1、3.1 差分放大电路差分放大电路 3.2 集成运算放大器集成运算放大器 3.3 负负反馈电反馈电路路3.4 反馈的一般表达式反馈的一般表达式 3.5 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 3.6 深度负反馈放大电路的估算深度负反馈放大电路的估算 3.7 负反馈电路应用示例负反馈电路应用示例 本章教学目标本章教学目标1 1、了解直接耦合电路存在问题、零点漂移产生原因及其抑制了解直接耦合电路存在问题、零点漂移产生原因及其抑制措施。措施。2 2、掌握差分放大器组成、抑制零漂原理。熟悉差模信号与掌握差分放大器组成、抑制零漂原理。熟悉差模信号与共模信号及其放大倍数、共模抑制比概念。会对任
2、意信号进共模信号及其放大倍数、共模抑制比概念。会对任意信号进行分解。行分解。3 3、选学常见恒流源电路组成。选学常见恒流源电路组成。4 4、熟悉集成运放特点及其内电路框图、电路符号、理想运熟悉集成运放特点及其内电路框图、电路符号、理想运放概念。了解集成电路分类、外形、命名方法。放概念。了解集成电路分类、外形、命名方法。本章教学目标本章教学目标5 5、熟悉反馈、反馈深度和深度负反馈的概念。掌握反馈的分熟悉反馈、反馈深度和深度负反馈的概念。掌握反馈的分类及其判别方法。类及其判别方法。6 6、熟悉负反馈对放大电路性能影响。了解负反馈电路产生熟悉负反馈对放大电路性能影响。了解负反馈电路产生自激震振荡条
3、件及其消除方法。熟悉深度负反馈放大电路的自激震振荡条件及其消除方法。熟悉深度负反馈放大电路的闭环增益估算方法。闭环增益估算方法。7 7、选学负反馈电路应用示例。、选学负反馈电路应用示例。差分放大电路(Differential amplifier)又称差动放大器，简称差放，是集成运算放大器(Intergrated operational amplifier)中常用的一种单元电路，具有优越的抑制零点漂移性能。3.1 3.1 差分放大电路差分放大电路 一、直接耦合放大电路需要解决的问题：一、直接耦合放大电路需要解决的问题：1.各级静态工作点相互影响，相互牵制。3.1.1 差动放大器的电路组成和静态分
4、析差动放大器的电路组成和静态分析 2.存在零点漂移(Zero drift)。零漂定义：在输入信号为零时，出现输出端的直流电位缓慢变化的现象。产生零点漂移的原因：元器件参数的变化；环境的温度的变化(最主要的因素，因温度变化引起零漂称为温漂)。零漂在RC耦合电路中影响不大；但在直接耦合放大电路中会被后级电路逐级放大，且第一级的零漂影响最为严重。抑制零漂的措施：抑制零漂的措施：1、选用高稳定性的元器件。2、电路元件在安装前要经过认真的筛选和老化处理，以确保质量和参数的稳定性。3、采用稳定性高的稳压电源，减少电源电压的波动的影响。4、采用温度补偿电路。5、采用调制型直流放大器。6、采用差动放大电路。这
5、是目前应用最广的电路，它常用作集成运放的输入级。典型的差动放大器电路如图3.1.1所示，它具有两个输入端，两个输出端。该电路采用发射极电阻Re耦合的对称共射电路，其中V1、V2称为差分对管，两边的元器件采用相同的温度特性和参数，使之具有很好的对称性，双电源供电，且VCC=VEE，输出负载可以接到两输出端之间（称为双端输出），也可接到任一输出端到地之间（称为单端输出）。二、差动放大电路组成二、差动放大电路组成 图3.1.2差动放大电路直流通路 三、静态分析三、静态分析 静态时，IC1=IC2IE，UC1=UC2=VCCIC1Rc1。故：Uo=UC1UC2=0。另一思路，忽略IB影响。UB=0，U
6、E=UBE，即静态时，差动放大器具有零输入零输出的特点。不会产生零点漂移现象，前提：电路完全对称。eEEeEEBEERVRVUI22三、静态分析三、静态分析 3.1.2 3.1.2 共模信号、差模信号及放大倍数共模信号、差模信号及放大倍数 一、差模信号（一、差模信号（Difference-Mode signal）和差模放大倍数和差模放大倍数(Difference-Mode gain)差模信号就是一对大小相等、极性相反的信号电压，即 ui1ui2uid=uid1-uid2=2uid1，uid1=-uid2=uid/2。若电路仅有uid作用，则输出电压为uod，电路的差模电压放大倍数Auduod/
