1、第四章第四章 负反馈放大器与集成运算放大器负反馈放大器与集成运算放大器Q4.1 反馈的基本原理反馈的基本原理Q4.2 4.2 差分放大器差分放大器Q4.3 4.3 集成运算放大器集成运算放大器Q4.44.4集成运算放大器的应用集成运算放大器的应用Q习题习题 4.1 4.1 反馈的基本原理反馈的基本原理主要要求：主要要求：掌握反馈的基本概念、反馈的分类及判别掌握反馈的基本概念、反馈的分类及判别掌握四类基本反馈组态的特点掌握四类基本反馈组态的特点了解负反馈的对放大器性能的影响和应用了解负反馈的对放大器性能的影响和应用一、反馈的基本概念 将放大电路（或某一系统）输出端的电压或电流信号的一将放大电路（
2、或某一系统）输出端的电压或电流信号的一部分或全部，通过某种电路（或称作反馈网络）引回到放大电部分或全部，通过某种电路（或称作反馈网络）引回到放大电路的输入端，这种信号的反送过程称为路的输入端，这种信号的反送过程称为反馈（反馈（Feedback）。输。输出回路中反送到输入回路的那部分信号称为出回路中反送到输入回路的那部分信号称为反馈信号反馈信号。净输入净输入举例 反馈反馈网络网络回路回路信号信号叠加叠加符号符号反馈方框图反馈方框图iXdo/XXA反馈放大电路的方框图 净输入净输入 为实现反馈，必须有一个既连接输出回路又连接输入回路为实现反馈，必须有一个既连接输出回路又连接输入回路的中间环节，称为
3、的中间环节，称为反馈网络反馈网络，一般由电阻电容元件组成。，一般由电阻电容元件组成。引入反馈的放大电路叫引入反馈的放大电路叫反馈放大器反馈放大器，也叫，也叫闭环放大器闭环放大器；未引入反馈的放大电路称为未引入反馈的放大电路称为开环放大器开环放大器，也叫，也叫基本放大器基本放大器。二、反馈的分类负反馈衰减负反馈衰减正反馈自激正反馈自激 输出并输出并联连接联连接输出串输出串联连接联连接 输入串联输入串联连接，引连接，引入电压量入电压量输入并输入并联连接，联连接，引入电引入电流量流量 综上所述：负反馈的基本类型有四种：综上所述：负反馈的基本类型有四种：电压串联负反馈电压串联负反馈电压并联负反馈电压并
4、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 三、反馈类型的判别（步骤）三、反馈类型的判别（步骤）uf=0电压反馈电压反馈uf0电流反馈电流反馈 引入电引入电压量压量uf引入电引入电流量流量if并联反馈并联反馈串联反馈串联反馈 解释瞬时极性 共射组共射组态倒相态倒相共射组共射组态倒相态倒相+四四.负反馈放大电路的举例负反馈放大电路的举例1.电流串联负反馈电流串联负反馈反馈元件为反馈元件为Re，跨接在输出与输入回路之间，将放大器的输，跨接在输出与输入回路之间，将放大器的输出电流的部分转化为电压以影响净输入出电流的部分转化为电压以影响净输入ube。仍有仍有uf0，电流反馈，电流
5、反馈引入电压量引入电压量uf，串联反馈串联反馈输出短路法判断为电流反馈；反馈节点接地法判断为串联反输出短路法判断为电流反馈；反馈节点接地法判断为串联反馈；瞬时极性法判断正负，馈；瞬时极性法判断正负，uf与与ui同相变化，而净输入同相变化，而净输入ubeuiuf，故反馈削弱输入信号，为负反馈。，故反馈削弱输入信号，为负反馈。2.电压并联负反馈电压并联负反馈反馈元件为反馈元件为Rf，跨接在输出与输入回路之间，将放大器的输，跨接在输出与输入回路之间，将放大器的输出电压引入到输入回路中（晶体管出电压引入到输入回路中（晶体管VTVT的基极）。的基极）。无反馈信号无反馈信号，电压反馈，电压反馈引入电流量引
