第三章-集成运算放大器-《工业电子学》课件.ppt

1、第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 一一.集成运放的总体结构集成运放的总体结构 3.1 概述概述 二二.简单的集成运放简单的集成运放u-u+uo集成运算放大器符号集成运算放大器符号 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 uo国际符号：国际符号：国内符号：国内符号：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 1.输入失调电压输入失调电压Vio 输入电压为零时，将输出电压除以电压增益，输入电压为零时，将输出电压除以电压增益，即为折算到输入端的失调电压。是表征运放内即为折算到输入端的失调电压。是表征运放内部电路对称性

2、的指标。部电路对称性的指标。三三.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 dVio/dT在规定工作温度范围内，输入失调电压随温度的变化量与温度变化量之比值。4.输入失调电流输入失调电流 Iio：在零输入时，差分输入级的差分对管基极电流之差，用在零输入时，差分输入级的差分对管基极电流之差，用于表征差分级输入电流不对称的程度。于表征差分级输入电流不对称的程度。3.输入偏置电流输入偏置电流IB：输入电压为零时，输入电压为零时，运放两个输入端偏置电流的平均运放两个输入端偏置电流的平均值，用于衡量差分放大对管输入电流的大小。值，用于衡量差分放大对管输入电流的大小。2B1BI

3、B21III2B1BIOIII5.输入失调电流温漂输入失调电流温漂dIio/dT 在规定工作温度范围内，输入失调电流随温在规定工作温度范围内，输入失调电流随温度的变化量与温度变化量之比值。度的变化量与温度变化量之比值。6.最大差模输入电压最大差模输入电压Vidmax 7.最大共模输入电压最大共模输入电压Vicmax 运放两输入端能承受的最大差模输入电压，超过此电压时,差分管将出现反向击穿现象。在保证运放正常工作条件下，共模输入电压的允许范围。共模电压超过此值时，输入差分对管出现饱和，放大器失去共模抑制能力。8.开环差模电压放大倍数开环差模电压放大倍数 Aod ：无反馈时的差模电压增益。无反馈时

4、的差模电压增益。一般一般Aod在在100120dB左右，高增益运放可达左右，高增益运放可达140dB以上。以上。9.差模输入电阻差模输入电阻rid：双极型管输入级约为双极型管输入级约为105106欧姆，场效应管欧姆，场效应管输入级可达输入级可达109欧姆以上。欧姆以上。10.共模抑制比共模抑制比 KCMR：KCMR=20lg(Avd/Avc)(dB)其典型值在其典型值在80dB以上，性能好的高达以上，性能好的高达180dB。UUUAood 11.-3dB带宽带宽 f H：运放的差模电压放大倍数在高频段下降运放的差模电压放大倍数在高频段下降3dB所定义所定义的带宽的带宽 f H。12.转换速率转

5、换速率S R(压摆率压摆率)：反映运放对于快速变化的输入信号的响应能力。反映运放对于快速变化的输入信号的响应能力。转换速率转换速率SR的表达式为的表达式为 maxoRddtuS运算放大器外形图运算放大器外形图运算放大器外形图运算放大器外形图 为满足实际使用中对集成运放性能的特殊要求，为满足实际使用中对集成运放性能的特殊要求，除性能指标比较适中的除性能指标比较适中的通用型通用型运放外，还有适应不运放外，还有适应不同需要的专用型集成运放。它们在某些技术指标上同需要的专用型集成运放。它们在某些技术指标上比较突出。比较突出。根据运算放大器的技术指标可以对其进行分类，根据运算放大器的技术指标可以对其进行

6、分类，主要有通用、高速、宽带、高精度、高输入电阻和主要有通用、高速、宽带、高精度、高输入电阻和低功耗等几种。低功耗等几种。四.各类集成运放的性能特点 1.高速型和宽带型 用于宽频带放大器，高速用于宽频带放大器，高速A/D、D/A，高，高速数据采集测试系统。这种运放的单位增益速数据采集测试系统。这种运放的单位增益带宽和压摆率的指标均较高。例如：带宽和压摆率的指标均较高。例如：CF2520/2525 AD9620 AD9618 OP37 CF357 sV/201=RSMHz20=BWGSRV/2200=SZHMH600fSRV/0018=SZ800MHBWG SRV/17=SSRV/05=SZMH

7、63BWGZMH20BWG 2.高精度(低漂移型）用于精密仪表放大器，精密测试系统，精密用于精密仪表放大器，精密测试系统，精密传感器信号变送器等。传感器信号变送器等。例如：例如：OP177 CF714 CpA/5.1ddCV/03.0ddnA3.0V4IOIOIOIOTITVIVCpA/128ddCV/5.03.0ddnA8.04.0V6030IOIOIOIOTITVIV 3.高输入阻抗型 用于测量设备及采样保持电路中。用于测量设备及采样保持电路中。例如：例如：AD549 CF155/255/355 4.4.低功耗型低功耗型 用于空间技术和生物科学研究中，工作于较低用于空间技术和生物科学研究中

