第11章运算放大器
第11章 集成运算放大器及其应用
上式表明，差动放大电路的差模电压放大倍数和 单管放大电路的电压放大倍数相同。多用一个放大管 后，虽然电压放大倍数没有增加，但是换来了对零漂 的抑制。这正是差动放大电路的优点。
差动放大电路对共模输入信号的放大倍数叫做共 模电压放大倍数，用Auc表示，可以推出，当输入共 模信号时，Auc为
Au c u o u C1 u C 2 0 0 ui c ui1 ui1
由于集成运放的电压放大倍数Ao d和输入电阻Ri d 都非常大（理想情况下，两者约等于∞），于是可以 推得 u u
i i 0
注意：“虚短”和“虚断”是理想运放工作在线 性区时的两个重要特点。这两个特点常常作为今后分 析运放应用电路的出发点，因此必须牢固掌握。
（2）集成运放工作在非线性区的特性 如果运放的工作信号超出了线性放大范围，则输 出电压与输入电压不再满足式（11-1），即uo不再随 差模输入电压（u+ - u -）线性增长，uo将达到饱和。 此时集成运放的输出电压uo只有两种取值：或等于运 放的正向最大输出电压+UOM，或等于其负向最大输 出电压-UOM，具体为 当u + ＞u - 时，uo = +UOM 当u + ＜u - 时，uo = -UOM 另外，因为集成运放的输入电阻Ri d很大，故在 非线性区仍满足输入电流等于零，即式（11-3）对非 线性工作区仍然成立。
有时，为了简化起见，常常不把恒流源式差动放 大电路中恒流管T3的具体电路画出，而采用一个简化 的恒流源符号来表示，如图11-7所示。
二、输出级——功率放大电路 集成运放的输出级是向负载提供一定的功率，属 于功率放大，一般采用互补对称的功率放大电路。 1. 功率放大电路的特点 （1）因为信号的幅度放大在前置电路中已经完成， 所以功率放大电路对电压放大倍数并无要求。由于射 极输出器的输出电流较大，能使负载获得较大输出功 率，并且它的输出电阻小，带负载能力强，因此通常 采用射极输出器作为基本的功率放大电路。不过单个 的射极输出器对信号正负半周的跟随能力不同，在实 用的功率放大电路中大多采用双管的互补对称电路形 式。
理想运算放大器
用极性判别法，设反相输入端瞬 时极性为“+”，则输出端极性为 “－”，经RF加到反相输入端的 反馈电压极性为“－”，与原设 定极性相反，可确定为负反馈； 反馈信号取自输出电压，属电压 反馈；反馈与输入信号之间是电 流加减关系，属并联反馈，因此 RF的接入属电压并联负反馈。
12.1 理想运算放大器
1.2 理想运放的基本性质
（1）虚短路性质 于是，理想运放工作于线性区时的第一个基本性质可表述 为：工作于线性区的理想运放，其同相端电压与反相端电 压彼此相等。也可表述为理想运放同相输入端和反相输入 端彼此虚短路。
根据这个定理，如果将理想运放的同相端接地，其反相端 的电压一定也等于零，反相端没有接地，而其电压总等于 地电压（零），我们将其称为“虚地”。
12.1 理想运算放大器-1.3 运算电路中的负反馈
用运放组成各种运算电路时，需要引入负反馈形成闭环， 使运放工作于线性区域，常用的负反馈电路如下：
3、电流串联负反馈 下图所示的为电流串联负反馈电路，它与电压串联负反馈 电路的区别是反馈信号取自输出电流（如果将输出U0交流 短路，反馈依然存在），因此属电流反馈。
“虚地”是“虚短路”的一个特例，它表示两个彼此“虚短 路”的输入端，有一个输入端接地，另一个即为“虚地”。
u u
12ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ1 理想运算放大器-1.2 理想运放的基本性质
1、理想运放工作于线性区时的基本性质
（2）虚断路性质 用i+和i－表示流入运放同相端和反相端的电流，根据理想运 放的定义，运放的输入电阻为无穷大，因此
机电传动第11章答案
