第5章反馈与集成运算放大器课件.ppt
第5章 反馈与集成运算放大器,肇庆学院 计算机学院 主讲人：邵平,肇庆学院 计算机学院 主讲人：邵平,5.1 放大电路中的反馈, 反馈, 电路中的反馈形式, 类型, 四种阻态的判断方法,5.1.1 基本概念,5.1.2 四种类型的反馈阻态,5.1.3 负反馈放大电路增益的一般表达式,肇庆学院 计算机学院 主讲人：邵平,5.1.1 基本概念,1. 反馈,将电子系统输出回路的电量（电压或电流），送回到输入回路的过程。在放大电路中采用负反馈可以改善电路的工作性能。,内部反馈,外部反馈,肇庆学院 计算机学院 主讲人：邵平,5.1.1 基本概念,1. 反馈,反馈通路信号反向传输的渠道,开环 无反馈通路,闭环 有反馈通路,反馈通路（反馈网络）,信号的正向传输,肇庆学院 计算机学院 主讲人：邵平,5.1.1 基本概念,2. 电路中的反馈形式,（1）正反馈与负反馈,正反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变大了。,负反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变小了。,另一角度,正反馈：引入反馈后，使净输入量变大了。,负反馈：引入反馈后，使净输入量变小了。,判别方法：瞬时极性法。即在电路中，从输入端开始，沿着 信号流向，标出某一时刻有关节点电压变化的斜率 （正斜率或负斜率，用“+”、“-”号表示）。,肇庆学院 计算机学院 主讲人：邵平,例:,(+),(+),(-),(-),(-),净输入量,(+),(+),(-),(-),净输入量,负反馈,正反馈,反馈通路,反馈通路,级间反馈通路,(+),(+),(+),(+),(-),(-),净输入量,级间负反馈,肇庆学院 计算机学院 主讲人：邵平,5.1.1 基本概念,2. 电路中的反馈形式,（2）交流反馈与直流反馈,根据反馈到输入端的信号是交流，还是直流，或同时存在，来进行判别。直流反馈用于稳定静态工作点；交流反馈用于改善放大电路的动态性能。,取决于反馈通路。,例：,(+),(+),(+),(+),交、直流负反馈,(+),肇庆学院 计算机学院 主讲人：邵平,5.1.2 四种类型的反馈组态,1. 类型,由此可组成四种组态：,输入端：反馈信号在输入端的联接分为串联和并联两种方式。,输出端：反馈信号在输出端分为取电压和取电流两种方式。,电压串联,电压并联,电流串联,电流并联,2. 四种组态的判断方法,电流：将负载短路，反馈量仍然存在。,电压：将负载短路，反馈量为零。,肇庆学院 计算机学院 主讲人：邵平,5.1.2 四种类型的反馈阻态,解：先用瞬时极性法判断电路的反馈极性。设输人端瞬时极性为(+) ，经 T1倒相后T1集电极瞬时极性为(-),再经 T2倒相使 T2集电极瞬时极性为(+) ，此(+)极性经 Rf 反馈到 T1发射极，使 T1管的净输人信号 Ube 减小，电路引入的是负反馈。从输出端看，反馈信号和输出信号接在同一电极上，是电压反馈，或者将输出端短路 Uo=0，由于反馈电压取自输出电压的一部分，为电阻 Re1上的电压，因此反馈电压也为零，反馈信号不存在，因此为电压反馈。从输入端看，反馈信号与输入信号接在 T1 的不同端上，因此是串联反馈。所以此电路的反馈组态为电压串联负反馈。,例 1： 判断下图 所示放大电路的反馈组态。,肇庆学院 计算机学院 主讲人：邵平,5.1.2 四种类型的反馈阻态,例2：判断下图所示放大电路的反馈组态。,解：先用瞬时极性法判断电路的反馈极性。设输入端瞬时极性为(+) ，由此得 T1 集电极瞬时极性为(-), T2发射极瞬时极性为(-),此(-)极性经 R ，反馈到 Tl 输入端基极，使净输人信号减小，电路引入的是负反馈。