第11章运算放大器

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。

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。

11负反馈放大电路自我检测题一．选择和填空1．放大电路中的反馈是指 B 。

（A ．反馈网络从放大电路输出回路中取出的信号，B ．反馈到放大电路输入回路的信号，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。

）2．反馈量越大，则表示A 。

（A ．反馈越强，B ．反馈越弱。

） 3．所谓交流负反馈是指 B 的反馈。

（A ．放大倍数A为负数， B ．A 变小，C ．A 变大。

） 4．负反馈放大电路中的反馈信号f X 与净输入量idX 应该是 A 。

（A ．同相位 ，B ．反相位，C ．可以同相位也可以反相位。

）5．所谓放大电路的开环是指 C .。

（A ．无负载 ，B ．无信号源，C ．无反馈通路，D ．无电源。

） 6．直流负反馈是指 C 。

（A ．只存在于直接耦合电路中的负反馈，B ．放大直流信号时才有的负反馈，C ．直流通路中的负反馈。

）7．构成放大电路反馈通路的 C 。

（A ．只能是电阻、电容或电感等无源元件，B ．只能是晶体管、集成运放等有源器件，C ．可以是无源元件，也可以是有源器件。

）8．串联负反馈要求信号源阻R s B 。

（A ．尽可能大，B ．尽可能小， C ．大小适中。

） 9．电压负反馈要求负载电阻R L A 。

（A ．尽可能大，B ．尽可能小 ， C ．大小适中。

） 10．负反馈放大电路中的回路增益A F 应是 A 。

（A ．大于0，B ．小于0，C ．大于0或小于0。

） 11．负反馈放大电路产生自激振荡的条件是 B 。

（A ．id f X X ， B ．idf X X ） 12．直接耦合放大电路引入负反馈后 B 。

（A ．只可能出现低频自激， B ．只可能出现高频自激 ，C ．低、高频自激均有可能出现。

）二．判断题（正确的在括号画√，错误的画×）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。

《电路与电子学实验》思考题解答实验一 叠加定理的验证1．在叠加定理实验中，1U 和2U 单独作用应如何操作？可否直接将不作用的电源（1U 或2U ）短接置零？答：1U 单独作用时，应将电源2U 关闭（或移除），然后再将电压源2U 的位置上用导线短接；2U 单独作用时，应将电源1U 关闭（或移除），然后再将电压源1U 的位置上用导线短接。

不能直接将不作用的电源短接置零。

2．实验电路中，若有一个电阻改为二极管，试问叠加原理的迭加性与齐次性还成立吗？为什么？答：不成立。

二极管是非线性元件，叠加原理适用于线性电路，不适用于非线性电路。

3．电阻所消耗的功率能否用叠加原理计算得出？试用实验数据进行计算并得出结论。

答：不能。

实验二 戴维南定理的验证1．根据戴维南定理，求出图11.2.3（a ）所示电路中单口网络（虚线所框部分）的开路电压U oc 、等效电阻R o 以及短路电流I sc ，并与实验所测值进行比较，分析误差产生的原因。

答：3411324()O C R R U U R R R R =-++24112341234()////SC R R U I R R R R R R R R =-+++1324////O R R R R R =+或SCOC O I U R =2．若如图11.2.3（a ）所示电路中的单口网络（虚线所框部分）含有二极管时，戴维南定理还成立吗？为什么？答：不成立，戴维南定理不适用于非线性单口网路。

3．比较几种测量有源线性单口网络等效内阻的方法，分析其优缺点。

答：（1）开路电压-短路电流法。

在线性有源二端网络输出端开路时，用电压表直接测其输出端的开路电压U oc ，然后再将其输出端短路，测其短路电流I sc ，且内阻为：R o =U o /I sc 。

该方法不宜测量等效电阻很低的有源线性单口网络。

（2）直接测量法。

将被测线性有源网络内的所有独立源置零，然后用万用表的欧姆档去测负载开路后a 、b 两点间的电阻值，此值即为被测网络的等效电阻R o 。

第10章电子电路中常用的元件习题参考答案一、填空题：1. PN结的单向导电性指的是PN结正向偏置时导通，反向偏置时阻断的特性。

2. 硅晶体管和锗晶体管工作于放大状态时，其发射结电压U BE分别为0.7V 和0.3 V。

3. 晶体三极管有两个PN结，分别是发射结和集电结，分三个区域饱和区、放大区和截止区。

晶体管的三种工作状态是放大状态、饱和状态和截止状态。

4. 一个NPN三极管发射结和集电结都处于正偏，则此三极管处于饱和状态；其发射结和集电结都处于反偏时，此三极管处于截止状态；当发射结正偏、集电结反偏时，三极管为放大状态。