第十一章11.1何谓开循环控制系统？何谓闭循环系统？两者各有什么优缺点？系统只有控制量(输出量)的单向控制作用,而不存在被控制量的影响和联系,这称之为开环控制系统.优点是结构简单能满足一般的生产需要.缺点是不能满足高要求的生产机械的需要.负反馈控制系统是按偏差控制原理建立的控制系统,其特点是输入量与输出量之间既有正向的控制作用,又有反向的反馈控制作用,形成一个闭环控制系统或反馈控制系统.缺点是结构复杂,优点可以实现高要求的生产机械的需要.11.2什么叫调速范围、静差度？它们之间有什么关系？怎样才能扩大调速范围。
电动机所能达到的调速范围,使电动机在额定负载下所许可的最高转速何在保证生产机械对转速变化率的要求前提下所能达到的最低转速之比(D).转速变化率即调速系统的静差度电动机有理想空载到额定负载时转速降与理想空载转速的比值(S) 两者之间的关系时D=nmax S2/ΔnN(1-S2),在保证一定静差度的前提下,扩大系统调速范围的方法是提高电动机的机械特性的硬度以减小ΔnN11.3生产机械对调速系统提出的静态、动态技术的指标有哪些？为什么要提出这些技术指标？生产机械对调速系统提出的静态技术的指标有静差度,调速范围,调速的平滑性.动态技术指标有最大超调量,过渡过程时间,振荡次数.因为机电传动控制系统调速方案的选择,主要是根据生产机械对调速系统提出的调速指标来决定的.11.4为什么电动机的调速性质应与生产机械的负载特性想适应？两者如何配合才能算适应。
电动机在调速过程中,在不同的转速下运行时,实际输出转矩和输出功率能否达到且不超过其润许长期输出的最大转矩和最大功率,并不决定于电动机本身,而是决定于生产机械在调速过程中负载转矩及负载功率的大小和变化规律,所以,为了使电动机的负载能力得到最充分的利用,在选择调速方案时,必须注意电动机的调速性质与生产机械的负载特性要适合.负载为恒转矩型的生产机械应近可能选择恒转矩性质的调速方法,且电动机的额定转矩应等于或略大于负载转矩,负载为转矩恒功率型的生产机械应尽可能选用恒功率性质的调速方法,且电动机的额定功率应等于或略大于生产机械的负载转矩.11.5有一直流调速系统，其高速时理想的空载转速n01=1480r/min,低速时的理想空载转速n 02=157/min,额定负载时的转矩降ΔnN=10 r/min,试画出该系统的静特性.求调速范围和静差度。
多级放大器及运算放大器
ɺ Uo
–
– 第二级
负载
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1. 静态分析 RB1
C1
RC1 T1 RE1
+
C2
′ RB1
RC2 T2 RE2
+UCC +
C3
+
+
ɺ + UO1 ′ RB2 C
E1
ɺ RB2 + Ui ɺ ES – –
RS
+
+ + RL
CE2
ɺ Uo
–
–
由于电容有隔直作用， 由于电容有隔直作用，所以每级放大电路的直流 通路互不相通，每级的静态工作点互相独立， 通路互不相通，每级的静态工作点互相独立，互不 影响，可以各级单独计算。 影响，可以各级单独计算。 两级放大电路均为共发射极分压式偏置电路。 两级放大电路均为共发射极分压式偏置电路。
IE1 = (1 + β )IB1 = (1 + 50)× 0.0098= 0 .49mA UCE = UCC − IE1RE1 = 24− 0.49× 27 = 10 .77V
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第二级是分压式偏置电路 【解】
+24V RB1 1MΩ Ω C1 + T1 RE1 27kΩ Ω RC2 Ω 82kΩ 10kΩ Ω C2 + T2
RB1 1MΩ Ω C1 + T1 RE1 27kΩ Ω RC2 Ω 82kΩ 10kΩ Ω C2 + T2
+24V
′ RB1
C3 + +
+
ɺ Ui
–
43kΩ 7.5kΩ Ω Ω
正弦波振荡电路的组成放大电路
11.1.3 理想运算放大器及其分析依据
