集成运算放大电路精选文档.ppt

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1、本讲稿第一页，共五十九页4.1反反馈馈的基本概念的基本概念4.1.1 反馈的概念1.什么是反馈在在电电子子系系统统中中，把把放放大大电电路路输输出出量量（电电压压或或电电流流）的的部部分分或或全全部部，经经过过一一定定的的电电路路或或元元件件反反送送回回到到放放大大电电路路的的输输入入端端，从从而而牵牵制制输输出出量量，这这种种措措施施称称为为反反馈馈。有有反反馈馈的放大的放大电电路称路称为为反反馈馈放大放大电电路。路。本讲稿第二页，共五十九页2.反馈电路的一般方框图任任意意一一个个反反馈馈放放大大电电路路都都可可以以表表示示为为一一个个基基本本放放大大电电路路和和反反馈馈网网络络组组成成的的

2、闭闭环环系系统统，其构成如，其构成如图图4.1所示。所示。本讲稿第三页，共五十九页图图4.1反馈放大电路的一般方框图反馈放大电路的一般方框图本讲稿第四页，共五十九页图图中中Xi、Xid、Xf、Xo分分别别表表示示放放大大电电路路的的输输入入信信号号、净净输输入入信信号号、反反馈馈信信号号和和输输出出信号，它信号，它们们可以是可以是电压电压量，也可以是量，也可以是电电流量。流量。没有引入反馈时的基本放大电路叫做开没有引入反馈时的基本放大电路叫做开环电路，其中的环电路，其中的A表示基本放大电路的放大表示基本放大电路的放大倍数，也称为开环放大倍数。倍数，也称为开环放大倍数。本讲稿第五页，共五十九页3

3、.反馈元件在在反反馈馈电电路路中中，既既与与基基本本放放大大电电路路输输入入回回路路相相连连，又又与与输输出出回回路路相相连连的的元元件件，以以及及与与反反馈馈支支路路相相连连且且对对反反馈馈信信号号的的大大小小产产生影响的元件，均称生影响的元件，均称为为反反馈馈元件。元件。本讲稿第六页，共五十九页4.1.2 反馈放大电路的一般表达式1.闭环放大倍数Af2.反馈深度（1AF）本讲稿第七页，共五十九页4.2反反馈馈的的类类型及其判定方法型及其判定方法4.2.1 正反馈和负反馈按按照照反反馈馈信信号号极极性性的的不不同同进进行行分分类类，反反馈馈可以分可以分为为正反正反馈馈和和负负反反馈馈。本讲稿

4、第八页，共五十九页1.定义（1）正正反反馈馈：引引入入的的反反馈馈信信号号Xf增增强强了了外外加加输输入入信信号号的的作作用用，使使放放大大电电路路的的净净输输入入信信号号增增加加，导导致致放放大大电电路路的的放放大大倍数提高的反倍数提高的反馈馈。正正反反馈馈主主要要用用于于振振荡荡电电路路、信信号号产产生生电电路，其他路，其他电电路中路中则则很少用正反很少用正反馈馈。本讲稿第九页，共五十九页（2）负负反反馈馈：引引入入的的反反馈馈信信号号Xf削削弱弱了了外外加加输输入入信信号号的的作作用用，使使放放大大电电路路的的净净输输入入信信号号减减小小，导导致致放放大大电电路路的的放放大大倍倍数数减小

5、的反减小的反馈馈。一一般般放放大大电电路路中中经经常常引引入入负负反反馈馈，以以改善放大改善放大电电路的性能指路的性能指标标。本讲稿第十页，共五十九页2.判定方法常常用用电电压压瞬瞬时时极极性性法法判判定定电电路路中中引引入反入反馈馈的极性，具体方法如下。的极性，具体方法如下。（1）先先假假定定放放大大电电路路的的输输入入信信号号电电压压处处于于某某一一瞬瞬时时极极性性。如如用用“”号号表表示示该该点点电电压压的的变变化化是是增增大大；用用“-”号号表表示示电电压压的的变变化是减小。化是减小。本讲稿第十一页，共五十九页（2）按按照照信信号号单单向向传传输输的的方方向向（如如图图4.1中中所所示

