第三十四页，共154页。并联(bnglin)反馈串联(chunl
12、in)反馈第34页/共154页第三十五页，共154页。3.按输出端的取样(qyng)方式分类及判别电压反馈：反馈信号(xnho)取自输出电压信号(xnho)。电流反馈：反馈信号(xnho)取自输出电流信号(xnho)。电压负反馈：可以稳定输出电压、减小输出电阻。电流(dinli)负反馈：可以稳定输出电流(dinli)、增大输出电阻。根据反馈所采样的信号不同，可以分为电压反馈和电流反馈。第35页/共154页第三十六页，共154页。输出取样方式的判别-输出短路法：注意(zh y):输出端短路时，是将R L短路，不一定是对 地短路。电流(dinli)反馈电压(diny)反馈第36页/共154页第三十
13、七页，共154页。4、按反馈信号的性质分类(fn li)及判别交流反馈：反馈信号(xnho)是交流成分。直流反馈：反馈信号(xnho)是直流成分。若在反馈网络(wnglu)中串接隔直电容，则可以隔断直流，此时反馈只对交流起作用。在起反馈作用的电阻两端并联旁路电容，可以使其只对直流起作用。有的反馈只对交流信号起作用；有的反馈只对直流信号起作用；有的反馈对交、直流信号均起作用。第37页/共154页第三十八页，共154页。负反馈电压(diny)串联负反馈电压(diny)并联负反馈电流(dinli)串联负反馈电流并联负反馈输入-串联、并联输出-电流、电压负反馈放大电路的四种组态第38页/共154页第三
14、十九页，共154页。1.电压(diny)串联负反馈 输出短路法判断是电压反馈(fnku)或电流反馈(fnku)瞬时(shn sh)极性法判断正负反馈 根据反馈信号在输入端与输入信号比较形式的不同，判断串联反馈和并联反馈结论:电压负反馈使输出电压趋于稳定ud=uiuf 第39页/共154页第四十页，共154页。2.电流(dinli)并联负反馈结论:电流(dinli)负反馈使输出电流(dinli)趋于稳定第40页/共154页第四十一页，共154页。3.电压(diny)并联负反馈4.电流(dinli)串联负反馈第41页/共154页第四十二页，共154页。例 试 判 别 图(a)和(b)两个两级放大电
15、路中从运算放大器A2输 出(shch)端引至A1输入端的各是何种类型和极性的反馈电路。(b)是电流(dinli)并联负反馈(a)是电压(diny)串联负反馈 第42页/共154页第四十三页，共154页。负反馈放大器的四种(s zhn)类型负反馈类型有四种组态:电压(diny)串联负反馈 电压(diny)并联负反馈 电流串联负反馈 电流并联负反馈第43页/共154页第四十四页，共154页。3.2 负反馈的类型(lixng)及分析方法负反馈的类型(lixng)(1)根据反馈所采样的信号不同，可以(ky)分为电压反馈和电流反馈。如果反馈信号取自电压信号，叫电压反馈。如果反馈信号取自电流信号，叫电流反
16、馈。电压负反馈具有稳定输出电压、减小输出电阻的作用。电流负反馈具有稳定输出电流、增大输出电阻的作用。第44页/共154页第四十五页，共154页。RLuoRLuo电压反馈采样(ci yn)的两种形式：第45页/共154页第四十六页，共154页。电流(dinli)反馈采样的两种形式：RLioiERLioiERf第46页/共154页第四十七页，共154页。(2)根据反馈信号在输入端与输入信号比较形式(xngsh)的不同，可以分为串联反馈和并联反馈。反馈信号与输入信号串联(chunlin)，即反馈电压信号与输入信号电压比较的，叫串联(chunlin)反馈。反馈(fnku)信号与输入信号并联，即反馈(f
17、nku)信号电流与输入信号电流比较的，叫并联反馈(fnku)。串联反馈使电路的输入电阻增大，并联反馈使电路的输入电阻减小。第47页/共154页第四十八页，共154页。iifibib=i-if并联(bnglin)反馈ufuiubeube=ui-uf串联(chunlin)反馈第48页/共154页第四十九页，共154页。(3)交流(jioli)反馈与直流反馈有的反馈只对交流(jioli)信号起作用，称为交流(jioli)反馈。有的反馈只对直流起作用，称为直流反馈。有的反馈对交直流均起作用。在反馈网络中串接隔直电容，可以(ky)隔断直流，此时反馈只对交流起作用。在起反馈作用的电阻两端并联旁路电容，可以