开环Auo 高: 80dB~140dB 1. 理想运算放大器 5 差模输入电阻rid 高: 10 ~ 1011 Auo ， rid ， u 开环输出电阻 r 低 : 几十 ~ 几百 – ro 0 ， Ko CMR 共模抑制比KCMR高: 70dB~130dB u+
第11章 运算放大器
11.1 运算放大器的简单介绍 11.2 放大电路中的负反馈 11.3 运算放大器在信号运算方面的应用
*11.4 运算放大器在信号处理方面的应用
11.5 运算放大器在波形产生方面的应用
*11.6使用运算放大器应注意的几个问题
本章要求
1. 了解集成运放的基本组成及主要参数的意义。 2. 理解运算放大器的电压传输特性，理解理想运 算放大器并掌握其基本分析方法。 3.掌握负反馈和正反馈的判别方法，掌握负反馈 对放大电路动态性能的影响 4. 理解用集成运放组成的比例、加减、微分和积 分运算电路的工作原理，了解有源滤波器的工 作原理。
11.2 放大电路中的负反馈
11.2.1 反馈的基本概念
反馈：将电子电路（或某个系统）的输出端的信号 (电压或电流)的一部分或全部通过某种电路引回到 输入端。 反馈电子电路的方框图 净输入信号
X i +
输入信号 反Biblioteka 信号– X f X d
基本放大 电路A
反馈 电路F
X o
输出信号
反馈放大电路的三个环节：
用直接耦合，必须使用电容的场合，也大多采用外接 的方法。
（2）电路结构和参数具有对称性
由于集成电路中的各个元件是通过同一工艺过程 制作在同一硅片上，同一片内的元件参数绝对值有同 向的偏差，温度均一性好 （3）用有源器件代替无源器件
运算放大器工作原理
运算放大器工作原理运算放大器基本上可以算得上是模拟电路的基本需要了解的电路之一，而要想更好用好运放，透彻地了解运算放大器工作原理是无可避免，但是运放攻略太多，那不妨来试试这篇用电路图作为主线的文章来带你领略运算放大器的工作原理吧。
本文引用地址：1.运算放大器工作原理综述：运算放大器组成的电路五花八门，令人眼花瞭乱，在分析运算放大器工作原理时倘没有抓住核心，往往令人头大。
本文收集运放电路的应用电路，希望看完后有所收获。
但是在分析各个电路之前，还是先回忆一下两个运放教材里必教的技能，就是“虚短”和“虚断”。
“虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。
显然不能将两输入端真正短路。
“虚断”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。
显然不能将两输入端真正断路。
2.运算放大器工作原理经典电路图一图一运算放大器的同向端接地=0V，反向端和同向端虚短，所以也是0V，反向输入端输入电阻很高，虚断，几乎没有电流注入和流出，那么R1和R2相当于是串联的，流过一个串联电路中的每一只组件的电流是相同的，即流过R1的电流和流过R2的电流是相同的。
流过R1的电流I1 = (Vi - V-)/R1 ……a 流过R2的电流I2 = (V- - Vout)/R2 ……b V- = V+ = 0 ……c I1 = I2 ……d 求解上面的初中代数方程得Vout = (-R2/R1)*Vi 这就是传说中的反向放大器的输入输出关系式了。
3.运算放大器工作原理经典电路图二图二中Vi与V-虚短，则 Vi = V- ……a 因为虚断，反向输入端没有电流输入输出，通过R1和R2 的电流相等，设此电流为I，由欧姆定律得：I = Vout/(R1+R2) ……b Vi等于R2上的分压，即：Vi = I*R2 ……c 由abc式得Vout=Vi*(R1+R2)/R2 这就是传说中的同向放大器的公式了。
接口技术第11章DA
T型解码网络的结构图
VREF I7
R
R
2R I6 2R ...
R I1 2R I0 2R
0 10 1
0 10 1
T型电阻解 码网络
2R
If Rfb
D7
D6
(27) (26)
模拟电子 开关
…
D1
(21)
IOUT1 +
VO
D0
(20)
求和放大器
T型解码网络的结构图
...