6、示），同同时时根根据据各各级级放放大大电电路路输输出出电电压压与与输输入入电电压压的的相相位位关关系系，确确定定电电路路中中相关各点相关各点电压电压的瞬的瞬时时极性。极性。（3）根根据据反反送送到到输输入入端端的的反反馈馈电电压压信信号号的的瞬瞬时时极极性性，确确定定是是增增强强还还是是削削弱弱了了原原来来输输入入信信号号的的作作用用。如如果果是是增增强强，则则引引入入的的为为正反正反馈馈；反之，；反之，则为负则为负反反馈馈。本讲稿第十二页，共五十九页判判定定反反馈馈的的极极性性时时，一一般般有有这这样样的的结结论论：在在放放大大电电路路的的输输入入回回路路，输输入入信信号号电电压压ui和和反

7、反馈馈信信号号电电压压uf相相比比较较。当当输输入入信信号号ui和和反反馈馈信信号号uf在在相相同同端端点点时时，如如果果引引入入的的反反馈馈信信号号uf和和输输入入信信号号ui同同极极性性，则则为为正正反反馈馈；若若二二者者的的极极性性相相反反，则则为为负负反反馈馈。当当输输入入信信号号ui和和反反馈馈信信号号uf不不在在相相同同端端点点时时，若若引引入入的的反反馈馈信信号号uf和和输输入入信信号号ui同同极极性性，则则为为负负反反馈馈；若若二二者者的的极极性性相相反反，则则为为正正反反馈馈。图图4.2所示所示为为反反馈馈极性的判定方法。极性的判定方法。本讲稿第十三页，共五十九页图4.2 反

8、馈极性的判定 本讲稿第十四页，共五十九页如如果果反反馈馈放放大大电电路路是是由由单单级级运运算算放放大大器器构构成成，则则有有反反馈馈信信号号送送回回到到反反相相输输入入端端时时，为为负负反反馈馈；反反馈馈信信号号送送回回到到同同相相输输入入端端时时，为为正反正反馈馈。本讲稿第十五页，共五十九页4.2.2 交流反馈和直流反馈根根据据反反馈馈信信号号的的性性质质进进行行分分类类，反反馈馈可以分可以分为为交流反交流反馈馈和直流反和直流反馈馈。1.定义（1）直流反馈：反反馈馈信号中只包含直流成分。信号中只包含直流成分。（2）交流反馈：反馈信号中只包含交流成分。反馈信号中只包含交流成分。本讲稿第十六页

9、，共五十九页2.判定方法交交流流反反馈馈和和直直流流反反馈馈的的判判定定，可可以以通通过过画画反反馈馈放放大大电电路路的的交交、直直流流通通路路来来完完成成。在在直直流流通通路路中中，如如果果反反馈馈回回路路存存在在，即即为为直直流流反反馈馈；在在交交流流通通路路中中，如如果果反反馈馈回回路路存存在在，即即为为交交流流反反馈馈；如如果果在在直直、交交流流通通路路中中，反反馈馈回路都存在，即回路都存在，即为为交、直流反交、直流反馈馈。本讲稿第十七页，共五十九页4.2.3 电压反馈和电流反馈1.定义（1）电压反馈：反反馈馈信号从信号从输输出出电压电压uo采采样样。（2）电流反馈：反馈信号从输出电流

10、反馈信号从输出电流io采样。采样。本讲稿第十八页，共五十九页2.判定方法（1）根根据据定定义义判判定定，方方法法是是：令令uo=0，检检查查反反馈馈信信号号是是否否存存在在。若若不不存存在在，则则为电压为电压反反馈馈；否；否则为电则为电流反流反馈馈。（2）一般电压反馈的采样点与输出电）一般电压反馈的采样点与输出电压在相同端点；电流反馈的采样点与输出压在相同端点；电流反馈的采样点与输出电压在不同端点。电压在不同端点。本讲稿第十九页，共五十九页4.2.4 串联反馈和并联反馈1.定义（1）串串联联反反馈馈：反反馈馈信信号号Xf与与输输入入信信号号Xi在在输输入入回回路路中中以以电电压压的的形形式式相

11、相加加减减，即在即在输输入回路中彼此串入回路中彼此串联联。（2）并并联联反反馈馈：反反馈馈信信号号Xf与与输输入入信信号号Xi在在输输入入回回路路中中以以电电流流的的形形式式相相加加减减，即在即在输输入回路中彼此并入回路中彼此并联联。本讲稿第二十页，共五十九页2.判定方法如如果果输输入入信信号号Xi与与反反馈馈信信号号Xf在在输输入入回回路路的的不不同同端端点点，则则为为串串联联反反馈馈；若若输输入入信信号号Xi与与反反馈馈信信号号Xf在在输输入入回回路路的的相相同同端端点，点，则为则为并并联联反反馈馈。本讲稿第二十一页，共五十九页4.2.5 交流负反馈放大电路的四种组态1.电压串联负反馈如如

