負(fù)反饋放大器及集成運(yùn)算放大器.ppt

第3章 負(fù)反饋放大器及集成運(yùn)算放大器,本章導(dǎo)讀,本章介紹了反饋的基本概念和結(jié)構(gòu)，反饋類型的分類及判別。由負(fù)反饋的四種基本組態(tài)出發(fā)，討論負(fù)反饋對(duì)放大電路的影響。 介紹了基本差動(dòng)放大電路的組成、分析及放大電路的改進(jìn);集成運(yùn)算放大器的電路結(jié)構(gòu)、符號(hào)及參數(shù);集成運(yùn)算放大器的基本電路的分析及應(yīng)用;振蕩器的自激條件及RC振蕩器和LC振蕩器。,3.1 負(fù)反饋放大器,3.1.1 反饋的基本概念與組態(tài) 1.反饋的基本概念,將放大電路輸出信號(hào)（電壓或電流）的一部分或全部，通過(guò)某一電路送回輸入端，稱為反饋。具有反饋?zhàn)饔玫姆糯笃鹘蟹答伔糯笃?。反饋到輸入回路的信?hào)稱為反饋信號(hào)。由輸出信號(hào)形成反饋信號(hào)的電路叫反饋電路或反饋網(wǎng)絡(luò)。構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)的元件叫反饋元件。反饋信號(hào)與輸出信號(hào)之比叫反饋系數(shù)。如果反饋信號(hào)削弱了輸入信號(hào)使放大電路的凈輸入減小，導(dǎo)致電路的放大倍數(shù)降低的反饋稱為負(fù)反饋，反之，則為正反饋。,2.反饋放大器的結(jié)構(gòu),負(fù)反饋放大電路的結(jié)構(gòu)分為兩部分: 一個(gè)是基本放大電路; 另一個(gè)就是反饋電路（或稱反饋網(wǎng)絡(luò)）。 通常用反饋環(huán)方框圖表示。,（1）正反饋與負(fù)反饋 （2）直流反饋與交流反饋 （3）電壓反饋與電流反饋 （4）串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋,反饋的分類,4.反饋類型的判別,（1）正、負(fù)反饋的判別 判別反饋的正負(fù)通常采用瞬時(shí)極性法。這種方法是首先假定輸入信號(hào)為某一瞬時(shí)極性（一般設(shè)為對(duì)地為正的極性），然后由各級(jí)輸入、輸出之間的相位關(guān)系，分別推出其他有關(guān)各點(diǎn)的瞬時(shí)極性（用“+”表示升高，用“-”表示降低），最后看反饋到輸入端的作用是加強(qiáng)了還是削弱了凈輸入信號(hào)。使凈輸入信號(hào)加強(qiáng)了的為正反饋，削弱的為負(fù)反饋。,4.反饋類型的判別,（2）交流反饋與直流反饋的判別 判別交流反饋與直流反饋主要是從反饋網(wǎng)絡(luò)（反饋元件）上來(lái)觀察，若反饋支路中，只有交流信號(hào)為交流反饋，只有直流信號(hào)為直流反饋，兩者同時(shí)存在為交、直流反饋。,4.反饋類型的判別,（3）電壓、電流反饋的判別 判斷電壓、電流反饋，一是看輸出取樣信號(hào)是電壓還是電流，反饋信號(hào)與什么輸出量成正比，就是什么反饋。二是采取負(fù)載電阻RL 短路法來(lái)判斷，也就是使輸出電壓為零。此時(shí)若原來(lái)是電壓反饋，則反饋信號(hào)一定隨輸出電壓為零而消失;若電路中仍然有反饋存在，則原來(lái)的反饋應(yīng)該是電流反饋。,4.反饋類型的判別,（4）串聯(lián)、并聯(lián)反饋的判別 判斷串聯(lián)、并聯(lián)反饋，一是看反饋信號(hào)與輸入信號(hào)在輸入回路中是以電壓形式疊加，還是以電流形式疊加，前者為串聯(lián)反饋，后者為并聯(lián)反饋。