I7= VREF/2R=27(VREF/28R)=27(VREF/256R) I6= VREF/2/2R = 1/2*I7=26(VREF/256R)
3. MCS-51与DAC0832的接口电路 (1)单缓冲方式
DAC0832内部的两个数据缓冲器有一个处于直通方式， 另一个处于受控的锁存方式。
在实际应用中，如果只有一路模拟量输出，或虽是 多路模拟量输出但并不要求多路输出同步的情况下， 可采用单缓冲方式。
单缓冲方式的接口如图11-5:
由图，WR2*和XFER*接地，故DAC0832的“8位DAC
例如，若满量程为10V，根据定义则分辨率为 10V/2n。设8位D/A转换，即n=8，分辨率为10V/2n
=39.1mV，该值占满量程的0.391%，用符号1LSB表示。
同理：10位 D/A：1 LSB=9.77mV=0.1% 满量程
12位 D/A：1 LSB=2.44mV=0.024% 满量程
根据对DAC分辨率的需要,来选定DAC的位数。
(2)建立时间
描述DAC转换快慢的参数,表明转换速度。
定义：为从输入数字量到输出达到终值误差(1/2)LSB
(最低有效位)时所需的时间。电流输出时间较短，电 压输出的，加上完成I-V转换的时间，因此建立时间 要长一些。快速DAC可达1s以下。
积分微分运算电路
U OH 正向饱合区
所以： (1) 差模输入电压约等于 0
O 负向饱合区
uid
即 u+= u– ,称“虚短”
U OL
图11-6 a)
(2) 输入电流约等于 0 即 i+= i– 0 ,称“虚
断”
注意： Audo越大，运放的线性范围越小，必需加
负反馈才能使其工作在线性区。
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11
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3.按导电类型分类：集成电路可分为双极型和单极型 及兼容型三种。双极型的制作工艺复杂，功耗较大， 例TTL、ECL、HTL、LST-TL、STTL等类型。单极型的制 作工艺简单，功耗也较低，易于制成大规模集成电路， 例CMOS、NMOS、PMOS等类型。
整理ppt
3
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11.1.2 集成运算放大器概述
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11.1.2 集成运算放大器
集成运放的主要应用： ⑴ 信号运算电路：主要有比例、加、减、积分、微 分、对数、指数等功能。
⑵ 信号处理电路：有源滤波器、电压比较器、采样— 保持电路、精密整流电路等。
⑶ 波形产生电路：产生正弦波、方波、锯齿波等波形 的电路。
整理ppt
5
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11.1.1集成电路的概念
集成电路：（integrated circuit）是采用半导体制作 工艺(氧化、光刻、扩散、外延、蒸铝等)，把整个电路 中的晶体管、电阻、电容、导线等集中制作在一小块半 导体（硅）基片上，组成一个完整的不可分割的电子电 路整体。它具有元件密度高、体积小、重量轻、成本低 等诸多优点，而且实现了元件电路和系统的结合，使外 部引线数目大大减少，极大地提高了电路的可靠性和稳 定性。常用字母“IC”表示。
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0
相当于两输入端之间短路，但又未真正短路，故
称 “虚短路” 。
2. id 0
运放开环输入电阻 rid 相当于两输入端之间断路，但又未真正断路，故 称 “虚断路”。
第11章运算放大器
11.1.2 理想运算放大器及其分析依据
运放工作在非线性区的依据
uo UO(sat)
非线性区
OLeabharlann uu–UO(sat)非线性区
如果反馈信号使净输入信号增加，称为正反馈。 如果反馈信号使净输入信号减小，称为负反馈。
无负反馈放大 电路方框图
A X i
X o
第11章运算放大器
11.2.1 反馈的基本概念 比较环节 基本放大电路
带有负反馈放大 X i + X d
A
X o
电路的方框图
X i — 输入信号
X X
o f
— 输出信号 — 反馈信号
反馈电压
uf
R1 RF R1
u0
取自输出电压，并与之成正比， 故为电压反馈。
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。
第11章运算放大器
1. 串联电压负反馈
RF
串联电压负反馈方框图
–
uf R1
+
ud–
–
+
ui
R2
+
+
–
+
RL
ui + –
+
uo
–
ud uf
A
F
uo
第11章运算放大器
分立电路是由各种单个元件联接起来的电子电路。 集成电路是把整个电路的各个元件以及相互之间 的联接同时制造在一块半导体芯片上，组成一个不可 分的整体。
集成电路特点：体积小、重量轻、功耗低、可靠 性高、价格低。
按集成度 小、中、大和超大规模
集成电路分类 按导电类型 双、单极性和两种兼容 按功能 数字和模拟