18、使其只对直流起作用。第49页/共154页第五十页，共154页。增加隔直电容(dinrng)C后，Rf只对交流起反馈作用。+C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2RE1CEC3C2+ECuoui+T1T2RfC注：本电路(dinl)中C1、C2也起到隔直作用。第50页/共154页第五十一页，共154页。增加(zngji)旁路电容C后，Rf只对直流起反馈作用。+C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2CEC3C2+ECuoui+T1T2RfCRE1第51页/共154页第五十二页，共154页。负反馈的分析方法分析(fnx)步骤：3、是否(sh fu)负反馈？4、是负反馈(fnku)！那么是
19、何种类型的负反馈(fnku)？（判断反馈(fnku)的组态）1、找出反馈网络（电阻）。2、是交流反馈还是直流反馈？第52页/共154页第五十三页，共154页。判断(pndun)负反馈的方法：瞬时(shn sh)极性法：假设输出端信号有一定(ydng)极性的瞬时变化，依次经过反馈、比较、放大后，再回到输出端，若输出信号与原输出信号的变化极性相反，则为负反馈。反之为正反馈。如果是电压反馈，则要从输出电压的微小变化开始。如果是电流反馈，则要从输出电流的微小变化开始。判断时在输入端也要反映出反馈信号与输入信号的比较关系。第53页/共154页第五十四页，共154页。例：判断(pndun)Rf是否负反馈，
20、若是，判断(pndun)反馈的组态。uoufubeuc1ub2uc2ufube=ui-ufuc1ub2uc2uo+C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2RE1CEC3C2+ECuoui+T1T2Rf第54页/共154页第五十五页，共154页。例：判断Rf是否(sh fu)负反馈，若是，判断反馈的组态。ubeuc1ub2uc2此电路(dinl)是电压串联负反馈，对直流不起作用。+C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2RE1CEC3C2+ECuoui+T1T2Rfuf第55页/共154页第五十六页，共154页。57分析中用到了三极管的集电极与基极(j j)相位相反这一性质。第56页/共
21、154页第五十七页，共154页。58我们这里分析的是交流(jioli)信号，不要与直流信号混淆。分析中用到的电压、电流要在电路中标出。并且(bngqi)注意符号的使用规则。如果反馈对交直流均起作用(zuyng)（本题即是），可以用全量。瞬时极性法所判断的也是相位的关系。电路中两个信号的相位不是同相就是反相，因此若两个信号都上升，它们一定同相；若另一个信号下降而另一个上升，它们一定反相。第57页/共154页第五十八页，共154页。例：判断(pndun)Rf是否负反馈，若是，判断(pndun)反馈的组态。+UCCRCC2C1Rfuiuoiibif电压反馈并联反馈uoifib=i+ifuo此电路(d
22、inl)是电压并联负反馈，对直流也起作用。第58页/共154页第五十九页，共154页。+UCCRCC2C1Rfuiuoiibif三极管的静态工作点如何提供？能否在反馈回路(hul)加隔直电容？不能！Rf为三极管提供(tgng)静态电流！第59页/共154页第六十页，共154页。例：判断(pndun)Rf是否负反馈，若是，判断(pndun)反馈的组态。uouiiiBiFuFRE2RfRE1RC1RC2+UCCiE2电流反馈并联反馈iE2uFiFiBuC1uB2uC1uB2iB2iE2第60页/共154页第六十一页，共154页。例：判断(pndun)Rf是否负反馈，若是，判断(pndun)反馈的组
