集成运算放大器

集成运算放大器 6 将电路的元器件和连线制作在同一硅片上，制成了集成电路。随着集成电路制造工艺的 日益完善，目前已能将数以千万计的元器件集成在一片面积只有几十平方毫米的硅片上。按 照集成度（ 每一片硅片中所含元器件数）的高低，将集成电路分为小规模集成电路(简称SSI) ，中规模集成电路(简称MSI), 大规模集成电路(简称LSI)和超大规模集成电路(VLSI)。 运算放大器实质上是高增益的直接耦合放大电路，集成运算放大器是集成电路的一种， 简称集成运放，它常用于各种模拟信号的运算，例如比例运算、微分运算、积分运算等，由 于它的高性能、低价位，在模拟信号处理和发生电路中几乎完全取代了分立元件放大电路。 集成运放的应用是重点要掌握的内容，此外，本章也介绍集成运放的主要技术指标，性 能特点与选择方法。 6.1 6.1.1 1. 结构 集成运放一般由4部分组成，结构如图6-1所示。 .vP vO..输入级中间级输出级 Nv 偏置电路. 图6-1 集成运放结构方框图 其中： 输入级常用双端输入的差动放大电路组成，一般要求输入电阻高，差摸放大倍数大，抑 制共模信号的能力强，静态电流小，输入级的好坏直接影响运放的输入电阻、共模抑制比等 参数。 中间级是一个高放大倍数的放大器，常用多级共发射极放大电路组成，该级的放大倍数 可达数千乃数万倍。 输出级具有输出电压线性范围宽、输出电阻小的特点，常用互补对称输出电路。 偏置电路向各级提供静态工作点，一般采用电流源电路组成。 2. 特点： 142 1 硅片上不能制作大容量电容，所以集成运放均采用直接耦合方式。 2? 运放中大量采用差动放大电路和恒流源电路，这些电路可以抑制漂移和稳定工作点。 3? 电路过程中注重电路的性能，而不在乎元件的多一个和少一个 ? 4? 用有源元件代替大阻值的电阻 5? 常用符合复合晶体管代替单个晶体管，以使运放性能最好 3. 集成运放的符号 从运放的结构可知，运放具有两个输入端v和v和一个输出端v，这两个输入端一个PNO称为同相端，另一个称为反相端，这里同相和反相只是输入电压和输出电压之间的关系，若 输入正电压从同相端输入，则输出端输出正的输出电压，若输入正电压从反相端输入，则输 出端输出负的输出电压。运算放大器的常用符号如图6-2所示。 .+VCC ?.v?vPPv+Pvv.OvOO+_vvvNNN -VCC c)b)a). 图6-2 运算放大器常用符号 其中图6-2a是集成运放的国际流行符号，图6-2b是集成运放的国标符号，而图6-2c是 具有电源引脚的集成运放国际流行符号。图6-3是目前EDA软件中使用的集成运放的图形符号。 . 47411U1AU322613351LM324LM741..4747U2U42266338811OP27AOP07. 图6-3 EDA软件中使用的集成运放的符号 从集成运放的符号看，可以把它看作是一个双端输入、单端输出、具有高差模放大倍数 的、高输入电阻、低输出电阻、具有抑制温度漂移能力的放大电路。 6.1.2 集成运放的主要技术指标，大体上可以分为输入误差特性、开环差模特性、共模特性、 输出瞬态特性和电源特性。 1. 输入误差特性 输入误差特性参数用来示集成运放的失调特性，描述这类特性的主要是以下几个参数： （1）输入失调电压V OS 对于理想运放，当输入电压为零时，输出也应为零。实际上，由于差动输入级很难作到 完全对称，零输入时，输出并不为零。在室温及标准电压下，输入为零时，为了使输出电压 为零，输入端所加的补偿电压称为输入失调电压V。V大小反映了运放的对称程度。VOSOSOS 越大，说明对称程度越差。一般V的值为1,V,20mV，F007的V为1,5mV。 OSOS dVOS（2）输入失调电压的温漂 dT dVOS是指在指定的温度范围内，V随温度的平均变化率，是衡量温漂的重要指标。OSdT dVdVOSOS不能通过外接调零装置进行补偿，对于低漂移运放，<1,V/:C，普通运放为dTdT(10,20),V/:C。 （3）输入偏置电流I B 输入偏置电流是衡量差动管输入电流绝对值大小的标志，指运放零输入时，两个输入端 静态电流、的平均值，即 IIB1B2 1I=(+) IIBB1B22 差动输入级集电极电流一定时，输入偏置电流反映了差动管,值的大小。I越小，表明运B放的输入阻抗越高。I太大，不仅在不同信号源内阻时，对静态工作点有较大的影响，而且B 也影响温漂和运算精度。 （4）输入失调电流 IOS 零输入时，两输入偏置电流I、之差称为输入失调电流，即=|,|，IIIIIIOSOSB1B2B1B2OS反映了输入级差动管输入电流的对称性，一般希望越小越好。普通运放的约为IIOSOS 1nA,0.1,A，F007的约为50,100nA。 IOS dIOS（5）输入失调电流温漂 dT dIOS输入失调电流温漂指在规定的温度范围内，的温度系数，是对放大器电流温漂IOSdT 的量度。它同样不能用外接调零装置进行补偿。典型值为几个nA/:C。 2. 开环差模特性参数 开环差模特性参数用来表示集成运放在差模输入作用下的传输特性。描述这类特性的参 数有开环电压增益、最大差模输入电压、差模输入阻抗、开环频率相应及其3dB带宽。 （1）开环差模电压增益A od 开环差模电压增益A指在无外加反馈情况下的直流差模增益，它是决定运算精度的重od 要指标，通常用分贝表示，即， ,VoA= 20lgod,V,V，，i1i2 不同功能的运放，AA相差悬殊，F007的为100,106dB，高质量的运放可达140dB。 odod （2）最大差模输入电压V idmax V指集成运放反相和同相输入端所能承受的最大电压值，超过这个值输入级差动idmax 144 为5VV,idmax 左右，而横向PNP管的可达30V以上。 V,idmax （3）3dB带宽 管中的管子将会出现反相击穿，甚至损坏。利用平面工艺制成的硅NPN管的 输入正弦小信号时，是频率的，随着频率的增加，下降。当下降3dB时AAAododod 所对应的信号频率称为3dB带宽。一般运放的3dB带宽为几Hz,几kHz，宽带运放可达到几 MHz。 （4）差模输入电阻R id ,VidR=，是衡量差动管向输入信号源索取电流大小的标志，F007的R约为2M,，用idid,Ii6场效应管作差动输入级的运放，R可达M,。 10id 3. 共模特性参数 共模特性参数用来表示集成运放在共模信号作用下的传输特性，这类参数有共模抑制比、 共模输入电压等。 （1）共模抑制比K CMRR 共模抑制比的定义与差动电路中介绍的相同，F007的K为80,86dB，高质量的可达CMRR 180dB。 （2）最大共模输入电压 Vicmax 指运放所能承受的最大共模输入电压，共模电压超过一定值时，将会使输入级Vicmax 工作不正常，因此要加以限制。F007的为13V。 V,icmax 4. 输出瞬态特性参数 输出瞬态特性参数用来表示集成运放输出信号的瞬态特性，描述这类特性的参数主要是 转换速率。 