第3章-负反馈和集成运放剖析课件

第三章第三章 集成运算放大器及反馈集成运算放大器及反馈图图2-12-1自动励磁调节器局部电路框图自动励磁调节器局部电路框图 自动化系统中需要的放大器一般都采用集成自动化系统中需要的放大器一般都采用集成运放，要实现自动调节还必须在电路中引入反馈。运放，要实现自动调节还必须在电路中引入反馈。第三章第三章 集成运算放大器及反馈集成运算放大器及反馈自动励磁调节器中的综合放大单元自动励磁调节器中的综合放大单元微机励磁调节器中的模拟信号直流采样电路图微机励磁调节器中的模拟信号直流采样电路图A/D式模拟量输入通道框图式模拟量输入通道框图采样保持器的基本电路采样保持器的基本电路变电站综合自动化系统中变电站综合自动化系统中各子系统的典型硬件结构图各子系统的典型硬件结构图第三章第三章 负反馈和集成运放负反馈和集成运放3.1 3.1 概述概述3.2 3.2 放大电路中的反馈放大电路中的反馈进入进入3.3 3.3 集成运放的线性运用集成运放的线性运用进入进入3.1 集成运算放大器3.1.1 3.1.1 集成运算放大器简介集成运算放大器简介3.1.2 3.1.2 集成运放的组成及表示符号集成运放的组成及表示符号进入进入3.1.3 3.1.3 集成运放的主要参数集成运放的主要参数进入进入3.1.1 3.1.1 集成运算放大器简介集成运算放大器简介一、什么是集成电路：一、什么是集成电路：利用集成工艺，将电路的所有元件及利用集成工艺，将电路的所有元件及联接导线集成在同一块硅片上，封装在管壳内，成为一个具联接导线集成在同一块硅片上，封装在管壳内，成为一个具有特定功能的完整电路即集成电路。有特定功能的完整电路即集成电路。二、集成电路的分类：二、集成电路的分类：按其功能可分为模拟集成电路和数字集按其功能可分为模拟集成电路和数字集成电路两大类。模拟集成电路又称线性集成电路，集成运算放成电路两大类。模拟集成电路又称线性集成电路，集成运算放大器（简称集成运放）是模拟集成电路中品种最多、应用最广大器（简称集成运放）是模拟集成电路中品种最多、应用最广泛的一类组件。泛的一类组件。（1 1）元器件具有良好的一致性和同向偏差，因而特别有利于）元器件具有良好的一致性和同向偏差，因而特别有利于实现需要对称结构的电路。实现需要对称结构的电路。（2 2）集成电路的芯片面积小，集成度高，所以功耗很小，在）集成电路的芯片面积小，集成度高，所以功耗很小，在毫瓦以下。毫瓦以下。（3 3）不易制造大电阻。常用有源负载代替大电阻。）不易制造大电阻。常用有源负载代替大电阻。（4 4）只能制作几十）只能制作几十pFpF以下的小电容，如需大电容，只能外接。以下的小电容，如需大电容，只能外接。（5 5）不能制造电感，如需电感，只能外接。）不能制造电感，如需电感，只能外接。三、集成电路的工艺特点：三、集成电路的工艺特点：3.1.2 3.1.2 集成运放的组成及表示符号集成运放的组成及表示符号集成运放是高增益、多级、直接耦合放大电路。集成运放是高增益、多级、直接耦合放大电路。集成运放常见外形图集成运放常见外形图集成运放管脚排列图示例集成运放管脚排列图示例输入级：输入级：主要任务是抑制零点漂移和提高输入电阻，主要任务是抑制零点漂移和提高输入电阻，通常采用差动式放大电路。通常采用差动式放大电路。中间级：中间级：主要任务是提供足够大的电压放大倍数，主要任务是提供足够大的电压放大倍数，通常采用共射放大电路。通常采用共射放大电路。输出级：输出级：主要任务是有足够大的输出功率和较强的负载能力，主要任务是有足够大的输出功率和较强的负载能力，通常采用互补对称功率放大电路。通常采用互补对称功率放大电路。偏置电路：偏置电路：主要任务是为各级放大电路提供合适的偏置电流主要任务是为各级放大电路提供合适的偏置电流,通常采用各种恒流源电路。通常采用各种恒流源电路。输入级中间级输出级偏置电路输入信号输入信号负载负载*一、集成运放的组成一、集成运放的组成*二二.通用型集成运放通用型集成运放F007F007原理图原理图AB电流源输入级中间级输出级u-u+uo国际符号：国际符号：中国的部颁标准符号：中国的部颁标准符号：V+反相输入端反相输入端u-+同相输入端同相输入端u输出端输出端ou集成运放的特点：集成运放的特点：电压增益高电压增益高输入电阻大输入电阻大输出电阻小输出电阻小共模抑制比高共模抑制比高A741的典型连接图的典型连接图 1.输入失调电输入失调电UIO 小好小好 3.1.3 3.1.3 集成运算放大器的主要参数集成运算放大器的主要参数 2.输入失调电压温漂输入失调电压温漂 dUIO/dT小好小好 4.4.输入失调电流输入失调电流 I IIOIO 小小 3.3.输入偏置电流输入偏置电流I IIBIB 小小 5.5.输入失调电流温漂输入失调电流温漂dIdIIOIO/DTDT:小小 6.6.最大差模输入电压最大差模输入电压U Uidmaxidmax 7.7.最大共模输入电压最大共模输入电压V Vicmaxicmax 8.8.开环差模电压放大倍数开环差模电压放大倍数 A Ao od d ：无反馈时的差模电压增益。无反馈时的差模电压增益。