3第二章模拟电子技术之二

反馈信号
X f
基本放大 电路Ao
反馈回路F
X o
输出信号
反馈电路的三个环节：
放大：
Ao
X o X d
反馈：
F
X f X o
叠加： X d X i X f
Xi +
X d 基本放大
电路Ao
X o
– X f
反馈回路F
Ao
X o X d
——开环放大倍数
F
X f X o
——反馈系数
AF
X o X i
——闭环放大倍数
例1
ui
u-
－
u+ ＋
R
uo
是否存在反馈？
例2
什么反馈？
电压串联
例3
什么反馈？
电压并联
例4
什么反馈？
电流串联
例5
什么反馈？
电流串联
2.4.4 负反馈对放大电路的影响
Xi +
X d
基本放大 电路Ao
X o
– X f
反馈回电 路F
一、对放大倍数的影响
F
X f X o
Ao
X o X d
Xd Xi X f
输入
实际被放大信号
叠加
±
放大器
反馈
信号 反馈网络
开环 输出
闭环
取+ 加强输入信号 正反馈 用于振荡器
取 - 削弱输入信号 负反馈 用于放大器
负反馈的作用：稳定静态工作点；稳定放大倍数；提高输入电 阻；降低输出电阻；扩展通频带。
2.4.1 负反馈电路的一般形式
差值信号
输入信号 X i +
X d
–
2.3 集成运放的内部结构及特点
集成电路: 将整个电路的各个元件做在同一个半导体基片上。
集成电路的优点： 工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。
集成电路的分类： 模拟集成电路、数字集成电路； 小、中、大、超大规模集成电路；
集成电路内部结构的特点：
1. 电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差方向一致， 温度均一性好。
集成运放工作在线性区的条件是电路中引入负 反馈。
2.4 电路中的负反馈
通过一定的通路，将放大电路输出端信号（电压 或电流）的一部分或全部引回到输入端，与输入信 号迭加，并影响净输入，称为反馈。
若引回的信号削弱了输入信号，就称为负反馈。若引 回的信号增强了输入信号，就称为正反馈。
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。
虚开路 虚短路 虚开路
ui uo
R1
R2
结构特点：负反馈引到反相输入端， 信号从反相端输入。
Au
uo u1
R2 R1
i2
R2
i1 ui
R1
RP
_
+ +
平衡电阻，使输入端对地 的静态电阻相等，保证静 态时输入级的对称性。
2. 电路的输入电阻
uo
ri=R1
RP =R1 // R2
为保证一定的输入电阻，
关。即负反馈可以稳定放大倍数。
2.4.2 负反馈的类型
一、电压反馈和电流反馈 根据反馈所采样的信号不同，可以分为电压反馈
和电流反馈。
电压反馈：反馈信号取自输出电压信号。 电流反馈：反馈信号取自输出电流信号。
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。
电压反馈采样的两种形式：
2.3.2 集成运放的特点：
ri 大: 几十k 几百 k KCMRR 很大 ro 小：几十 几百 A o 很大: 104 107 运放符号：
u－ u+
－
Ao
＋
＋
uo
国内符号
理想运放： ri KCMMRR ro 0 Ao
u－ －
u+ ＋
uo
国际符号
图（b）所示为集成运放在开环应用时的电压传输特性，中 间一段过零斜线为线性区，上下两段水平横线为饱和区（正、 负饱和电压由运放所加正、负电源大小决定）。运放工作在 线性区时，Uo＝Aod x ( Up－Un)，由于开环电压放大倍数 Aod很高，输入很小的信号也足以使输出电压饱和，另外干 扰信号也会使输出难于稳定。所以，要使运算放大器稳定工 作在线性区，通常需引入深度电压负反馈。为便于分析，一 般把运算放大器理想化，即认为其开环电压放大倍数和差模 输入电阻无穷大。
i1= i2
虚开路
i1 ui
R1
_
+ +
uo
uo
vM
1
R4 1
1
RP
R2 R3 R4
i2
vM R2
i1
ui R1
uo
vM
1
R4 1
1
R2 R3 R4
i2
vM R2
i1
ui R1
Au
uo ui
R2
(
1 R2
1 R3 R1
1) R4
R2
(
1 R2
1 R3 R1
1) R4
R4
R4
R2 ( R4 R4 1) R1 R2 R3
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。
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。
负反馈的分类小结
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
2.4.3 反馈类型的判断
分析步骤： 1. 找出反馈网络（电阻）。 2. 是交流反馈还是直流反馈？ 3. 是否负反馈？ 4. 是负反馈！那么是何种类型的负反馈？（判 断反馈的组态）
理想运放工作在线性区时，分析依据有两条： (1)由于输入电阻无穷大，故两个输入端的输入电流为零。 (2)由于开环电压放大倍数无穷大，故两个输入端电位相等 。
2.3.2 集成运放的主要性能指标 一、开环差模电压放大倍数Aod
无外加反馈回路的差模放大倍数。一般在105 107之间。理想运放的Aod为。
1. 共模输入电压为0，因此对运放的共模抑制比要求低。
2. 由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认为是0， 因此带负载能力强。
3. 由于并联负反馈的作用，输入电阻小，因此对输入电 流有一定的要求。
4. 在放大倍数较大时，该电路结构不再适用 。
例：求Au
=?