dvo转换速率是指运放在闭环状态下，输入为大信号(如阶跃信号)时，放大器输S,Rdtmax 出电压对时间的最大变化速率。转换速率的大小与很多因素有关，其中主要与运放所加的补 偿电容、运放本身各级三极管的极间电容、杂散电容，以及放大器的充电电流等因素有关。 只有信号变化斜率的绝对值小于时，输出才能按照线性的规律变化。 SR S是在大信号和高频工作时的一项重要指标，一般运放的在1V/,s，高速运放可达SRR 到65V/,s。 5.电源特性参数 电源特性参数主要有静态功耗等。静态功耗指运放零输入情况下的功耗。F007的静态功 耗为120mW。 6.1.3 1. 按制作工艺分类 按照制造工艺，集成运放分为双极型、COMS型和BiFET型三种，其中双极型运放功能强、种类多，但是功耗大；CMOS运放输入阻抗高、功耗小，可以在低电源电压下工作；BiFET是双极型和CMOS型的混合产品，具有双极型和CMOS运放的优点。 2. 按照工作原理分类 （1）电压放大型 输入是电压，输出回路等效成由输入电压控制的电压源，F007，LM324和MC14573属 于这类产品。 （2）电流放大型 输入是电流，输出回路等效成由输入电流控制的电流源，LM3900就是这样的产品。 （3）跨导型 输入是电压，输出回路等效成输入电压控制的电流源，LM3080就是这样的产品。 （4）互阻型 输入是电流i1，输出回路等效成输入电流控制的电压源，AD8009 3. 按照性能指标分类 （1）高输入阻抗型 对于这种类型的运放，要求开环差模输入电阻不小于1M,，输入失调电压不大于VOS10mV。实现这些指标的主要是，在电路结构上，输入级采用结型或MOS场效应管，这类运放主要用于模拟调解器、采样保持电路、有源滤波器中。国产型号F3030，输入采用MOS 12管，输入电阻高达10Ω，输入偏置电流仅为5pA。 （2）低漂移型 这种类型的运放主要用于毫伏级或更低的微弱信号的精密检测、精密模拟计算以及自动 dVOS控制仪表中。对这类运放的要求是：输入失调电压温漂<2,V/:C，输入失调电流温漂dT dIOS<200pA/:C，120dB，K110dB。实现这些功能的措施通常是，在电路结构上A,,CMRRoddT 除采用超,管和低噪声差动输入外，还采用热匹配设计和低温度系数的精密电阻，或在电路 中加入自动控温系统以减小温漂。目前，采用调制型的第四代自动稳零运放，可以获得 0.1,V/:C的输入失调电压温漂。国产型号有FC72、F032、XFC78等。国产FC73的主要指dVdVOSOS标为=0.5,V/:C，=120dB，=1mV。国产5G7650的=1,V，=10nV/:C。AVVodOSOSdTdT另外市场上常见的OP07和OP27也属于低漂移型运放。 （3）高速型 对于这类运放，要求转换速率SR>30V/,s，单位增益带宽>10MHz。实现高速的措施主要是，在信号通道中尽量采用NPN管，以提高转换速率；同时加大工作电流，使电路中各种 电容上的电压变化加快。高速运放用于快速A/D和D/A转换器、高速采样,保持电路、锁相环精密比较器和视频放大器中。国产型号有F715、F722、F3554等，F715的SR=70V/,s，单位增益带宽为65MHz。国外的,A,207型，SR=500V/,s，单位增益带宽为1GHz。 （4）低功耗型 对于这种类型的运放，要求在电源电压为,15V时，最大功耗不大于6mW；或要求工作在低电源电压时，具有低的静态功耗并保持良好的电气性能。在电路结构上，一般采用外接 偏置电阻和用有源负载代替高阻值的电阻。在制造工艺上，尽量选用高电阻率的材料，减少 外延层以提高电阻值，尽量减小基区宽度以提高,值。目前国产型号有F253、F012、FC54、XFC75等。其中，F012的电源电压可低到1.5V,A=110dB，国外产品的功耗可达到,W级，od 如ICL7600在电源电压为1.5V时，功耗为10,W。 低功耗的运放一般用于对能源有严格限制的遥测、遥感、生物医学和空间技术设备中。 （5）高压型 为得到高的输出电压或大的输出功率，在电路设计和制作上需要解决三极管的耐压、动 态工作范围等问题，在电路结构上常采取以下措施：利用三极管的cb结和横向PNP的耐高压性能；用单管串接的方式来提高耐压；用场效应管作为输入级。目前，国产型号有F1536、F143和BG315。其中，BG315的参数是：电源电压为48,72V，最大输出电压大于40,46V。146 国外的D41型，电源电压可达,150V，最大共模输入电压可达,125V。 1. 运放的选择 6.1.4 选择运放时尽量选择通用运放，而且是市场上销售最多的品种，只有这样才能降低成本， 保证货源。只要满足要求，就不选择特殊运放。 2. 使用集成运放首先要会辨认封装方式，目前常用的封装是双列直插型和扁平型。 3. 学会辨认管脚，不同公司的产品管脚排列是不同的，需要查阅手册，确认各个管脚的 功能。 4. 一定清楚运放的电源电压、输入电阻、输出电阻、输出电流等参数。 5. 集成运放单电源使用时，要注意输入端是否需要增加直流偏置，以便能放大正负两个 方向的输入信号。 6. 设计集成运放电路时，应该考虑是否增加调零电路、输入保护电路、输出保护电路。 6.1.5 集成运放输出电压v 与输入电压（v－v）之间的关系曲线称为电压传输特性。对于采oPN 用正负电源供电的集成运放，电压传输特性如图6-4所示。 从传输特性可以看出，集成运放有两个工作区，线性放大区和饱和区，在线性放大区， 曲线的斜率就是放大倍数，在饱和区域，输出电压不是V就是V。由传输特性可知集成运－o+o 放的放大倍数： V,V，,oo A,ov,vPN 一般情况下，运放的放大倍数很高，可达几十万、甚至上百万倍。 . vO V O+ iPvP.vOvv-.PNO.vNiN V O-. 图6-4 集成运放的传输特性 通常，运放的线性工作范围很小，比如，对于开环增益为100dB，电源电压为,10V的F007，5开环放大倍数A=10，其最大线性工作范围约为 d V10oV,,,V=0.1mV PN5A10d 6.1.6 1. 理想运放的技术指标 由于集成运放具有开环差模电压增益高，输入阻抗高，输出阻抗低及共模抑制比高等特 点，实际中为了分析方便，常将它的各项指标理想化。理想运放的各项技术指标为： （1）开环差模电压放大倍数A,,； d （2）输入电阻R,,； id （3）输出电阻R,0； o （4）共模抑制比K,,； CMRR （5）3dB带宽BW,,； （6）输入偏置电流I=I=0； B1B1 （7）失调电压V、失调电流I及它们的温漂均为零； OSOS （8）无干扰和噪声。 由于实际运放的技术指标与理想运放比较接近，因此，在分析电路的工作原理时，用理 想运放代替实际运放所带来误差并不严重。在一般的工程计算 中是允许的。 Vo2. 理想运放的工作特性 V o+理想运放的电压传输特性如图6.5所示。