103运算放大器反馈教学案例

rof
ro 1 AF
电压负反馈具有稳定输出电压的作用，
即有恒压输出特性，故输出电阻降低。
2) 电流负反馈使电路的输出电阻提高
rof(1AF)ro
电流负反馈具有稳定输出电流的作用，
即有恒流输出特性，故输出电阻提高。
10.7 振荡电路中的正反馈
10.7.1 自激振荡
放大电路在无输入信号的情况下，就能输出一定 频率和幅值的交流信号的现象。
特点：输入电阻高、输出电阻低
10.3.2.3 串联电流负反馈
+ ui –
u+–d R2
– +
+
io
uo
RL
+
R –uf
设输入电压 ui 为正， 各电压的实际方向如图
差值电压 ud =ui – uf uf 削弱了净输入电压 (差值电压) ——负反馈
取自输出电流 ——电流反馈
反馈信号与输入信号在不同端口
D2
率的信号
RF1
D1
用正反馈信号uf 作为输入信号
R RF2 C
–∞ ++
+ uO
RC选频网络
+ uf
R C R1
–
–
正反馈网络
作业题 P299 P269
10.3.1 (a) (d) (e) (h) 10.3.2 10.5.2(解释)
预习: 12.1 ~12.3
三、电压反馈和电流反馈
电压反馈 — 反馈信号取自输出电压的部分或全部。
判别法：使 uo = 0 (RL 短路)， 若反馈消失则为电压反馈。
A
RL uo
A
io RL uo
电压
F
Hale Waihona Puke Baidu反馈
电流
F io 反馈
电流反馈 — 反馈信号取自输出电流。
判别法：
电压负反馈：可以稳定输出电压、减小输出电阻。 电流负反馈：可以稳定输出电流、增大输出电阻。
X d 基本放大 X o
X– f
电路A
开环 放大倍数
A
X o X d
反馈
电路F
闭环
反馈放大电路的基本方程 放大倍数
F
X f X o
XdXiXf
Af
Xo Xi
A 1AF
反馈系数 净输入信号
1. 降低放大倍数
在 Af
A中 1AF
， AFX X d o
X f X o
X X d f
负反馈时，Xf、Xd同相，所以 AF 是正实数
2. 电压传输特性 uo= f (ui) u–
+Uo(sat) uo
u+
–+ +
uo
实际特性
线性区 u+– u–
O
–Uo(sat)
–UEE
线性区： uo = Auo(u+– u–)
10.3 电子电路中的负反馈
10.3.1 反馈的基本概念 10.3.2 放大电路中的负反馈类型 10.3.3 负反馈对放大性能改善 10.7 振荡电路中的正反馈 (RC正弦 波振荡器)
则有： Af A 负反馈使放大倍数下降。
| 1+AF| 称为反馈深度，其值愈大，负反馈作用 愈强，Af也就愈小。
射极输出器、不带旁路电容的共射放大电路的 电压放大倍数较低就是因为电路中引入了负反馈。
2.提高放大倍数的稳定性
A Af 1 AF
dAf
1
dA
Af 1 AF A
引入负反馈使放大倍数的稳定性提高。
(1) 放大电路: 放大信号
(2) 反馈网络: 必须是正反馈，反馈信号即是 放大电路的输入信号
(3) 选频网络: 保证输出为单一频率的正弦波 即使电路只在某一特定频率下满 足自激振 荡条件
(4) 稳幅环节: 使电路能从AuF >1 ，过渡到 AuF =1，从而达到稳幅振荡。
2. 电路结构
选出单一频
电路A
反馈 电路F
净输入信号 X dX iX f
若三者同相，则
Xd = Xi – Xf 可见 Xd < Xi ，即反馈信号起了削弱净输入信号的 作用（负反馈）。
10.3.1.2 反馈分类
一、直流反馈与交流反馈： 交流反馈：反馈只对交流信号起作用。
