3、集成运算放大器的应用

Rif 1 AF Ri
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3.2.5 负反馈对放大电路性能的影响
② 并联负反馈使电路的输入电阻减小：
u id ui ui ui 1 Rif ii iid i f iid AFiid (1 AF ) iid
Rif Ri / 1 AF
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3.2.5 负反馈对放大电路性能的影响
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3.2.1 反馈的基本概念
示例解析：判断串联反馈与并联反馈
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3.2.2 负反馈放大电路的组态
按反馈信号的输出取样方式和输入连接 的比较方式可以组成四种反馈组态： ① 电压串联负反馈 ② 电流串联负反馈 ③ 电压并联负反馈 ④ 电流并联负反馈
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3.2.2 负反馈放大电路的组态
1. 电路组成 ① 电压串联负反馈
3.2.4 深度反馈条件下闭环电压增益的近似计 算 在串联反馈电路中，输入量和反馈量均为 “虚短” 电压
Ui U f U id 0
在并联反馈电路中，输入量和反馈量均为 电流 “虚断”
Ii I f I id 0
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3.2.4 深度反馈条件下闭环电压增益的近似计 算 2. 闭环电压增益的近似计算
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3.2.1 反馈的基本概念
示例解析：判断正负反馈
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3.2.1 反馈的基本概念
5. 电压反馈与电流反馈
判断反馈是电压反馈还是电流反馈主要看输出取样对 象是电压还是电流，反馈信号正比于输出电压的是电压反 馈。反馈信号正比于输出电流的是电流反馈。 常用输出负载短路法来判断电压反馈还是电流反馈： 令 RL=0，即输出端负载短路，若 Uo＝0，反馈不存 在，则为电压反馈；如反馈仍存在则为电流反馈。 判别电压和电流反馈的经验法： 反馈量取自于信号输出端的是电压反馈。 反馈量取自于非信号输出端的是电流反馈。
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3.2.1 反馈的基本概念
4. 正反馈和负反馈
放大电路引入反馈后，削弱了净输入信号，使电路的增 益降低，这种反馈称为负反馈； 反馈量增强了净输入信号,使增益提高的反馈称为正反馈 判断反馈极性常采用瞬时极性法: 先假设输入电压信号的极性为⊕，推出放大电路各点 的极性，并确定电路从输出回路反馈到输入回路的瞬时 极性 。 最后，判断反馈量的极性是增强还是削弱净输入信号， 便可判定是正反馈还是负反馈。
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3.2.1 反馈的基本概念
示例解析：判断电压反馈与电流反馈
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3.2.1 反馈的基本概念
6. 串联反馈与并联反馈
串联反馈与并联反馈是以反馈信号与输入信号 在输入端比较的方式来区分的。反馈信号和输入信 号以电压形式在输入回路串联相比较，调整输入电 压的反馈是串联反馈，而以电流形式在输入节点并 联相比较，调整输入电流的是并联反馈。 判别串联反馈与并联反馈的经验法： 反馈量加到非信号输入端的是串联反馈。 反馈量加到信号输入端的是并联反馈。
第三章 集成运算放大器的应用
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主要内容
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 集成运算放大器 放大电路中的反馈 集成运算放大器的主要参数 基本的运算电路 有源滤波电路
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3.1 集成运算放大器
3.1.1 集成电路的特点
由于制造工艺上的原因，模拟集成电路与分立 元件电路相比有以下特点： 1．电阻和电容的值不宜做得太大，电路结构 上采用直接耦合方式。 2．为克服直接耦合电路的温度漂移，常采用 差分放大电路。 3．尽量采用半导体三极管(或场效应管)代替电 阻、电容和二极管等元件。

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3.2.2 负反馈放大电路的组态
③ 电压并联负反馈
Rf 是联系输入输出回路的反馈元件。反馈信号取自于输 出端的电压量; 令 RL=0，反馈不存在，故为电压反馈； 反馈量加到信号输入端，故为并联反馈。
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3.2.2 负反馈放大电路的组态
④ 电流并联负反馈
R2 是反馈元件; 令 RL=0 时，反馈仍然存在，是电流反馈； 反馈信号加在集成运放的信号输入端，与输入信号在输 入节点以电流形式相比较，是并联反馈。
将负载 RL 短路，则 Uo=0，Uf 也随之为零，反 馈不存在了，故为电压反馈； 反馈量加到非信号输入端的是串联反馈，故为串 联反馈；
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3.2.2 负反馈放大电路的组态
② 电流串联负反馈
R1 是联系输入输出回路的反馈元件，输出电流 Io 通过 R1 产生反馈电压 将负载 RL 短路，R1 仍然接在输入、输出、回路之间， 即反馈仍然存在，故为电流反馈； 反馈电压 Uf 加在非信号输入端，在输入回路中与输入电 压 Ui 串联相比较，故为串联反馈。
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3.2 放大电路中的反馈
