含运算放大器的电阻电路.ppt

当放大器的输入电压ui 0时 其输出电压uO往往不为常数 称这种现象为放大器的零点漂移 差分放大电路能很好地抑制零点漂移 出现零点漂移的原因 多级直接耦合放大器的放大倍数很高 输入级由于管子特性 参数随温度变化等因素引起输出电压很大的变化 从而导致整个放大器无法正常工作 第4章 上页 下页 返回 翻页 直接耦合放大器的零点漂移 第4章 上页 下页 返回 翻页 恒流源的组成 工作原理 设 iC3 iB3 iC3 UR2 UBE3 UB3固定 R1 DZ T3 R2 ToC 1 典型差分放大电路对零漂的抑制 UCC RB RL RC RC T1 T2 C1 C2 ui2 ui ui1 UZ R2 T3 B3 iB3 iC3 DZ u01 u02 E u0 UEE R1 R R RB iC1 iC1 大小相等 极性相反 第4章 上页 下页 返回 翻页 2 差分放大电路对差模信号的放大作用 差模输入 第4章 上页 下页 返回 翻页 双端输出时差模信号电压放大倍数 差分放大电路的交流通路 第4章 上页 下页 返回 翻页 共模输入 输出uo1C uo2C 大小相等 极性相同 3 差分放大电路的共模放大倍数 单端输入 单端输出 第4章 上页 下页 4 差分放大电路的输入 输出方式 双端输入 单端输出 单端输入 双端输出 返回 翻页 UCC RC T1 T2 IS u0 RL RC RB RB UCC R1 R2 RL T1 T2 B iC1 iC2 uO iO UCC 特点 第4章 上页 下页 返回 翻页 R3 ui B2 B1 D1 D2 4 1 4集成运放的符号 管脚 反相输入端 u u 同相输入端 信号传输方向 输出端 理想运放开环电压放大倍数 实际运放开环电压放大倍数 第4章 上页 下页 返回 本节结束 AO 1 电压传输特性 第4章 上页 下页 返回 4 2集成运放的基本特性 UOM UOM uo f ui 其中ui u u 翻页 AO 2 集成运放的理想特性 理想化的条件 开环电压放大倍数AO 差模输入电阻ri 开环输出电阻rO 共模抑制比KCMRR 0 上页 下页 返回 翻页 u u o u AO 集成运放的理想电压传输特性 UO 理想运放 第4章 上页 下页 返回 Uo U0 Uim Uim 实际运放 翻页 UO 3 理想运放的分析特点 理想运放 对于理想运放 第4章 上页 下页 返回 i ui uO i 翻页 当u u 时 u0 UO ii uO rid 输出电压u0只有两种可能 当u u 时 u0 UO 虚断 的条件原则上仍成立 即 ii 0 虚短 原则上不成立 即 u 和u 不一定相等 第4章 上页 下页 返回 本节结束 第4章 上页 下页 返回 4 3 1反馈的基本概念 4 3 2负反馈的四种类型 4 3 3负反馈对放大电路性能的影响 4 3集放大电路中的负反馈 4 3 1反馈的基本概念 A F xo xi xd xd 净输入信号 无反馈 有反馈方框图 反馈 将放大电路输出信号的一部分或全部经反馈网络引回输入端 第4章 上页 下页 返回 翻页 4 3 1反馈的基本概念 A F xo xi xd 无反馈 有反馈方框图 F xf xo xd xi xf 同相 第4章 上页 下页 返回 翻页 4 3 1反馈的基本概念 第4章 上页 下页 返回 翻页 放大电路引入负反馈后 使放大倍数减小 即 愈大 愈小 表明负反馈愈强 故称 为反馈深度 当 称为深度负反馈 此时 4 3 2负反馈的四种类型 电压串联负反馈 电压并联负反馈 电流并联负反馈 电流串联负反馈 负反馈的类型 第4章 上页 下页 返回 翻页 电压串联负反馈 在输出端 F与A相并联 uf与uo成正比 为电压反馈 在输入端 uf与ui相串联 以电压的形式 为串联反馈 第4章 上页 下页 F A0 ui ud uf uo 返回 翻页 同相输入电路 AO RL uf与uo成正比 为电压反馈 从输入端分析 uf与ui相串联 ud ui uf 第4章 上页 下页 返回 翻页 从输出端分析 id uf以电压的形式出现 为串联反馈 AO RL 由上述结果可知 引入反馈后使净输人电压减小 为负反馈 该例为电压串联负反馈电路 第4章 上页 下页 返回 翻页 ud AO 在输入端 信号以电流出现 if与ii相并联 为并联反馈 id ii if ii 为负反馈 净输入信号 在输出端 if与uo成正比 