直流反馈：反馈只对直流起作用。
有的反馈只对交流信号起作用；有的反馈只对直流信 号起作用；有的反馈对交、直流信号均起作用。 若在反馈网络中串接隔直电容，则可以隔断 直流，此时反馈只对交流起作用。
——串联反馈
特点：输出电流 io 与负载电阻RL无关 ——同相输入恒流源电路或电压-电流变换电路
10.3.2.4
i1
+
R1
ui
R2
–
并联电流负反馈
if RF
id – +
+
io －
RL
R
设输入电压 ui 为正， 各电流的实际方向如图
差值电流 id = i1 – if if 削弱了净输入电流 (差值电流) ——负反馈
因反馈电路直接从运算放大器A2的输出端引 出，所以是电压反馈；
因输入信号和反馈信号分别加在反相输入端 和同相输入端上，所以是串联反馈；
因输入信号和反馈信号的极性相同，所以是 负反馈。
例2：试判别下图放大电路中从运算放大器A2输出 端引至A1输入端的是何种并类联型电的流反负馈反电馈路。
ui
i1
– +
负反馈：反馈信号使净输入信号减小。
这里所说的信号一般是指交流信号， 所以判断正负反馈，就要判断反馈信号与 输入信号的相位关系，同相是正反馈，反 相是负反馈。
判定方法：瞬时极性判别法
预先在输入端假定输入信号某瞬时的极性（正 或负），根据放大器的输入输出相位关系，标出该 瞬时信号沿反馈路径各点的极性，在输入端进行比 较,以确定正负反馈。
4.展宽通频带 引入负反馈使电路的通频带宽度增加
BW f (1AF)BW |Au|
无负反馈
有负反馈
O
BW
BWf
f
5. 对输入电阻的影响
1) 串联负反馈 使电路的输入电阻提高
rif (1AF)ri
2) 并联负反馈 使电路的输入电阻降低
ri f
ri 1 AF
6.对输出电阻的影响
1) 电压负反馈使电路的输出电阻降低
第10章 集成运算放大器
10.1 集成电路的简单介绍 10.2 运算放大器概述 10.3 反馈的基本概念 10.4 理想运算放大器 10.5 运算放大器在信号运算方面的应用 10.6 电压比较器 10.7 RC正弦波振荡器 10.8 有源滤波器
理想运算放大器及其分析依据
1. 理想运算放大器
+UCC
AuF 1
即A u ： AF F1
(1)幅度条件： AuF 1
(2)相位条件： AF2n n 是整数
相位条件意味着振荡电路必须是正反馈； 幅度条件表明反馈放大器要产生自激振荡，还 必须有足够的反馈量(可以通过调整放大倍数A 或 反馈系数F 达到) 。
10.7.2 正弦波振荡电路 1 正弦波振荡电路的组成
取自输出电流——电流反馈
反馈信号与输入信号在在同一端口 ——并联反馈
运算放大器电路反馈类型的判别方法：
1. 反馈电路直接从输出端引出的，是电压反馈； 从负载电阻RL的靠近“地”端引出的，是电流反 馈；
2. 输入信号和反馈信号分别加在两个输入端 （同相和反相）上的，是串联反馈；加在同一个 输入端（同相或反相）上的，是并联反馈；
四、串联反馈和并联反馈
串联反馈：反馈信号与输入信号以 RS 电压相加减的形式在输入端出现。 us
uid ui uf
特点：信号源内阻越小， 反馈效果越明显。
并联反馈：反馈信号与输入信号以 is 电流相加减的形式在输入端出现。
iid ii if
特点：信号源内阻越大， 反馈效果越明显。
uid
A
ui
运算放大器电路中的负反馈
10.3.2.1 并联电压负反馈
if RF
设输入电压 ui 为正，
i1
+ ui –
R1 R2
id
–
+
－
+
+
RL
uo –
各电流的实际方向如图