二是反饋節(jié)點(diǎn)對(duì)地短路法，當(dāng)反饋節(jié)點(diǎn)對(duì)地短路時(shí)，輸入信號(hào)不能加進(jìn)基本放大器，則為并聯(lián)反饋;否則為串聯(lián)反饋。,5.負(fù)反饋放大器的四種組態(tài),（1）電壓串聯(lián)負(fù)反饋,5.負(fù)反饋放大器的四種組態(tài),（2）電壓并聯(lián)負(fù)反饋,5.負(fù)反饋放大器的四種組態(tài),（3）電流串聯(lián)負(fù)反饋,5.負(fù)反饋放大器的四種組態(tài),（4）電流并聯(lián)負(fù)反饋,小知識(shí) 信號(hào)源內(nèi)阻對(duì)于負(fù)反饋的效果是有影響的。串聯(lián)負(fù)反饋適用于信號(hào)源內(nèi)阻小的電壓源;并聯(lián)負(fù)反饋適用于信號(hào)源內(nèi)阻大的電流源。,3.1.2 負(fù)反饋對(duì)放大電路的影響,1.提高了放大倍數(shù)的穩(wěn)定性 2.展寬通頻帶 3.減小非線性失真 4.負(fù)反饋對(duì)輸入電阻的影響 5.負(fù)反饋對(duì)輸出電阻的影響,思考題,1.什么是正反饋、負(fù)反饋、電壓反饋、電流反饋、串聯(lián)反饋、并聯(lián)反饋?如何區(qū)分這些不同類型的反饋?,3.2 集成運(yùn)算放大器,3.2.1 差動(dòng)放大電路 1.直接耦合放大器中的特殊問(wèn)題,一是級(jí)間互相影響問(wèn)題 二是零點(diǎn)漂移問(wèn)題,2.差動(dòng)放大器,（1）基本差動(dòng)放大器的組成及抑制零漂的原理,基本差動(dòng)放大器,2.差動(dòng)放大器,（2）共模信號(hào)與差模信號(hào),當(dāng)兩個(gè)輸入信號(hào)電壓既非共模，又非差模，而是任意的兩個(gè)信號(hào)，分析這類信號(hào)時(shí)，可先將它們分解成共模信號(hào)和差模信號(hào)，然后再去處理。其中差模信號(hào)是兩個(gè)輸入信號(hào)之差，共模信號(hào)是兩個(gè)輸入信號(hào)的平均值。,3.共模抑制比,共模抑制比越大，差動(dòng)放大器放大差模信號(hào)（有用信號(hào)）的能力越強(qiáng)，抑制共模信號(hào)（無(wú)用信號(hào)）的能力也越強(qiáng)。也就是說(shuō)共模抑制比越大越好。,4.差動(dòng)放大電路的四種接法,（1）雙端輸入、雙端輸出,4.差動(dòng)放大電路的四種接法,（2）雙端輸入、單端輸出 （3）單端輸入、雙端輸出 （4）單端輸入、單端輸出,小知識(shí) 不論何種輸入方式，只要是雙端輸出，其差模放大倍數(shù)就等于單管放大倍數(shù)，輸出電阻就等于2RC ;只要是單端輸出，差模放大倍數(shù)及輸出電阻均減少一半。另外，輸入方式對(duì)輸入電阻無(wú)影響。,5.差動(dòng)放大電路的改進(jìn),6.電流源電路,3.2.2 集成運(yùn)算放大電路（簡(jiǎn)稱集成運(yùn)放）的簡(jiǎn)介,1.電路結(jié)構(gòu),3.2.2 集成運(yùn)算放大電路（簡(jiǎn)稱集成運(yùn)放）的簡(jiǎn)介,2.符號(hào)與引腳,3.2.2 集成運(yùn)算放大電路（簡(jiǎn)稱集成運(yùn)放）的簡(jiǎn)介,3.集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù) 輸入失調(diào)電壓UOS 輸入失調(diào)電流IOS 輸入偏置電流IB 開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aod 共模抑制比KCMR 最大差模輸入電壓Uidm 最大共模輸入電壓Uicm,思考題,1.