8、，工作于较低电压下，工作电流微弱。电压下，工作电流微弱。例如：例如：OP22 正常工作静态功耗可低至正常工作静态功耗可低至36 W。OP290 在在 0.8 V电压下工作，功耗为电压下工作，功耗为24 W。CF7612 在在 5 V电压下工作，功耗为电压下工作，功耗为50 W。5.功 率 型 这种运放的输出功率可达这种运放的输出功率可达1W以上，以上，输出电流可达几个安培以上。输出电流可达几个安培以上。例如：例如：LM12 TP1465 TP1465A10oIA75.0oIo500PW 3.2集成放大电路的特点集成放大电路的特点集成运算放大器集成运算放大器高增益的直接耦合的集成高增益的直接耦合

9、的集成的多级放大器。的多级放大器。（1）元器件具有良好的一致性和同向偏差，因而特别）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。有利于实现需要对称结构的电路。（2）集成电路的芯片面积小，集成度高，所以功耗很）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。小，在毫瓦以下。（3）不易制造大电阻。需要大电阻时，往往使用有源）不易制造大电阻。需要大电阻时，往往使用有源负载。负载。（4）只能制作几十）只能制作几十pF以下的小电容。因此，集成放大以下的小电容。因此，集成放大器都采用直接耦合方式。如需大电容，只有外接。器都采用直接耦合方式。如需大电容，只有外接。（5）

10、不能制造电感，如需电感，也只能外接。）不能制造电感，如需电感，也只能外接。直耦放大电路的特殊问题直耦放大电路的特殊问题零点漂移零点漂移零漂现象零漂现象：温漂指标温漂指标：产生零漂的原因产生零漂的原因:由温度变化引起的。由温度变化引起的。输入输入Vi=0时，输出有时，输出有缓慢变化的电压产生。缓慢变化的电压产生。温度每升高温度每升高1度时，输出漂移电压度时，输出漂移电压按按电压增益电压增益折算到输入端的等效输入漂移电压值。折算到输入端的等效输入漂移电压值。例如例如 100,=V1A若第一级漂了若第一级漂了100 uV，则输出漂移则输出漂移 1 V。若第二级也漂若第二级也漂了了100 uV，则输出

11、漂移则输出漂移 10 mV。假设假设F 第一级是关键第一级是关键。1=100,=V3V2AA3.减小零漂的措施减小零漂的措施F 用非线性元件进行温度补偿用非线性元件进行温度补偿F 采用差分式放大电路采用差分式放大电路漂了漂了 100 uV漂移漂移 10 mV+100 uV漂移漂移 1 V+10 mV漂移漂移 1 V+10 mV3.3 差动放大电路差动放大电路一一.结构结构:对称性结构对称性结构即：即：1=2=VBE1=VBE2=VBE rbe1=rbe2=rbe RC1=RC2=RC Rb1=Rb2=Rb2023-1-8 1.1.差动放大电路一般有两差动放大电路一般有两个输入端：个输入端：双端

12、输入双端输入从两输入端同从两输入端同时加信号。时加信号。单端输入单端输入仅从一个输入仅从一个输入端端对地对地加信号。加信号。2.2.差分放大电路可以有两个输差分放大电路可以有两个输出端，一个是集电极出端，一个是集电极C1，另一个，另一个是集电极是集电极C2。双端输出双端输出从从C1 和和C2输出。输出。单端输出单端输出从从C1或或C2 对地输出对地输出。二二.几个基本概念几个基本概念3.差模信号与共模信号差模信号与共模信号i2i1id=vvv 差模信号：差模信号：)(21=i2i1icvvv 共模信号：共模信号：idodVD=vvA差模电压增益差模电压增益icocVC=vvA共模电压增益共模电

13、压增益总输出电压总输出电压icVCidVDocodo=vAvAvvv2v=idici1vv2=iCi2idvvv4.共模抑制比共模抑制比VCVDCMR=AAKeEERe)(7.0=RVVI三三.差动放大电路的基本工作原理差动放大电路的基本工作原理 1.静态工作点的计算：静态工作点的计算：0=i2i1vv 忽略忽略Ib，有：有：Vb1=Vb2=0VReCC2C121=IIIICE2CE1=VV)7.0(CCCCRIVCB1B1III0=C2C1OVVV2.抑制零漂的原理抑制零漂的原理:vo=vC1-vC2 =0vo=(vC1+vC1 )-(vC2+vC2)=0当当vi1=vi2 =0 时，时，当