差值电流 id = i1 – if if 削弱了净输入电流(差 值电流) ——负反馈
取自输出电压——电压反馈
反馈信号与输入信号在同一端口——并联反馈
反馈放大电路的方框图
净输入信号
X i + 输入信号 X– f
X d 基本放大 X o
电路A
输出信号
反馈信号
反馈 电路F
反馈系数
反馈放大电路的三个环节：
基本放大电路
A
X o X d
反馈电路
F
X f X o
放大倍数 比较环节 X dX iX f
反馈放大电路的方框图
X i + X– f
X d 基本放大 X o
3. 对串联反馈，输入信号和反馈信号的极性相 同时，是负反馈；极性相反时，是正反馈；
4. 对并联反馈，净输入电流等于输入电流和反 馈电流之差时，是负反馈；否则是正反馈。。
例1：试判别下图放大电路中从运算放大器A2输出 端引至A1输入端的是何种串类联型电的压反负馈反电馈路。
解：先在u+–i 图中– u标f +出各+– A点1+的－uo瞬1R时－极性及+– 反A2+馈信uo号RL；
+
A1
uo1
id
R
– +
+
A2
uo－
RL
if
解：因反馈电路是从运算放大器A2的负载电阻RL的 靠近“地”端引出的，所以是电流反馈；
因输入信号和反馈信号均加在同相输入端上， 所以是并联反馈;
因净输入电流 id 等于输入电流和反馈电流之差， 所以是负反馈。
10.3.3 负反馈对放大电路性能的影响
X i +
放大倍数下降至1/(1+|AF|)倍，其稳定性提高1+|AF|倍。
若|AF| >>1，称为深度负反馈，此时：
1 Af F
在深度负反馈的情况 下，闭环放大倍数仅与反 馈电路的参数有关。
3. 改善波形失真
正弦波
ui
A
略小ud
ui
u略f 大 略大
A
略小
F
加反馈前
uo 大 小
加反馈后
uo
接近正弦波
负反馈是利用失真的波形来改善波形的失真， 因此只能减小失真，而不能完全消除失真。
特点：输入电阻低、输出电阻低
10.3.2.2 串联电压负反馈
RF
+
ui
–
– uf +
R1
u–d +
– +
R2
+ +
RL
uo –
设输入电压 ui 为正， 各电压的实际方向如图
差值电压 ud =ui – uf uf 削弱了净输入电压 (差值电压) ——负反馈
取自输出电压——电压反馈
反馈信号与输入信号在不同端口 ——串联反馈
uf
F
ii iid
RS if A
F
10.3.2 放大电路中的负反馈类型
负反馈的类型
电压串联负反馈
交流反馈 负 反 馈
电压并联负反馈 电流串联负反馈 电流并联负反馈
直流反馈 稳定静态工作点
负反馈类型的判别步骤
1) 找出反馈网络（一般是电阻、电容）。 2) 判别是交流反馈还是直流反馈？ 3) 判别是否负反馈？ 4) 是负反馈！判断是何种类型的负反馈？
U i
1S 2 U f
Au
F
Uo • 开关合在“1” 为无反馈放大 电路。
U i 1 S 2 U f
Au
U o
U o AuU i
• 开关合在“2”
为有反馈放大电路，
F 如 果 U f U ： i
自激振荡状态
U oAuU f
自激振荡的条件
由U U ： fo A FuU U fo
U oAuFU o
自激振荡的条件
在起反馈作用的电阻两端并联旁路电容，可 以使其只对直流起作用。
作用:直流反馈稳定Q点,交流反馈改善特性
RB1
C1+
RS eS–+
+ u RB2
i
–
RC RE
+UCC
+C2
RB1 C1+
+CRL
+ u –o
+ ui RB2
E
–
RC RE
+UCC +C2
+ RL uo
–
二、正反馈与负反馈：
正反馈：反馈信号使净输入信号增加。