什么是零點(diǎn)漂移?什么是差模信號(hào)?什么是共模信號(hào)? 2.差動(dòng)放大器是如何抑制零漂的? 3.帶恒流源的差動(dòng)放大器是如何提高共模抑制比的?,3.3 集成運(yùn)算放大器的基本運(yùn)算電路,3.3.1 理想運(yùn)算放大器的特點(diǎn) 1.集成運(yùn)放的理想化條件,開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aod =; 輸入電阻rid =; 輸出電阻ro =0; 共模抑制比KCMR =; 失調(diào)電壓、失調(diào)電流均為零; 上限頻率fH =。,2.理想運(yùn)算放大器的特點(diǎn),（1）線性區(qū) 兩條重要特點(diǎn) 1“虛斷” “虛斷”只是指輸入端電流趨近于零，而不是輸入端真的斷開。 2“虛短” 兩點(diǎn)并非真正短路。,2.理想運(yùn)算放大器的特點(diǎn),2）非線性區(qū) 兩條重要特點(diǎn) 1“虛斷” “虛斷”只是指輸入端電流趨近于零，而不是輸入端真的斷開。 2:只要輸入電壓u+ 與u-不相等，輸出電壓就飽和，u+ =u-是正負(fù)兩種飽和狀態(tài)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)。,3.3.2 比例運(yùn)算電路,1.反相比例電路,它是一個(gè)電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大器。輸入信號(hào)從反相端加入集成放大器,3.3.2 比例運(yùn)算電路,2.同相比例運(yùn)算電路,它是一個(gè)電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大器。輸入信號(hào)從同相端加入集成放大器。,3.3.2 比例運(yùn)算電路,3.電壓跟隨器,在同相比例電路中，當(dāng)Rf =0（反饋電阻短路）和（或）R1 =（反相輸入端電阻開路）時(shí)，Auf =1。這時(shí)uo =ui ，輸出電壓等于輸入電壓，所以，把這種運(yùn)放電路稱為電壓跟隨器。,3.3.3 加法運(yùn)算電路,1.反相加法運(yùn)算電路,它是一個(gè)電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大器。它能實(shí)現(xiàn)輸出電壓正比于若干輸入電壓之和的運(yùn)算功能。,3.3.3 加法運(yùn)算電路,2.同相加法運(yùn)算電路,它是一個(gè)電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大器。它是同相輸入端有兩個(gè)輸入信號(hào)的加法電路。,3.3.4 減法運(yùn)算電路,例3.3.1 已知圖3-23所示電路中，ui =-2V，Rf =2R1 ，試求uo 。,3.3.5 積分電路與微分電路,1.積分運(yùn)算電路,3.3.5 積分電路與微分電路,2.微分運(yùn)算電路,思考題,1.理想運(yùn)放的主要條件有哪些? 2.什么是“虛短”、“虛斷”、“虛地”?同相輸入電路是否存在虛地? 3.理想運(yùn)放工作在線性區(qū)或非線性區(qū)時(shí)，各有什么特點(diǎn)? 4.畫出集成運(yùn)放實(shí)現(xiàn)加、減、積分、微分運(yùn)算的基本電路，寫出運(yùn)算關(guān)系式。,3.4 正弦波振蕩器,3.4.1 自激振蕩 1.自激振蕩的條件,（1）幅度平衡條件 |.A.F|=1 指出放大倍數(shù)和反饋系數(shù)的乘積的模等于1。 （2）相位平衡條件 A +B =2n 指出放大電路的相位移與反饋電路的相位移之和等于2n。其中n為整數(shù)。,牢記,3.4 正弦波振蕩器,3.4.1 自激振蕩 2.自激振蕩的建立過(guò)程,|.A.F|1,振蕩器必須在起振過(guò)程中滿足的條件,3.4.2 變壓器反饋式LC振蕩電路,它是由放大電路、變壓器反饋電路和LC選頻電路三部分組成。電路中三個(gè)線圈作變壓器耦合，線圈L1 與電容C組成選頻電路，L2 是反饋線圈，L3 線圈與負(fù)載相連。,3.4.3 RC振蕩器,1.RC串、并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性 2.橋式RC振蕩電路 （1）電路構(gòu)成及特點(diǎn) （2）選頻特性,3.4.4 石英晶體振蕩器簡(jiǎn)介,1.石英晶體的特性、符號(hào)及等效電路 （1）石英晶體的特性、壓電效應(yīng) 石英晶體是二氧化硅結(jié)晶體，具有各向異性的物理特性。從石英晶體上按一定方位切割下來(lái)的薄片叫石英晶片，不同切向的晶片其特性是不同的。 石英晶片之所以能做成諧振器是基于它的壓電效應(yīng)。,（2）石英晶體的符號(hào)和等效電路,石英晶體振蕩器 石英晶體振蕩器簡(jiǎn)稱晶振,并聯(lián)型晶振 串聯(lián)型晶振,電路的兩種類型,3.5 非正弦波振蕩器,3.5.1 電壓比較器 電壓比較器（簡(jiǎn)稱比較器）的功能是比較兩個(gè)電壓的大小。比較器中的運(yùn)放都在開環(huán)或正反饋情況下工作。,1.單限比較器,單限比較器的缺點(diǎn):其一，當(dāng)集成運(yùn)放的開環(huán)放大倍數(shù)不是非常大時(shí)，其傳輸特性曲線如圖（b）虛線所示，高低電平轉(zhuǎn)換部分的斜率減小;其二，這種比較器抗干擾能力差。,2.遲滯電壓比較器,遲滯比較器的兩個(gè)門限電壓不一定是大小相等符號(hào)相反的一對(duì)數(shù)。只要改變參考電壓UR 的值，遲滯回線可沿橫軸平移。,3.5.2 矩形波發(fā)生器,1.電路的結(jié)構(gòu),2.工作原理 3.矩形波的周期和頻率,3.5.2 矩形波發(fā)生器,思考題,1.比較器工作在哪一種反饋狀態(tài)? 2.為什么遲滯比較器抗干擾能力強(qiáng)?,本章小結(jié),1.輸入引起的輸出通過(guò)某種途徑又回到輸入端，這個(gè)過(guò)程稱為反饋。反饋放大器的性能取決于反饋的方式。負(fù)反饋在降低增益的同時(shí)獲得了增益穩(wěn)定性的提高。 2.不同類型的反饋對(duì)放大電路產(chǎn)生的影響不同，電壓負(fù)反饋使輸出電壓保持穩(wěn)定，因而降低了輸出電阻;電流負(fù)反饋穩(wěn)定了輸出電流，因而提高了輸出電阻。串聯(lián)負(fù)反饋提高了輸入電阻;并聯(lián)負(fù)反饋降低了輸入電阻。直流負(fù)反饋?zhàn)饔镁褪欠€(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。 3.直接耦合放大電路的主要問(wèn)題就是零點(diǎn)漂移，差動(dòng)放大電路就是從電路結(jié)構(gòu)上采用對(duì)稱的形式進(jìn)行補(bǔ)償以減小漂移。 4.在分析理想運(yùn)放時(shí)主要運(yùn)用的是“虛斷”、“虛短”兩個(gè)基本概念，具體分析了比例、加法、減法、微分、積分運(yùn)算電路。 5.在正弦波振蕩器中介紹了自激振蕩的條件及RC振蕩器和LC振蕩器。 6.非正弦波振蕩器中，介紹了單限比較器、遲滯比較器的原理及應(yīng)用;矩形波發(fā)生器。,