14、温度变化时：当温度变化时：vC1=vC2 vC1=vC2(1)(1)加入差模信号加入差模信号设：设：vi1i1=-=-vi2i2=vidid/2/2，vicic=0=0。3.3.电路的动态分析电路的动态分析 Re对差模信号相当于短路对差模信号相当于短路设设vi1 ,vi2 ib1 ,ib2 ie1 ,ie2 ie1 =-ie2 IRe不变不变 VE不变不变beLcd)2/(rRRRAbv其等效电路为：其等效电路为：因为因为vi1=-vi2设设vi1 ,vi2 vo1 ,vo2 。由于电路对称由于电路对称 vo1=vo2 vo=vo1 vo2=-2 vo1 差模电压放大倍数差模电压放大倍数 2i

15、1 iOdvvvAv1 iO122vv1 iO1vv差模输入电阻差模输入电阻beid2rRRb输出电阻输出电阻co2RR)()2/(be1Lc1rRIvRRIvbBiBo(1)(1)加入共模信号加入共模信号设：设：vi1i1=vi2i2=vicic，vidid=0=0。设设vi1 ，vi2 ，使，使vo1 vo2 。因因vi1=vi2，vo1=vo2 vo=0(理想化理想化)。共模电压放大倍数共模电压放大倍数 0vcA四四.差动放大器的输入输出方式差动放大器的输入输出方式 差动放大器共有四种输入输出方式差动放大器共有四种输入输出方式:1.双端输入、双端输出（双端输入、双端输出（双入双出双入双出

16、）2.双端输入、单端输出（双端输入、单端输出（双入单出双入单出）3.单端输入、双端输出（单端输入、双端输出（单入双出单入双出）4.单端输入、单端输出（单端输入、单端输出（单入单出单入单出）主要讨论的问题有：主要讨论的问题有：差模电压放大倍数、共模电压放大倍数差模电压放大倍数、共模电压放大倍数 差模输入电阻差模输入电阻 输出电阻输出电阻beLcd)2/(rRRRAbv1.双端输入双端输出双端输入双端输出(1)差模电压放大倍数差模电压放大倍数（2）共模电压放大倍数）共模电压放大倍数0vcA（3）差模输入电阻）差模输入电阻beid2rRRb（4）输出电阻）输出电阻co2RRbebLcd2/rRRRA

17、v2.双端输入单端输出双端输入单端输出 这种方式适用于将差分信号转换为单端输出的信号。(1)差模电压放大倍数差模电压放大倍数（2）差模输入电阻）差模输入电阻beid2rRRb（3）输出电阻）输出电阻coRR（4）共模电压放大倍数）共模电压放大倍数共模等效电路：共模等效电路：ICOC1c=vvAvebebLebebL2)1()2)1(=RrRRRrRIRIBBeL2RRLCRRR/L 3.单端输入双端输出单端输入双端输出 单端输入等效双端输入单端输入等效双端输入:beLcd)2/(rRRRAbvvi1=vi2 =vi/2 计算同双端输入双端输出：计算同双端输入双端输出：0vcAbeid2rRRb

18、co2RRbeLcd2/rRRRAbv4.单端输入单端输出单端输入单端输出 注意放大倍数的正负注意放大倍数的正负号：号：设从设从T1的基极输入信的基极输入信号，如果从号，如果从C1 输出，输出，为负号；从为负号；从C2 输出为输出为正号。正号。计算同双入单出：计算同双入单出：eLc2RRAvbeid2rRRbcoRR(1)(1)差模电压放大倍数差模电压放大倍数 与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：差动放大器动态参数计算总结差动放大器动态参数计算总结 双端输出时：双端输出时：beLcd)2/(rRRRAbv 单端输出时：单端输出时：beLc

19、d2/rRRRAbv(2)(2)共模电压放大倍数共模电压放大倍数 与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：双端输出时：双端输出时：单端输出时：单端输出时：0vcAeLc2RRAv(3)(3)差模输入电阻差模输入电阻 不论是单端输入还是双端输入，差模输不论是单端输入还是双端输入，差模输入电阻入电阻Rid是基本放大电路的两倍。是基本放大电路的两倍。单端输出时，单端输出时，双端输出时，双端输出时，coRR co2RR beid2rRRb(4)(4)输出电阻输出电阻(5)(5)共模抑制比共模抑制比 共模抑制比共模抑制比KCMR是差分放大器的一个重要指

