第7章 集成运放及其应用课件.ppt

第第7 7章章 集成运算放大器及应用集成运算放大器及应用 7.1 放大电路中的负反馈放大电路中的负反馈 将放大电路输出信号将放大电路输出信号(电压或电流电压或电流)的一部分或全部，的一部分或全部，通过某种电路通过某种电路(称为反馈电路称为反馈电路)送回到输入回路，从而影响送回到输入回路，从而影响输入信号的过程称为输入信号的过程称为反馈反馈。反馈到输入回路的信号称为反。反馈到输入回路的信号称为反馈信号。馈信号。 如如图图所示为负反馈放大电路的原理框图，它由基本放所示为负反馈放大电路的原理框图，它由基本放大电路、反馈网络和比较环节大电路、反馈网络和比较环节3部分部分组成。基本放大电路组成。基本放大电路由单级或多级组成，完成信号从输入端到输出端的正向传由单级或多级组成，完成信号从输入端到输出端的正向传输。反馈网络一般由电阻元件组成，完成信号从输出端到输。反馈网络一般由电阻元件组成，完成信号从输出端到输入端的的反向传输，即通过它来实现反馈。输入端的的反向传输，即通过它来实现反馈。 下一页 返回7.1.1 反馈的基本概念反馈的基本概念1. 反馈的定义反馈的定义负反馈放大电路的原理框图负反馈放大电路的原理框图 返回上一页 下一页通常称通常称Af为反馈放大电路的闭环放大倍数，为反馈放大电路的闭环放大倍数，A为开环为开环放大倍数，放大倍数，1+AF为反馈深度，它反应了负反馈的程度。为反馈深度，它反应了负反馈的程度。 下一页 返回上一页AFAxxxxxAfdoiof1反馈放大电路的放大倍数为：反馈放大电路的放大倍数为： 2. 正、负反馈的判别方法正、负反馈的判别方法 判断放大电路中引入的是正反馈还是负反馈，通常采判断放大电路中引入的是正反馈还是负反馈，通常采用的方法是用的方法是“瞬时极性法瞬时极性法”，具体方法如下：，具体方法如下： 先假设输入信号为某一瞬时极性，然后根据各级电路先假设输入信号为某一瞬时极性，然后根据各级电路输入、输出电压相位的关系，逐级推出其他相关点的瞬时输入、输出电压相位的关系，逐级推出其他相关点的瞬时极性，最后判断反馈到输入端的信号使静输入信号增强了极性，最后判断反馈到输入端的信号使静输入信号增强了还是减弱了。若使静输入信号增强了，则为正反馈；反之还是减弱了。若使静输入信号增强了，则为正反馈；反之为负反馈。为负反馈。 下一页 返回上一页例例 判断图示放大电路中反馈的极性。判断图示放大电路中反馈的极性。下一页 返回上一页解：设基极输入信号解：设基极输入信号ui的瞬时极性为正，则发射极反馈信号的瞬时极性为正，则发射极反馈信号uf的瞬时极性亦为正，发射结上实际得到的信号的瞬时极性亦为正，发射结上实际得到的信号ube（净输（净输入信号）与没有反馈时相比减小了，即反馈信号削弱了输入信号）与没有反馈时相比减小了，即反馈信号削弱了输入信号的作用，故可确定为负反馈。入信号的作用，故可确定为负反馈。下一页 返回上一页7.1.2 反馈的基本类型及判别方法反馈的基本类型及判别方法 根据反馈信号是取自输出电压还是取自输出电流，可根据反馈信号是取自输出电压还是取自输出电流，可分为电压反馈和电流反馈。分为电压反馈和电流反馈。的反馈信号的反馈信号xf取自输取自输出电压出电压uo，xf与与uo成正比。成正比。的反馈信号的反馈信号xf取自输取自输出电流出电流io，xf与与io成正比。成正比。 电压反馈和电流反馈的判别，通常是将放大电路的输电压反馈和电流反馈的判别，通常是将放大电路的输出端交流短路（即令出端交流短路（即令uo=0 ），若反馈信号消失，则为电），若反馈信号消失，则为电压反馈，否则为电流反馈。压反馈，否则为电流反馈。下一页 返回上一页 根据反馈网络与基本放大电路在输入端的连接方式，可分为根据反馈网络与基本放大电路在输入端的连接方式，可分为串联反馈和并联反馈。串联反馈和并联反馈。