为电压反馈 if 第4章 上页 下页 电压并联负反馈 RL u i u o Rf R2 R1 ii 反相输入电路 返回 翻页 AO RL u i u o Rf R2 R1 ii 反相输入电路 uL if u 所以为电压反馈 信号以电流出现 if与ii相并联 为并联反馈 id id ii if ii 为负反馈 净输入信号 该例为电压并联负反馈电路 第4章 上页 下页 返回 翻页 瞬时极性法 AO 3 电流串联负反馈 在输入端 信号以电压形式出现 uf与ui相串联 为串联反馈 在输出端 uf与io成正比 为电流反馈 i0 b L 第4章 上页 下页 返回 翻页 ud ui uL uf AO 在放大器输入端 信号以电流出现 if与id相并联 为并联反馈 在放大器输出端 if与io成正比 为电流反馈 4 电流并联负反馈 第4章 上页 下页 返回 翻页 第4章 上页 下页 返回 翻页 RL i0 uL Rf R2 R1 i i i d ui iL 运用瞬时极性法判别正 负反馈 u0 电压还是电流反馈 判断是串联还是并联反馈 该例为电流并联负反馈电路 AO 第4章 上页 下页 返回 翻页 负反馈类型的分析方法小结 第一步 找出电路各点的瞬时极性 id ii if ii 反馈信号与输入信号相串联加到输入端 以电压形式出现 第4章 上页 下页 返回 翻页 Rf R2 u0 ui ii if F U AO AO 例题5 3 1 反馈类型的判别 u i A1 A2 uo RF RL 在输入端 ud ui uf ui为负为反馈 瞬时极性法 u01 第4章 上页 下页 返回 翻页 AO AO 串联 并联反馈判别 在输入回路中分析 u i A1 A2 uo RF uf以电压形式出现且与ui相串联接在输入端 故为串联反馈 u01 第4章 上页 下页 返回 翻页 AO AO 电压 电流反馈判别 在输出回路中分析 u i A1 A2 uo RF 反馈电路直接从输出端引出 uf与uo成正比为电压反馈 u01 Rf引入电压串联负反馈 第4章 上页 下页 返回 翻页 AO AO 试判别图示电路中反馈的类型和极性 u i A1 A2 uo RF u01 RL 利用瞬时极性法判别正 负反馈 为负反馈 在输入回路中分析串联 并联反馈 并联反馈 在输出回路中分析电压 电流反馈 电流反馈 第4章 上页 下页 返回 翻页 所以 RF引入了电流并联负反馈 例题4 3 2 AO AO 4 3 3负反馈对放大器性能的影响 提高放大倍数的稳定性 设开环放大倍数的相对变化率为dA A 第4章 上页 下页 返回 翻页 闭环放大倍数的相对变化率为dAf Af A F xo xi xd xf 0 707A0 Af f fL fH 2 扩展通频带 A Af A0 0 707Af fLf fHf BWf 1 AF BW 加入负反馈使放大器的通频带展宽 0 无负反馈 有负反馈 第4章 上页 下页 返回 翻页 BW BWf 对于集成运放 则有 fLf fL 0 uo 负反馈改善了波形失真 3 减小非线性失真 加入负反馈 无负反馈 第4章 上页 下页 返回 翻页 4 对输入电阻输出电阻的影响 输入电阻 串联负反馈提高输入电阻rif ri 并联负反馈降低输入电阻rif ri 输出电阻 电压负反馈稳定输出电压 所以 电压负反馈降低输出电阻 rof ro 电流负反馈稳定输出电流 所以 电流负反馈增加输出电阻 rof ro 第4章 上页 下页 返回 本节结束 第4章 上页 下页 返回 4 4集成运放在模拟信号运算方面的应用 4 4 1比例运算电路 4 4 2加 减运算电路 4 4 3积分 微分运算电路 4 4 1比例运算电路 1 反相输入比例运算电路 u i u o i1 if i Rf R1 R2 Rf引入深度负反馈 并联电压负反馈 R1 输入电阻 Rf 反馈电阻 R2 平衡电阻 R2 R1 Rf 第4章 上页 下页 返回 i 翻页 反相输入运算关系 u i u o i1 if i Rf R1 R2 反相比例 当Rf R1 R时 反相器 第4章 上页 下页 返回 翻页 输入电阻低 反相比例器引入并联电压负反馈 输出电阻低 反相比例器的特点 第4章 上页 下页 返回 翻页 if 2 同相输入比例运算电路 Rf R1 R2 u i1 if 同相比例运算电路 故有 同相输入比例器 u 第4章 上页 下页 id u u 返回 翻页 id 0 