7、uid。二、共模信号二、共模信号(Common-Mode signal)和共模放大倍数和共模放大倍数(Common-Mode gain)共模信号就是一对大小相等、极性相同的信号，即ui1ui2uic 差动放大器只有uic作用输出电压为uoc；则共模电压放大倍数Auc=uoc/uic。三、任意信号的分解三、任意信号的分解 ui1和ui2输入的两个任意信号。此时，若将ui1和ui2改写成 其中 由此可知，一对任意信号均可以分解为一对共模信号和一对差模信号之和，即 2222i2i1i2i12i2i1i2i11uuuuuuuuuuii2/2/idici2idici1uuuuuui2i1idi2i1ic
8、2/)(uuuuuu 任意信号输入时，分解成uid和 uic，分别放大再叠加。即 icucidudocodouAuAuuu 差动放大器的性能应是差模性能和共模性能的合成。例3.1.1 已知差动放大电路ui1=10.04V，ui2=9.96V，试求共模和差模输入电压。解：mV80V08.0V102/)(i2i1idi2i1icuuuuuu3.1.3 3.1.3 差模输入信号的动态分析差模输入信号的动态分析 差动电路有两个输入端、两个输出端，它具有双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出、单端输入单端输出四种组态。一、双端输出电路的差模特性一、双端输出电路的差模特性 图3.1.3双端输
9、出差分电路 双端输出差分电路原理图如图3.1.3（a）所示，其中输出负载RL接在两管集电极之间。在差模输入电压下，两管集电极电流产生电流数值相等、极性相反的变化。即 cCciIi11cCciIi22 由此产生以下结果：一是由输入差模电压产生在RL两端的信号电压数值相等、极性相反，从而使得RL中点电位必然交流接地；二是两管集电极电流共同通过Re时，仅有静态电流2IE=IC1+IC2，而由输入差模电压产生的电流相互抵消，因此，对差模信号而言，Re可看做短路。双端输出电路的差模交流通路如图3.1.3（b）所示。由图可得 式中，为双端输出时差模输出电压，它等于两管输出信号电压之差；为单管共射电路电压放
10、大倍数；。上式说明双端输出差动当大电路的电压放大倍数与单管共射放大电路的电压放大倍数相同。bebLu1id1od1id2id1od2od1idodud22rRRAuuuuuuuuAodu1uA)2/(LC/LRRR 电路的输入电阻则是从两个输入端看进去的等效电阻。Ri=2(Rb+rbe)电路的输出电阻为 Ro=2Rc 二、单端输出电路的差模特性二、单端输出电路的差模特性 单端输出差动放大电路原理图如图3.1.4（a）所示。图3.1.4 单端输出差分电路 分析表明，该电路的共模抑制比为 bebLid1od1idodud1212rRRuuuuA式中,./LCLRRR 差模输入电阻和输出电阻为：Ri
11、=2(Rb+rbe)Ro=Rc 3.1.4 3.1.4 共模输入信号的动态分析共模输入信号的动态分析 一、双端输出电路的共模特性 如果图3.1.3 a所示差动电路电路完全对称，在输入共模信号作用下，两管集电极电流产生大小相等、方向相同的电流变化，即 c2Cc2c1Cc1iIiiIi 由此产生以下结果：一是由于输入共模电压信号在两集电极上产生的输出电压大小相等、方向相同，从而使得流过RL的电流为零；二是由于两管集电极电流共同通过Re时，Re上的电流为2ie，对于每个管子而言，相当于发射极接了一个2Re电阻。基于上述结果，其共模交流通路如图3.15a所示。3.1.4 3.1.4 共模输入信号的动态