工作于线性区和 非线性区的理想运放具有不同的特性。 O （1）线性区 V,V +, 当理想运放工作于线性区时，v=A(V,V)，而A,,，V odPNdo,因此V,V=0 V=V，又由输入电阻r,,可知，流进运放同PNPNid 相输入端和反相输入端的电流I、I为I=I=0；可见，当理想PNPN图6.5 理想运放的电运放工作于线性区时，同相输入端与反相输入端的电位相等，压传输特性 流进同相输入端和反相输入端的电流为0。V=V就是V和VPNPN两个电位点短路，但是由于没有电流，所以称为虚短路，简称虚短；而I=I=0表示流过电PN 流I、I的电路断开了，但是实际上没有断开，所以称为虚断路，简称虚断。 PN （2）非线性区 工作于非线性区的理想运放仍然有输入电阻R,,，因此I=I=0；但由于v,A(V,V)，idPNodPN 不存在V=V，由电压传输特性可知其特点为 PN 当V>V时，V=V；当VX，则为负反馈。 idid 3. 直流反馈与交流反馈 若反馈量只包含直流信号，则称为直流反馈，若反馈量只包含交流信号，就是交流反馈， 直流反馈一般用于稳定工作点，而交流反馈用于改善放大器的性能，所以研究交流反馈更有 意义，本节重点研究交流反馈。 4. 开环与闭环 从反馈放大电路框图可以看出，放大电路加上反馈后就形成了一个环，若有反馈，则说 反馈环闭合了，若无反馈，则说反馈环被打开了。所以常用闭环表示有反馈，开环表示无反 馈。 6.2.2 1. 有无反馈的判断 2R若放大电路中存在将输出 vvv1iii回路与输入回路连接的通路，即R.vo.反馈通路，并由此影响了放大器vvoo 的净输入，则表明电路引入了反1R馈。 b)a)c)例如，在图6-7所示的电路.中，图6-7a所示的电路由于输入图6-7反馈是否存在的判断 与输出回路之间没有通路，所以没有反馈；图6-7b所示的电路中，电阻R 将输出信号反馈2 到输入端与输入信号一起共同作用于放大器输入端，所以具有反馈；而图6-7c所示的电路中虽然有电阻R连接输入输出回路，但是由于输出信号对输入信号没有影响，所以没有反馈。 1 2. 反馈极性的判断 反馈极性的判断，就是判断是正反馈还是负反馈。 判断反馈极性的方法是瞬时极性法：其方法是，首先规定输入信号在某一时刻的极性， 然后逐级判断电路中各个相关点的电流流向与电位的极性，从而得到输出信号的极性；根据 输出信号的极性判断出反馈信号的极性；若反馈信号使净输入信号增加，就是正反馈，若反 馈信号使净输入信号减小，就是负反馈。 例如，在图6-8a所示的电路中首先设输入电压瞬时极性为正，所以集成运放的输出为正， 产生电流流过R和R，在R上产生上正下负的反馈电压v，由于v=v－v，v与v同极性，211fdiffi 所以vv，净输入减小，说明该电路引入正反馈。 di 在图6-8c所示的电路中首先假设i的瞬时方向是流入放大器的反相输入端v，相当于在iN 放大器反相输入端加入了正极性的信号，所以放大器输出为负，放大器输出的负极性电压使 流过R的电流i的方向是从v节点流出，由于i= i +i，有i=i－i，所以i>i ，就是说净2fNidfdifid 输入电流比输入电流小，所以电路引入负反馈 ++Rv2_i.ov+ivddvvdfiivoR1viovNN.vPvRv2R2_ii_+fRRv1f1v+_ c)b)a). 图6-8 反馈极性的判断 3. 反馈组态的判断 （1）电压与电流反馈的判断 .i反馈量取自输出端的电压，并与ovivo之成比例，则为电压反馈；若反馈量vi..取自电流，并与之成比例，则为电流voLR1RiLfR反馈。判断方法是将放大器输出端的i1+负载短路，若反馈不存在就是电压反fRio1Rvf馈，否则就是电流反馈。例如，图6-9a _所示的电路，如果把负载短路，则Voa)b)等于0，这时反馈就不存在了，所以.是电压反馈。而图6-24b所示的电路 图6-9 电压反馈与电流反馈的判断 中，若把负载短路，反馈电压v仍然存在，所以是电流反 f 150 .+ 是输入电压信号vidiv_df+与反馈电压信号v之差，则为串联反馈。等效电路f（2）串联反馈与并联反馈的判断 .+i.vidi_如图6-10a所示。 v若放大器的净输入信号vf_i若放大器的净输入信号i是输入电流信号i与di 反馈电流信号i之差，则为并联反馈，等效电路如fb)a).图6-10b所示。 图6-10 串联反馈与并联反馈的等效电路 6.2.3 1. 电压串联 首先判断图6-11所示电路的反馈组态，将负载R短路，就相当于输出端接地，这时v=0，Lo 反馈的原因不存在，所以是电压反馈，从输入端来看，净输入信号v等于输入信号v与反馈di信号v之差，就是说输入信号与反馈信号是串联关系，所以该电路的反馈组态是电压串联反f 馈。使用瞬时极性法判断正负反馈，各瞬时极性如图所示，可见v与v极性相同，净输入信if号小于输入信号，故是负反馈。 .+ 输出电压的计算： v+v.oi.d 由图可得反馈系数Fv v vRRfL1 F,,vv(R，R)+o12R2fRv1 由于运放的电压放大倍数非常大，在输入端v.?v，pN_故有v,v,v,0v,v，从而得到，所以输出电压 difif 图6-11 电压串联负反馈电路 vRi2 v,,(1，)voiFRv1 从此式可以看出，输出电压只与电阻的参数有关，可见十分稳定，所以电压反馈使输出 电压稳定。 对输入电阻的影响： v，vvvdf当无反馈时，id，而有反馈时 R,R,,ifiiiiiii 由于 v，v,v，vAF,v(1，AF) dfddvvdvv vd得到 R,(1，AF),R(1，AF)ifvvivvii 其中 A是基本放大器的电压放大倍数。 v 就是说反馈时输入电阻R是无反馈时的1+AF倍。 ifvv 对输出电阻的影响： 设运放的输出电阻为R，令反馈放大器的输入v=0，去掉负载电阻R，然后在放大器的oiL输出端接一个实验电压源V，见图6-12。 .由图有 IRoV,Avvd I,Ro++因为v=0，所以v=－v=－Fv=－FV，所以idfvovAv.Vvd__有 .实验电压源反馈放大器V，AFVV(1，AF)vvvv I,,RRoo 到反馈网络最后得到 . VRo R,,图6-12 输出电阻计算等效电路 ofI1，AFvv 就是说电压反馈时的输出电阻是无反馈时输出电阻的1/（1+AF）倍。 vv 2. 电流串联 .ioiv首先判断图6-13所示电路的反馈组态，将负载R短路，Lvd这时仍有电流流过R.电阻，产生反馈电压v，所以是电流反1fovR馈，从输入端来看，净输入信号v等于输入信号v与反馈信diL号v之差，就是输入信号与反馈信号是串联关系，所以该电f+iRo路的反馈组态是电流串联反馈。使用瞬时极性法判断正负反v1f馈，各瞬时极性如图所示，可见v与v极性相同，净输入信if_号小于输入信号，故是负反馈。 . 输出电流的计算： 图6-13 电流串联负反馈电路 由图可得反馈系数F r viRf1o F,,,R.1r.iiooI 由于运放的电压放大倍数非常大，在输入端vp+ v,v,v,0v,v?v，故有，从而得到，所以NdififRVAv.Igdo.