20、标。是差分放大器的一个重要指标。LbbeeCMRLebbe/2()/2RRrRKRRRrcdCMRvvAAKdBlg20cdCMRvvAAK，或 双端输出时双端输出时KCMR可认为等于无穷大，可认为等于无穷大，单端输出时共模抑制比：单端输出时共模抑制比：五五.带恒流源的差动放大电路带恒流源的差动放大电路 根据共模抑制比公式：根据共模抑制比公式：恒流源的直流电流数值为恒流源的直流电流数值为 IE3=(VZ-VBE3)/Re eCMRbbeRKRr 可以看出可以看出：加大加大Re，可以提高共，可以提高共模抑制比。为此可用恒流源模抑制比。为此可用恒流源T3来代来代替替Re。恒流源相当于阻值很大的电阻

21、。恒流源相当于阻值很大的电阻。恒流源不影响差模放大倍数。恒流源不影响差模放大倍数。恒流源使共模放大倍数减小，从恒流源使共模放大倍数减小，从而增加共模抑制比。理想的恒流而增加共模抑制比。理想的恒流源相当于阻值为无穷大的电阻，源相当于阻值为无穷大的电阻，所以共模抑制比无穷大所以共模抑制比无穷大。恒流源的作用恒流源的作用 差动放大器实例差动放大器实例例：例：扩音系统扩音系统执行机构执行机构功率放大器的作用：功率放大器的作用：用作放大电路的用作放大电路的输出级输出级，以，以驱驱动动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、仪表仪表指针偏转等。指针偏转等。3.4 3.4

22、 功率放大器功率放大器功功率率放放大大电电压压放放大大信信号号提提取取3.4.1 3.4.1 功率放大器功率放大器一一.功放电路的特点功放电路的特点（2）功放电路中电流、电压要求都比较大，必须功放电路中电流、电压要求都比较大，必须注意电路参数不能超过晶体管的极限值注意电路参数不能超过晶体管的极限值:ICM 、UCEM 、PCM。ICMPCMUCEMIcuce（1）输出功率输出功率Po尽可能大尽可能大(3)电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。(4)电源提供的能量尽可能转换给负载，减少电源提供的能量尽可能转换给负载，减少 晶体晶体管及线路上的损失

23、。即注意提高电路的效率管及线路上的损失。即注意提高电路的效率（）。）。Pomax:负载上得到的交流信号功率。负载上得到的交流信号功率。PE：电源提供的直流功率。电源提供的直流功率。%100maxEoPP（5）功放管散热和保护问题）功放管散热和保护问题二二.几种工作状态几种工作状态 根据在正弦信号整个周期根据在正弦信号整个周期内的导通情况，三极管可内的导通情况，三极管可分为几个工作状态：分为几个工作状态：乙类：乙类：导通角等于导通角等于180甲类：甲类：一个周期内均导通一个周期内均导通甲乙类：甲乙类：导通角大于导通角大于180丙类：丙类：导通角小于导通角小于180一一.结构结构互补对称：互补对称

24、：电路中采用两个晶体管：电路中采用两个晶体管：NPN、PNP各一支；两管特性一致。组成各一支；两管特性一致。组成 互补对称式射极输出器互补对称式射极输出器ui-VCCT1T2uo+VCCRLiLNPN型型PNP型型3.4.2 乙类互补对称功率放大电路乙类互补对称功率放大电路 二、工作原理二、工作原理（设（设ui为正弦波）为正弦波）ic1ic2 静态时：静态时：ui=0V ic1、ic2均均=0（乙（乙类工作状态）类工作状态）uo=0V动态时：动态时：ui 0VT1截止，截止，T2导通导通ui 0VT1导通，导通，T2截止截止iL=ic1;ui-USCT1T2uo+USCRLiLiL=ic2注意

25、：注意：T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作。两个晶体管都只在半个周期内工作。ui-VCCT1T2uo+VCCRLiL输入输入波形图输入输入波形图uiuououo 交越失真交越失真死区电压死区电压ui-VCCT1T2uo+VCCRLiL(1)静态电流静态电流 ICQ、IBQ等于零；等于零；(2)每管导通时间为半个周期每管导通时间为半个周期；(3)存在交越失真。存在交越失真。特点：特点：组合特性分析组合特性分析图解法图解法负载上的负载上的最大不失真电压最大不失真电压为为Vom=VCC-VCESvo=-vce（1）最大不失真输出功率）最大不失真输出功率PomaxL2CCL2CESCCL2CES

26、CComax22)()2(=RVRVVRVVP 实际输出功率实际输出功率PoL2omLomomooo222=RVRVVIVP 图解分析图解分析演示图演示图三、分析计算三、分析计算单个管子在半个周期内的管耗单个管子在半个周期内的管耗)(d )(21=0LooCCT1tRvvVP （2）管耗）管耗PT两管管耗两管管耗)d(sin)sin(210LomomCCtRtVtVV )d()sinsin(2102L2omLomCCttRVtRVV )4(12omomCCLVVVR T2T1T=PPP)4(22omomCCLVVVR （3）电源供给的功率）电源供给的功率PEToE=PPPLomCC2RVV 当