的反馈信号和输入信号以电压的反馈信号和输入信号以电压串联方式叠加，串联方式叠加，ud=uiuf，以得到基本放大电路的输入电压，以得到基本放大电路的输入电压ud。的反馈信号和输入信号以电流并联方式叠加，的反馈信号和输入信号以电流并联方式叠加，id=iiif，以得到基本放大电路的输入电流以得到基本放大电路的输入电流ii。 串联反馈和并联反馈可以根据电路结构判别。当反馈信号和串联反馈和并联反馈可以根据电路结构判别。当反馈信号和输入信号接在放大电路的同一点（另一点往往是接地点）时，输入信号接在放大电路的同一点（另一点往往是接地点）时，一般可判定为并联反馈；而接在放大电路的不同点时，一般可一般可判定为并联反馈；而接在放大电路的不同点时，一般可判定为串联反馈。判定为串联反馈。负反馈放大电路可有以下四种类型：负反馈放大电路可有以下四种类型：电压串联负反馈放大电路；电压串联负反馈放大电路；电压并联负反馈放大电路；电压并联负反馈放大电路；电流串联负反馈放大电路；电流串联负反馈放大电路；电流并联负反馈放大电路。电流并联负反馈放大电路。 下一页 返回上一页例例 判断图示电路的反馈类型判断图示电路的反馈类型 。下一页 返回上一页（a）用瞬时极性法判断反馈极性为负反馈；将输出端交流短）用瞬时极性法判断反馈极性为负反馈；将输出端交流短路，反馈信号消失，为电压反馈；反馈信号和输入信号接在放路，反馈信号消失，为电压反馈；反馈信号和输入信号接在放大电路的不同点，为串联反馈。因此，该放大电路的反馈类型大电路的不同点，为串联反馈。因此，该放大电路的反馈类型电压串联负反馈。电压串联负反馈。 （b）放大电路的反馈类型电压并联负反馈。）放大电路的反馈类型电压并联负反馈。 （c）放大电路的反馈类型电流并联负反馈。）放大电路的反馈类型电流并联负反馈。 1 1、稳定放大倍数、稳定放大倍数AFAAf1AdAAFAdAff11AAAFAFAFAFAFdAdAff11)1 (1)1 (1227.1.3 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2 2、减小非线性失真、减小非线性失真无负反馈时产生正半周大无负反馈时产生正半周大负半周小的失真。负半周小的失真。引入负反馈后，失真了的信号经引入负反馈后，失真了的信号经反馈网络又送回到输入端，与输反馈网络又送回到输入端，与输入信号反相叠加，得到的净输入入信号反相叠加，得到的净输入信号为正半周小而负半周大。这信号为正半周小而负半周大。这样正好弥补了放大器的缺陷，使样正好弥补了放大器的缺陷，使输出信号比较接近于正弦波。输出信号比较接近于正弦波。3 3、展宽通频带、展宽通频带引入负反馈可以展宽放大电路的通频带。这是因为放大电路在引入负反馈可以展宽放大电路的通频带。这是因为放大电路在中频段的开环放大倍数中频段的开环放大倍数A较高，反馈信号也较大，因而净输入信较高，反馈信号也较大，因而净输入信号降低得较多，闭环放大倍数号降低得较多，闭环放大倍数Af也随之降低较多；而在低频段和也随之降低较多；而在低频段和高频段，高频段，A较低，反馈信号较小，因而净输入信号降低得较小，较低，反馈信号较小，因而净输入信号降低得较小，闭环放大倍数闭环放大倍数Af也降低较小。这样使放大倍数在比较宽的频段上也降低较小。这样使放大倍数在比较宽的频段上趋于稳定，即展宽了通频带。趋于稳定，即展宽了通频带。4 4、改变输入电阻、改变输入电阻对于串联负反馈，由于反馈网络和输入回路串联，总对于串联负反馈，由于反馈网络和输入回路串联，总输入电阻为基本放大电路本身的输入电阻与反馈网络输入电阻为基本放大电路本身的输入电阻与反馈网络的等效电阻两部分串联相加，故可使放大电路的输入的等效电阻两部分串联相加，故可使放大电路的输入电阻增大。电阻增大。