i2
R2
M
R4
虚短路
i4
u
u
0
虚开路
i3 R3
中间级主要进行信号放大，要求其电压放大倍数高，一般 由共射放大电路构成。多采用复合管做放大管，以电流源做集 电极负载。
输出级与负载相接，要求其输出电阻低，带负载能力 强 ，非线性失真小,一般由射极输出器构成。
偏置电路的作用是为上述各级电路提供稳定和合适的偏 置电流，决定各级的静态工作点，一般由恒流源电路构成。
2.5.2 比例运算电路
作用：将信号按比例放大。
类型：同相比例放大和反相比例放大。
方法：引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈。这样输 出电压与运放的开环放大倍数无关，与输入电压和 反馈系数有关。
一、反相比例运算电路
i2
R2
i1 ui
R1
RP
_
+ +
1. 放大倍数
u u 0
uo i1= i2
电压反馈与电流反馈判别方法： 电压反馈一般从后级放大器的集电极采样。 电流反馈一般从后级放大器的发射极采样。 注意：直流反馈中，输出电压指UCE，输 出电流指IE或IC。
并联反馈与串联反馈判别方法： 并联反馈的反馈信号接于晶体管基极。 串联反馈的反馈信号接于晶体管发射极。
判断负反馈的方法——瞬时极性法
假设输出端信号有一定极性的瞬时变化，依 次经过反馈、比较、放大后，再回到输出端， 若输出信号与原输出信号的变化极性相反，则 为负反馈。反之为正反馈。
如果是电压反馈，则要从输出电压的微小变化 开始。如果是电流反馈，则要从输出电流的微小变 化开始。
判断时在输入端也要反映出反馈信号与输入信 号的比较关系。
四、对通频带的影响
引入负反馈使电路的通频带宽度增加：
Bf (1 AoF )Bo
A Ao AF
Bo f
BF
2.5 基本运算电路
_ Ao uo
ui
+
+
uo +UOM ui
UOM uomax EC
-UOM
Ao越大，运放的线性范围越小，必须
在输出与输入之间加负反馈才能使其
扩大输入信号的线性范围。
串联反馈使电路的输入电阻增大； 并联反馈使电路的输入电阻减小。
并联反馈
if i
ib
ib=i-if
串联反馈
ui
ube uf
ube=ui-uf
放大电路的两个输入端:
运放
差放 三极管和 场效应管
三、交流反馈与直流反馈
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。
2. 电阻元件由硅半导体构成，范围在几十到20千欧，精度 低。高阻值电阻用三极管有源元件代替或外接。
3. 几十 pF 以下的小电容用PN结的结电容构成、大电容要 外接。
4. 二极管一般用三极管的发射结构成。
2.3.1 集成运算放大器的基本构成
输入级都采用差动放大电路，有同相和反相两个输入端。 输入级是提高运算放大器质量的关键部分，要求其输入电阻高， 能减小零点漂移和抑制干扰信号（共模抑制比大）。该级的好 坏直接影响集成运放的大多数性能参数，所以更新变化最多。
AF
Ao 1 Ao F
引入负反馈使电路的稳定性提高。
(3) 若 AoF 1 称为深度负反馈，此时
AF
1 F
在深度负反馈的情况下，放大倍数只与反馈网络有
关。
二、改善波形的失真
ui
Ao
ud
ui
+
Ao
–
uf
F
加反馈前
uo
加反馈后
uuoo
改善
三、对输入、输出电阻的影响 1. 串联负反馈使电路的输入电阻增加：
Xi +
X d 基本放大
电路Ao
X o
– X f
反馈回路F
负反馈放大器的一般关系：
AF
Xo Xi
Xo X f Xd
Xf Xo
1