27、当时，时，CComVV 2L2CCEmRVP（4）效率）效率 CComEo4=VVPP时，时，CComVV%78.54 L2omLomomooo222=RVRVVIVP T2T1T=PPP)4(22omomCCLVVVR 四三极管的最大管耗四三极管的最大管耗 )4VVV(R1)td(RtsinV)tsinVV(21=P2omomCCLLom0omCCT1oML2CCT1maxP2.0R2V2.0P问：问：Vom=？PT1最大最大,PT1max=？用用PT1对对Vom求导得出：求导得出：PT1max发生在发生在Vom=0.64VCC处。处。将将Vom=0.64VCC代入代入PT1表达式表达式：选

28、管条件选管条件1.PCM PT1max=0.2PoM2CCCEOBRVV2)(L2CCoMR2VP tuo交越失真交越失真ui t+VCC-VCCuiiLRLT1T2A存在交越失真存在交越失真OCL电路电路乙类互补对称功放的缺点乙类互补对称功放的缺点R1D1D2R2 静态时静态时:T1、T2两管发射结电位分两管发射结电位分别为二极管别为二极管D1、D2的正向导通的正向导通压降，致使两管均处于微弱导压降，致使两管均处于微弱导通状态通状态甲乙类工作状态甲乙类工作状态动态时：动态时：设设 ui 加入正弦信号。正半加入正弦信号。正半周周 T2 截止截止，T1 基极电位进一步基极电位进一步提高，进入良好

29、的导通状态；负提高，进入良好的导通状态；负半周半周T1截止，截止，T2 基极电位进一步基极电位进一步提高，进入良好的导通状态。提高，进入良好的导通状态。+VCC-VCCULuiiLRLT1T2电路中增加电路中增加 R1、D1、D2、R2支路支路1.1.基本原理基本原理 3.4.3 甲乙类互补对称功率放大电路甲乙类互补对称功率放大电路一一.甲乙类双电源互补对称电路甲乙类双电源互补对称电路uB1tUTtiBIBQ波形关系：波形关系：ICQiCuBEiBib特点：特点：存在较小的静态存在较小的静态电流电流 ICQ、IBQ。每管导通时间大每管导通时间大于半个周期，基于半个周期，基本不失真。本不失真。i

30、CQuceUSC/REUSCIBQ2.电路中增加复合管电路中增加复合管增加复合管的目的：增加复合管的目的：扩大电流的驱动能力。扩大电流的驱动能力。cbeT1T2ibicbecibic 1 2晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。cbeT1T2ibic复合复合NPN型型复合复合PNP型型becibic3.5 放大电路中的反馈放大电路中的反馈一一.从一个例子说起从一个例子说起稳定工作点电路稳定工作点电路输入量：输入量：Vi、VBE、iB反馈反馈将电子系统输出回路的电量（电压或电流），以一定的方式送将电子系统输出回路的电量（电压或电流），以一定的方式送回到输

31、入回路的过程。回到输入回路的过程。3.5.1 反馈的基本概念反馈的基本概念输出量：输出量：VO、VCE、iC正向传输正向传输信号从输入端到输出端的传输信号从输入端到输出端的传输TUBEICICUEIB二二.几个几个基本概念基本概念1.正向传输与反向传输正向传输与反向传输vIvO+-RL电路中只有正向传输，没有反电路中只有正向传输，没有反向传输，称为向传输，称为开环状态。开环状态。正向传输正向传输信号从输入端到信号从输入端到输出端的传输输出端的传输信号的正向传输信号的正向传输反向传输反向传输信号从输信号从输出端到输入端的传输出端到输入端的传输vIvO+-RLR2R1反馈传输反馈传输(通路通路)（

32、反馈网络）（反馈网络）信号的正向传输信号的正向传输既有正向传输，又有反馈既有正向传输，又有反馈 称为称为闭环状态闭环状态。直流反馈直流反馈若电路将直流量反馈到输入回路，则若电路将直流量反馈到输入回路，则称直流反馈。称直流反馈。2.直流反馈与交流反馈直流反馈与交流反馈直流反馈直流反馈电路中引入直流反馈的目的，一般是为了稳定静态工作点电路中引入直流反馈的目的，一般是为了稳定静态工作点Q。交流反馈交流反馈若电路将若电路将交流量反馈到输入回路，交流量反馈到输入回路，则称交流反馈。则称交流反馈。（如去掉电容（如去掉电容Ce）交流反馈交流反馈交流反馈，影响电路的交流工作交流反馈，影响电路的交流工作性能性能