3.2.1 反馈的基本概念 1. 反馈 ：将放大电路输出量(电压或电流)的一部分或全部通
过 反馈网络，以一定的方式回送到输入回路，并影响输入量(电压 或电流)和输出量，这种电压或电流的回送过程称为反馈。
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3.2.1 反馈的基本概念
2. 判断电路是否存在反馈
判断一个电路是否存在反馈，要看该电路的输 出回路和输入回路之间有无联系作用的反馈网络。 凡是联系输入回路与输出回路的元件都是反馈元件。
1 AF 100
dAf 1 dA 1 10% 0.1% Af 100 A 100
(3) A变化±10% 时，闭环放大倍数的相对变化量为
dA 1 f 此时的闭环放大倍数为 Af Af Af 101 0.1%
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3.2.5 负反馈对放大电路性能的影响
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3.2.1 反馈的基本概念
3. 直流反馈与交流反馈
如果反馈元件仅存在于直流通路中，则为直流反馈； 如果反馈元件仅存在于交流通路中，则为交流反馈； 如果反馈元件既存在于直流通路中，又存在于交流通 路中，则说明该反馈元件对直流和交流都有反馈作用。
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3.2.1 反馈的基本概念
示例解析：判断直流和交流反馈
并联反馈，输入信号、反馈信号及净输入信号 在输入回路中以电流形式比较，有
Iid Ii I f
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3.2.3 反馈放大电路闭环增益的一般表达式
1. 方框图 A 方框为无反馈的基本放大电路；F 方框表示反馈网络；X 表示一般信号量，可以是电压，也可以是电流。
X id X i X f
基本放大电路的开环增益
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3.2.2 负反馈放大电路的组态
2. 负反馈的几个特点 ①电压负反馈可以稳定输出电压
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3.2.2 负反馈放大电路的组态
② 电流负反馈可以稳定输出电流
Байду номын сангаас
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3.2.2 负反馈放大电路的组态
③ 串联反馈应采用电压源激励
串联反馈，输入信号、反馈信号及净输入信号 在输入回路中以电压形式比较，有
Uid Ui U f ④ 并联反馈应采用电流源激励
2. 减小非线性失真
ui Ao uo
加反馈后
加反馈前
ud
ui
uf
+
–
Ao
uo
改善
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F
3.2.5 负反馈对放大电路性能的影响
3. 改变放大电路的输入和输出电阻 (1) 对输入电阻的影响
① 串联负反馈使电路的输入电阻增加：
u id u i u id AFuid Rif 1 AF ii ii ii
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3.2.3 反馈放大电路闭环增益的一般表达式
② 当 |1+AF|<1时，当|Af|>|A|，即引入了反馈后提 高了放大电路增益，这种反馈为正反馈。正反馈虽 然可以提高增益，但使放大电路的性能不稳定，所 以比较少用。 ③ 当 |1+AF|=0时，|Af|=∞，即在没有输入信号时也 有输出信号，此时产生了自激振荡，使放大电路不 能正常工作。在负反馈放大电路中，自激振荡现象 要设法消除。
A Xo X id
反向传输时的反馈系数
F Xf Xo
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3.2.3 反馈放大电路闭环增益的一般表达式
2. 负反馈放大电路的一般表达式 负反馈放大电路的闭环增益：
Xo X id Xo Xo A Af Xi X id X f 1 FX o 1 AF X id
接入负反馈后，放大电路的闭环增益 Af 为无反馈的开环 增益 A 的 1/(1+AF)。由于 (1+AF) 反映了反馈对放大电 路性能的影响程度，负反馈放大电路性能改善的程度都与 (1+AF) 有关，因此，通常把 (1+AF) 称为反馈深度，而 将AF 成为环路增益，都是无量纲的。
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3.2.4 深度反馈条件下闭环电压增益的近似计 算 1. 深度负反馈电路的特点
(1) 闭环放大倍数Af只取决于反馈系数F，和基本放 大电路的放大倍数A无关。 (2) 深度负反馈条件下有反馈量Xf近似等于输入量Xi ， 即Xi≈Xf。 (3) 深度负反馈条件下，反馈环路内的参数可以认 为理想。
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28
3.2.3 反馈放大电路闭环增益的一般表达式
对反馈深度的分析：
① |1+AF|>1 时，|Af|<|A|，即引入反馈后，放大电路的增 益下降了，这种反馈是负反馈。 当 |1+AF|>>1，一般满足 |AF|>>10，即为深度负反馈 时，Af≈1/F。此时，电路增益几乎与基本放大器的开环增 益A无关，仅取决于反馈网络的反馈系数。 当反馈网络为无源网络时，反馈系数仅与网络元件参 数 有关，即F值基本确定。因此闭环增益 Af 比较稳定，一般 设计反馈放大电路时，采用高增益放大器，然后加入深度 负 反馈来提高电路的稳定性。
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3.2.1 反馈的基本概念
判断正负反馈的经验法：
反馈信号加到输入端时，极性与输入信号的极性相反为 负反馈；反之为正反馈。 反馈信号加到非输入端时，极性与输入信号相同为负反 馈；反之为正反馈。