1、第第3 3章章 目錄目錄1. 元器件參數的一致性和對稱性好；元器件參數的一致性和對稱性好；2. 二極管多用三極管的發射結代替；二極管多用三極管的發射結代替；3. 電阻的阻值受到限制，大電阻常用三極管恒流源代替，電阻的阻值受到限制，大電阻常用三極管恒流源代替， 電位器需外接；電位器需外接；4. 電容的容量受到限制，電感不能集成，故大電容、電感電容的容量受到限制，電感不能集成，故大電容、電感 和變壓器均需外接。和變壓器均需外接。第第3 3章章 3 3 1 1集成運放是具有很高開環電壓放大倍數的直接耦合放大器。集成運放是具有很高開環電壓放大倍數的直接耦合放大器。 1. 集成運放的內部電路結構框圖集成

2、運放的內部電路結構框圖輸入級輸入級 差動放大器差動放大器輸出級輸出級 射極輸出器或互補對稱功率放大器射極輸出器或互補對稱功率放大器中間級中間級 電壓放大器電壓放大器偏置電路偏置電路 由鏡像恒流源等電路組成由鏡像恒流源等電路組成第第3 3章章 3 3 1 1uiuou+u2. 集成運算放大器的符號集成運算放大器的符號輸出端輸出端反相反相輸入端輸入端同相同相輸入端輸入端A信號傳信號傳輸方向輸方向第第3 3章章 3 3 1 1理想理想運放開環運放開環電壓放大倍數電壓放大倍數實際實際運放開環運放開環電壓放大倍數電壓放大倍數RRB1C1uiuoTT12UCE11. 前、后級靜態工作點的相互影響前、后級靜

3、態工作點的相互影響當當 T2 接入后接入后, 有有UCE1 = UBE2 0.6V, 使使T1進入飽和進入飽和狀態狀態, T1的動的動態范圍態范圍很小。很小。解決辦法：解決辦法：提高提高VE2。(1)加入電阻加入電阻RE2+VCCE2RRC2第第3 3章章 3 3 2 2RRB1C1R C2uiuoTT12RUz z（2）在）在T2的發射極加入穩壓管的發射極加入穩壓管+VDz zCC第第3 3章章 3 3 2 2RRB1C1R E2uiuoTT12RC2VCC+（3）利用）利用NPN型管和型管和PNP型管進行電平移動型管進行電平移動第第3 3章章 3 3 2 22. 直流放大器的零點漂移直流放

4、大器的零點漂移tu0當放大器的輸入電壓當放大器的輸入電壓 ui = 0 時，其輸出電壓時，其輸出電壓uO往往不為往往不為常數，常數，稱這種現象為放大稱這種現象為放大器的器的零點漂移零點漂移。o第第3 3章章 3 3 2 2uRCRCRRBBuo1ui1i2uuo2oCCV共模輸入共模輸入ui1 = ui2差模輸入差模輸入ui1= ui21. .典型差動放大器典型差動放大器RPREEET1T2第第3 3章章 3 3 2 2RCRCRRRBBPuoCC+V1 雙端輸入雙端輸出方式雙端輸入雙端輸出方式T1REuiEEVui1ui22. 差動放大器的輸入輸出方式差動放大器的輸入輸出方式RRT2第第3

5、3章章 3 3 2 2RCRCRRRBBPo1uuo2CC+V（2）單端輸入單端輸出方式單端輸入單端輸出方式REEEuiT1T2第第3 3章章 3 3 2 2 1. 運算放大器的電壓傳輸特性運算放大器的電壓傳輸特性UOMUOMUOMUOMUimUim實際運放實際運放理想運放理想運放 uo= f ( ui ) , 其中其中 ui = u+ u uOui0uiuo+uiuO0第第3 3章章 3 3 3 3+iiui對于理想運放對于理想運放rid相當于兩輸入端之間相當于兩輸入端之間短路短路uiiirid=對于理想運放對于理想運放 u u+相當于兩輸入端之間相當于兩輸入端之間斷路斷路uOii 0Auo