5. 物质按导电能力强弱可分为导体、绝缘体和半导体。

6. 本征半导体掺入微量的三价元素形成的是P型半导体，其多子为空穴。

7. 某晶体三极管三个电极的电位分别是：V1＝2V，V2＝1.7V，V3＝－2.5V，可判断该三极管管脚“1”为发射极，管脚“2”为基极，管脚“3”为集电极，且属于锗材料PNP型三极管。

8. 稳压管是一种特殊物质制造的面接触型硅二极管，工作在特性曲线的反向击穿区。

二、判断题：1.在P型半导体中，空穴是多数载流子，电子是少数载流子。

（对）2. 二极管两端加上正向电压就一定会导通。

（错）3. 用万用表测试晶体管好坏时，应选择欧姆档中比较大的量程。

（错）4. PNP管放大电路中，U CC的极性为负，说明发射结反偏，集电结正偏。

（错）5. 晶体管可以把小电流放大成大电流。

（对）6. 晶体管可以把小电压放大成大电压。

（错）7. 晶体管可用较小电流控制较大电流。

（对）8. 如果晶体管的集电极电流大于它的最大允许电流I CM，则该管被击穿。

（错）9. 二极管若工作在反向击穿区，一定会被击穿。

（错）三、选择题：1. 处于截止状态的三极管，其工作状态为（B）。

A、发射结正偏，集电结反偏；B、发射结反偏，集电结反偏；C、发射结正偏，集电结正偏；D、发射结反偏，集电结正偏。

2. P型半导体是在本征半导体中加入微量的（ A ）元素构成的。

低电压高速ＣＭＯＳ全差分运算放大器设计作者：阮颖来源：《现代电子技术》2008年第11期摘要：设计了一种低压高速CMOS全差分运算放大器。

该运放采用了折叠式共源共栅放大结构、连续时间共模反馈电路以及低压宽摆幅偏置电路，以实现在高稳定性下的高增益带宽、大输出摆幅。

在Cadence环境下,基于TSMC 0.25 μm CMOS 标准工艺模型,对电路进行了spectre仿真。

在2.5 V电源电压下，驱动1 pF负载时，开环增益71.6 dB，单位增益带宽501 MHz，功耗4.3 mW。

关键词：折叠共源共栅;全差分;共模反馈中图分类号：TN432 文献标识码：B文章编号：1004-373X(2008)11-150-Design of a Low-Voltage and High Speed Fully Differential CMOS Op-Amp(Shanghai University of Electric Power,Shanghai,201300,China)Abstract：A low-voltage and high speed CMOS fully differential operational amplifier is designed.The operational amplifier based on the structure of folded cascade,a continuous time CMFB and a low-voltage and wide output swing bias circuit to obtain a high unity-gain bandwidth,a wide output-voltage swing.The operational amplifier is designed in a standard TSMC 0.25 μm CMOS process and simulated with spectre under Cadence environment.With a single 2.5 V power supply,the amplifier achieves a open-loop gain of 71.6 dB with a 501 MHz unity gain frequency and dissipats 4.3 MW power.Keywords：folded cascade;fully differential;CMFB;CMOS运算放大器（运放）作为数模转换器（ADC）、模数转换器（DAC）、开关电容滤波器、带隙电压基准源等电路系统的关键基本单元得到了广泛应用。

如何使用米勒电容对运算放大器补偿?目录1 .什么是米勒补偿(MiI1erComPenSation)? .......................................................................................................................................... I 2 .利用米勒补偿 ........................................................................................ 1 3 .米勒效应(Mi11erEffeCI) ................................................................................................................................................................... 3 4 .米勒电容 ............................................................................................ 4 5 .嵌套mi∏er 补偿：传输函数及其性质 ..................................................................... 5 6 . 一点历史 .. (7)米勒电容(Mi11erCaPaCitanCe)通常用于运算放大器频率补偿的方法中。