12、分析共模输入信号的动态分析图3.1.5 共模交流通路 3.1.4 3.1.4 共模输入信号的动态分析共模输入信号的动态分析式(3.1.17)表明，双端输出的理想差动放大电路对共模信号具有完全抑制作用，为了更好地表征电路对共模信号的抑制能力，引入共模抑制比(Common-Mode rejection ratio)KCMR,，KCMR定义为 0icocucuuAucudCMRAAKucudCMRlg20AAKKCMR越大，差动放大电路的抑制共模信号的能力越强。3.1.4 3.1.4 共模输入信号的动态分析共模输入信号的动态分析 二、单端输出电路的共模特性二、单端输出电路的共模特性 图3.1.4a所
13、示单端输出差动电路的共模交流通路如图3.1.5b所示，从图中可求出单端输出的共模电压放大倍数 ebebLicoc1uc1)1(2RrRRuuA./LCLRRR eRRA2Luc1单端输出差动电路的共模抑制比为：bebeuc1ud1CMRrRRAAK3.1.4 3.1.4 共模输入信号的动态分析共模输入信号的动态分析 除了上述双端输入双端输出、双端输入单端输出方式以外，它还有单端输入双端输出、单端输入单端输出的工作方式，如图3.1.6a、b所示。不论采用哪一种工作方式，需注意：单端输入时，应将单端输入电压ui分解为差模输入uid=ui1ui2=ui，和共模输入电压uic=(uc1+uc2)/2=
14、ui/2，并分别求出差模输出电压和共模输出电压。单端输出时，输出电压uo1(或uo2)应为差模输出和共模输出之和，即)1(icCMRidud1icuc1idud11uKuAuAuAuo 3.1.5 3.1.5 恒流源恒流源 为了提高单端输出差动放大电路的共模抑制比，应当提高Re的数值。但增大Re会增加Re上的直流压降，影响电路的静态工作点，为使电路正常工作,需提高电源电压，但电源电压又不能任意提高，所以形成矛盾。采用恒流源代替R e可很好地解决这一矛盾。恒流源输出电流恒定，具有交流等效电阻很大而直流电阻（两端电压降）不大的特点。图3.1.8所示电路就是一个采用恒流源的差动放大电路。图3.1.8
15、 具有恒流源的差动放大电路 图中，V3组成分压式工作点稳定电路作为恒流源，保证温度变化时，IE3基本不变，且 E3C3C2C12121IIII一、镜像电流源（一、镜像电流源（Current mirror）镜像电流源电路如图3.1.9所示，设V1、V2的参数完全相同，由于两管具有相同的基-射极间电压（UBE1=UBE2），因此，两管集电极电流IC1=IC2，由图可知基准电流为 C1C1BC1REF22IIIIIC2REFC121III图3.1.9 镜像电流源 当2时，V2管的集电极电流IC2近似等于基准电流IREF，即 RVRVVIICCBECCREFC2二、微电流源二、微电流源(Small v
16、alue current source)微电流源是模拟集成电路中常用的一种电流源，电路如图3.1.10所示。当基准电流IREF一定时，由图3.1.6可得e2E2BEBE2BE1RIUUUe2BEE2C2RUII图3.1.10 微电流源 可见，用很小的Re2即可获得微小的工作电流，称为微电流源。三、电流源用作有源负载（三、电流源用作有源负载（Active load）在模拟集成电路中，恒流源也广泛地作为负载电阻使用以代替集电极电阻RC，称为有源负载。图3.1.11 电流源用作有源负载图中V1是放大管，V2、V3组成电流源作为V1的集电极有源负载。3.1.6 3.1.6 失调、温漂及调零电路失调、温
17、漂及调零电路 一个完全对称的差动放大器，静态时应该具有“零输入零输出”的性能，即输入电压为零（ui1=ui2=0）时，双端输出电压也为零。然而实际的放大器由于存在元器件失配，很难做到完全对称，因此在输入电压为零时，双端输出电压不一定为零，这种现象称为零点漂移，也称为差动放大器的失调。失调随温度的变化值称为温漂(Temperature drift)，环境温度是产生温漂的外部因素，而晶体管参数随温度变化是内部因素。差分放大器的温漂一般为几V/。一般来讲，差分放大电路的失调可通过适当的调零电路(Zero regulating circuit)给予补偿，使之达到零输入零输出。3.1.6 3.1.6 失