23、态。电流并联负反馈。对直流也起作用(zuyng)，可以稳定静态工作点。uouiiiBiFuFRE2RfRE1RC1RC2+UCCiE2uC1uB2第61页/共154页第六十二页，共154页。因为(yn wi)反馈电压：从输入(shr)端看，有：根据瞬时极性判断是负反馈，所以(suy)该电路为电压串联负反馈vd=vi-vF故为串联负反馈。用“瞬时极性法”判断反馈极性：假设某一瞬时，在放大电路的输入端加入一个正极性的输入信号，按信号传输方向依次判断相关点的瞬时极性，直至判断出反馈信号的瞬时极性。如果反馈信号的瞬时极性使净输入减小，则为负反馈；反之为正反馈。反馈量与输出电压成比例，所以是电压反馈。一
24、.电压串联负反馈第62页/共154页第六十三页，共154页。分立电路电压(diny)串联负反馈RLvOvFvd(vbe)vO电压负反馈的特性稳定(wndng)输出电压稳定(wndng)过程：负载变化时，输出电压稳定输出电阻第63页/共154页第六十四页，共154页。因为反馈(fnku)电流：根据瞬时极性判断(pndun)是负反馈，所以该电路为电压串联负反馈id=ii-iF从 输 入(shr)端看有：反馈量与输出电压成比例，所以是电压反馈。故为并联负反馈。二.电压并联负反馈第64页/共154页第六十五页，共154页。分立电路电压(diny)并联负反馈+UCCRCC2C1Rfuiuoibifii反
25、馈量与输出(shch)电压成比例，所以是电压反馈。根据(gnj)瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电压串联负反馈id=ii-iF在输入端有故为并联负反馈。因为反馈电流：第65页/共154页第六十六页，共154页。三.电流(dinli)并联负反馈 因为(yn wi)反馈电流：根据瞬时(shn sh)极性判断是负反馈，所以该电路为电流串联负反馈又因为在输入端有:id=iI-iF反馈量与输出电流成比例，所以是电流反馈。故为并联负反馈。第66页/共154页第六十七页，共154页。分立电路组成的电流(dinli)并联负反馈引入电流负反馈的目的(md)稳定输出电流稳定(wndng)过程：负载变化时，输出电
26、流稳定输出电阻RL iOiFid iO第67页/共154页第六十八页，共154页。因为反馈(fnku)电压：Uf=ioRf根据瞬时极性判断是负反馈，所以(suy)该电路为电流串联负反馈vd=vi-vF又因为(yn wi)在输入端有反馈量与输出电流成比例，所以是电流反馈。故为串联负反馈。四.电流串联负反馈第68页/共154页第六十九页，共154页。分立电路组成(z chn)的电流串联负反馈IO vF vd IO 引入电流负反馈的目的(md)稳定输出电流稳定(wndng)过程：负载变化时，输出电流稳定输出电阻RL第69页/共154页第七十页，共154页。五.反馈(fnku)类型及判别方法总结1.直
27、流反馈(fnku)与交流反馈(fnku)注意电容的“隔直通交”作用 例题1:试判断下图电路中有哪些(nxi)反馈支路，各是直流反馈还是交流反馈？第70页/共154页第七十一页，共154页。2.反馈(fnku)极性：正反馈(fnku)与负反馈(fnku)判定方法(fngf)“瞬时极性法”例题2:试判断下列(xili)电路中反馈支路的反馈极性。对于串联反馈：输入量与反馈量作用在不同的两点上，若瞬时极性相同为负反馈，瞬时极性相反为正反馈。对于并联反馈：输入量与反馈量作用在同一点上，若反馈元件两端瞬时极性相反为负反馈，瞬时极性相同为正反馈。动画演示第71页/共154页第七十二页，共154页。第72页/
28、共154页第七十三页，共154页。3.取样(qyng)方式电压反馈与电流反馈 假设输出(shch)端交流短路（RL=0），即UO=0，若反馈信号消失了，则为电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为电流反馈。电压反馈：反馈信号(xnho)的大小与输出电压成比 例。判断方法输出短路法：电流反馈：反馈信号的大小与输出电流成比 例。第73页/共154页第七十四页，共154页。例题(lt)3:试判断下列电路中引入的反馈是电压反馈还是电流反馈。第74页/共154页第七十五页，共154页。第75页/共154页第七十六页，共154页。串联串联串联串联(chunlin)(chunlin)反馈：反馈信号与输入信号加在放