1判. 串别联图电示压电负路反的馈反馈类型 首先用电位的瞬时极性判别
RF
–
uf R1
+ ud–
–
+
ui
R2
+
+
–
+
RL
反馈的正、负。
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 uduiuf
+
uo
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。
负饱和区
u u
uo UO(sat)
理想运放电压传输特性
u u
uo 发生跃变
第11章运算放大器
11.1.2 理想运算放大器及其分析依据
运放工作在线性区的依据 1. u+ u–
u– id
u+
– rid ++
uo
由于运放 Auo ，而 故从式 uoA uo(uu) ，可知
uo
是有限值，
(u
u)
uo Auo
X d — 净输入信号
– X f
F
反馈电路
净输入信号 X dX iX f 若三者同相，
则
X dX iX f
可见
XdXi ，电路为负反馈。
第11章运算放大器
11.2.2 负反馈的类型
根据反馈电路与基本放大电路在输入、输出
端的连接方式不同，负反馈有以下四种类型。
X i + X d
A
– X f
F
在输出端
运放要工作在线性
实际运放电压传输特性 区必须有负反馈。
第11章运算放大器
11.1.2 理想运算放大器及其分析依据
uo
UO(sat) –Uim
正饱和区 线性区
u– u+
– ++
uo
uoAuo(uu)
o Uim uu 因为理想运放
开环电压放大倍数 Auo
–UO(sat) 所以，当 u u时， uoUO(sat)
理想的运算放大器。理想化的主要条件：
1. 开环电压放大倍数 Auo
2. 开环输入电阻
rid
3. 开环输出电阻
ro 0
4. 共模抑制比
KCM R R
由于实际运算放大器的技术指标接近理想化条件，
而用理想运算放大器分析电路可使问题大大简化，因此
后面对运算放大器的分析都是按其理想化条件进行的。
第11章运算放大器
X o 负反馈的类型有： 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。
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；
在输入端
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；
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。
第11章运算放大器
11.2.2 负反馈的类型
11.1.2 理想运算放大器及其分析依据
表示运算放大器输出电压与输入电压之间关系的
曲线称为传输特性。
uo
UO(sat)
正饱和区
–Uim O
线性区
Uim uu
–UO(sat) 负饱和区
u– u+
– ++
uo
uoA uo(uu)
若 Auo = 106 ± UO(sat) = ±15 V 则 ±UIM = ±0.015 mV
第11章 运算放大器
11.1 运算放大器简单介绍 11.2 放大电路中的负反馈 11.3 运算放大器在信号方面的应用 11.4 运算放大器在信号处理方面的应用 11.5 运算放大器在波形产生方面的应用 11.6 集成功率放大器 11.7 使用运算放大器应注意的几个问题
第11章运算放大器
第11章 运算放大器
第11章运算放大器
第11章 运算放大器
集成运放是具有很高开环电压放大倍数的直接 耦合放大器。
用于模拟运算、信号处理、信号测量、波形转 换、自动控制等领域。
本章主要讨论分析运算放大器的依据及其在信 号运算、信号处理、波形产生方面的应用，并介绍 放大电路中的负反馈。
第11章运算放大器
11.1 运算放大器简单介绍
由于运放工作在非线性区
uoAuo(uu)
所以 1. u+ u– 不再成立
u–
–
uo
id u+
+ rid+
当 u u时， uo Uo(sat) uu uoUo(sat) uu Uo 发生跃变
2. id 0 第依11章然运算成放大立器
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11.2 放大电路中的负反馈
11.2.1 反馈的基本概念
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。
11.1.1 集成运放的组成
输入端 输入级
中间级
输出级 输出端
偏置 电路
输入级 — 差动放大器
输出级 — 射极输出器或互补对称功率放大器 偏置电路 — 由镜像恒流源等电路组成
第11章运算放大器
运算放大器的符号
信号传 输方向
反相 输入端
u–
Auo
–
+
u+
+
同相 输入端
实理际想运放开环 电压放大倍数
uo 输出端
第11章运算放大器
11.1.2 主要参数
1. 最大输出电压 UOPP 2. 开环电压 Auo 3. 输入失调电压 UIO 4. 输入失调电流 IIO 5. 输入偏置电流 IIB 6. 共模输入电压范围 UICM
第11章运算放大器
11.1.2 理想运算放大器及其分析依据
在分析运算放大器的电路时，一般将它看成是