18、调、温漂及调零电路失调、温漂及调零电路 发射极极调零电路和集电极调零电路如图3.1.12（a）、（b）所示。图中RP为调零电位器,将输入端Rb接地,调节RP使输出为零。必须指出，调零电路可以消除失调，但加接调零装置不能消除温漂，减少温漂的有效方法是加接温度补偿电路。图3.1.12 差分放大器调零电路 3.2 3.2 集成运算放大器集成运算放大器 3.2.1 概述概述 集成运算放大器是模拟集成电路的一个重要分支，它实际上是用集成电路工艺制成的具有高增益、高输入电阻、低输出电阻的直接耦合放大器。它具有通用性强、可靠性高、体积小、重量轻、功耗小、性能优越等特点，而且外部接线很少，调试极为方便。现在已
19、经广泛应用于自动测试、自动控制、计算技术、信息处理以及通讯工程等各个电子技术领域。一、集成电路的特点一、集成电路的特点 集成电路由于制造工艺上的原因，具有以下特点：(1)集成电路的工艺对制造电感器和容量大的电容器有困难，所以大都采用直接耦合电路。(2)集成电路制造工艺表明，制造半导体二极管或三极管占用硅片面积小，且工艺简单、成本低。制造电阻、电容比较困难，尤其是阻值大（大于300）的电阻和容量大（大于400pF）的电容，更不经济。为此，应尽量避免内接电容，并尽可能用阻值低的电阻或以三极管代替电阻。二、集成电路的分类二、集成电路的分类 1、按集成度分类 2、按内部器件分类 三、外形三、外形 (1
20、)集成电路的外形 图3.2.1 集成电路的外形（a)圆壳式 （b)双列直插式 （c)扁平式 （d)电路符号 (2)电路符号 “”反相输入端（Inverting input terminal），“+”同相输入端(Noninverting input terminal)。(3)集成运放的输出输入关系式)(uuAuodo四、集成电路的命名四、集成电路的命名 集成电路的命名方法按国家标准规定，每个型号由下列五个部分组成：第一部分：表示符合国家标准，用字母C表示；第二部分：表示电路的分类，用字母表示，具体含义见表3.2.1；第三部分：表示品种代号，用数字或字母表示，与国际上的品种保持一致；第四部分：表示
21、工作温度范围，用字母表示，具体含义见表3.2.2；第五部分：表示封装形式，用字母表示，具体含义见表3.2.3。3.2.2 3.2.2 集成运算放大器内集成运算放大器内部部电路电路框图框图 图3.2.2 集成运放内部电路框图 1输入级 为了减少零漂和抑制共模干扰信号，要求温漂小、共模抑制比高、有极高的输入阻抗，一般采用高性能的恒流源差动放大电路。3输出级 输出级应具有较大的电压输出幅度较高的输出功率与较低的输出电阻的特点，大多采用复合管构成的共集电路作为输出级。2中间级 运算放大器的放大倍数主要是由中间级提供的，因此要求中间级有较高的电压放大倍数，一般放大倍数可达几万倍甚至几十万倍以上。4偏置电
22、路 偏置电路一般由恒流源组成，用来为各级放大电路提供合适的偏置电流，使之具有合适的静态工作点。它们一般也作为放大器的有源负载和差动放大器的发射极电阻。3.2.3 3.2.3 运算放大器的特性和主要参数运算放大器的特性和主要参数 理想运放具有以下特性：(1)开环差模电压放大倍数 Aod (2)开环差模输入电阻 Rid (3)开环差模输出电阻 Rod=0 (4)输入失调电压 UIO=0 (5)输入失调电流 IIO=0 (6)共模抑制比 KCMR (7)频带宽度 BW 但实际的集成运算放大器不可能达到上述指标。集成运算放大器的特性是非理想的。它的输入电阻为几千欧到100G，电压增益为80140dB。
23、3.2.3 3.2.3 运算放大器的特性和主要参数运算放大器的特性和主要参数 1开环差模电压增益Aod 集成运放的开环差模电压增益是指输出端和输入端之间无任何元件时输出信号电压与输入差模电压之比，用Aod表示。Aod与输出电压Uo的大小有关，通常是在规定输出电压幅度时（如Uo10V）测得的值。Aod通常用分贝数dB表示，则为)(odidododuuuuuAidododlg20lg20uuA 3.2.3 3.2.3 运算放大器的特性和主要参数运算放大器的特性和主要参数 2输入失调电压UIO及其温漂 dUIO/dT 如果集成运放差动输入级非常对称，当输入电压为零时，输出电压也应为零（不加调零装置）