29、大电路反馈：反馈信号与输入信号加在放大电路反馈：反馈信号与输入信号加在放大电路反馈：反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的两个电极。有：输入回路的两个电极。有：输入回路的两个电极。有：输入回路的两个电极。有：此时(c sh)反馈信号与输入信号是电流相加减的关系。此时反馈信号与输入信号是电压(diny)相加减的关系。对于运算放大器来说，反馈信号与输入信号同时加在同相输入端或反相输入端，则为并联反馈；一个加在同相输入端一个加在反相输入端则为串联反馈。对于三极管来说，反馈信号与输入信号同时加在三极管的基极或发射极，则为并联反馈；一个加在基极一个加在发射极则为串联反馈。并联反馈：反馈信号与输入信号加
30、在放大电路输入回路的同一个电极。有：vd=vi-vFid=iI-iF 4.比较方式串联反馈和并联反馈第76页/共154页第七十七页，共154页。例题4:试判断(pndun)下列电路中引入的反馈是串联反馈还是并联反馈。第77页/共154页第七十八页，共154页。第78页/共154页第七十九页，共154页。例题5:试判断下列(xili)电路中的反馈组态。解:电压(diny)串联负反馈。（a）：第79页/共154页第八十页，共154页。解:电压(diny)并联负反馈。（b）：动画演示(ynsh)第80页/共154页第八十一页，共154页。（1）串 联(chunlin)反馈 5.信号源对反馈(fnku
31、)效果的影响vd=vI-vF 所以(suy)vI应为恒压源，即信号源内阻RS越小越好。要想反馈效果明显，就要求vF变化能有效引起vd的变化。第81页/共154页第八十二页，共154页。（2）并 联(bnglin)反馈id=iI-iF 所以(suy)iI应为恒流源，即信号源内阻RS越大越好。要想反馈效果(xiogu)明显，就要求iF变化能有效引起id的变化。end第82页/共154页第八十三页，共154页。基本放大电路Ao反馈回电路F+反馈电路的基本(jbn)方程负反馈对放大电路(dinl)性能的影响第83页/共154页第八十四页，共154页。反馈深度定义：基本放大电路Ao反馈回路F+第84页/
32、共154页第八十五页，共154页。(2)若称为深度负反馈，此时结论：在深度负反馈的情况下，放大(fngd)倍数只与反馈网络有关,即负反馈可以提高放大(fngd)倍数的稳定性。1.对放大(fngd)倍数的影响(1)负反馈削弱了输入信号，使净输入减小了，因而放大(fngd)电路的放大(fngd)倍数下降 第85页/共154页第八十六页，共154页。引入负反馈使电路(dinl)的稳定性提高。Af定量分析(dnglingfnx)第86页/共154页第八十七页，共154页。例某负反馈放大器，放大倍数A=104,反馈系数F=0.01，由于外部条件(tiojin)变化使A变化了10%，求Af的相对变化量。解
33、：即A变化(binhu)了10%时，Af仅变化(binhu)了0.1%。第87页/共154页第八十八页，共154页。2、改善放大(fngd)电路的非线性失真Aouiuo加反馈(fnku)前加反馈(fnku)后ufuiudAoF+改善uouo第88页/共154页第八十九页，共154页。3、扩展放大电路(dinl)的通频带引入负反馈使电路(dinl)的通频带宽度增加：fABoAoAFBF第89页/共154页第九十页，共154页。4、对输入(shr)、输出电阻的影响1.串联(chunlin)负反馈增大输入电阻：2.并联(bnglin)负反馈减小输入电阻：理解：由于串联负反馈使净输入电压ud减小，因而
