负反馈放大器及集成运算放大器.ppt

第3章 负反馈放大器及集成运算放大器,本章导读,本章介绍了反馈的基本概念和结构，反馈类型的分类及判别。由负反馈的四种基本组态出发，讨论负反馈对放大电路的影响。 介绍了基本差动放大电路的组成、分析及放大电路的改进;集成运算放大器的电路结构、符号及参数;集成运算放大器的基本电路的分析及应用;振荡器的自激条件及RC振荡器和LC振荡器。,3.1 负反馈放大器,3.1.1 反馈的基本概念与组态 1.反馈的基本概念,将放大电路输出信号（电压或电流）的一部分或全部，通过某一电路送回输入端，称为反馈。具有反馈作用的放大器叫反馈放大器。反馈到输入回路的信号称为反馈信号。由输出信号形成反馈信号的电路叫反馈电路或反馈网络。构成反馈网络的元件叫反馈元件。反馈信号与输出信号之比叫反馈系数。如果反馈信号削弱了输入信号使放大电路的净输入减小，导致电路的放大倍数降低的反馈称为负反馈，反之，则为正反馈。,2.反馈放大器的结构,负反馈放大电路的结构分为两部分: 一个是基本放大电路; 另一个就是反馈电路（或称反馈网络）。 通常用反馈环方框图表示。,（1）正反馈与负反馈 （2）直流反馈与交流反馈 （3）电压反馈与电流反馈 （4）串联反馈与并联反馈,反馈的分类,4.反馈类型的判别,（1）正、负反馈的判别 判别反馈的正负通常采用瞬时极性法。这种方法是首先假定输入信号为某一瞬时极性（一般设为对地为正的极性），然后由各级输入、输出之间的相位关系，分别推出其他有关各点的瞬时极性（用“+”表示升高，用“-”表示降低），最后看反馈到输入端的作用是加强了还是削弱了净输入信号。使净输入信号加强了的为正反馈，削弱的为负反馈。,4.反馈类型的判别,（2）交流反馈与直流反馈的判别 判别交流反馈与直流反馈主要是从反馈网络（反馈元件）上来观察，若反馈支路中，只有交流信号为交流反馈，只有直流信号为直流反馈，两者同时存在为交、直流反馈。,4.反馈类型的判别,（3）电压、电流反馈的判别 判断电压、电流反馈，一是看输出取样信号是电压还是电流，反馈信号与什么输出量成正比，就是什么反馈。二是采取负载电阻RL 短路法来判断，也就是使输出电压为零。此时若原来是电压反馈，则反馈信号一定随输出电压为零而消失;若电路中仍然有反馈存在，则原来的反馈应该是电流反馈。,4.反馈类型的判别,（4）串联、并联反馈的判别 判断串联、并联反馈，一是看反馈信号与输入信号在输入回路中是以电压形式叠加，还是以电流形式叠加，前者为串联反馈，后者为并联反馈。二是反馈节点对地短路法，当反馈节点对地短路时，输入信号不能加进基本放大器，则为并联反馈;否则为串联反馈。,5.负反馈放大器的四种组态,（1）电压串联负反馈,5.负反馈放大器的四种组态,（2）电压并联负反馈,5.负反馈放大器的四种组态,（3）电流串联负反馈,5.负反馈放大器的四种组态,（4）电流并联负反馈,小知识 信号源内阻对于负反馈的效果是有影响的。串联负反馈适用于信号源内阻小的电压源;并联负反馈适用于信号源内阻大的电流源。,3.1.2 负反馈对放大电路的影响,1.提高了放大倍数的稳定性 2.展宽通频带 3.减小非线性失真 4.负反馈对输入电阻的影响 5.负反馈对输出电阻的影响,思考题,1.什么是正反馈、负反馈、电压反馈、电流反馈、串联反馈、并联反馈?如何区分这些不同类型的反馈?,3.2 集成运算放大器,3.2.1 差动放大电路 1.直接耦合放大器中的特殊问题,一是级间互相影响问题 二是零点漂移问题,2.差动放大器,（1）基本差动放大器的组成及抑制零漂的原理,基本差动放大器,2.差动放大器,（2）共模信号与差模信号,当两个输入信号电压既非共模，又非差模，而是任意的两个信号，分析这类信号时，可先将它们分解成共模信号和差模信号，然后再去处理。其中差模信号是两个输入信号之差，共模信号是两个输入信号的平均值。,3.共模抑制比,共模抑制比越大，差动放大器放大差模信号（有用信号）的能力越强，抑制共模信号（无用信号）的能力也越强。也就是说共模抑制比越大越好。,4.差动放大电路的四种接法,（1）双端输入、双端输出,4.差动放大电路的四种接法,（2）双端输入、单端输出 （3）单端输入、双端输出 （4）单端输入、单端输出,小知识 不论何种输入方式，只要是双端输出，其差模放大倍数就等于单管放大倍数，输出电阻就等于2RC ;只要是单端输出，差模放大倍数及输出电阻均减少一半。另外，输入方式对输入电阻无影响。,5.差动放大电路的改进,6.电流源电路,3.2.2 集成运算放大电路（简称集成运放）的简介,1.电路结构,3.2.2 集成运算放大电路（简称集成运放）的简介,2.符号与引脚,3.2.2 集成运算放大电路（简称集成运放）的简介,3.集成运算放大器的主要参数 输入失调电压UOS 输入失调电流IOS 输入偏置电流IB 开环差模电压放大倍数Aod 共模抑制比KCMR 最大差模输入电压Uidm 最大共模输入电压Uicm,思考题,1.什么是零点漂移?什么是差模信号?什么是共模信号? 2.差动放大器是如何抑制零漂的? 3.