第四章 运算放大器的应用.ppt

1、第四章 运算放大器的应用,4.1 比例运算,4.1.1反相比例运算,1.电路组成,以后如不加说明，输入、输出的另一端均为地()。,2.电压放大倍数,因要求静态时u+、 u 对地电阻相同， 所以平衡电阻 R2 = R1 / RF,3. 结论：,(1) Auf为负值，即 uo与 ui 极性相反。因为 ui 加在反相输入端。,(2) Auf 只与外部电阻 R1、RF 有关，与运放本身参数无关。,(3) | Auf | 可大于 1，也可等于 1 或小于 1 。,4.1.2 同相比例运算,1.电路组成,2.电压放大倍数,3. 结论：,(1) Auf 为正值，即 uo与 ui 极性相同。因为 ui 加在同

2、相输入端。,(2) Auf只与外部电阻 R1、RF 有关，与运放本身参数无关。,(3) Auf 1 ，不能小于 1 。,当 R1= 且 RF = 0 时，,uo = ui ， Auf = 1，称电压跟随器。,左图是一电压跟随器，电源经两个电阻分压后加在电压跟随器的输入端，当负载RL变化时，其两端电压 uo不会随之变化。,例1：,4.1.3 减法运算电路（差动比例）,如 R1 = R2 ，R3 = RF,如 R1 = R2 = R3 = RF,凡是将放大电路（或某个系统）输出信号的一部分或全部经某种电路（反馈网络）引回到输入端，称为反馈。,4.2 集成运算放大电路中的负反馈,4.2.1 反馈的基

3、本概念,无负反馈放大 电路方框图,基本放大电路,反馈电路,F,+,带有负反馈放大 电路的方框图,比较环节, 输入信号, 净输入信号, 反馈信号, 输出信号,净输入信号,负反馈与正反馈的判别反馈信号使净输入信号减小，则为负反馈。 反馈信号使净输入信号增大，则为正反馈。,瞬时极性法是判别正、负反馈的基本方法,设接地参考点的电位为零。某点在某瞬时的电位高于 零电位者，则其瞬时极性为正（用 表示）； 反之为负（用 表示）。,差值电压 ud =ui uf,uf 减小了净输入电压(差值电压) 负反馈,例：,例：,差值电压 ud =ui + uf,uf 增大了净输入电压正反馈,4.2.2 负反馈的类型,根据

4、反馈电路与基本放大电路在输入、输出 端的联接方式不同，负反馈有以下四种类型。,负反馈的类型有：,反馈量取自输出电压为电压反馈，,取自输出电流为电流反馈；,反馈量以电流的形式出现，与输入信号进行比较为并联反馈；,在输入端,反馈量以电压的形式出现，与输入信号进行比较为串联反馈。,电压串联负反馈；,电压并联负反馈；,电流串联负反馈；,电流并联负反馈。,在输出端,R1,R2,uo,RF,+,RL,设某一瞬时ui为正，则此时uo 也为正，同时反馈电压uf也为正。,净输入信号,小于输入信号，即uf的存在使净 输入信号减小，所以为负反馈。,反馈电压,取自输出电压，并与之成正比， 故为电压反馈。,uf与ui在

5、输入端以电压形式作比较，两者串联，故为串联,反馈。,判别图示电路的反馈类型,1. 串联电压负反馈,首先用电位的瞬时极性判别 反馈的正、负。,uo,R1,R2,RF,+,RL,设某一瞬时ui为正，则此时uo 为负，各电流实际方向如图示。,净输入电流,小于输入电流，即if的存在使净 输入电流减小，所以为负反馈。,反馈电流,取自输出电压，并与之成 正比，故为电压反馈。,if与ii在输入端以电流形式作比较，两者并联，故为并联,反馈。,判别图示电路的反馈类型,2. 并联电压负反馈,首先用电位的瞬时极性判别 反馈的正、负。,为负反馈；,反馈电压,与输出电流成比，故为电流馈；,判别图示电路的反馈类型,3.