24、。但实际上它的差动输入级很难达到对称，通常在室温25下，为了使输入电压为零时输出电压为零，在输入端加的补偿电压叫做输入失调电压UIO。UIO的大小反映了运放输入级电路的不对称程度。UIO越小越好，一般为（110）mV。另外，输入失调电压的大小还随温度、电源电压的变化而变化。通常输入失调电压UIO对温度的变化率称之为输入电压的温度漂移（简称输入失调电压温漂）用 dUIO/dT表示,一般为(1020)V/.3.2.3 3.2.3 运算放大器的特性和主要参数运算放大器的特性和主要参数 3输入失调电流IIO及其温漂dIIO/dT 在常温下，输入信号为零时，放大器的两个输入端的基极静态电流之差称为输入失
25、调电流IIO，有IIO=IB1IB2，它反映了输入级两管输入电流的不对称情况，IIO越小越好，一般为1nA0.1A。IIO随温度的变化而变化，IIO随温度的变化率称之为输入失调电流温漂用dIIO/dT表示，单位为nA/。4输入偏置电流IIB 输入偏置电流(Input bias current)是指集成运放输出电压为零时，两个输入端偏置电流的平均值，即IIB=（IB1+IB2）/2，IIB越小越好，一般为10nA10A。3.2.3 3.2.3 运算放大器的特性和主要参数运算放大器的特性和主要参数 5开环差模输入电阻Rid 差模输入电阻是指集成运放的两个输入端之间的动态电阻。它反映输入端向差动信号
26、源索取电流的能力。其值越大越好，一般为几兆欧姆。MOS集成运放Rid 高达106M以上。6开环差模输出电阻Rod 集成运放开环时，从输入端看进去的等效电阻，称之为输出电阻。它反映集成 运放输出时的负载能力，其值越小越好。一般Rod小于几十欧姆。7共模抑制比KCMR 共模抑制比为：KCMR=Aod/Aoc(Aoc 称共模放大倍数)，它表示集成运放对共模信号的抑制能力，其值越大越好，一般KCMR为60130dB之间。3.2.3 3.2.3 运算放大器的特性和主要参数运算放大器的特性和主要参数 8最大差模和共模输入电压Uidmax,、Uicmax Uidmax是指集成运放两个输入端所允许加的最大差模
27、电压，超过此电压，集成运放输入级某一侧三极管将会出现发射结反向击穿。Uicmax是指集成运放两个输入端所允许加的共模最大电压，超过此电压，集成运放的共模抑制比将明显下降，对差模信号不能进行放大。9最大输出电压Uom 在给定负载上，最大不失真输出电压的峰峰值称为最大输出电压。3.2.3 3.2.3 运算放大器的特性和主要参数运算放大器的特性和主要参数 10开环带宽BW和单位增益带宽BWG BW是指开环差模电压放大倍数下降到3dB所对应的频带宽度。BWG为运放开环电压增益下降到Aod1（0dB）时的信号频率，BWGfTAodBW。11转换速率SR(Slew rate)SR是指集成运放输出电压随时间
28、的最大变化率，SR越大越好。3.2.4 3.2.4 典型的双运算放大器简介典型的双运算放大器简介 随着半导体制造工艺水平的提高，已经把两个甚至多个集成运放制作在同一芯片上。双运放就是在同一芯片上制作了两个相同的运放。这种高密度封装，不仅缩小体积，更重要的是在同一芯片上同时制作而成，而且温度变化一致，电路一致性好。图3.2.3是双运放F353的管脚排列图。电路由于采用了内补偿技术，使用时不需外接消振的补偿电路，调零由外接补偿电压解决。图3.2.3 双运放F353管脚排列图 3.3.1 3.3.1 反馈反馈 将放大器输出信号（电压或电流）的一部分（或全部），经过一定的电路（称为反馈网络）送回到输入