带恒流源的差动放大器是如何提高共模抑制比的?,3.3 集成运算放大器的基本运算电路,3.3.1 理想运算放大器的特点 1.集成运放的理想化条件,开环差模电压放大倍数Aod =; 输入电阻rid =; 输出电阻ro =0; 共模抑制比KCMR =; 失调电压、失调电流均为零; 上限频率fH =。,2.理想运算放大器的特点,（1）线性区 两条重要特点 1“虚断” “虚断”只是指输入端电流趋近于零，而不是输入端真的断开。 2“虚短” 两点并非真正短路。,2.理想运算放大器的特点,2）非线性区 两条重要特点 1“虚断” “虚断”只是指输入端电流趋近于零，而不是输入端真的断开。 2:只要输入电压u+ 与u-不相等，输出电压就饱和，u+ =u-是正负两种饱和状态的转换点。,3.3.2 比例运算电路,1.反相比例电路,它是一个电压并联负反馈放大器。输入信号从反相端加入集成放大器,3.3.2 比例运算电路,2.同相比例运算电路,它是一个电压串联负反馈放大器。输入信号从同相端加入集成放大器。,3.3.2 比例运算电路,3.电压跟随器,在同相比例电路中，当Rf =0（反馈电阻短路）和（或）R1 =（反相输入端电阻开路）时，Auf =1。这时uo =ui ，输出电压等于输入电压，所以，把这种运放电路称为电压跟随器。,3.3.3 加法运算电路,1.反相加法运算电路,它是一个电压并联负反馈放大器。它能实现输出电压正比于若干输入电压之和的运算功能。,3.3.3 加法运算电路,2.同相加法运算电路,它是一个电压串联负反馈放大器。它是同相输入端有两个输入信号的加法电路。,3.3.4 减法运算电路,例3.3.1 已知图3-23所示电路中，ui =-2V，Rf =2R1 ，试求uo 。,3.3.5 积分电路与微分电路,1.积分运算电路,3.3.5 积分电路与微分电路,2.微分运算电路,思考题,1.理想运放的主要条件有哪些? 2.什么是“虚短”、“虚断”、“虚地”?同相输入电路是否存在虚地? 3.理想运放工作在线性区或非线性区时，各有什么特点? 4.画出集成运放实现加、减、积分、微分运算的基本电路，写出运算关系式。,3.4 正弦波振荡器,3.4.1 自激振荡 1.自激振荡的条件,（1）幅度平衡条件 |.A.F|=1 指出放大倍数和反馈系数的乘积的模等于1。 （2）相位平衡条件 A +B =2n 指出放大电路的相位移与反馈电路的相位移之和等于2n。其中n为整数。,牢记,3.4 正弦波振荡器,3.4.1 自激振荡 2.自激振荡的建立过程,|.A.F|1,振荡器必须在起振过程中满足的条件,3.4.2 变压器反馈式LC振荡电路,它是由放大电路、变压器反馈电路和LC选频电路三部分组成。电路中三个线圈作变压器耦合，线圈L1 与电容C组成选频电路，L2 是反馈线圈，L3 线圈与负载相连。,3.4.3 RC振荡器,1.RC串、并联网络的选频特性 2.桥式RC振荡电路 （1）电路构成及特点 （2）选频特性,3.4.4 石英晶体振荡器简介,1.石英晶体的特性、符号及等效电路 （1）石英晶体的特性、压电效应 石英晶体是二氧化硅结晶体，具有各向异性的物理特性。从石英晶体上按一定方位切割下来的薄片叫石英晶片，不同切向的晶片其特性是不同的。 石英晶片之所以能做成谐振器是基于它的压电效应。,（2）石英晶体的符号和等效电路,石英晶体振荡器 石英晶体振荡器简称晶振,并联型晶振 串联型晶振,电路的两种类型,3.5 非正弦波振荡器,3.5.1 电压比较器 电压比较器（简称比较器）的功能是比较两个电压的大小。比较器中的运放都在开环或正反馈情况下工作。,1.单限比较器,单限比较器的缺点:其一，当集成运放的开环放大倍数不是非常大时，其传输特性曲线如图（b）虚线所示，高低电平转换部分的斜率减小;其二，这种比较器抗干扰能力差。,2.迟滞电压比较器,迟滞比较器的两个门限电压不一定是大小相等符号相反的一对数。只要改变参考电压UR 的值，迟滞回线可沿横轴平移。,3.5.2 矩形波发生器,1.电路的结构,2.工作原理 3.矩形波的周期和频率,3.5.2 矩形波发生器,思考题,1.比较器工作在哪一种反馈状态? 2.为什么迟滞比较器抗干扰能力强?,本章小结,1.输入引起的输出通过某种途径又回到输入端，这个过程称为反馈。反馈放大器的性能取决于反馈的方式。负反馈在降低增益的同时获得了增益稳定性的提高。 2.不同类型的反馈对放大电路产生的影响不同，电压负反馈使输出电压保持稳定，因而降低了输出电阻;电流负反馈稳定了输出电流，因而提高了输出电阻。串联负反馈提高了输入电阻;并联负反馈降低了输入电阻。直流负反馈作用就是稳定静态工作点。 3.直接耦合放大电路的主要问题就是零点漂移，差动放大电路就是从电路结构上采用对称的形式进行补偿以减小漂移。 4.在分析理想运放时主要运用的是“虚断”、“虚短”两个基本概念，具体分析了比例、加法、减法、微分、积分运算电路。 5.在正弦波振荡器中介绍了自激振荡的条件及RC振荡器和LC振荡器。 6.非正弦波振荡器中，介绍了单限比较器、迟滞比较器的原理及应用;矩形波发生器。,