34、输入电流也减小，故输入电阻增大。理解：并联负反馈存在反馈电流if，使输入电流ii增大，故输入电阻减小。第90页/共154页第九十一页，共154页。3.电压(diny)负反馈使电路的输出电阻减小：理解：电压负反馈目的(md)是阻止uo的变化，稳定输出电压。放大电路空载(kn zi)时可等效右图框中为电压源：输出电阻越小，输出电压越稳定，反之亦然。roesouoRL第91页/共154页第九十二页，共154页。理解：电流负反馈目的(md)是阻止io的变化，稳定输出电流。放大(fngd)电路空载时可等效为右图框中电流源：输出电阻越大，输出电流(dinli)越稳定，反之亦然。4.电流负反馈使电路的输出电
35、阻增加：roisoioRL第92页/共154页第九十三页，共154页。由于运放的开环放大(fngd)倍数很大，输入电阻高，输出电阻小，在分析时常将其理想化，称其所谓的理想运放。理想运放的条件虚短路放大倍数与负载无关。分析多个(du)运放级联组合的线性电路时可以分别对每个运放进行。虚开路运放(yn fn)工作在线性区的特点1、在分析信号运算电路时对运放的处理.2.3 2.3 2.3 2.3 集成运算放大器的线性应用集成运算放大器的线性应用集成运算放大器的线性应用集成运算放大器的线性应用第93页/共154页第九十四页，共154页。2.分析(fnx)运放组成的线性电路的出发点虚短路虚开路放大倍数与负
36、载无关，可以分开分析。u+uo_+uIi信号的放大、运算有源滤波电路3.运放线性应用第94页/共154页第九十五页，共154页。作用：将信号(xnho)按比例放大。类型(lixng)：同相比例放大和反相比例放大。方法：引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈。这样输出电压与运放的开环放大倍数无关，与输入电压和反馈系数(xsh)有关。比例运算电路比例运算电路比例运算电路比例运算电路第95页/共154页第九十六页，共154页。i1=ifuo_+RFR1R2uii1if(1)放大(fngd)倍数虚短路(dunl)虚开路1、反相比例(bl)运算电路结构特点：负反馈引到反相输入端，信号从反相端输入。虚开路
37、第96页/共154页第九十七页，共154页。(2)电路(dinl)的输入电阻ri=平衡电阻，使输入端对地的静态电阻相等，保证静态时输入级的对称性。R2=R1 /RFuo_+RFR1R2uii1if为保证(bozhng)一定的输入电阻，当放大倍数大时，需增大RF，而大电阻的精度差，因此，在放大倍数较大时，该电路结构不再适用。第97页/共154页第九十八页，共154页。4.共模(n m)电压电位为0，虚地输入电阻小、共模(n m)电压为 0 以及“虚地”是反相输入的特点。_+RFR1R2uii1if(3)反馈(fnku)方式电压并联负反馈输出电阻很小！第98页/共154页第九十九页，共154页。反
38、相比例电路(dinl)的特点：1.共模输入(shr)电压为0，因此对运放的共模抑制比要求低。2.由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认为是0，因此(ync)带负载能力强。3.由于并联负反馈的作用，输入电阻小，因此对输入电流有一定的要求。4.在放大倍数较大时，该电路结构不再适用。第99页/共154页第一百页，共154页。2、同相比例(bl)运算电路_+RFR1R2uiuou-=u+=ui反馈方式(fngsh)：电压串联负反馈。输入电阻高。虚短路(dunl)虚开路结构特点：负反馈引到反相输入端，信号从同相端输入。虚开路iiif第100页/共154页第一百零一页，共154页。同相比例电路(dinl)
39、的特点：3.共模输入电压为ui，因此(ync)对运放的共模抑制比要求高。1.由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认为(rnwi)是0，因此带负载能力强。2.由于串联负反馈的作用，输入电阻大。思考：R1时？第101页/共154页第一百零二页，共154页。_+uiuo此电路是电压并联(bnglin)负反馈，输入电阻大，输出电阻小，在电路中作用与分离元件的射极输出器相同，但是电压跟随性能好。3、电压(diny)跟随器结构特点：输出电压全部(qunb)引到反相输入端，信号从同相端输入。电压跟随器是同相比例运算放大器的特例。Auf=1第102页/共154页第一百零三页，共154页。例 图示电路中,R1=