29、回路，与原来的输入信号（电压或电流）共同控制放大器，这样的作用过程称为反馈，具有反馈的放大器称为反馈放大器(Feedback amplifier)。3.3 3.3 负反馈电路负反馈电路 一个电路是否存在反馈，就是看输出与输入回路之间有没有起联系作用的元件。若有则存在反馈，若无则不存在反馈。3.3.2 3.3.2 反馈的基本形式及其判别反馈的基本形式及其判别 1、正反馈(Positive feedback)和负反馈（Negative feedback）（1）定义 正反馈：放大电路引入的反馈信号使放大电路的净输入信号增加。负反馈：反馈信号使放大电路的净输入信号减少。（2）极性判别方法：瞬时极性法(
30、Instantaneous polarity method)一般在第一级输入端标（+），然后依据放大、反馈信号的传递途径逐级标出（+）、（-），最后标出反馈信号极性。从而判断反馈信号是增强还是减弱输入信号，输入信号减弱的是负反馈，增加的是正反馈。其中，（+）表示瞬时电位升高，（-）表示瞬时电位下降。放大电路各有关器件在中频区的电压的相位关系如下表所示。图3.3.1 负反馈放大电路 如下图所示负反馈电路，输出电压uo的一部分通过由Rf、R1组成的反馈网络送到输入端，使运算放大器的净输入信号uid=ui-uf减少，从而使uo也减少。即：uoufuiduo，这就是一个负反馈过程。2、直流反馈、直流反
31、馈(DC feedback)和交流反馈和交流反馈(AC feedback)(1)直流反馈：反馈信号中只含有直流成分。(2)交流反馈：反馈信号中只含有交流成分。(3)交直流反馈：反馈信号中既含有直流分量,又含有交流分量。3、电压反馈、电压反馈(Voltage feedback)和电流反馈和电流反馈(Current feedback)（1）定义 按反馈信号在输出端取样方式电压反馈：电流反馈：ofuxofix （2）判别方法 用负载短路法判别：假设输出端的负载短路，若反馈量依然存在（不为零），则是电流反馈；若反馈量消失（为零），则是电压反馈。根据反馈网络与输出端的接法判断：若反馈网络与输出端接同一节
32、点为电压反馈，不接于同一节点为电流反馈。电流反馈和电压反馈的效果与负载RL有关，要得到较强的负反馈效果，电压负反馈要求RL越大越好；电流负反馈要求RL越小越好。4并联反馈并联反馈(Shunt feedback)和串联反馈和串联反馈(Series feedback)按基本放大器输入端与反馈网络的输出端之间的联接方式，反馈可分为并联反馈和串联反馈，它们与输出端取样的形式无关。(1)定义 串联反馈：反馈信号送到输入端是以电压相加减的形式出现，反馈信号与输入信号相串联。并联反馈：反馈信号表现为电流相加减形式，反馈信号与输入信号相并联。(2)判别方法 若反馈信号与输入信号是在输入端的同一个节点引入，则为
33、并联反馈；如果它们不在同一个节点引入，则为串联反馈。负反馈放大器的四种基本组态负反馈放大器的四种基本组态 电压并联负反馈、电流并联负反馈、电压串联负反馈、电流串联负反馈。3.3.3 3.3.3 反馈判别示例反馈判别示例 在电路反馈判别过程中，首先要判断电路中有无反馈元件或网络，即输出、输入端之间有无元器件或网络连接，有则有反馈。然后再用上述方法判别反馈性质、类型。举例如下：图3.3.2 例3.3.1图 电路中Rf为反馈元件。输入信号加在集成运放反相输入端，利用瞬时极性法，假设输入端瞬时极性为（+），则输出端瞬时极性为（），经Rf反馈到反相输入端为（），净输入信号减小，为负反馈。对于输入端，由于
34、输入信号与反馈信号在同一节点输入，所以为并联反馈。对于输出端，假设RL短路，反馈信号则为零，所以为电压反馈。因此图中所示电路反馈类型为电压并联负反馈。例例3.3.2 3.3.2 判断下图所示电路的反馈类型。判断下图所示电路的反馈类型。3.4 3.4 负反馈的一般表达式负反馈的一般表达式 由图3.4.1可以看出，反馈放大器由两部分组成，一部分是不加反馈的运算放大器，另一部分是反馈网络。我们可用图3.4.1所示电路框图(Block diagram)形式来描述。3.4.1 3.4.1 负反馈负反馈的电路框图的电路框图 图3.4.1 反馈放大器的电路框图 3.4 3.4 负反馈的一般表达式负反馈的一般