33、。解：根据反馈到输入端的信号是交流，还是直流，或同解：根据反馈到输入端的信号是交流，还是直流，或同时存在，来进行判别。时存在，来进行判别。例：判断下图中有哪些反馈回路，是交流反馈还是直例：判断下图中有哪些反馈回路，是交流反馈还是直流反馈。流反馈。vIvO-+C2C1R1R2交流反馈交流反馈交、直流反馈交、直流反馈例：基本放大器，无反馈，净输例：基本放大器，无反馈，净输入量入量Vbe=Vi，电压放大倍数为：，电压放大倍数为：3.负反馈与正反馈负反馈与正反馈负反馈负反馈输入量不变时，引入反馈后使净输入量减小，输入量不变时，引入反馈后使净输入量减小，放大倍数减小。放大倍数减小。引入反馈后，净输入量引

34、入反馈后，净输入量Vbe=Vi-Vf，电压放大倍数为：电压放大倍数为：可见，净输入量减小，放大倍数减小，所以是负反馈。可见，净输入量减小，放大倍数减小，所以是负反馈。正反馈正反馈输入量不变时，引入反馈后使净输入量增加，输入量不变时，引入反馈后使净输入量增加，放大倍数增加。放大倍数增加。beLurRA =-RLrbe+（1+）ReAu本级反馈本级反馈反馈只存在于某一级放大器中反馈只存在于某一级放大器中 级间反馈级间反馈反馈存在于两级以上的放大器中反馈存在于两级以上的放大器中例例vO-+R4R5R3-+vIR1R2反馈通路反馈通路本级反馈通路本级反馈通路级间反馈通路级间反馈通路4.本级反馈与级间反

35、馈本级反馈与级间反馈基本放大电路基本放大电路AdX oX 反馈网络反馈网络FfX 放大放大：doXXA迭加：迭加：fidXXX 1.方框图：方框图：A称为开环称为开环放大倍数放大倍数iX+反馈反馈：ofXXF AF称为闭环放大倍数称为闭环放大倍数AF=Xo/Xi输出信号输出信号输入信号输入信号反馈信号反馈信号差值信号差值信号负反馈放大器负反馈放大器F称为反馈系数称为反馈系数设设Xf与与Xi同相同相三三.负反馈放大电路的方框图负反馈放大电路的方框图2.负反馈放大器的一般关系负反馈放大器的一般关系闭环放大倍数：闭环放大倍数：放大放大：doXXA反馈反馈：ofXXF 迭加：迭加：fidXXX AF=

36、Xo/Xi=Xo /(Xd+Xf)=Xo /(+XoF)=XoA11A+F=A1+AF3.关于反馈深度的讨论关于反馈深度的讨论一般负反馈一般负反馈称为反馈深度称为反馈深度FA 1FAAA 1F时，时，11 )1(FA，FAA 时，时，11 )2(FA深度负反馈深度负反馈正反馈正反馈时，时，11 )3(FA，FAA 自激振荡自激振荡时，时，01 )4(FA，F A四四、负反馈放大器的四种类型负反馈放大器的四种类型负反馈类型有四种组态负反馈类型有四种组态:电压串联负反馈电压串联负反馈 电压并联负反馈电压并联负反馈 电流串联负反馈电流串联负反馈 电流并联负反馈电流并联负反馈1.1.电压串联负反馈电压

37、串联负反馈因为反馈电压：因为反馈电压：从输入端看，有：从输入端看，有：根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电压串联负电压串联负反馈反馈vd=vi-vF故为串联负反馈。故为串联负反馈。用用“瞬时极性法瞬时极性法”判断反馈极性：判断反馈极性：假设某一瞬时，在放大电路的输入端加入一个正极性的输入信假设某一瞬时，在放大电路的输入端加入一个正极性的输入信号，按信号传输方向依次判断相关点的瞬时极性，直至判断出反号，按信号传输方向依次判断相关点的瞬时极性，直至判断出反馈信号的瞬时极性。如果反馈信号的瞬时极性使净输入减小，则馈信号的瞬时极性。如果反馈信号的瞬时极性使净输

38、入减小，则为负反馈；反之为正反馈。为负反馈；反之为正反馈。fRRRUU11of反馈量与输出电压成比例，反馈量与输出电压成比例，所以是电压反馈。所以是电压反馈。分立电路电压串联负反馈分立电路电压串联负反馈RL vO vF vd(vbe)vO 电压负反馈的特性电压负反馈的特性稳定输出电压稳定输出电压稳定过程：稳定过程：负载变化时，负载变化时，输出电压稳定输出电压稳定输出电阻输出电阻2.2.电压并联负反馈电压并联负反馈 因为反馈电流：因为反馈电流：根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电压串联负电压串联负反馈反馈id=ii-iF从输入端看有：从输入端看有：反馈量