40、50k,RF=100k,ui=1 V,求输出电压uo,并说明(shumng)输入级的作用。解：输入级为电压跟随(n su)器，输入电阻很高，起到减轻信号源负担的作用。uo1=ui=1 V Uo=第103页/共154页第一百零四页，共154页。作用(zuyng)：将若干个输入信号之和按比例放大。类型(lixng)：同相求和和反相求和。方法：引入深度电压并联负反馈(fnku)或电压串联负反馈(fnku)。这样输出电压与运放的开环放大倍数无关，与输入电压和反馈(fnku)系数有关。加法运算电路加法运算电路加法运算电路加法运算电路第104页/共154页第一百零五页，共154页。1、反相求和(qi h)
41、运算实际应用时可适当增加或减少输入端的(dund)个数，以适应不同的需要。R12_+RFR11ui2uoRPui1ii1ii2if第105页/共154页第一百零六页，共154页。ii2ifii1R12_+RFR11ui2uoRPui1调节反相求和(qi h)电路的某一路信号的输入电阻，不影响输入电压和输出电压的比例关系，调节方便。R11=R22=RF时？第106页/共154页第一百零七页，共154页。三输入加法(jif)运算电路第107页/共154页第一百零八页，共154页。_+R2R1R1ui2uoR2ui1解出：时？.3.3.3.3.3.3.3.3 减法运算减法运算减法运算减法运算(yn
42、sun)(yn sun)(yn sun)(yn sun)电路差动放大器电路差动放大器电路差动放大器电路差动放大器第108页/共154页第一百零九页，共154页。_+R2R1R1ui2uoR2ui1差动放大器放大了两个(lin)信号的差，但是它的输入电阻不高（=2R1）,这是由于反相输入造成的。第109页/共154页第一百一十页，共154页。例：设计一个加减(ji jin)运算电路，RF=240k，使uo=10ui1+8ui2-20ui3解:(1)画电路(dinl)。系数为负的信号(xnho)从反相端输入，系数为正的信号(xnho)从同相端输入。-R3RF+ui1uoR2R1ui2R4ui3第1
43、10页/共154页第一百一十一页，共154页。(2)求各电阻值。-R3RF+ui1uoR2R1ui2R4ui3uo=10ui1+8ui2-20ui3第111页/共154页第一百一十二页，共154页。优点(yudin)：元件少，成本低。缺点(qudin)：要求R1/R2/R=R3/R。阻值的调整计算不方便。单运放的加减(ji jin)运算电路改进：采用双运放电路。第112页/共154页第一百一十三页，共154页。双运放的加减运算(yn sun)电路例设计(shj)一个能实现uo=10ui1-2ui2-5ui3运算关系的电路，其中 RF=10 k。uo=-(-10ui1+2ui2+5ui3)第11
44、3页/共154页第一百一十四页，共154页。平衡(pnghng)电阻=?uo=-(-10ui1+2ui2+5ui3)第114页/共154页第一百一十五页，共154页。1.它们都引入电压(diny)负反馈，因此输出电阻都比较小。2.关于(guny)输入电阻：反相输入的输入电阻小，同相输入的输入电阻高。3.同相输入的共模(n m)电压高，反相输入的共模(n m)电压小。比例运算电路与加减运算电路小结第115页/共154页第一百一十六页，共154页。i1iCui-+RR2Cuo积分(jfn)运算电路输出量与输入量对时间(shjin)的积分成正比积分(jfn)时间常数:第116页/共154页第一百一十