6、ui 0,rid,2. 理想運放工作在線性區的分析依據理想運放工作在線性區的分析依據第第3 3章章 3 3 3 3+uo=uiu=u Auo+uiuO+ 在右圖所示電路中，在右圖所示電路中， 因為存在負反饋信號因為存在負反饋信號, 同同相輸入端相輸入端 不是不是“虛地虛地”！uiuo由由“虛斷路虛斷路”原則原則 ii = 0 , 有有 u+=0 u+ u = 0當當同相同相輸入端接地時，輸入端接地時，第第3 3章章 3 3 3 3uiuo由由“虛短路虛短路”原則原則注意注意“虛斷路虛斷路”原則原則uiiirid=對于理想運放對于理想運放相當于兩輸入端之間相當于兩輸入端之間 斷路斷路ii 0ri

7、d,3. 理想運放工作在非線性區的分析依據理想運放工作在非線性區的分析依據運放工作在運放工作在工作狀態的必要條件：工作狀態的必要條件：+iiuiriduO第第3 3章章 3 3 3 3+注意注意: u+ = u uiuoi1ifidRFR1R2虛斷路虛斷路 id 0虛地虛地uii1 = R1uif = oRFi1 ifRF引入深度負反饋引入深度負反饋uo = ui RF R1故有：故有：第第3 3章章 3 3 4 41. 反相比例運算電路反相比例運算電路uiuoi1ifRFR1R2虛地：虛地：ui1 = iR1反相比例運算電路反相比例運算電路R3R4設設: RFR4 , 求求AufR4R3R4

8、+uo= RF1代入代入 if = i1由由 RFR4 ,有：有： Auf = = R1RF(1+ )R4R3ui uo第第3 3章章 3 3 4 4uouo=R4R3R4+uo得得 uoif = RFRFRR1 12uiuo uo = 1+ u+RFR1 1uf = 1+ ui RF R1 12. 同相比例運算電路同相比例運算電路虛斷路虛斷路id 0虛短路虛短路uiu =+uou = fR1R1 RF+uu =+故有：故有：第第3 3章章 3 3 4 4uiuo同相跟隨器uo = uiRFR若接入電阻若接入電阻R、RF，運算關系不變，運算關系不變第第3 3章章 3 3 4 43. 差動比例運

9、算電路差動比例運算電路uoRFR1R2R3利用疊加原理進行分析利用疊加原理進行分析ui1i2uuo=uo+uo= 1+ ui2RFR1R2+R3R3- - ui1RFR1uO = - - ui1RFR1 1第第3 3章章 3 3 4 4uO = 1+ u+RFR1 = 1 + ui2RFR1R2+R3R3F1u o31. 反相加法運算電路反相加法運算電路Pui1 ui3ui2 u = ( + + ) ui2 oui1 ui3 RFRFRFR1R2R3i1i2i3if3.4.2 第第3 3章章 3 3 4 42F211uo2. 同相加法運算電路同相加法運算電路23ui1ui2ui322RFR1

10、uO = 1+ + R + + + + R21R23ui3ui1R22ui2其中其中 R = R21 R22 R23 R 第第3 3章章 3 3 4 41. 差動比例運算電路差動比例運算電路uoRFR1R2R3 = 1+ ui2 uoRFR1R2 + R3R3- - ui1RFR13.4.3 減法運算電路減法運算電路ui2ui1差動比例運算差動比例運算是減法運算電是減法運算電路的一種形式路的一種形式第第3 3章章 3 3 4 4 11ui121 2. 兩級反相輸入減法運算電路兩級反相輸入減法運算電路132212N2N1uoF1uRRRRRRRi2第第3 3章章 3 3 4 4F2uo= ui1

11、 ui2 11RRRRRR 13 12F1F2F2ui1. 反相積分運算電路反相積分運算電路CFuo23.4.4 積分和微分運算電路積分和微分運算電路由虛斷和虛地由虛斷和虛地ui1 = iR1iC =i1iCuC duCdt CF iC = uO= uC可得可得= uo R1 CFuidt第第3 3章章 3 3 4 4uuOi 2. 反相微分運算電路反相微分運算電路C1 duidtuo= RF C1 uouiF由于微分和積分互為逆運算，由于微分和積分互為逆運算，將電容與電阻位置對調即可。將電容與電阻位置對調即可。輸出與輸入輸出與輸入的關系式為的關系式為若輸入為方波若輸入為方波則輸出波形為則輸出