对于并联负反馈，由于反馈网络和输入回路并联，总对于并联负反馈，由于反馈网络和输入回路并联，总输入电阻为基本放大电路本身的输入电阻与反馈网络输入电阻为基本放大电路本身的输入电阻与反馈网络的等效电阻两部分并联，故可使放大电路的输入电阻的等效电阻两部分并联，故可使放大电路的输入电阻减小减小5 5、改变输出电阻、改变输出电阻对于电压负反馈，由于反馈信号正比于输出电压，反馈的作用对于电压负反馈，由于反馈信号正比于输出电压，反馈的作用是使输出电压趋于稳定，使其受负载变动的影响减小，即使放是使输出电压趋于稳定，使其受负载变动的影响减小，即使放大电路的输出特性接近理想电压源特性，故而使输出电阻减小。大电路的输出特性接近理想电压源特性，故而使输出电阻减小。对于电流负反馈，由于反馈信号正比于输出电流，反馈的作用对于电流负反馈，由于反馈信号正比于输出电流，反馈的作用是使输出电流趋于稳定，使其受负载变动的影响减小，即使放是使输出电流趋于稳定，使其受负载变动的影响减小，即使放大电路的输出特性接近理想电流源特性，故而使输出电阻增大。大电路的输出特性接近理想电流源特性，故而使输出电阻增大。通常由差动放通常由差动放大电路构成大电路构成通常由共发射极放大电路构成，目的通常由共发射极放大电路构成，目的是为了获得较高的电压放大倍数。是为了获得较高的电压放大倍数。通常由互补对通常由互补对称电路构成。称电路构成。一般由各种恒流一般由各种恒流源电路构成源电路构成返回 A + + 同相输入端同相输入端 反相输入端反相输入端 uo u u+ 集成运放的电路符号如图所示。它有两个输入端，标集成运放的电路符号如图所示。它有两个输入端，标“+”的输入端称为同相输入端，输入信号由此端输入时，输的输入端称为同相输入端，输入信号由此端输入时，输出信号与输入信号相位相同；标出信号与输入信号相位相同；标“”的输入端称为反相输的输入端称为反相输入端，输入信号由此端输入时，输出信号与输入信号相位相入端，输入信号由此端输入时，输出信号与输入信号相位相反。反。2. 集成运放的符号集成运放的符号 3. 集成运放的主要参数集成运放的主要参数 uo u u+ + + 实际特性 理想运放符号理想运放符号 运放电压传输特性运放电压传输特性 理想特性 uo u+u UOM UOM 0 非线性区分析依据：非线性区分析依据：当当i0，即，即时，时，oOM当当i0，即，即UR时，稳压管正向导通，时，稳压管正向导通， uo=0；uiUR时，稳压管正向导通，时，稳压管正向导通， uo=UZ；uiUR时，稳压管反向击穿，时，稳压管反向击穿， uo=UZ时。时。7.5.1 AFxi=0 + xd+ xfxo：在无输入信号（：在无输入信号（xi=0）时，电路中的噪扰电压使放大）时，电路中的噪扰电压使放大器产生瞬间输出器产生瞬间输出xo，经反馈网络反馈到输入端，得到瞬间输入，经反馈网络反馈到输入端，得到瞬间输入xd，再经基本放大器放大，又在输出端产生新的输出信号再经基本放大器放大，又在输出端产生新的输出信号xo，如此反，如此反复。在无反馈或负反馈情况下，输出复。在无反馈或负反馈情况下，输出xo会逐渐减小，直到消失。会逐渐减小，直到消失。但在正反馈情况下，但在正反馈情况下，xo会很快增大，最后由于饱和等原因输出稳会很快增大，最后由于饱和等原因输出稳定在定在xo，并靠反馈永久保持下去。，并靠反馈永久保持下去。返回R +RFR1CuoRC放大器 反馈网络Z1Z2正弦波振荡器的基本组成部分：正弦波振荡器的基本组成部分：基本放大电路基本放大电路正反馈网络正反馈网络选频网络选频网络正弦波振荡器的分类：正弦波振荡器的分类：RC正弦波振荡器正弦波振荡器LC正弦波振荡器正弦波振荡器R +RFR1CuoRC放大器 反馈网络Z1Z21F1RRARCRCjZZZF131212放大器的电压放大倍数为：放大器的电压放大倍数为：反馈网络具有选频作用。反馈网络具有选频作用。RC反馈网络的反馈系数为：反馈网络的反馈系数为：