12、图图4.6所所示示负负反反馈馈放放大大电电路路，采采样样点点和和输输出出电电压压同同端端点点，为为电电压压反反馈馈；反反馈馈信信号号与与输输入入信信号号在在不不同同端端点点，为为串串联联反反馈馈。因此因此电电路引入的反路引入的反馈为电压馈为电压串串联负联负反反馈馈。本讲稿第二十二页，共五十九页图图4.6电压电压串串联负联负反反馈馈本讲稿第二十三页，共五十九页放放大大电电路路引引入入电电压压串串联联负负反反馈馈后后，通通过过自自身身闭闭环环系系统统的的调调节节，可可使使输输出出电电压压趋趋于于稳稳定。定。电电压压串串联联负负反反馈馈的的特特点点：输输出出电电压压稳稳定定，输输出出电电阻阻减减小小

13、，输输入入电电阻阻增增大大，具具有有很很强强的的带负载带负载能力。能力。本讲稿第二十四页，共五十九页2.电压并联负反馈如图如图4.7所示由运放所构成的电路，采所示由运放所构成的电路，采样点和输出电压在同端点，为电压反馈；反样点和输出电压在同端点，为电压反馈；反馈信号与输入信号在同端点，为并联反馈。馈信号与输入信号在同端点，为并联反馈。因此电路引入的反馈为电压并联负反馈。因此电路引入的反馈为电压并联负反馈。本讲稿第二十五页，共五十九页图图4.7电压电压并并联负联负反反馈馈本讲稿第二十六页，共五十九页电压电压并并联负联负反反馈馈的特点：的特点：输输出出电压稳电压稳定，定，输输出出电电阻减小，阻减小

14、，输输入入电电阻减小。阻减小。本讲稿第二十七页，共五十九页3.电流串联负反馈如图如图4.8所示电路，电路中电阻所示电路，电路中电阻R1构成构成反馈网络反馈网络F。电电流流串串联联负负反反馈馈的的特特点点：输输出出电电流流稳稳定，定，输输出出电电阻增大，阻增大，输输入入电电阻增大。阻增大。本讲稿第二十八页，共五十九页图4.8 电流串联负反馈 本讲稿第二十九页，共五十九页4.电流并联负反馈如图如图4.9所示由运放所构成的电路，反所示由运放所构成的电路，反馈信号与输入信号在同端点，为并联反馈；馈信号与输入信号在同端点，为并联反馈；输出电压输出电压uo=0时，反馈信号仍然存在，为时，反馈信号仍然存在，

15、为电流反馈。因此电路引入的反馈为电流并电流反馈。因此电路引入的反馈为电流并联负反馈。联负反馈。电电流流并并联联负负反反馈馈的的特特点点为为：输输出出电电流流稳稳定，定，输输出出电电阻增大，阻增大，输输入入电电阻减小。阻减小。本讲稿第三十页，共五十九页图4.9 电流并联负反馈 本讲稿第三十一页，共五十九页4.3负负反反馈对馈对放大放大电电路性能的影路性能的影响响4.3.1 负反馈对放大电路性能的影响从从反反馈馈放放大大电电路路的的一一般般表表达达式式可可知知，电电路路中中引引入入负负反反馈馈后后其其增增益益下下降降，但但放放大大电电路路的的其其他他性性能能会会得得到到改改善善，如如提提高高放放大

16、大倍倍数数的的稳稳定定性性、减减小小非非线线性性失失真真、抑抑制制噪噪声干声干扰扰、扩扩展通展通频带频带等。等。本讲稿第三十二页，共五十九页1.提高放大倍数的稳定性闭闭环环放放大大电电路路增增益益的的相相对对变变化化量量是是开开环环放放大大电电路路增增益益相相对对变变化化量量的的（1+AF）分分之之一一。即即负负反反馈馈电电路路的的反反馈馈越越深深，放放大大电电路的增益也就越路的增益也就越稳稳定。定。前前面面的的分分析析表表明明，电电压压负负反反馈馈使使输输出出电电压压稳稳定定，电电流流负负反反馈馈使使输输出出电电流流稳稳定定，即即在在输输入入一一定定的的情情况况下下，可可以以维维持持放放大大