35、表达式 3.4 3.4 负反馈的一般表达式负反馈的一般表达式 3.4 3.4 负反馈的一般表达式负反馈的一般表达式 3.4.2 3.4.2 反馈深度和深度负反馈反馈深度和深度负反馈 一、提高电路及其增益的稳定性一、提高电路及其增益的稳定性 3.5 3.5 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 （1）直流负反馈稳定直流量，能起到稳定静态（直流）工作点的作用。（2）假设由于某种原因，放大器增益加大（输入信号不变），使输出信号加大，从而使反馈信号加大。由于负反馈的原因，使净输入信号减少，结果输出信号减少。这样就抑制了输出信号的加大，实际上就使得增益保持稳定。（3）电流负反馈稳定输出电
36、流，电压负反馈稳定输出电压。3.5.1 3.5.1 负反馈对放大器性能的影响负反馈对放大器性能的影响 二、减少非线性失真二、减少非线性失真(Nonlinear distorsion)图3.5.1 负反馈减少非线性失真示意图 由于晶体三极管特性的非线性，当输入信号较大时，就会出现失真，在其输出端得到了正负半周不对称的失真信号。当加入负反馈以后，这种失真将可得到改善。其过程如图3.5.1所示，输出失真波形反馈到输入端与输入信号合成得到上半周小下半周大的失真波形，经放大后恰好补偿输出失真波形。三、扩展通频带（三、扩展通频带（Extension band width）引入负反馈后增益下降，但通频带扩展
37、。对于单RC电路系统通频带扩展（1+AF）倍。通频带的扩展，意味着频率失真的减少，故负反馈能减少频率失真。四、改变输入电阻和输出电阻四、改变输入电阻和输出电阻 (1)串联负反馈使输入电阻增大，引入负反馈后的输入电阻为未引入负反馈电路输入电阻的（1+AF）倍，即Rif=Ri(1+AF)；并联负反馈使输入电阻减小，引入负反馈后的输入电阻Rif=Ri/(1+AF)，Ri为未引入反馈时的输入电阻。(2)电压负反馈使输出电阻减小，Rof=Ro/(1+AF)。电流负反馈使输出电阻增加，Rof=Ro(1+AF)，Ro为未引入负反馈时的输出电阻。(3)简言之就是：串大并小，压小流大。3.5.2 3.5.2 负
38、反馈电路的自激振荡及其消除负反馈电路的自激振荡及其消除 1、自激振荡 是指放大电路的输入端在不加输入信号时，就能够在输出端产生一定幅度和频率的交流输出电压信号的现象。自激振荡的条件为：101FAFA，或 即 (自激振荡的幅度平衡条件)1FA （n为整数）(自激振荡的相位平衡条件)12(nFAAF 自激振荡的实质是放大电路的负反馈变为有一定的幅度的正反馈。2、消除自激振荡 一般采用改变环路的附加相移的方法，主要有两种补偿方法。(1)电容滞后补偿：加入C后使放大器在高频区的相位滞后。图3.5.2 电容滞后补偿补偿电路 2、消除自激振荡 (2)电容超前补偿：加入补偿电容改变反馈网络或基本放大器的频率
39、特性，使反馈电压的相位超前于输出电压，使总移相角小于-180o，即 180o，从而不产生自激振荡。图3.5.3 超前补偿电路 3.6 深度负反馈放大电路电压放大倍数的估算深度负反馈放大电路电压放大倍数的估算 3.6.1 深度负反馈电路的特点深度负反馈电路的特点 当电路满足深度负反馈的条件，即1+AF1时，负反馈放大电路的一般表达式为 FAFAAFAAf11foioxxxxfixx 在深度负反馈条件下，反馈信号与外加输入信号近似相等，则净输入信号约等于零。二二、深度负反馈放大电路闭环增益的估算方法、深度负反馈放大电路闭环增益的估算方法 3.6.2 深度负反馈放大电路电压放大倍数的估算深度负反馈放
40、大电路电压放大倍数的估算 一、电压串联负反馈电路一、电压串联负反馈电路 of11fuRRRu1f1f1foiouf1RRRRRuuuuA图3.6.1 电压串联负反馈电路（a)集成运放电路 （b)分立元件电路 对于图3.6.1（a）电路 2电压并联负反馈电路电压并联负反馈电路对于如图3.6.2（a）所示电路 图3.6.2电压并联负反馈电路（a)集成运放电路（b)分立元件电路 fo1iRuRu1fiofRRuuAu3电流串联负反馈电路电流串联负反馈电路对于如图3.6.3（a）所示电路图3.6.3 电流串联负反馈（a)运放电路 （b)分立元件电路RRuuuLofiRRuuuuALfoiouf4电流并