实验电流源输出电流 _ 1vi 反馈放大器 ,,ivoiFRr1到反馈网络.由此式可知输出电流只与电阻阻值有关，所以 图6-14计算输出电阻的等效电路 非常稳定，就是说电流反馈稳定输出电流。 对输入电阻的影响： 因为是串联反馈，所以反馈时的输入电阻RA是无反馈时的1+AF倍，这里是基本放ifgrg大器的互导增益。 对输出电阻的影响： 设运放的输出电阻为R，令反馈放大器的输入v=0，去掉负载电阻R，然后在放大器的oiL输出端接一个实验电流源I，见图6-14。 由图有v,,v,,Fi,,FI，所以 dfror 152 V,(I,Av)R,(I，AFI),I(1，AF)Rgdogrgro 这里A是基本放大器的互导增益。 g 最后得到 V R,,(1，AF)RofgroI 所以，电流反馈使输出电阻增大AF倍。 gr 3. 电压并联负反馈 首先判断图6-15所示电路的反馈组态，将负载RL.短路，就相当于输出端接地，这时v=0，反馈的原因不_ovo.存在，所以是电压反馈，从输入端来看，输入信号i与.i.iidi反馈信号i并联在一起，净输入电流信号i等于输入电fdRL 流信号i与反馈电流信号i之差，所以该电路的反馈组ififRf.态是电压并联反馈。使用瞬时极性法判断正负反馈，各 瞬时极性和瞬时电流方向如图所示，可见i图6-15 电压并联负反馈 瞬时流向是f 对i分流，使i减小，净输入信号i小于输入信号i，iddi故是负反馈。 输出电压的计算： 由图可得反馈系数F g iv1foF,,,,, gvRvRofof 由于运放的电压放大倍数非常大，在输入端vi,i,i,0i,i?v，故有，从而得到，pNdifif 所以输出电压 ii v,,,Ri ofiFg 从此式可以看出，输出电压只与电阻的参数有关，可见十分稳定，所以电压反馈使输出 电压稳定。 对输入电阻的影响： vv设运放的输入电阻为Rii、电压放大倍数为A，当无反馈时，，而有反馈时 R,,iaviiiid vvii R,,ifii，iidf 由于 i，i,i，iAF,i(1，AF) dfddrgdrg 其中A是基本放大器的互阻增益。最后得到 r RiR, if1，AFrg 就是说反馈时的输入电阻R是无反馈时的1/（1+AF）倍。 ifrg 对输出电阻的影响： 该反馈电路的输出电阻是无反馈时输出电阻的1/（1+AF）倍。 rg 4. 电流并联负反馈 首先判断图6-16所示电路的反馈组态，将负载R短路，这时仍有电流流过R电阻，产L1生反馈电流i，所以是电流反馈，从输入端来看，输入信号i与反馈信号i并联在一起，净fif输入电流信号i等于输入电流信号i与反馈电流信号i之差，所以该电路的反馈组态是电流dif 并联反馈。使用瞬时极性法判断正负反馈，各瞬时极性和瞬时电流方向如图所示，可见i瞬f时流向是对i分流，使i减小，净输入信号i小于输入信号i，故是负反馈。 iddi 输出电流的计算： . 由图可得反馈系数F_ i.+..R2ii,idiovioRR，RRif212L oF,,,,i_viiR，RNoo12ifR1R由于运放的电压放大倍数非常大，在输入端v?v，pN2iR2故有i,i,i,0i,i，从而得到， difif. R1所以 i,,(1，)ioi图6-16 电流并联负反馈电路 R2 输入电阻：由于是并联反馈，所以该电路反馈时的输入电阻R比无反馈时的R小1+AFifiii倍，这里A是基本放大器的电流放大系数。 i 输出电阻：由于是电流反馈，所以该电路反馈时的输出电阻是无反馈时的输出电阻的 1+AF倍。 ii 6.2.4 由图6-6所示的反馈放大器框图可得到反馈放大器的增益 XXAXooxd A,,,xfXX，XX，XAFidfddxx 可得到一般的增益表达式 Ax A,xf1，AFxx 有关1，AF的讨论： xx 若大于1，有AA，则为正反馈。 1，AFxfxxx 若1，AF等于0，有A=?，则没有输入也有输出，这时放大器就变成了振荡器。 xfxx 若1，AF>>1，则有1，AF=AF，这时的增益表达式为 xxxxxx 1 A,xfFx 就是说当引入深度负反馈时（即1，AF>>1时）增益仅仅由反馈网络决定，而与基本放xx 大电路无关。由于反馈网络一般为无源网络，受环境温度的影响比较小，所以反馈放大器的 154 越大越好，A越大，xx A与1/F的近似程度越好。 xf 根据A和F定义 xfx增益是比较稳定的。从深度负反馈的条件可知，当反馈系数确定之后，A X1XXfoo A,,F,A,xfxxfFXXXxfoi 说明，可见深度负反馈的实质是在近似分析中忽略净输入量，对于电压反馈忽X,Xif 略v，对于并联反馈忽略i。 dd 负反馈对放大电路的性能影响很大，除可以改变放大器的输入、输出电阻外，还可以稳 定放大倍数、展宽频带、减小非线性失真。特别是当反馈深度很大时，改善的效果更加明显， 但是事情都是一分为二的，反馈深度很大时，容易引起放大电路的不稳定，产生自激振荡。 6.3 对于一个放大电路来讲，当施加一定?Av? 的输入电压信号，则有相应的输出电压信 号产生，电压放大倍数为一向量 , ＝||? A,Avvv 其中是输出信号与输入信号绝对Av 值之比，是输出信号与输入信号的相位,v 差。 经实验可知，当我们施加频率变化的f 正弦输入信号于实际的放大电路时，与Av ,(f),都随频率变化而变化，即A(f)、图6.17 阻容耦合放大器的幅频特性 vvv 均为频率的函数。 例如单级阻容耦合放大电路的A(f)曲线如图6-17所示。这种现象是由于放大电路的耦v 合电容和晶体管极间电容等引起的。而直接耦合放大器的频率特性见图6-18。 6.3.1 ?Av? 放大电路对正弦输入信号的稳态响应Av0 称为频率响应，频率响应与正弦输入信号0.707Av0 之间的关系特性称为频率特性。 （1）频率特性和通频带 放大器的频率特性可用放大器的放大 倍数对频率的关系描述 f ,图6.18直接耦合放大器幅频特性 ,(f)A(f)＝??? Avvv 式中(f)表示电压放大倍数的模与频率 f的关系，称为幅频特性；(f)表示放大器输出A,vv 电压与输入电压之间的相位差与频率的关系，称为相频特性；总称放大器的频率特性。 图6.19中，和分别称为下限频率和上限频率，定义为放大倍数下降至0.707时ffALHvM 对应的频率；主要由放大器中晶体管外部的电容（耦合电容、旁路电容等）决定， 主ffLH 要由晶体管内部的电容决定。不同的放大器具有不同的频率特性；对于直接耦合电路（主要 指模拟集成电路），由于没有晶体管外部电容，所以无下限频率。低于 的频率范围称ffLL 为低频区；高于的频率范围称为高频区；在 与 之间的频率范围称为中频区。中频fffHLH区频率特性曲线的平坦部分之放大倍数称为中频放大倍数。中频区的频率范围通常又称放大 器的通频带或带宽 BW=- ffHL 一般>>, 所以BW?。 