17、器器增益的增益的稳稳定。定。本讲稿第三十三页，共五十九页2.减小环路内的非线性失真三三极极管管是是一一个个非非线线性性器器件件，放放大大器器在在对对信信号号进进行行放放大大时时不不可可避避免免地地会会产产生生非非线线性性失失真真。假假设设放放大大器器的的输输入入信信号号为为正正弦弦信信号号，没没有有引引入入负负反反馈馈时时，开开环环放放大大器器产产生生如如图图4.10（a）所所示示的的非非线线性性失失真真，即即输输出出信信号号的正半周幅度的正半周幅度变变大，而大，而负负半周幅度半周幅度变变小。小。本讲稿第三十四页，共五十九页图图4.10引入引入负负反反馈馈减小失真减小失真本讲稿第三十五页，共五

18、十九页现现在在引引入入负负反反馈馈，假假设设反反馈馈网网络络为为不不会会引引起起失失真真的的线线性性网网络络，则则反反馈馈回回的的信信号号同同输输出出信信号号的的波波形形一一样样。反反馈馈信信号号在在输输入入端端与与输输入入信信号号相相比比较较，使使净净输输入入信信号号Xid=（Xi-Xf）的的波波形形正正半半周周幅幅度度变变小小，而而负负半半周周幅幅度度变变大大，如如图图4.10（b）所所示示。经经基基本本放放大大电电路路放放大大后后，输输出出信信号号趋趋于于正正、负负半半周周对对称的正弦波，从而减小了非称的正弦波，从而减小了非线线性失真。性失真。本讲稿第三十六页，共五十九页图图4.10引入

19、引入负负反反馈馈减小失真减小失真本讲稿第三十七页，共五十九页注注意意，引引入入负负反反馈馈减减小小的的是是环环路路内内的的失失真真。如如果果输输入入信信号号本本身身有有失失真真，此此时时引引入负反馈的作用不大。入负反馈的作用不大。本讲稿第三十八页，共五十九页3.抑制环路内的噪声和干扰在在反反馈馈环环内内，放放大大电电路路本本身身产产生生的的噪噪声声和和干干扰扰信信号号，可可以以通通过过负负反反馈馈进进行行抑抑制制，其其原原理理与与减减小小非非线线性性失失真真的的原原理理相相同同。但但对对反反馈馈环环外外的的噪噪声声和和干干扰扰信信号号，引引入入负负反反馈馈也无能也无能为为力。力。本讲稿第三十九

20、页，共五十九页4.扩展频带频频率率响响应应是是放放大大电电路路的的重重要要特特性性之之一一。在在多多级级放放大大电电路路中中，级级数数越越多多，增增益益越越大大，频频带带越越窄窄。引引入入负负反反馈馈后后，可可有有效效扩扩展展放放大大电电路的通路的通频带频带。图图4.11所所示示为为放放大大器器引引入入负负反反馈馈后后通通频频带带的的变变化化。根根据据上上、下下限限频频率率的的定定义义，从从图图中中可可见见，放放大大器器引引入入负负反反馈馈以以后后，其其下下限限频频率率降降低低，上上限限频频率率升升高高，通通频频带带变变宽宽。本讲稿第四十页，共五十九页图图4.11负反馈扩展频带负反馈扩展频带本

21、讲稿第四十一页，共五十九页5.改变输入和输出电阻（1）负反馈对放大电路输入电阻的影响串串联联负负反反馈馈使使放放大大电电路路的的输输入入电电阻阻增增大；而并大；而并联负联负反反馈馈使使输输入入电电阻减小。阻减小。（2 2）负负反反馈对馈对放大放大电电路路输输出出电电阻的影响阻的影响电电压压负负反反馈馈使使放放大大电电路路的的输输出出电电阻阻减减小；而小；而电电流流负负反反馈馈使使输输出出电电阻增大。阻增大。本讲稿第四十二页，共五十九页4.3.2 放大电路引入负反馈的一般原则放大放大电电路引入路引入负负反反馈馈的一般原的一般原则则是：是：（1）要要稳稳定定放放大大电电路路的的静静态态工工作作点点