45、七页，共154页。tui0tuo0输入方波，输出(shch)是三角波。应用(yngyng)举例1：第117页/共154页第一百一十八页，共154页。tui0tuo0U-UomTM积分(jfn)时限应用举例2：如果积分器从某一时刻输入一直流电压，输出将反向积分，经过(jnggu)一定的时间后输出饱和。思考：如果输入是正弦波，输出波形怎样，请自己计算。运放实验中请自己验证。第118页/共154页第一百一十九页，共154页。例 积分运算电路(dinl)如图所示,已知k，0.5 uF,u的初始电压为，输入电压波形ui如图(a)所示,请画出输出电压u o的波形。当0t60ms，ui-5V 第119页/共
46、154页第一百二十页，共154页。当60t110ms，ui6V 波形(b xn)如图第120页/共154页第一百二十一页，共154页。例试求图(b)所示电路(dinl)的uo与ui的关系式。(b)(a)解第121页/共154页第一百二十二页，共154页。其他一些运算电路：对数与指数运算电路、乘法与除法运算电路等，由于课时(ksh)的限制，不作为讲授内容。积分电路的主要用途：1.在电子开关中用于延迟(ynch)。2.波形变换。例：将方波变为三角波。3.A/D转换中，将电压量变为时间量。4.移相。第122页/共154页第一百二十三页，共154页。u=u+=01、微分(wi fn)运算u i+uoR
47、R2i1iFC结论:1.输出(shch)信号与输入信号对时间的一阶 微分成正比2.微分(wi fn)时间常数:微分运算电路微分运算电路微分运算电路微分运算电路第123页/共154页第一百二十四页，共154页。uit0t0uo若输入(shr)：则：若输入(shr)为阶跃信号?tuituo第124页/共154页第一百二十五页，共154页。运算电路(dinl)要求1.熟记(sh j)各种单运放组成的基本运算电路的电路图及放大倍数公式。2.掌握以上基本运算电路的级联组合的计算。3.会用“虚开路(ii=0)”和“虚短路(u+=u)”分析给定运算电路的 放大倍数。第125页/共154页第一百二十六页，共1
48、54页。非线性应用：是指由运放组成的电路(dinl)处于非线性状态，输出与输入的关系 uo=f(ui)是非线性函数。由运放组成的非线性电路有以下三种(sn zhn)情况：1.电路(dinl)中的运放处于非线性状态。+Auo比如：运放开环应用uo运放电路中有正反馈，运放处于非线性状态。2.4 集成运算放大器的非线性应用集成运算放大器的非线性应用第126页/共154页第一百二十七页，共154页。2.电路(dinl)中的运放处于线性状态，但外围电路(dinl)有非线性元件（二极管、三极管、稳压管等）。ui0时：ui0时：uoui0传输特性-+AuoR1RF1RF2Dui+第127页/共154页第一百
49、二十八页，共154页。3.另一种情况，电路中的运放(yn fn)处于非线性状态，外围电路也有非线性元件（二极管、三极管）。由于处于线性与非线性状态的运放的分析方法不同，所以分析电路前，首先(shuxin)确定运放是否工作在线性区。确定运放工作(gngzu)区的方法：判断电路中有无负反馈。若有负反馈，则运放工作在线性区；若无负反馈，或有正反馈，则运放工作在非线性区。处于非线性状态运放的特点：1.虚短路不成立。2.输入电阻仍可以认为很大。3.输出电阻仍可以认为是0。第128页/共154页第一百二十九页，共154页。+uouiURuoui0+Uom-UomUR当ui UR时,uo=-Uom 1、单门
50、限(mnxin)比较器单门限单门限单门限单门限(mnxin)(mnxin)(mnxin)(mnxin)电压比较器电压比较器电压比较器电压比较器第129页/共154页第一百三十页，共154页。uoui0+UOM-UOM+uoui二、过零比较(bjio)器:(UR=0时)+uouiuoui0+UOM-UOM第130页/共154页第一百三十一页，共154页。+uouitui例1：利用(lyng)电压比较器将正弦波变为方波。uot+Uom-Uom第131页/共154页第一百三十二页，共154页。例2：利用电压(diny)比较器构成脉宽调制器。第132页/共154页第一百三十三页，共154页。例2：利用