fffHLH 对直接耦合方式：BW=。 fH （2）增益 衡量放大器信号在传输过程中的变化，可用一个对数单位来表示，这个对数单位就是分 贝（dB）。 放大倍数用分贝表示的定义是： 功率放大倍数的分贝值 P o(dB)=10lg(dB) APPi 在给定的电阻下，功率与电压的平方成正比，所以 电压放大倍数的分贝值 2VVoo lg(dB)=10=20(dB) Algv2VVii 式中lg、表示放大器的输入功率和输入电压；、表示输出功率和输出电压；为PVPViioo 以10为底的常用对数，以上两式Ap、A单位均为分贝（dB）。 v 例如，一个放大器的放大倍数A=100，则用分贝数表示的电压放大倍数为40dB。又如v 当A=0.707（归一化放大倍数）时，相应的分贝数为-3dB。因此前面描述通频带的下限频率v 和上限频率，分别是对应下端或上端的 -3dB点的频率。 ?Av? 放大倍数采用对数单位分贝表示 的优点在于，它将放大倍数的相乘简化Avm 为相加；其次，在讨论放大器的频率特 性时可采用对数坐标图，这样在绘制近0.707Avm 似的频率特性曲线时更为简便；此外， 采用对数单位表示信号传输的大小比较 符合人耳对声音感觉的状况，因此特别f fL fH 适用于电声设备。放大倍数用分贝作单 位时，常称为增益。 图6.19 阻容耦合放大器幅频特性 156 6.3.2. 则采用, 线性分度。这两张频率特性曲线图称为对数频率特性或波特图。 为了缩短坐标，扩大视野，幅频特性和相频特性可分别绘在两张半对数坐标纸上。这种 现在使用EDA软件，可以很容易的作出放大电路频率特性。 半对数坐标图，就是频率采用对数分度，而幅值（以dB表示的电压增益）或相角 6.3.3. 集成运放是直接耦合多级放大电路，具有很好的低频特性（f=0），可以放大直流信号；L 它的各级晶体管的极间电容影响它的高频特性。由于集成运放的电压增益高达上万，所以即 使晶体管的结电容很小，但是影响很大，所以集成运放的上限频率很低，通用集成运放的－ 3dB带宽只有几赫兹到十几赫兹，这么低的上限频率确实限制了集成运放的某些应用，但是， 影响并不是很大，原因是放大电路的增益与带宽的乘积基本是常数，所以当采用深度负反馈 将增益较小后，带宽就被展宽了。 图6-20给出了LM324的开环频率特性。而图6-21所示的是闭环频率特性。 图6-20 集成运放LM324的开环频率特性 图6-21 LM324的闭环频率特性 LM324开环电压放大倍数为10万倍，开环带宽为10赫兹左右，而闭环放大倍数为10倍时的开环带宽约为100KHz，可见两个电路的增益带宽积是基本相同的。 6.4 集成运放的应用首先是构成各种运算电路，在运算电路中，以输入电压自变量，以输出 电压作为函数，当输入电压发生变化时，输出电压反映输入电压某种运算的结果，因此，集 成运放必须工作在线性区，在深度负反馈条件下，利用反馈网络可以实现各种数学运算。 本节中的集成运放都是理想运放，就是说在分析时，注意使用“虚断”“虚短”概念。 6.4.1. 1. 反相输入比例运算 电路如图6-22所示，由于运放的同相端经电阻R接地，利用“虚断”的概念，该电阻2 上没有电流，所以没有电压降，就是说运放的同相端是接地的，利用“虚短”的概念，同相 端与反相端的电位相同，所以反相端也是接地的，由于没有实际接地，所以称为“虚地”。 利用“虚断”概念，由图得 . i,i1fRffi利用“虚地”概念 R11,ivvviiN,, i1+N.RR+11ivo.v__Rv,vv2Noo i,,,fRRff .最后得 图6-22 反相比例运算电路 Rf v,,voiR1 虽然集成运放有很高的输入电阻，但是并联反馈减低了输入电阻，这时的输入电阻为 R=R。 i1.Rffi R11iN..+oR+2_vvi.ov_.vi . b)a). 图6-23 同相比例运算电路 2. 同相比例运算电路 同相比例运算电路见图6-23a，利用“虚断”的概念有 i,i 1f 利用“虚短”的概念有 0vvv,,NPi i,,,1RRR111 v,vv,vNoioi,, fRRff 最后得到输出电压的表达式 Rfv,(1，)v oiR1 由于是串联反馈电路，所以输入电阻很大，理想情况下R=?。由于信号加在同相输入i端，而反相端和同相端电位一样，所以输入信号对于运放是共模信号，这就要求运放有好的 共模抑制能力。 若将反馈电阻R和R电阻去掉，就成为图6-23b所示的电路，该电路的输出全部反馈f1 到输入端，是电压串联负反馈。有R=?、R=0可知v=v ，就是输出电压跟随输入电压的1foi158 变化，简称电压跟随器。 由以上分析，在分析运算关系时，应该充分利用“虚断”“虚短”概念，首先列出关键 节点的电流方程，这里的关键节点是指那些于输入输出电压产生关系的节点，例如集成运放 的同相、反相节点，最后对所列表达式进行整理得到输出电压的表达式。 .i11Rv6.4.2. .i1+i RiR2f2fvi，i，i,i i123f2. 反相加法电路由图6-24所示。由图有 +iR32vi3vvvvoiii 123N.. 其中 i,,,,,iiif123+vRRRRf312o.__R所以有 P vvviii123 ,,(，，)vRof..RRR123 若R=R=R=R=R则有 图6-24 反相加法电路 123f Rf v,(v，v，v，v)oi1i2i3i4R 该电路的特点是便于调节，因为同相端接地，反相端是“虚地”。 6.4.3. Rf R 利用差动放大电路实现减法运算的电路如图6-25i1N1vi1..所示。由图有 .i2+2.v.ivoR2_v,vv,vi1NNo ,RR1f3R,vvviPP2. ,RR23.. 由于v=v，所以 NP图6-25 减法运算电路 RRRff3 v,(1，)()v,voi2i1RR，RR1231.. 当Rv,v,v=R=R=R时 123foi2i1Cffi R1v1c6.4.4. iiN+N. +ivioP.v_ 反相积分运算电路如图6-26所示。 _R2v利用“虚地”的概念，有i，所以 ,,iif1R1. 11v,,v,,idt,,vdt 图6-26 积分运算电路 ocfi,,CCRff1 若输入电压为常数，则有 vi v,toRC1f 若在本积分器前加一级反相器，就构成了同相积分器，见图6-27。 ...RCf RR1+..vo1vi.+_.vo_R/2R1 .. 图6-27 同相积分电路 6.4.5. . Rfif 微分运算电路如图6-28所示，下面介绍该电路输Cci出电压的表达式。 +N.+i根据“虚短”、“虚断”的概念，v=v=0，为“虚vPNo.v__R地”，电容两端的电压v=v，所以有 Ci1 dviiiC,, fC.dt dv图6-28 微分运算电路 1输出电压 viRRC,,,, offfdt 6.4.6 .R1 仪表放大器如图6-29所示，该电vi1路常用在自动控制和非电量测量系统+Rf中。 