6、入电流量if，串联反馈串联反馈+输出短路法判断为电压反馈；反馈节点接地法判断为并联反输出短路法判断为电压反馈；反馈节点接地法判断为并联反馈；瞬时极性法判断正负，馈；瞬时极性法判断正负，if与与ui倒相变化，而净输入倒相变化，而净输入ibiiif，故反馈削弱输入信号，为负反馈。，故反馈削弱输入信号，为负反馈。电压并联负反馈电压并联负反馈 五五.负反馈对放大电路工作性能的影响负反馈对放大电路工作性能的影响1.负反馈放大器的放大倍数（降低放大倍数）负反馈放大器的放大倍数（降低放大倍数）反馈放大器的方框图 ofdoXXFXXA，iofXXA闭环放大倍数为fidXXX负反馈的净输入为doofdofdoi
7、of1XXXXXXXXXXXA可得FAAA1f即称称为为反反馈馈深深度度其其中中FA1基本电路放大倍数（F为反馈系数）（引入反馈后的放大倍数）由此可见，闭环增益由此可见，闭环增益Af是开环增益是开环增益A的的（1AF）分之分之一，反馈深度表示了反馈影响的程度。一，反馈深度表示了反馈影响的程度。2.提高放大倍数的稳定性提高放大倍数的稳定性输入信号一定时，采用电压负反馈或电流负反馈，可稳定输出电压或输出电流。3.减小非线线性失真减小非线线性失真负反馈越深，输出波形失真越小。4.改变了输入、输出电阻改变了输入、输出电阻输入、输出电阻发生变化，阻值是增加还是减小取决于采用哪种负反馈形式。3.2 3.2
8、 差分放大器差分放大器主要要求：主要要求：掌握基本差分放大器的组成。掌握基本差分放大器的组成。掌握差分放大器的输入方式。掌握差分放大器的输入方式。了解差分放大器的几种接法。了解差分放大器的几种接法。在实际的电子设备中，为了得到足够大的放大倍数或者使输入电阻和输出电阻达到指标要求，一个放大电路往往由多级组成。多级放大电路由输入级、中间级及输出级组成。图3.2 多级放大电路框图 多级放大电路是将各单级放大电路连接起来，这种级间连接方式称为耦合。要求前级的输出信号通过耦合不失真地传输到后级的输入端。常见耦合方式阻容耦合、变压器耦合、直接耦合。直接耦合是将前级放大电路和后级放大电路直接相连的耦合方式，
9、这种耦合方式称为直接耦合，（1）静态工作点相互影响（2）零点漂移现象 由于温度变化等原因，使放大电路在输入信号为零时输出信号不为零的现象称为零点漂移。产生零点漂移的主要原因是由于温度变化而引起的。因而，零点漂移的大小主要由温度所决定。差动式放大电路对于放大变化非常缓慢的直流信号时，必须采用直接耦合。一、基本差动放大电路的组成完全对称完全对称 二、电路分析 静态静态静态时UI1=UI2=0，输出电压Uo=UO1-UO2=0动态动态（1）抑制零点漂移当温度变化时，两个单管放大电路的工作点都要发生变动，因而产生漂移UO1和UO2。由于电路是对称的，所以UO1=UO2。则差动放大电路的输出漂移UO=U
10、O1-UO2，即消除了零点漂移。1、工作原理 2、输入信号类型及差模电压放大倍数、输入信号类型及差模电压放大倍数 基本差分放大器的输入信号可以分为基本差分放大器的输入信号可以分为共模信号共模信号和和差模信号差模信号两种。两种。共模输入：共模输入：uI1与与uI2大小相等、极性相同的部分为共模信号分大小相等、极性相同的部分为共模信号分量，用量，用uIC表示。而表示。而uI1=uI2时为共模输入状态。时为共模输入状态。共模输入状态共模输入状态 因电路对称，所以此时输出电压因电路对称，所以此时输出电压uOC恒为零，这与输入信号为恒为零，这与输入信号为零（静态）的输出结果相同，说明差分放大器对共模信号