一般一般A Aodod在在100100120dB120dB左右，高增益运放可达左右，高增益运放可达140dB140dB以上。以上。9.9.差模输入电阻差模输入电阻r ridid ：双极型管输入级约为双极型管输入级约为10105 510106 6欧姆，场效应管输入级欧姆，场效应管输入级可达可达10109 9欧姆以上。欧姆以上。10.10.共模抑制比共模抑制比 K KCMRCMR ：K KCMRCMR=20lg(=20lg(A Av vd d/A Av vc c)(dB)(dB)其典型值在其典型值在80dB80dB以上，性能好的高达以上，性能好的高达180dB180dB。特殊集成运算放大器特殊集成运算放大器 反映集成运放性能的好坏有几十个参数，一种运放要想反映集成运放性能的好坏有几十个参数，一种运放要想在各种指标上都达到很高的性能是不容易的，也是不必要的。在各种指标上都达到很高的性能是不容易的，也是不必要的。通用型运放，各种参数指标都不算太高，但比较均衡，适用通用型运放，各种参数指标都不算太高，但比较均衡，适用于量大面广，没有特殊要求的场合。于量大面广，没有特殊要求的场合。特殊类型的集成运放，特殊类型的集成运放，在某一个或几个参数上有很高的性能，在某一个或几个参数上有很高的性能，而其他参数一般。用而其他参数一般。用户可以从特殊类型集成运放的系列中进行选择，以满足某些户可以从特殊类型集成运放的系列中进行选择，以满足某些方面的特殊要求。方面的特殊要求。特殊运放有高输入阻抗型、高精度低漂移型、高速型、特殊运放有高输入阻抗型、高精度低漂移型、高速型、低功耗型、大功率型等等。低功耗型、大功率型等等。3.2.1 3.2.1 反馈的概念反馈的概念3.2.2 3.2.2 反馈的分类和性质反馈的分类和性质进入进入3.2.3 3.2.3 交流负反馈对放大器性能的影响交流负反馈对放大器性能的影响进入进入3.2 3.2 放大电路中的反馈放大电路中的反馈输入量：输入量：ui、uBE、iB反反馈馈将将电电子子系系统统输输出出回回路路的的电电量量（电电压压或或电电流流），以以一一定定的方式送回到输入回路的过程。的方式送回到输入回路的过程。3.2.1 3.2.1 反馈的概念反馈的概念输出量：输出量：uo、uCE、ic正向传输正向传输信号从输入信号从输入端到输出端的传输端到输出端的传输TUBEICICUEIB例：稳定工作点电路中：例：稳定工作点电路中：反向传输反向传输正向传输正向传输+CTRb1CCRb1b2RVL+uoR-u+-ib2CcReCeiCiC开环与闭环的概念开环与闭环的概念电电路路中中只只有有正正向向传传输输，没没有有反向传输，称为反向传输，称为开环状态。开环状态。正向传输正向传输信号从输信号从输入端到输出端的传输入端到输出端的传输反向传输（反馈）反向传输（反馈）信号从输出端到输信号从输出端到输入端的传输入端的传输电电路路中中既既有有正正向向传传输输，又又有反馈有反馈 称为闭环状态。称为闭环状态。uu+f1oi+RRuuo+i信号的正向传输信号的正向传输信号的正向传输信号的正向传输反馈（反向传反馈（反向传输）输）图图3-63-6 反馈放大器方框图和例图反馈放大器方框图和例图(a)闭环放大器方框图闭环放大器方框图 (b)反馈放大器示例反馈放大器示例基本放大电路基本放大电路A反馈网络反馈网络F开环放大倍数开环放大倍数：+反馈系数：反馈系数：输出输出信号信号原输入原输入信号信号反馈反馈信号信号净输入信号净输入信号反馈放大电路的方框图反馈放大电路的方框图反馈放大器反馈放大器闭环放大倍数闭环放大倍数：根据反馈到输入端的信号的性质判断：根据反馈到输入端的信号的性质判断：例：例：交、直流并存交、直流并存的反馈的反馈交流反馈交流反馈3.2.2 3.2.2 反馈的分类和性质反馈的分类和性质一、交流反馈和直流反馈一、交流反馈和直流反馈二、反馈极性二、反馈极性-负反馈与正反馈负反馈与正反馈负反馈负反馈净输入量减小。净输入量减小。例：如图电路引入反馈后，例：如图电路引入反馈后，ube=ui-uf（净净输入输入ube Uopp=12V，所以应取，所以应取uo=Uopp=12V。-Uopp=-12V，所以应取所以应取uo=-Uopp=-12V。（3）1 1、积分电路积分电路 四、积分与微分电路四、积分与微分电路实现了对输入信号的积分运算实现了对输入信号的积分运算应用举例：应用举例：输入方波，输出三角波。实现了波形变换。输入方波，输出三角波。实现了波形变换。tui0tuo0Ui为常为常 数时，数时，与时间成正比与时间成正比 2 2、微分电路、微分电路u-=u+=0实现了对输入信号的微分运算。实现了对输入信号的微分运算。图图1-2 自动准同步装置自动准同步装置ZZQ-5中中鉴别频差方向的逻辑电路框图鉴别频差方向的逻辑电路框图 R1 +C R R4 +o 1M 1F xR1 +R R4 +-x 1M 1F 1M 1M1M1M-30 xR4 +3M 0.1MR4 +1M 0.125M 1M 1M解解方程方程对数电路：对数电路：对数与指数电路对数与指数电路 利用利用PN结的指数特性实现对数运算结的指数特性实现对数运算uu+1+AoTiR指数指数（反对数）运算电路：（反对数）运算电路：