6、串联电流负反馈,uf与ui在输入端以电压形式作比较,两者串联,故为串联反馈。,R2,uo,R,+,RL,ud,+,uf,+,图中,判别图示电路的反馈类型,4. 并联电流负反馈,如何判别电路中反馈类型小结,（1）反馈电路直接从输出端引出的，是电压反馈；,从负载电阻靠近“地”端引出的，是电流反馈；,（2）输入信号和反馈信号分别加在两个输入端，是串联反馈；加在同一输入端的是并联反馈；,（3）反馈信号使净输入信号减小的，是负反馈。,（也可将输出端短路，若反馈量为零，则为电 压反馈；若反馈量不为零，则为电流反馈。）,例 判别图示电路从A2输出端引入A1输入端的反馈类型。,uo,uo1,RL,R,A1,A

7、2,解 反馈电路从A2的输出端引出，故为电压反馈；,反馈电压uf和ui输入电压分别加在的 同相和反相两 个输入端，故为串联反馈；,设为ui正，则uo1为负， uo为正。,反馈电压uf使净输入电压ud = uiuf,减小，故为负反馈；,串联电压负反馈,uo,ui,R,uo1,ii,RL,A1,A2,id,if,a,例 判别图示电路从A2输出端引入A1输入端的反馈类型。,解 反馈电路从RL靠近“地”端引出，为电流反馈；,反馈电流if和ii输入电流加在A1的 同一个输入端， 故为并联反馈；,设为ui正，则uo1为正， uo为负。反馈电流实际方向 如图示，,净输入电流 id = iiif,减小，故为负

8、反馈；,并联电流负反馈,1.降低放大倍数、提高放大 倍数的稳定性,4.2.3负反馈对放大电路工作的影响,开环放大倍数,反馈系数,引入负反馈后净输入信号,引入负反馈后闭环放大倍数,对上式求导,2.改善非线性失真,加入 负反馈,无负反馈,F,uf,uo,略大,略小,略小,略大,接近正弦波,3.对放大电路输入电阻和输出电阻的影响,四种负反馈对ri和ro的影响,ri,ro,减低,增高,增高,增高,增高,减低,减低,减低,思考题：为了分别实现：（a）稳定输出电压；（b）稳定输出电流；（c） 提高输入电阻；（d）降低输出电阻。 应引入哪种类型的负反馈？,直流负反馈可稳定Q点,4.3 加法运算和积分运算电路

9、,一、反相加法运算电路,平衡电阻：R2= Ri1 / Ri2 / RF,二、积分运算,用电容代替反相比例运算电路中的RF，就成为积分运算电路。,if,CF,由于反相输入，,故,上式表明输出电压正比于输入电压的积分，式中 的负号表示两者反相。,R1 CF称为积分时间常数。,uo,R1,R2,CF,ui,+,+,uC,+,if,ii,当ui为阶跃电压时，则,多级电路的连接举例p64例4-3 P72习题4-11,4.5 有源滤波器,有源滤波器：含有运算放大器的滤波器。,优点：体积小、效率高、频率特性好。,4.5.1 功能和分类按频率范围的不同，滤波器可分为低通、高通、带通和带阻等。,4.5.2 有源

10、低通滤波器,4.5.3 有源高通滤波器,电压传输特性,Uo(sat),+Uo(sat),运放处于开环状态,4.6.1. 基本电压比较器,当 u+u 时，uo= +Uo (sat) u+u 时，uo= Uo (sat),即 uiUR 时，uo = Uo (sat),可见，在 ui =UR 处输出电压 uo 发生跃变。,参考电压,4.6 电压比较器,ui UR，uo=+ Uo (sat) ui UR，uo= Uo (sat),输入信号接在反相端,输入信号接在同相端,4.6.2 过零电压比较器,利用电压比较器 将正弦波变为方波,uo,4.6.3 输出带限幅的电压比较器,设稳压管的稳定电压为UZ， 忽略稳压管的正向导通压降 则 ui UR，uo = UZ,uiUR 时，uo = Uo (sat),