11、有零（静态）的输出结果相同，说明差分放大器对共模信号有抑制能力。实质对零漂的抑制。抑制能力。实质对零漂的抑制。差模输入：在放大器两输入端分别输入大小相等、方向相反差模输入：在放大器两输入端分别输入大小相等、方向相反的信号，即的信号，即uI1=uI2。这种输入方式称为差模输入。这种输入方式称为差模输入。这种信号称为差模信号。这种信号称为差模信号。用用uID表示。表示。即即uI1=uID/2，uI2=uID/2。差模输入状态差模输入状态 2/)(22ID21O2O1ODID2I22O2ID1I11O1uAAuuuuAuAuuAuAu IDIDOD2/2AuuAuAuuAIDODd可见，差模放大倍数
12、 3.共模抑制比共模抑制比表明差分放大器放大差模信号、抑制共模信号的能力，定义为表明差分放大器放大差模信号、抑制共模信号的能力，定义为dBlgcdCMRcdCMRAAKAAK20，或者分贝表达法 4.3 4.3 集成运算放大器集成运算放大器主要要求：主要要求：了解集成运算放大器了解集成运算放大器了解集成运算放大器的内部电路组成。了解集成运算放大器的内部电路组成。将晶体管、二极管、电阻的元件及连线全部几种制造在同一块将晶体管、二极管、电阻的元件及连线全部几种制造在同一块半导体基片上，成为一个完整的固体电路，通称为半导体基片上，成为一个完整的固体电路，通称为集成电路。集成电路。一、集成运算放大器的
13、内部组成集成运算放大器内部组成原理框图 1.输入级输入级输入级是提高运算放大器质量的关键部分,要求其输入电阻高,为了能减小零点漂移和抑制共摸干扰信号。采用具有恒流源的差动式放大电路。2.中间级中间级中间级的主要作用是提供足够大的电压放大倍数，故又称为电压放大级。3.输出级输出级输出级的主要作用是输出足够的电流以满足负载的需要，同时还需要有较高的输入电阻和较低的输出电阻，以起到将放大级和负载隔离的作用。输出级一般由射级输出器组成，以降低输出电阻，从而提高电路的带负载能力。4.偏置电路偏置电路偏置电路的作用是为各级提供合适的工作电流，一般由各种恒流源电路组成。偏置电路偏置电路输出级输出级中间级中间
14、级输入级输入级国产国产F007运放电路原理图运放电路原理图举例 二、集成运放的符号集成运放符号集成运放符号 三、集成运放的主要性能指标1.开环差模电压放大倍数开环差模电压放大倍数AodAod是集成运放在开环时（无外加反馈时）输出电压与输入差是集成运放在开环时（无外加反馈时）输出电压与输入差模信号电压之比，常用分贝（模信号电压之比，常用分贝（dB）表示，目前最高可达）表示，目前最高可达140dB。2.差模输入电阻差模输入电阻ridr ridid是集成运放两输入端之间的动态电阻，以是集成运放两输入端之间的动态电阻，以r rididuID/iI表示，表示，是衡量信号源索取电流大小的标志，一般为是衡量
15、信号源索取电流大小的标志，一般为M数量级。以场数量级。以场效应晶体管为输入级的可达效应晶体管为输入级的可达106M。3.输出电阻输出电阻ror ro o是运放开环工作时，从输出端等效的电阻，表明带负载能力。是运放开环工作时，从输出端等效的电阻，表明带负载能力。值越小带负载能力越强。值越小带负载能力越强。4.共模抑制比共模抑制比KCMRKCMR是差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比，即是差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比，即KCMR|Aod/Aoc|,一般以分贝表达，一般以分贝表达，KCMR20lg(|Aod/Aoc|)，高质量的，高质量的运放可达运放可达160dB。思考题：1、直接耦合放