39、与输出电压成比例，反馈量与输出电压成比例，所以是电压反馈。所以是电压反馈。ffRURUUIoof故为并联负反馈。故为并联负反馈。分立电路电压并联负反馈分立电路电压并联负反馈+UCCRCC2C1RfuiuoibifiiffRURUUIioof反馈量与输出电压成比例，反馈量与输出电压成比例，所以是电压反馈。所以是电压反馈。根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电压串联负电压串联负反馈反馈id=ii-iF在输入端有在输入端有故为并联负反馈。故为并联负反馈。因为反馈电流：因为反馈电流：3.3.电流并联负反馈电流并联负反馈 因为反馈电流：因为反馈电流：根据瞬时极性判

40、断是负反馈，所以该电路为根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电流串联负电流串联负反馈反馈又因为又因为在输入端有在输入端有:id=iI-iFRRRIIfof反馈量与输出电流成比例，反馈量与输出电流成比例，所以是电流反馈。所以是电流反馈。故为并联负反馈。故为并联负反馈。分立电路组成的电流并联负反馈分立电路组成的电流并联负反馈引入电流负反馈的目的引入电流负反馈的目的稳定输出电流稳定输出电流稳定过程：稳定过程：负载变化时，负载变化时，输出电流稳定输出电流稳定输出电阻输出电阻RL iO iF id iO 4.4.电流串联负反馈电流串联负反馈 因为反馈电压：因为反馈电压：Uf=ioRf根据瞬时极性判断是

41、负反馈，所以该电路为根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电流串联负电流串联负反馈反馈vd=vi-vF又因为又因为在输入端有在输入端有反馈量与输出电流成比例，反馈量与输出电流成比例，所以是电流反馈。所以是电流反馈。故为串联负反馈。故为串联负反馈。分立电路组成的电流串联负反馈分立电路组成的电流串联负反馈IO vF vd IO 引入电流负反馈的目的引入电流负反馈的目的稳定输出电流稳定输出电流稳定过程：稳定过程：负载变化时，负载变化时，输出电流稳定输出电流稳定输出电阻输出电阻RL 五.反馈类型及判别方法总结1.1.直流反馈与交流反馈直流反馈与交流反馈注意电容的注意电容的“隔直通交隔直通交”作用作用

42、例题例题1:试判断下图电路中有哪些反馈支路，各是直流反馈还是交流试判断下图电路中有哪些反馈支路，各是直流反馈还是交流反馈？反馈？2.2.反馈极性：正反馈与负反馈反馈极性：正反馈与负反馈判定方法判定方法“瞬时极性法瞬时极性法”例题例题2:试判断下列电路中反馈支路的反馈极性。试判断下列电路中反馈支路的反馈极性。vIvO-+RLR2R1vO-+R4R5R3-+vIR1R23.取样方式取样方式电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈 假设输出端交流短路（假设输出端交流短路（RL=0），即），即UO=0，若，若反馈信号消失了，则为电压反馈；若反馈信号仍反馈信号消失了，则为电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为电

43、流反馈。然存在，则为电流反馈。电压反馈：反馈信号的大小与输出电压成比电压反馈：反馈信号的大小与输出电压成比 例。例。判断方法判断方法输出短路法：输出短路法：电流反馈：反馈信号的大小与输出电流成比电流反馈：反馈信号的大小与输出电流成比 例。例。例题例题3:试判断下列电路中引入的反馈是电试判断下列电路中引入的反馈是电压反馈还是电流反馈。压反馈还是电流反馈。4.比较方式比较方式串联反馈和并联反馈串联反馈和并联反馈串联反馈：串联反馈：反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的两个电极。有：的两个电极。有：此时反馈信号与输入信号是电流相加减的关系。此时反馈信号与输入信

44、号是电压相加减的关系。对于运算放大器来说，反馈信号与输入信号同时加对于运算放大器来说，反馈信号与输入信号同时加在同相输入端或反相输入端，则为并联反馈；一个加在在同相输入端或反相输入端，则为并联反馈；一个加在同相输入端一个加在反相输入端则为串联反馈。同相输入端一个加在反相输入端则为串联反馈。对于三极管来说，反馈信号与输入信号同时加在三极对于三极管来说，反馈信号与输入信号同时加在三极管的基极或发射极，则为并联反馈；一个加在基极一个加管的基极或发射极，则为并联反馈；一个加在基极一个加在发射极则为串联反馈。在发射极则为串联反馈。并联反馈：并联反馈：反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路反馈信号与输入信