41、联负反馈电路电流并联负反馈电路图3.6.4 电流并联负反馈电路（a)运放电路 （b)分立元件电路对于如图3.6.4（a）所示电路Lof1iRuRRRRu1L1fiouf)1(RRRRRRRRRuuALf3.7 负反馈电路应用示例负反馈电路应用示例 3.7.1 音调控制电路音调控制电路 音调控制器用来调节音响放大器输出信号中高低频率分量大小，电路如图3.7.1所示。图3.7.1 负反馈音调控制器 3.7 负反馈电路应用示例负反馈电路应用示例 图3.7.1中，R1、RP1、C1、C2组成低音音调控制器，R3、RP2、C3组成高音音调控制器，它们共同构成电压并联负反馈电路。在低频区频率很低，C1、C
42、2、C3 容抗很大可视为开路，结果是高音音调控制器开断不起作用，低音音调控制器起作用。图中，当RP1的滑臂在A点时，输入电阻为R1，反馈电阻为RP1+R2，此时增益最大，对应于低音频提升最大的情况。当RP1的滑臂在B点时，反馈电阻为R2，此时增益最小，对应于低音衰减最大的情况。在高频区，频率高，C1、C2、C3的容抗很小可视为短路，结果是RP1短接，低音音调控制器不起作用，高音音调控制器起调节作用，当RP2滑臂在C点时，对应于高音衰减最大的情况；当RP2的滑臂在D点时，对应于高音提升最大的情况。3.7 负反馈电路应用示例负反馈电路应用示例 3.7.2 交流电压测量放大电路交流电压测量放大电路
43、图3.7.2所示电路是MF20型万用表交流电压测量放大电路。图3.7.2 MF20型万用表交流电压测量放大电路 3.7 负反馈电路应用示例负反馈电路应用示例 为了稳定两级放大电路静态工作点，从V2发射极至V1基极通过Rb1引入了直流负反馈。又从V2集电极经过VD1、VD2、R10、R11组成的整流桥路至V1发射极，引入了交流电流串联负反馈，其作用是提高放大电路的输入电阻和稳定输出电流。3.7 负反馈电路应用示例负反馈电路应用示例 在这交流负反馈电路中，直流微安表是输出负载，电容C4起滤波作用，使表针在低频工作时不至于抖动。当V2集电极与地之间的交流电压极性为上正下负时，电流路径为：V2集电极至
44、VD1至R10（同时通过R9至表头至R11），再至V1发射极，然后到地。在V2的集电极与地之间的交流电压极性为下正上负时，电流路径为：地至V1的发射极，再至R11（同时通过R10至R9至表头）；再至VD2，然后到V2的集电极。由此可见在流经电流表的电流方向是一致的，电流的大小反映了输入正弦电压的幅度。由于二极管正向伏安特性的非线性，在电路中采用交流电流串联负反馈后，当V2输出电压较小时，二极管电流很小，反馈电压（R1上的电压）也很小，从而提高了输出电压的幅度，使二极管的负载电流与输入电压有很好的线性比例关系。本章小结本章小结o1差分放大电路是重要的单元电路，它在分立和集成电路中应用广泛，其基本
45、性能是抑制共模信号和放大差模信号。o2差分电路有四种接线方式，双端输出时的各种性能均优于单端输出。o3集成运放具有放大倍数高、输入电阻大、输出电阻小、共模抑制比大和失调小等优点，在双电源供电时能满足零输入零输出的要求。o4按反馈性质的不同，反馈有正反馈和负反馈之分，它们可用瞬时极性法来判别。在放大电路中广泛采用的是负反馈电路。本章小结本章小结o5负反馈有四种基本组态：电压串联、电压并联、电流并联、电流串联。电压负反馈稳定输出电压，降低输出电阻；电流负反馈稳定输出电流，增大输出电阻；串联负反馈提高输入电阻；并联负反馈降低输入电阻。负反馈放大器还对稳定电路增益、扩展通频带等起积极作用。o6负反馈改善放大电路的性能是以牺牲增益为代价的。反馈越深，性能改善的效果越显著，但是可能会带来自激振荡,可采用附加相移方法加以消除。