在我之前的文章中，我们讨论了运算放大器频率补偿和一种通过并联电容的补偿方法。

目前最广泛使用的频率补偿技术称为米勒频率补偿(MiHerfreqUenCycompensation),我们将在本文中探讨它。

第11章 运算放大器A 选择题11.2.1 在图11.01所示的电路中，引入了何种反馈？（ ）。

（1）正反馈 （2）负反馈 （3）无反馈图11.01 习题11.2.1的图 图11.02 习题11.2.2和11.2.3的图11.2.2 在图11.02所示的电路中，设u1和u0为直流电压，试问引入了何种反馈？（ ）。

（1）正反馈 （2）负反馈 （3）无反馈11.2.3 在图11.02的电路中，设u1和u0是输入电压和输出电压的交流分量，且R1>>X C,则引入了何种交流反馈？（ ）。

（1）正反馈 （2）负反馈 （3）无反馈11.2.4 在图11.03的电路中，R F反馈电路引入的是（ ）。

（1）并联电流负反馈 （2）串联电压负反馈 （3）并联电压负反馈11.2.5 某测量放大电路，要求输入电阻高，输出电流稳定，应引入（ ）。

（1）并联电流负反馈 （2）串联电压负反馈 （3）并联电压负反馈11.3.1 在图11.04所示的电路中，输出电压u0为（ ）。

（1）u1 （2）-u1 （3）-2u1图11.03 习题11.2.4的图 图11.04 习题11.3.1的图11.3.2 在图11.05所示的电路中，若u1＝1V，则u0为（ ）。

（1）6V （2）4V （3）-6V图11.05 习题11.3.2的图11.4.1 电路如图11.06（a）所示，输入电压u I的波形如图11.06（b）所示，试问指示灯HL的亮暗情况为（ ）。

（1）亮1s，暗2s （2）暗1s，亮2s （3）亮3s，暗1s图11.06 习题11.4.1的图11.5.1图11.07所示是RC正弦波振荡电路，在维持等幅振荡时，若R F＝200kΩ，则R1为（ ）。

（1）100kΩ （2）200kΩ （3）kΩ图11.07 习题11.5.1的图B基本题11.3.3 在图11.3.1所示的反向比例运算电路中，设R1＝2kΩ，R F＝500kΩ。

11负反馈放大电路自我检测题一.选择和填空1.放大电路中的反馈是指_B_。

（A .反馈网络从放大电路输出回路中取出的信号， B .反馈到放大电路输入回路的信号，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。