12、波形為第第3 3章章 3 3 4 4CF應用舉例：應用舉例：PID調節器調節器21uouiC1F輸出與輸入的輸出與輸入的關系式為關系式為第第3 3章章 3 3 4 4duiu = ( + ) + RFC1 + ui dt ouiRFR1R1CFC1CFdt1應用舉例：應用舉例：求解微分方程求解微分方程uouiN1N3N2dtduo5uo = 10ui10k 100k 100k 150k 50k 50k 0.1 F根據電路參數，所要根據電路參數，所要求解的微分方程為：求解的微分方程為：第第3 3章章 3 3 4 41. 對數運算電路對數運算電路21uou 0iT u o = UT ln ui i

13、R1 1 IS*3.4.5 對數和反對數運算電路對數和反對數運算電路uDiD Di1利用三極管發射結利用三極管發射結的指數特性的指數特性i1 1 =iD D =IS(e -1)uD DUT IS euD DUTuiR1 1=有有代入代入 uDu =O第第3 3章章 3 3 4 42. 反對數運算電路反對數運算電路FuoTuiuo = RF IS eui i /UT T由于反對數和由于反對數和對數互為逆運對數互為逆運算，將三極管算，將三極管與電阻的位置與電阻的位置對調即可。對調即可。輸出與輸入輸出與輸入的關系式為的關系式為第第3 3章章 3 3 4 43. 乘法和除法運算電路結構框圖乘法和除法運

14、算電路結構框圖lnln+ln-1lnx1lnx2lnx1+（lnx1x2 ）Kx1 x2乘法乘法除法除法lnx2x1x2lnx2lnlnlnx1-1lnlnx1lnx2（lnx1 /x2 ）Kx1x2x1x2第第3 3章章 3 3 4 4正反饋正反饋xd = xi + xf負反饋負反饋xd = xi xfA= xo / xdF= xf / xoAf = = xo xiA 1+ AFAFxoxixdxf 閉環放大倍數閉環放大倍數xi 總輸入信號總輸入信號xd 凈輸入信號凈輸入信號xf 反饋信號反饋信號開環放大倍數開環放大倍數反饋系數反饋系數xo 輸出信號輸出信號第第3 3章章 3 3 5 5FA

15、uiudufuoRLAFxoxixdxf在放大器輸出端，在放大器輸出端，F與與A相并聯相并聯, , xf與與uo成正比，為電壓反饋；成正比，為電壓反饋；信號信號 x均以電壓均以電壓 u 的形式出現的形式出現在放大器輸入端在放大器輸入端, ,信號以電壓出現信號以電壓出現, ,uf與與ud相串聯相串聯, ,為串聯反饋；為串聯反饋；ud= ui uf ui，為負反饋。，為負反饋。凈輸入電壓凈輸入電壓第第3 3章章 3 3 5 5FA框圖框圖例圖例圖同相比例運算同相比例運算RLuiudufuo第第3 3章章 3 3 5 5R2uiu oRLRFR1uoidiiifRLAF在放大器輸入端在放大器輸入端,

16、 , 信號以電流出現信號以電流出現, , if與與id相并聯相并聯, ,為并聯反饋；為并聯反饋；id = ii if ii ，為負反饋。，為負反饋。凈輸入電流凈輸入電流xoxixdxf在放大器輸出端，在放大器輸出端，F與與A相并聯相并聯, , xf與與uo成正比成正比, , 為電壓反饋；為電壓反饋；第第3 3章章 3 3 5 5AF框圖框圖例圖例圖反相比例運算反相比例運算RLuoidiiif第第3 3章章 3 3 5 5uiuoRFRLR2R1AFRLioAFud= ui uf ui ，為負反饋。為負反饋。凈輸入電凈輸入電壓壓, ,在放大器輸入端在放大器輸入端, ,信號以電壓出現信號以電壓出現, ,uf與與ud相串聯相串聯, ,為串聯反饋；為串聯反饋；在放大器輸出端，在放大器輸出端，F與與A相串聯，相串聯， xf與與 io成正比，為電流反饋；成正比，為電流反饋；xoxixdx