45、号加在放大电路输入回路的同一个电极。有：的同一个电极。有：vd=vi-vFid=iI+iF例题例题4:试判断下列电路中引入的反馈是串试判断下列电路中引入的反馈是串联反馈还是并联反馈。联反馈还是并联反馈。vO-+R4R5R3-+vIR1R2 例题例题:回答下列问题。回答下列问题。1.若要实现串联若要实现串联电压反馈电压反馈,Rf 应应接向何处接向何处?2.要实现串联电要实现串联电压负反馈压负反馈,运放运放的输入端极性如的输入端极性如何确定？何确定？3.5.2 负反馈对放大电路性能的影响负反馈对放大电路性能的影响 提高增益的稳定性提高增益的稳定性 减少非线性失真减少非线性失真 扩展频带扩展频带 改

46、变输入电阻和输出电阻改变输入电阻和输出电阻 在放大器中引在放大器中引入负反馈入负反馈 降低了放大倍数降低了放大倍数 使放大器的性能得以改善：使放大器的性能得以改善：一一.提高放大倍数的稳定性提高放大倍数的稳定性闭环时闭环时FAAA 1F则则2F)1(1AFdAdA 只考虑幅值有只考虑幅值有AFAA 1FAdAAFAdA 11FF即闭环增益相对变化量比开环减小了即闭环增益相对变化量比开环减小了1+AF倍倍另一方面另一方面:在深度负反馈条件下在深度负反馈条件下FA1F 即闭环增益只取决于反馈网络。当反馈网络由稳定的即闭环增益只取决于反馈网络。当反馈网络由稳定的线性元件组成时，闭环增益将有很高的稳定

47、性。线性元件组成时，闭环增益将有很高的稳定性。2.改善放大器的非线性失真改善放大器的非线性失真Auiufuiuoud加反馈前加反馈前加反馈后加反馈后AF+失真失真改善改善uouo3.扩展放大器的通频带 放大电路加入负反馈后，增益下降，但通频带却加宽了。放大电路加入负反馈后，增益下降，但通频带却加宽了。无反馈时放大器的通频带：无反馈时放大器的通频带：fbw=f HfL f H 有反馈时放大器的通频带：有反馈时放大器的通频带：fbwf=f HffLf f Hf可以证明：可以证明：fbwf=(1+AF)fbw放大器的一个重要特性：放大器的一个重要特性：增益与通频带之积为常数。增益与通频带之积为常数。

48、即：即：Amf fbwf=Am fbw4.4.负反馈对输入电阻的影响负反馈对输入电阻的影响 (1)(1)串联负反馈使输入电阻增加串联负反馈使输入电阻增加 无无反馈时：反馈时：有有反馈时：反馈时：.i.ii=IVR.i.d=IV.i.iif=IVR.i.fd=IVV.i.od=IFVV.i.dd=IAFVV.i.d)1(=IAFVAF)(1i R(2)(2)并联负反馈使输入电阻减小并联负反馈使输入电阻减小 无无反馈时：反馈时：有有反馈时：反馈时：.i.ii=IVR.d.i=IV.i.iif=IVR.fd.i=IIV.od.i=FVIV.dd.i=AFIIV.d.i)1(=AFIV.i)1(=AF

49、R5.负反馈对输出电阻的影响 电压负反馈电压负反馈稳定输出电压（当负载变化时）稳定输出电压（当负载变化时）恒压源恒压源输出电阻小。输出电阻小。(1)(1)电压负反馈使输出电阻减小电压负反馈使输出电阻减小 电流负反馈电流负反馈稳定输出电流（当负载变化时）稳定输出电流（当负载变化时）恒流源恒流源输出电阻大。输出电阻大。(2)(2)电流负反馈使输出电阻提高电流负反馈使输出电阻提高为改善性能引入负反馈的一般原则为改善性能引入负反馈的一般原则 要稳定直流量要稳定直流量引直流负反馈引直流负反馈 要稳定交流量要稳定交流量引交流负反馈引交流负反馈 要稳定输出电压要稳定输出电压 引电压负反馈引电压负反馈 要稳定

50、输出电流要稳定输出电流 引电流负反馈引电流负反馈 要增大输入电阻要增大输入电阻 引串联负反馈引串联负反馈 要减小输入电阻要减小输入电阻 引并联负反馈引并联负反馈3.6 集成运算放大器的线性应用集成运算放大器的线性应用3.6.1概述概述1.运放的电压传输特性：运放的电压传输特性：设：电源电压设：电源电压VCC=10V。运放的运放的AVO=104Ui1mV时，运放处于线性区。时，运放处于线性区。AVO越大，线性区越小，越大，线性区越小，当当AVO时，线性区时，线性区02.理想运算放大器：理想运算放大器：开环电压放大倍数开环电压放大倍数 AV0=差摸输入电阻差摸输入电阻 Rid=输出电阻输出电阻 R