vao1R 由图有 Rv,v,v,v,v 2i1ii2ab 所以 R.v..PiR2+RRPvo v,v,v,(v,v)_iabo1o2Rbf2R，RPvo2得到 _R1v2Ri2 v,v,(1，)vo1o2iRP.由叠加原理 图6-29 测量放大电路 160 RRRRffffv,(1，)v,v,(v,v) oo2o1o2o1RR，RRR22f22 R2Rf将前式带入最后得到 (1)v,,，oRR2P 改变电阻R的数值，就可以改变该电路的放大倍数。 P 集成运放的线性应用还很多，例如，对数放大器、有源滤波等等，限于篇幅，本教材不 作介绍。 6.5 6.5.1 电压比较器就是将一个连续变化的输入电压与参考电压进行比较，在二者幅度相等时， 输出电压将产生跳变。通常用于A/D转换、波形变换等场合。在电压比较器电路中，运算放大器通常工作于非线性区，为了提高正负电平的转换速度，应选择上升速率和增益带宽积这 两项指标高的运算放大器。目前已经有专用的集成比较器，使用更加方便。 1. 过零比较器 .同相过零比较器电路见图6-30a，同相端vo接v，反相端 v=0，所以输入电压是和0电压iNvo+1iRv.进行比较。 ov.viO当v>0时 v=v+，就是输出为正饱和值。 ioo2RNvo-当v<0时 v=v－，就是输出为负饱和值。 ioo .该比较器的传输特性见图6-30b。 a)b).该电路常用于检测正弦波的零点，当正弦 图6-30 过零比较器 波电压过零时，比较器输出发生跃变。 2. 任意电压比较器 .同相任意比较器电路见图6-31，同相端vo接v，反相端 v=v，所以输入电压是和viNRRvo+1iRv.电压进行比较 ovv.RviOv当v>v时 v=v+，就是输出为正饱和RiRoo2RNvo-值。 a)b)当vv时，v=－v，v1， 经过放大、反馈的反复作用，使电压振幅不断加大，从而使振荡器能够从无到有地建立起振 荡。因此，振荡器的起振条件为，，，用幅度和相位分别表示为 AF>1 ，，AF>1 ,，,,,2n,　　(n＝0,1,2？) AF 上面两式分别称为幅度起振条件和相位起振条件。满足起振条件后，要想产生等幅持续 的正弦波，还必须满足平衡条件，否则，振荡信号将无休止地增长。 2. 平衡条件 164 ，，，，，，，，，所以产生等幅稳定信号的平衡条件为，用幅V,AV,AFVAF,10i0 度和相位分别表示为 ，， AF=1进入平衡状态时， ,，,,,2n,　　(n＝0,1,2？)AF 上式分别称为振幅平衡条件和相位平衡条件。 . AF..AVio...V集成运放 1 . FV..f.O反馈网络i.V . 图6-36 振荡器框图 图6-37 输入电压幅值与增益之间的关系 从上面的分析过程可以看出，起振和平衡的相位条件均为，从反馈的极性,，,,,2n,AF来说，反馈网络必须为正反馈。同时，由起振条件可知，反馈网络中必须包含有选频网络。 ，，而且，从振幅的起振和平衡条件可以看出，必须具有图6-37所示的特性，这样，起振时，AF ，，，，，，，VV，迅速增长，以后，由于随的增大而下降，的增长速度逐渐变慢，直到AF>1AFViii ，，，，停止增长，振荡器进入平衡状态，并在相应的平衡振幅上维持等幅振荡。为了获AF=1Vi ，，，得图6-37所示的随变化的曲线，振荡环路中必须具有能稳幅的非线性环节。在实际中，AFVi 除少数类型外，多数的振荡器都是由放大网络来完成稳幅功能的。 3. 振荡器的组成和分析方法 综上所述，正弦波振荡器由放大网络和反馈网络组成，反馈网络中必须包含有选频网络， 并形成正反馈；放大网络必须包含具有稳辐作用的非线性环节。常用的反馈网络有：LC谐 振回路、RC移相选频网络、石英晶体谐振器。放大网络可由晶体管、场效应管、差动放大 电路、线性集成电路来担任。 根据选频网络的不同，正弦波振荡器分为RC振荡器、LC振荡器和石英晶体振荡器。 实际分析振荡器时，由于电路为非线性系统，通常采用近似分析法。首先检查电路是否 具有必须的组成部分，反馈网络是否为正反馈，即是否满足相位平衡条件；然后，求振荡频 率和起振条件。振荡开始时，，很小，放大管工作于伏安特性的线性区，可用微变等效电路Vi 表示，由此写出环路增益AF的表达式，令,，,,,2n,即可得到振荡频率,；在,=,时，00AF ，，令.AF>1，可得到起振条件。 CR4. 串并联选频网络 .++串并联选频网络的电路结构如图6-38所示。 ...VVR其传输函数为 Cio__1R//.，Vj,RCj,C2，，Hj,,,,图6-38串并联选频网络 2，11V，，j,RC，1，3j,RC1R，，R//j,Cj,C 1 令,,，则 0RC ,j,0 ，，Hj,,2,,,,,,1，3j,,,,,00,, 根据前式可得到选频电路的频率特性曲线，分别如图6-39所示。从图中可以看出， RC 串并联电路具有选频特性，在中心频率,=,上，H(,)=1/3，,(,)=0:。 0 ,(j,) H(,) vo +V zt,Vz 90: 0: ,, 00 , , 0,90 : (a) (b) 图6-39 RC串并联电路网络的频率特性曲线 6.6.2 文氏电桥振荡器是最常用的RC正弦振荡器，它具有 波形好、振幅稳定和频率调节方便等优点，工作频率范围.可以从1Hz以下的超低频到1MHz左右的高频段。文氏电R1R桥振荡器常采用外稳幅，其电路如图6-40所示。 根据图6-39可知，在频率,,,时，K(,)=1/3，00C,(,)=0:。要形成正反馈，放大网络的相移应为0:或360:。0.因此输入信号从同相输入端输入。同时，为稳定输出幅度，CR.vo放大网络中用热敏电阻R和R构成具有稳辐作用的非线t1 R性环节。R是具有负温度特性的热敏电阻，加在它上面的tt.电压越大，消耗在上面的功率越大，温度越高，它的阻值.就越小。刚起振时，振荡电压振幅很小，R的温度低，阻t 值大，负反馈强度弱，放大器增益大，保证振荡器能够起 振。随着振荡振幅的增大，R上平均功率加大，R的温度tt 图6-40 文氏电桥振荡器 上升，阻值减小，负反馈强度加深，使放大器增益下降， 保证了放大器在线性工作条件下实现稳幅。另外，也可用 具有正温度系数的热敏电阻代替R，与普通电阻一起构成限幅电路。 1 11起振条件：由串并联网络的幅频特性可以知道，时，，为满足起振条,,,,F,03RC R，Rt1，，件，应有A,3AF>1所以，，满足深度负反馈时，A,,3因此有 R1 R,2R t1 166 可见，在满足深度负反馈时，振荡器的起振条件仅取决于负反馈支路中电阻的比值，而 与放大器的开环增益无关。因此，振荡器的性能稳定。 6.7 6.7.1 目前我国可以生产很多型号的集成运放，可以满足大部分的芯片需求，除了我国之外， 世界上还有很多知名公司生产运放，常见的公司见表6-1。 