22、Q，应该应该引入直流引入直流负负反反馈馈。（2）要要改改善善放放大大电电路路的的动动态态性性能能（如如增增益益的的稳稳定定性性、稳稳定定输输出出量量、减减小小失失真真、扩扩展展频带频带等），等），应该应该引入交流引入交流负负反反馈馈。本讲稿第四十三页，共五十九页（3）要要稳稳定定输输出出电电压压，减减小小输输出出电电阻阻，提提高高电电路的路的带负载带负载能力，能力，应该应该引入引入电压负电压负反反馈馈。（4）要要稳稳定定输输出出电电流流，增增大大输输出出电电阻阻，应应该该引入引入电电流流负负反反馈馈。（5）要要提提高高电电路路的的输输入入电电阻阻，减减小小电电路路向向信号源索取的信号源索取的电

23、电流，流，应该应该引入串引入串联负联负反反馈馈。本讲稿第四十四页，共五十九页（6）要要减减小小电电路路的的输输入入电电阻阻，应应该该引引入并入并联负联负反反馈馈。注注意意，在在多多级级放放大大电电路路中中，为为了了达达到到改改善善放放大大电电路路性性能能的的目目的的，所所引引入入的的负负反反馈馈一般一般为级间为级间反反馈馈。本讲稿第四十五页，共五十九页4.3.3 负反馈放大电路的稳定问题1.自激振荡产生的原因在多级放大电路中，当附加相位移的在多级放大电路中，当附加相位移的值等于值等于180时，会导致中频引入的负反馈时，会导致中频引入的负反馈转为正反馈，转为正反馈，从而出从而出现现自激振自激振荡

24、荡。本讲稿第四十六页，共五十九页2.自激振荡产生的条件由相位条件可知，当负反馈放大电路由相位条件可知，当负反馈放大电路自激振荡时，电路产生自激振荡时，电路产生180的附加相位移，的附加相位移，使原来的负反馈转为正反馈。使原来的负反馈转为正反馈。3.负反馈放大电路稳定工作的条件自激振荡的两个条件不能同时满足，自激振荡的两个条件不能同时满足，这样可以保证反馈放大电路稳定地工作。这样可以保证反馈放大电路稳定地工作。本讲稿第四十七页，共五十九页4.消除自激振荡常用的方法（1）电容滞后相位补偿法（2）RC滞后相位补偿法（3）RC元件反馈补偿法本讲稿第四十八页，共五十九页图4.13 RC频率特性补偿电路

25、本讲稿第四十九页，共五十九页4.4深度深度负负反反馈馈放大放大电电路的估算路的估算4.4.1 深度负反馈放大电路的特点（1）闭闭环环放放大大倍倍数数Af只只取取决决于于反反馈馈系系数数F，和基本放大，和基本放大电电路的放大倍数路的放大倍数A无关。无关。（2）深深度度负负反反馈馈条条件件下下有有反反馈馈量量Xf近近似等于似等于输输入量入量Xi，即，即XiXf。（3）深深度度负负反反馈馈条条件件下下，反反馈馈环环路路内内的参数可以认为理想。的参数可以认为理想。本讲稿第五十页，共五十九页4.4.2 深度负反馈放大电路的估算1.估算深度负反馈放大电路电压增益的步骤本讲稿第五十一页，共五十九页图4.14

26、 深度串联负反馈uiuf 本讲稿第五十二页，共五十九页图4.15 深度并联负反馈iiif 本讲稿第五十三页，共五十九页4.5实际应实际应用用电电路路举举例例1.通用前置放大电路图图4.20所示为用于音频或视频放大的所示为用于音频或视频放大的通用前置放大电路。通用前置放大电路。本讲稿第五十四页，共五十九页图4.20 通用前置放大电路 本讲稿第五十五页，共五十九页2.精密电流变换器图图4.21所示为运放和场效应管电路、所示为运放和场效应管电路、三极管电路构成的反馈放大电路。三极管电路构成的反馈放大电路。本讲稿第五十六页，共五十九页图4.21 精密电流变换器 本讲稿第五十七页，共五十九页3.高阻宽带缓冲器图图4.22所示为共源极场效应管放大电所示为共源极场效应管放大电路和共射极三极管放大电路所构成的反馈路和共射极三极管放大电路所构成的反馈放大电路。放大电路。本讲稿第五十八页，共五十九页图4.22 高阻宽带缓冲器 本讲稿第五十九页，共五十九页