Xd Xo
1 F1
Ao
Ao 1 AoF
定义： 1 AoF
反馈深度
负反馈放大器的闭环放大倍数
AF
Ao 1 AoF
1 当AoF>>1时， AF F
结论：当 AoF>>1 很大时（深度负反馈），负反馈放大 器的闭环放大倍数与晶体管无关，只与反馈网络有
定义： 1 AoF
AF
X o X i
Ao 1 AoF
Ao
开环放大倍数
AF
闭环放大倍数
反馈深度
(1)
AF
Ao 1 Ao F
中， Ao
X f、X d 同相，所以
F
|
Ao
X X
F
o
d
|
X X
f o
0
X f X d
则有： AF Ao 负反馈使放大倍数下降。
Baidu Nhomakorabea
(2)
AF
Ao 1 Ao F
d AF d Ao 1
uo RL
uo RL
采样电阻很大
电流反馈采样的两种形式：
io
iE
RL
io
RL
iE
Rf
采样电阻很小
二、串联反馈和并联反馈
根据反馈信号在输入端与输入信号叠加形式 的不同，可以分为串联反馈和并联反馈。
串联反馈：反馈信号与输入信号串联，即反馈 电压信号与输入信号电压叠加。
并联反馈：反馈信号与输入信号并联，即反馈 信号电流与输入信号电流叠加。
当放大倍数大时，需增 大R2，而大电阻的精度 差，因此，在放大倍数
较大时，该电路结构不 再适用。
i2
R2
i1 ui
R1
RP
_
+ +
电位为0，虚地
3. 反馈方式
电压并联负反馈 输出电阻很小！
4. 共模电压
u u 0 2
输入电阻小、共模电压为 0 以及“虚地”是反相输入的 特点。
反相比例电路的特点：
该放大电路，在放大倍数较大时，可避免使用大电
阻。但R3的存在，削弱了负反馈。
虚短路
二、同相比例运算电路
R2
u-= u+= ui 虚开路
R1 ui
RP
_ +
+
虚开路
uo
uo ui ui
R2
R1
uo
(1
R2 R1
)ui
结构特点：负反馈引到反相输 入端，信号从同相端输入。
Au
uo u1
1
R2 R1
放大电路空载时可
等效右图框中为电
ro
压源：
eso
RL
uo
输出电阻越小，输出电压越稳定，反之亦然。
4. 电流负反馈使电路的输出电阻增加：
rof (1 AoF )ro
电流负反馈目的是阻止io的变化，稳定输出电流。
放大电路空载时可
等效为右图框中电 流源：
iso
io ro RL
输出电阻越大，输出电流越稳定，反之亦然。
rif (1 AoF )ri
串联负反馈相当于在输入回路中串联了一个电阻， 故输入电阻增加。
2. 并联负反馈使电路的输入电阻减小：
rif
ri (1 AoF )
并联负反馈相当于在输入回路中并联了一条支路， 故输入电阻减小。
3. 电压负反馈使电路的输出电阻减小：
rof
ro (1 AoF )
电压负反馈目的是阻止uo的变化，稳定输出电压。
线性放大区
2.5.1 理想运放
由于运放的开环放大倍数很大，输入电阻高，输 出电阻小，在分析时常将其理想化，称其所谓的 理想运放。
理想运放的条件
Ao
ri
ro 0
运放工作在线性区的特点
uo Ao( u u ) 虚短路
Ii 0 虚开路
u u
放大倍数与负载无关。分析多个运 放级联组合的线性电路时可以分别 对每个运放进行。
二、共模抑制比KCMMR
常用分贝作单位，一般100dB以上。
三、差模输入电阻rid ri>1M, 有的可达100M以上。
四、输出电阻ro ro =几-几十。
五、最大共模输入电压UIcmax 六、最大差模输入电压UIdmax 七、-3dB带宽fH
运放是直流放大器， 也可放大低频信号，不适 用于高频信号。