表6-1 集成芯片制造公司列表 公司名称 缩写 商标符号 首标 举例 美国仙童公司 FSC FAIRCHILD 混合电路首标：SH μA741 模拟电路首标：μA 日本日立公司 HITJ Hitachi 模拟电路首标：HA HA741 数字电路首标 HD 日本松下公司 MATJ 模拟IC：AN DN74LS00 双极数字IC：DN MOS IC：MN 美国摩托罗拉公司 MOTA 有封装IC：MC MC1503 美国微功耗公司 MPS Micro Power System 器件首标：MP MP4346 日本电气公司 NECJ NEC NEC首标：μP μPD7220 混合元件：A 双极数字：B 双极模拟：C MOS数字：D 美国国家半导体公司 NSC 模拟/数字：AD LM101 模拟混合：AH 模拟单片：AM CMOS数字：CD 数字/模拟：DA 数字单片：DM 线性FET：LF 线性混合：LH 线性单片：LM MOS单片：MM 美国无线电公司 RCA RCA 线性电路：CA CD4060 CMOS数字：CD 线性电路：LM 日本东芝公司 TOSJ TOSHBA 双极线性：TA TA7173 CMOS数字：TC 双极数字：TD 一般情况下，无论哪个公司的产品，除了首标不同外，只要编号相同，功能基本上是相 同的。例如，CA741、LM741、MC741、PM741、SG741、CF741、μA741、μPC741等芯片具有相同的功能。 6.7.2 1. 通用运放 通用运放μA741，内部具有频率补偿、输入、输出过载保护功能，并允许有较高的输入 共模和差模电压，电源电压适应范围宽。它的主要技术指标如下： 输入失调电压：1mV 输入失调电流： 20nA .5输入偏置电流：80nA 差模电压增益： 2×1047 输出电阻： 75Ω 差模输入电阻： 2MΩ 26.. 输出短路电流：25mA 电源电流： 1.7mA 35μA741的符号如图6-41所示。 1LM741CN(8)其中 管脚1、8是调0端 . 管脚4是负电源，管脚7正电源 图6-41μA741的符号图 2. 低功耗四运放LM324 运放LM324是由4个独立的高增益、内部频率补偿的运放组成，不但能在双电源下工 作，也可在宽电压范围的单电源下工作，它具有输出电压振幅大、电源功耗小等优点，它的 主要技术指标如下： 输入失调电压： 2mV 输入失调电流： 5nA 输入偏置电流： 45nA 差模电压增益： 100dB 温度漂移： 7μV/? 单电源工作电压： 3-30V 双电源工作电压： 静态电流： 500μA ,1.5~,15V LM324的管脚排列如图6-42所示。其中引脚11为负电源或地线，引脚4为正电源。 . 444411111111U1BU1CU1DU1A69132.78141.510123 LM324N(14) . 图6-42 四运放LM324 3. 高精度运算放大器OP07 OP07（LM714）是低输入失调电压的集成运放，具有低噪声，小温漂等特点。它的主要 技术指标如下： 输入失调电压： 10μV 输入失调电流： 0.7nA 输入失调电压温度系数：0.2μV/? 电源电压： . ,22V47 静态电流： 500μA 26OP07的符号如图6-43所示。其中引脚1和8是调0端，..38引脚4是负电源，7是正电源。 14. 低失调、低温漂JFET输入集成运放LF411 OP07.LF411是高速度的JFET输入集成运放，它具有小的输入失 调电压和输入失调电压温度系数。匹配良好的高电压场效应管输图6-43 OP07的符号 168 .入，还具有高输入电阻，小偏置电流和输入失调电流。LF411可用于高速积分器、D/A转换47器等电路。 2输入失调电压： 0.8mV 6..3输入失调电流： 25pA 5112输入失调电压温度系数：7μV/? Ω 静态电流： 1.8mA LF411CN(8).输入偏置电流： 50pA 输入差模电压：－30~+30V 输入共模电压：－14.5~+14.5V 输入电阻： 10增益带宽积：4MHz 图6-44 LF411的符号图 LF411的符号如图 6-44所示。其中引脚1、5端用于调0，4脚是负电源，7脚是正电源。 6.7.3 1. 双集成比较器LM119 . 该比较器为集电极开路输出，两个比较器的输出可直接并联，412IN1+OUT157IN1-OUT2共用外接电阻，它可以双电源供电，也可以单电源供电。该比较91IN2+NC.102.IN2-NC器的电源电压是2~36V或1413NCNC，输出电流大，可直接驱动TTL38,18VGND1GND2611VEEVCC和LED。类似型号是LM219，四电压比较器LM319。LM139、LM119.LM239和LM339与LM119的功能基本相同。LM119的符号见图 6-45。 图6-45 LM119的符号图 其中11脚为正电源，6脚为电源地，3脚为比较器1的地线， 8脚为比较器2的地线。 2. 用LM119实现双限比较 用LM119组成的双限比较电路如图6-46a所示。在图中两个比较器的输出直接连接在一.CCV RvTHV500ΩO vO412ivIN1+OUT157V.OHIN1-OUT291IN2+NC102VTLIN2-NC1413NCNCVOL38.GND1GND2611VVvVEEVCCTLTHi LM119 b)a). 图6-46 用LM119组成的双限比较电路 起实现了“线与“功能，就是说，只有两个比较器都输出高电平时，输出才是高电平，否则 输出就是低电平。对于一般的有源输出器件是不允许将输出端连在一起的，随便连在一起会 损坏器件。该比较器的传输特性如图6-46b 所示。 6.7.3 单片集成函数发生器ICL8038是一种可以同时产生方波、三角波和正弦波的专用集成电 路，该电路可以单电源供电（10~30V），..正弦波失真度调整NC114也可以双电源供电()，频率可调,5~,15V正弦波输出NC213范围为0.001Hz~300kHz；输出矩形波的占.三角波输出312正弦波失真度调整空比可调范围是2%~98%；输出正弦波的 -V或地411EEICL8038失真度小于1%。该芯片的符号见图6-47。 占空比及外接电容510频率调整图6-48是ICL8038的一般使用方法， 矩形波输出+V69CC由于矩形波输出端是集电极开路形式，所 调频电压输入端78调频偏置电压以需要外接电阻R，图中RW2用于调整C.频率，RW1用于调整矩形波的占空比，图6-47 ICL8038符号图 RW3和RW4用于调节正弦波的失真度。 . .+VCC R1v3Ck10ΩR1Cv0.1R2μF210kΩv10kΩ9114RW4100kΩ213 RRW312A3kkΩ4.7100Ω411ICL8038RW.R1B5101kΩk4.7Ω69RW278 C10kΩR3 -VEE 20kΩ . 图6-48 ICL8038组成的频率可调、失真度可校正电路 170 1. 题6-1 填空：(1) 集成运算放大器是一种采用___耦合方式的放大电路，因此低频性能 ____ ，最常见的问题是_____。