16、大电路能否放大交流信号？2、什么是零点漂移？产生零点漂移的主要因素是什么？3、差分放大电路的特点是什么？4、集成运算放大器的内部组成是由几部分组成的？4.4 4.4 集成运算放大器的应用集成运算放大器的应用掌握理想集成运算放大器及其分析方法掌握理想集成运算放大器及其分析方法掌握集成运算放大器的线性应用。掌握集成运算放大器的线性应用。主要要求：主要要求：运算放大器的应用广泛，从工作状态来分，可分为负反馈运算放大器的应用广泛，从工作状态来分，可分为负反馈应用、开环和正反馈应用。应用、开环和正反馈应用。u负反馈应用：引入负反馈，电路一般工作在线性区内，所以负反馈应用：引入负反馈，电路一般工作在线性区
17、内，所以称为线性应用。称为线性应用。u开环和正反馈应用：电路多数工作于非线性状态，称为非线开环和正反馈应用：电路多数工作于非线性状态，称为非线性应用。性应用。在分析集成运放组成的各种电路时，为了便于分析与计算，在分析集成运放组成的各种电路时，为了便于分析与计算，常把实际运放作为常把实际运放作为理想运放理想运放来处理，以简化计算。集成运放有来处理，以简化计算。集成运放有两种工作状态：两种工作状态：线性线性与与非线性非线性。运算放大器的基本应用电路运算放大器的基本应用电路 理想化条件：当运算放大器工作于线性状态时，即可视为一个理想的电压放大器。)(odouuAu uuuu即0结论一 0II ii结
18、论二运算放大器一般工作于线性范围内，就是用电阻、电容、二极管等元件跨接于输出端和反相输入端之间引入深度电压负反馈。集成运放工作在线性区的必要条件是采用负反馈 1.反相输入式反相输入式 uuii“虚短”“虚断”运放线性外接负反馈0II运算电路运算电路外接电阻反馈电阻平衡电阻说明说明反相端虽然没有直接接地，但其电位端为地电位，但并未反相端虽然没有直接接地，但其电位端为地电位，但并未真正接地，称为真正接地，称为“虚地虚地”。（或反相输入端电位接近。（或反相输入端电位接近“零零”的的现象）此为反相输入式放大电路的重要特征。现象）此为反相输入式放大电路的重要特征。（1）虚地的概念不接地的虚不接地的虚地点
19、地点 fofoF0RuRuuiu，有由V1I1IIFIRuRuuiiiI1fofo1IuRRuRuRu，即（2）电压放大倍数1fIoufRRuuA 1IIifRiur0ofr（3）输入输出电阻输入电阻（虚地）输出电阻 例例1解解50105001fufKKRRAK101if RrKK8.95001050010/f12RRR “+”端电位为端电位为uI uuii“虚短”“虚断”运放线性外接负反馈0II电流通路由电流通路由R1、Rf组成组成负反馈，负反馈，R2电阻是平衡电阻是平衡电阻，电阻，R2=R1/Rf。1oIfF1I110RuuRuuiRuRuio，1fIouf1RRuuAF1ii 由I1fo
20、)1(uRRu结论 加法运算电路加法运算电路“-”端端0V，虚，虚地地f3214R/R/R/RR 平衡电阻1.加法运算加法运算三、运算放大器的线性应用在比例运算放大电路的反向输入端加三个信号电压 foF33322211111RuiRuiRuiRuRuui，IIII0fo332211RuRuRuRuIII)(33f22f1foIII1uRRuRRuRRu)(32oIII1uuuu0CLF321iiii，由2.减法运算减法运算uuii“虚短”“虚断”运放线性0II 1f1oI1I111I1RRRuuuRiuu11I1I1I2323RRRuuuuuRRRufoI11fI23231fo)(1(uRRuRRRRRu )(I1I21fouuRRuI1I2ouuu 例例4差分减法电路差分减法电路 1010KK1001fI1I2oufRRuuuAV4V)6.12.1(10)(I1I2ufo-uuAu 本章小结本章小结