）2.反馈量越大，则表示A_。

（A .反馈越强，B .反馈越弱。

）3.所谓交流负反馈是指旦的反馈。

（A .放大倍数A为负数，B . A变小，C. A变大。

）4.负反馈放大电路中的反馈信号X f与净输入量X id应该是_A_。

（A .同相位，B .反相位，C .可以同相位也可以反相位。

）5.所谓放大电路的开环是指 C .Q（A .无负载，B .无信号源，C.无反馈通路，D .无电源。

）6.直流负反馈是指 C 。

（A .只存在于直接耦合电路中的负反馈， B .放大直流信号时才有的负反馈，C.直流通路中的负反馈。

）7.构成放大电路反馈通路的 C 。

（A .只能是电阻、电容或电感等无源元件， B .只能是晶体管、集成运放等有源器件，C.可以是无源元件，也可以是有源器件。

）8.串联负反馈要求信号源内阻R s B Q（A .尽可能大，B .尽可能小，C.大小适中。

）9.电压负反馈要求负载电阻R L A_。

（A .尽可能大，B .尽可能小，C.大小适中。

）10.负反馈放大电路中的回路增益AF应是A。

（A .大于0, B .小于0, C .大于0或小于0Q）11.负反馈放大电路产生自激振荡的条件是B 。

（A . Xf 二X id , B . X f =「X id ）12.直接耦合放大电路引入负反馈后_B一。

（A .只可能出现低频自激， B .只可能出现高频自激，C .低、高频自激均有可能出现。

）二.判断题（正确的在括号内画"，错误的画X）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。

（X ）2.在负反馈放大电路中，开环放大倍数越大，闭环放大倍数就越稳定。

运算放大器作用通俗讲解
运算放大器（简称“运放”）是一种具有很高放大倍数的电路单元。

在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。

它是一种带有特殊耦合电路及反馈的放大器，其输出信号可以是输入信号加、减或微分、积分等数学运算的结果。

由于早期应用于模拟计算机中用以实现数学运算，因而得名“运算放大器”。

通俗来说，运算放大器就像一个“转换器”或者“处理器”，能够把输入的信号按照一定的规则和算法进行放大、缩小、相加、相减等处理，并将结果输出。

它广泛应用于各种电子设备中，例如音响设备、通信设备、传感器等等。

通过使用运算放大器，人们可以更好地控制和调节电子设备的性能和参数，使其满足各种不同的需求。

具体来说，运算放大器的作用有很多种，例如：
1.放大信号：运算放大器可以将输入的微弱信号放大成较大的
信号，使其能够满足后续电路的需求。

2.比较信号：将两个信号进行比较，输出一个二进制信号（例
如高电平或低电平），类似于一个比较器。

3.积分和微分：运算放大器可以对输入的信号进行积分和微分
运算，输出一个与输入信号成比例的时间函数。

4.滤波：通过对输入信号进行滤波处理，可以滤除不必要的噪
声和干扰，提取出有用的信号成分。

5.振荡和调制：运算放大器可以用于产生振荡信号和调制信号，
用于各种频率合成和调制解调的应用。

总之，运算放大器是一种非常重要的电子元件，在各种电子设备和系统中得到了广泛的应用。

通过了解和掌握运算放大器的原理和作用，人们可以更好地设计和应用各种电子系统，提高其性能和稳定性。

（2）并联负反馈使输入电阻减少由于基本放大电路与反馈电路在输入回路中并联，如图所示，由于，在相同的V i作用下，因I f的存在而使I i增加，因此，并联负反馈使输入电阻R if=V i/I i减小。

所以，并联负反馈使输入电阻减小倍。

●负反馈对放大电路输出电阻的影响◆电压负反馈使输出电阻减小电压负反馈取样于输出电压，又能维持输出电压稳定，即是说，输入信号一定时，电压负反馈的输出趋于一恒压源，其输出电阻很小。

有电压负反馈时的闭环输出电阻为无反馈时开环输出电阻的1/(1+ )①。

反馈愈深，R of愈小。

◆电流负反馈使输出电阻增加电流反馈取样于输出电流，能维持输出电流稳定，就是说，输入信号一定时，电流负反馈的输出趋于一恒流源，其输出电阻很大。

有电流负反馈时的闭环输出电阻为无反馈时开环输出电阻的1/(1+ )倍。

反馈愈深，R of愈大11.2.5 深度负反馈放大电路近似计算的一般方法● 近似计算的根据 根据和的定义 ，在 中，若 ， 则 即 所以有此式表明，当 时，反馈信号 与输入信号 相差甚微，净输入信号 甚小，因而有对于串联负反馈有 （虚短）， ；对于并联负反馈有 、， （虚断）。

利用“虚短”、“虚断”的概念可以以快速方便地估算出负反馈放大电路的闭环增益 或闭环电压增益。

● 近似计算的方法1．判别反馈类型，正确识别并画出反馈网络。

注意电压取样时不要把直接并在输出口的电阻计入反馈网络；电流求和时不要把并在输入口的电阻计入反馈网络。

2．在反馈网络输入口标出反馈信号：电压求和为开路电压fv ，电流求和时为短路电流fi ，再由反馈网络求出反馈系数F 。

要注意标fv 时在反馈网络入口标上正下负；标fi 时必须在反馈网络入口以上端流入为参考方向。

3．求闭环增益 ，注意不同的反馈类型fA 的量纲不同。

4．由fA 求闭环源电压增益vsfA 。

电压取样电压求和时：s f vsf v v A A 0==电压取样电流求和时：00f vsf s s s sA v vA v i R R ===电流取样电压求和时：00L vsf f Ls sv i R A A R v v ''⋅'===电流取样电流求和时：00f L L vsfs s s sA R v i R A v i R R '''⋅===⋅其中：0i '是输出管的管端输出电流，即取样电流。