(2) 通用型集成运算放大器的输入级大多采用___电路，输出级大多采用___电路。(3) 集成运算放大器的两个输入端分别为___输入端和___输入端，前者的极性与输出端___，后者的极性与输出端___。(4) 理想运算放大器的放大倍数A=____，u输入电阻r=____，输出电阻r=_____。 io 题6-2 选择正确答案填空： (1) 反馈放大电路的含义是_____。（a. 输出与输入之间有信号通路；b. 电路中存在由输出端到输入端传输的信号通路；c. 除放大电路以外还有信号通路）。 (2) 构成反馈通路的元器件_____。（a. 只能是电阻、电感或电容等无源元件；b. 只能是晶体管、集成运放等有源器件；c. 既可以是无源元件，也可以是有源器件）。 (3) 反馈量是指_____。（a. 反馈网络从放大电路输出回路中取出的信号；b. 反馈到输入回路的信号；c. 反馈到输入回路的信号与反馈网络从放大电路输出回路中取出的信号之比）。 (4) 直流负反馈是指_____。（a. 反馈网络从放大电路输出回路中取出的信号；b. 直流通路中的负反馈；c. 放大直流信号时才有的负反馈） (5) 交流负反馈是指_____。（a. 只存在于阻容耦合及变压器耦合中的负反馈；b. 交流通路中的负反馈；c. 放大正弦信号时才有的负反馈） 题6-3 指出下面的说法是否正确，如果有错，错在哪里？ (1) 既然在深度负反馈的条件下，闭环放大倍数，，A?1/，与放大器件的参数无关，那FF，，么放大器件的参数就没有什么实用意义了，随便取一个管子或组件，只要反馈系数A=1/，FF，就可以获得恒定的闭环放大倍数A。 F (2) 某人在做多级放大器实验时，用示波器观察到输出波形产生了非线性失真，然后引 入负反馈，立即看到输出幅度明显变小，并且消除了失真，你认为这就是负反馈改善非线性 失真的结果吗？ 题6-4 选择正确答案填空： (1) 在放大电路中，为了稳定静态工作点，可以引入 ；若要稳定放大倍数，应引 入 ；某些场合为了提高放大倍数，可适当引入 ；希望展宽频带，可以引入 ；如要改变输入电阻或输出电阻，可以引入 ；为了抑制温漂，可以引入 。（a. 直流负反馈；b. 交流负反馈；c. 交流正反馈；d. 直流负反馈和交流负反馈） (2) 如希望减小放大电路从信号源索取的电流，则可采用 ；如希望取得较强的反馈 作用而信号源内阻很大，则宜采用 ；如希望负载变化时输出电流稳定，则应引入 ；如希望负载变化时输出电压稳定，则应引入 。（a. 电压负反馈；b. 电流负反馈；c. 串联负反馈；d. 并联负反馈） 题6-5判断下列说法是否正确（在括号中画?或×）： (1) 在负反馈放大电路中，在反馈系数较大的情况下，只有尽可能地增大开环放大倍数， 才能有效地提高闭环放大倍数。 （ ） (2) 在负反馈放大电路中，放大器的放大倍数越大，闭环放大倍数就越稳定。（ ） ，，A(3) 在深负反馈的条件下，闭环放大倍数?1/，它与反馈系数有关而与放大器开环FF ，放大倍数无关，故可省去放大通路，仅留下反馈网络，来获得稳定的闭环放大倍数。（ ） A (4) 负反馈只能改善反馈环路内的放大性能，对反馈环路之外无效。（ ） 题6-6 ?一个放大器的电压放大倍数为60dB，相当于把电压信号放大多少倍？?一个 放大器的电压放大倍数为20000，问以分贝表示时是多少？?某放大器由三级组成，已知每 级电压放大倍数为15dB，问总的电压放大倍数为多少分贝？相当于把信号放大了多少倍？ 题6-7 选择正确答案填空： (1) 当集成运放处于 状态时，可选用 和 概念。（a. 线性放大；b. 开环；c. 深负反馈；d. 虚短；e. 虚断） vo (2) 是 的特殊情况。（a. 虚短；b. 虚断；c. 虚地） (3) 在基本 电路中，电容接在运放的负反馈支路中，而在基本 电路中，负反馈元件是电阻。（a. 微分；b. 积分） (4) 若将基本 电路中接在集成运放负反馈支路的电容换成二极管，便可得到基本的 运算电路，而将基本 电路中接在输入回路的电容换成二极管，便可得到基本的 运算电路。（a. 积分；b. 微分；c. 对数；d. 指数） 题6-8选择正确答案填空： (1) 希望运算电路的函数关系是y=a x+ ax+ ax（其中a、a和a是常数，且均为负112233123值），应选用 。 (2) 希望运算电路的函数关系是y=bx+ bx- bx（其中b、b和b是常数，且均为正112233123值），应选用 。 (3) 希望接通电源后，输出电压随时间线性上升，应选用 。 （a. 比例电路；b. 反相加法电路；c. 加减运算电路；d. 模拟乘法器；e. 积分电路；f. 微分电路） 2. 题6-9 同相输入加法电路如图题6-9所示，求输出电压v，并与反相加法器进行比较，o又当R = R= R= R时，v=? 123fo Rf R1 vs1 40kΩ 50kΩ N R2 vs2 - Rf 25kΩ 3 RN R3 vs3 - V+ o vo P 10kΩ R1 R4 + vs4 vs1 P 20kΩ R2 R5 vs2 30kΩ 题6-9图 题6-10图 172 的表达式。 o 题6-11 电路如图题6-11所示，设运放是理想的，试求v、v及v的值。 o1o2o 题6-10 电路如图题6-10所示，是一加减运算电路，求输出电压v - R1 3 RA1 30kΩ 30kΩ vo1 + - V1 A3V 3 vo + - 2 RA2 4 Rvo2 R5 30kΩ 15kΩ + 30kΩ 3V V2 4V V3 题6-11图 题6-12 电路如图题6-12所示，设所有运放都是理想的。（1）求v 、v及v的表达式； o1o2o - R1 A1 v1 vo1 + - R2 A2 + vo v2 A4 vo2 + - - R3 A3 v3 vo3 + 题6-12图 （2）当R = R= R= R时的v的值。 123o 题6-13 电路如图题6-13所示，A、A为理想运放，电容的初始电压v(o)=0。（1）写出12cv的表达式；（2）当R = R= R= R= R= R= R时，写出输出电压v的表达式。 o123456o R4 R6 C vs3 1 Rvs1 - R5 - A1 vo R2 A2 vo1 + vs2 + R3 R7 题6-13图 题6-14 电路如图题8-2所示，设运放是理想的，试计算v 。 o Rf1 Rf2 vs1=0.6V 100kΩ 1 R50kΩ R2 vo1 50kΩ A1 - vo - 100kΩ A2 + vs2=0.8V R3 + 33kΩ 题6-14图 题6-15 为了用低值电阻实现高电压增益的比例运算，常用一T形网络以代替R，如图f 题6-15所示，试

证明

住所证明下载场所使用证明下载诊断证明下载住所证明下载爱问住所证明下载爱问

R2 R3 v4 R，R，RR/Rvo23234R4 ,, vRs11 Rvs - vo vN vP + 题6-14图 174