同相输入比例器的特点 同相输入比例器属于电压串联负反馈电路 输入电阻高 在理想运放的情况下 输入电阻 ri 输出电阻低 在理想运放的情况下 ro 0 第4章 上页 下页 返回 翻页 电压跟随器 当R1 或Rf 0时 uo ui 第4章 上页 下页 返回 翻页 4 4 2加 减运算电路 1 加法运算电路 f u o b ui1 ui3 ui2 i1 i2 i3 if 第4章 上页 下页 返回 翻页 i 即 u 第4章 上页 下页 返回 翻页 运算关系 第4章 上页 下页 返回 翻页 第4章 上页 下页 2 减法运算电路 返回 翻页 ui1 ui2 u o R1 R2 R3 ui2 ui1 Rf 当R1 Rf R2 R3时 u0 ui2 ui1 减法运算电路 第4章 上页 下页 返回 翻页 R 11 u i1 21 13 22 N2 N1 u o f1 u R R R R R R i2 f2 第4章 上页 下页 返回 翻页 R 1 i1 u i C if 依据u u 虚地 R2 i1 if 第4章 上页 下页 4 4 3积分 微分运算电路 返回 翻页 输入为阶跃电压时积分器的输入输出波形 第4章 上页 下页 返回 翻页 R 1 i1 u i C R2 u uO i C uo ui 2 f 输入与输出的关系式为 若输入为方波 则输出波形为 第4章 上页 下页 返回 翻页 应用举例 PID调节器 Cf 2 1 u o C1 f 依据虚断和虚短原则 if i1 ic 第4章 上页 下页 返回 本节结束 4 5集成运放在幅值比较方面的应用 4 5 1开环工作的比较器 4 5 2滞回比较器 第4章 上页 下页 返回 4 5 1开环工作的比较器 UOH UOL UD UR UZ UR 第4章 上页 下页 返回 翻页 R1 R2 UOH UOL t t UOH UOL 0 0 0 ui uo uO ui uo 反相输入过零比较器 第4章 上页 下页 返回 翻页 ui UZ UZ R2 R3 R1 UR Dz UZ 0 ui uo uO ui 第4章 上页 下页 返回 翻页 因为u 0 u ui UR R1 R2 R2 UR 设u 0 则有 ui R2 URR1 0 转折电压 ui UR R2 R1 R1 R2 R3 Rf Dz uO ui UZ UZ UZ UTL UTH 0 ui uo 第4章 上页 下页 4 5 2滞回比较器 返回 翻页 R1 R2 uO ui R3 Rf Dz UZ t UTH UTL 0 t UZ UZ 0 ui uo ui 第4章 上页 下页 返回 翻页 R1 R2 uO ui R3 Rf Dz UZ ui UZ UZ 0 UTL UTH U R 第4章 上页 uR 返回 uO 下页 本节结束 上页 下页 返回 翻页 4 6应用举例 应用集成运放构成的温度监测控制电路结构框架如下 温度传感器将温度变化转化为电压 将此电压与限定温度范围内的电压上限和下限值比较 以控制加热器加热或停止加热 使被控温度保持在一定的范围内 第4章 监测温度下限值为0 要求对应显示的输出电压为0V 上限值为100 要求对应显示的输出电压为10V 上页 下页 翻页 以自动控制温度在0 100内变化为例 第4章 返回 上页 下页 翻页 温度传感器 跟随器 隔离 以避免后级的影响 第4章 返回 上页 下页 翻页 UCC 15V V R5 R4 RP1 RP2 R64 7k R710k R810k 10k 220k 10k UO1 UO2 UO3 反相加法器 跟随器 隔离 温度为下限值时 UO1 UO1L 0 97V 令UO2 UO2L 0 则应满足 温度为上限值时 UO1 UO1H 11 54V令UO2 UO2H 10V 则应满足 电压放大倍数 按温度标定后电压表可直接指示被监测温度 第4章 返回 上页 下页 翻页 R12 RP3 R10 UCC 15V R9 U 4 U 4 R11 UO4 UO3 滞回比较器 设RP RP3 RP3 则 RP3 RP3 UR 调节RP3可改变UR 从而调节U 4 达到调节控温范围的目的 R9 R12的阻值由控温要求确定 第4章 返回 上页 下页 翻页 UO4 R15 R13 10k R1410k UCC 15V R16 T1 D E K T2 R17 加热器 FU FU 反相器 光电耦合器 UO5 当UO5为低电平时 T1和T2导通 继电器线圈通电