从输出端看，反馈信号和输出信号接在 T2 的同一电极上，是电压反馈。从输入端看，反馈信号与输入信号接在 T1的同一电极上，因此是并联反馈。所以此电路的反馈组态为电压并联负反馈。,肇庆学院 计算机学院 主讲人：邵平,5.1.2 四种类型的反馈阻态,解：先用瞬时极性法判断电路的反馈极性。设输入端瞬时极性为(+) ，则 T1集电极瞬时极性为(-), T1 发射极瞬时极性为(+) ，交流反馈的反馈元件是Re1 ，使 T管的净输人信号 Ube 减小，电路引入的是负反馈。从输出端看，反馈信号和输出信号接在不同的电极上，是电流反馈。从输入端看，反馈信号与输入信号接在不同电极上，因此是串联反馈。所以此电路的反馈组态为电流串联负反馈。,例 3： 判断下图 所示放大电路的反馈组态。,肇庆学院 计算机学院 主讲人：邵平,5.1.2 四种类型的反馈阻态,例 4： 判断下图 所示放大电路的反馈组态。,解：先用瞬时极性法判断电路的反馈极性。设输人端瞬时极性为(+) ，由此得 T1集电极瞬时极性为(-), T2 发射极瞬时极性为(-) ，此(-)极性经 Rf反馈到 T1输入端基极，使净输入信号减小，电路引入的是负反馈。从输出端看，反馈信号和输出信号接在不同电极上，是电流反馈。从输入端看，反馈信号与输入信号接在同一电极上，因此是并联反馈。所以此电路的反馈组态为电流并联负反馈。,肇庆学院 计算机学院 主讲人：邵平,负反馈放大电路的方框图,信号源,输出信号,反馈放大电路的输入信号,反馈信号,基本放大电路的输入信号（净输入信号）,5.1.3 负反馈放大电路增益的一般表达式,肇庆学院 计算机学院 主讲人：邵平,1. 表达式推导,为开环增益,反馈系数,闭环增益,因为,所以,已知,即,闭环增益的一般表达式,又因为,所以,是对信号源的增益,5.1.3 负反馈放大电路增益的一般表达式,肇庆学院 计算机学院 主讲人：邵平,1. 表达式推导,信号 在四种反馈组态中的具体形式,电压串联,电压并联,电流串联,电流并联,5.1.3 负反馈放大电路增益的一般表达式,肇庆学院 计算机学院 主讲人：邵平,2. 反馈深度的讨论,一般负反馈,称为反馈深度,深度负反馈,正反馈,自激振荡,5.1.3 负反馈放大电路增益的一般表达式,肇庆学院 计算机学院 主讲人：邵平,5.1.4 负反馈对放大电路性能的改善（略）,提高增益的稳定性,减少非线性失真,扩展频带,对输入电阻和输出电阻的影响,肇庆学院 计算机学院 主讲人：邵平,5.2 集成运算放大器,肇庆学院 计算机学院 主讲人：邵平,5.2.1 集成运算放大器简介,1. 集成电路运算放大器的内部组成单元,集成运算放大器的内部结构框图,肇庆学院 计算机学院 主讲人：邵平,5.2.1 集成运算放大器简介,. 集成电路运算放大器的内部组成单元,运算放大器的代表符号（a）国家标准规定的符号 （b）国内外常用符号,肇庆学院 计算机学院 主讲人：邵平,. 运算放大器的电路模型,图2.1.3 运算放大器的电路模型,通常： 开环电压增益 Avo的105 （很高）,输入电阻 ri 106 （很大）,输出电阻 ro 100 （很小）,vOAvo(vPvN) （ V vO V ）,注意输入输出的相位关系（同相端+，反相端）,肇庆学院 计算机学院 主讲人：邵平,理想运放的性能指标, 开环差模增益（放大倍数）Aod=； 差模输入电阻Rid =； 输出电阻Rod =0； 共模抑制比KCMR =； 上限截止频率fH =。 其余均为零。,. 理想运算放大器的两个工作区,非线性区和线性区,符号和传输特性线性区：u+-u-,肇庆学院 计算机学院 主讲人：邵平,理想运放在线性工作区有两个特点：,（1）虚短：集成运放两个输入端之间的电压差接近于零即 U+U-，但不是短路。 （由传输特性u+-u- ）（2）虚断：流入集成运放两个输入端的电流可视为零（即 集成运放两输入端不取电流）， I+0，I- 0，但不 是断路。（由于输入电阻很大Rid = ）,线性工作区：电路引入负反馈 非线性工作区：运放开环或电路中引入正反馈,. 理想运算放大器的两个工作区,肇庆学院 计算机学院 主讲人：邵平,集成运放引入负反馈,集成运放工作在线性区的电路特征： 电路引入了负反馈,. 理想运算放大器的两个工作区,肇庆学院 计算机学院 主讲人：邵平,理想运放的非线性工作区：,集成运放处于开环或正反馈时，工作在非线性工作区。,O,uo,uP-uN,特点： （1）输出电压只有两种情况：UOM; （2）净输入电流为零，iP=iN=0。,集成运放工作在非线性区 时的电压传输特性,. 理想运算放大器的两个工作区,肇庆学院 计算机学院 主讲人：邵平,1、比例运算电路,如右图，Rf引入深度负反馈,电压并联负反馈, 反相比例运算电路,电路的构成,函数关系,5.2.2 基本运算电路,反相比例运算电路,肇庆学院 计算机学院 主讲人：邵平,要求Rn=Rp 其中Rn=R/Rf , Rp=R,反相比例运算电路,是为保证电路的对称性,肇庆学院 计算机学院 主讲人：邵平,电路的构成,函数关系,输入输出同相位，电压串联负反馈,R的作用:,同相比例运算电路,同相比例运算电路,肇庆学院 计算机学院 主讲人：邵平,电压跟随器,uO=uN=uP=uI, Auf= uO / uI1,uO = uI,RF,肇庆学院 计算机学院 主讲人：邵平,例电路如图所示，已知uO =-55 uI ，其余参数如图中所标注，试求出R5的值。,A1,-,+,A2,-,+,R1,R2,R3,R5,R4,uI,uO,10k,100k,100k,解：A1构成同相比例运算电路，A2构成反相比例运算电路。因此,uO1,肇庆学院 计算机学院 主讲人：邵平, 反相求和运算电路,u = ( + + ),ui2,o,ui1,ui3,Rf,Rf,Rf,R1,R2,R3,i1,if,f,.加减运算电路,u,uI1,求和运算电路,1,O,3,uI3,uI2,i2,i3,2,虚地点,利用结点电流法求解运算关系，对结点N进行分析，可得：,N,如果R1=R2=R3=Rf，结果如何？,肇庆学院 计算机学院 主讲人：邵平,1,u,o, 同相求和运算电路,3,uI1,uI2,uI3,f,2,i1,i2,i3,图 同相求和运算电路,P,N,利用结点电流法求解运算关系，对结点P进行分析，可得：,肇庆学院 计算机学院 主讲人：邵平,当调整某一路电阻时，必须相应的改变R的值，以保证Rn=Rp.,肇庆学院 计算机学院 主讲人：邵平,差分比例运算电路,u,o,Rf,R,R,Rf,uI2,uI1,差动比例运算是减法运算电路的一种形式,函数关系:,图差分比例运算电路,肇庆学院 计算机学院 主讲人：邵平, 双运放加减运算电路, 电路的构成,A1,-,+,A2,-,+,R1,Rf1,R3,Rf2,R,uO,uO1,R2,uI1,uI2,uI3, 函数关系,两级都是：反相求和电路,肇庆学院 计算机学院 主讲人：邵平, 积分运算电路,3. 积分和微分运算电路, 积分电路的构成,u,I,C,uO,iR,iC,图 积分运算电路,A,反相比例运算电路的Rf换成电容C，构成基本积分电路。,uc,肇庆学院 计算机学院 主讲人：邵平,u,I,C,uO,由虚断和虚短：,iR,iC,uC, 函数关系,图 积分运算电路,A,肇庆学院 计算机学院 主讲人：邵平,uI(V),uo(V),t,t,例如：将积分电路的输出电压作为电子开关的输入电压，那么积分电路可起延迟作用。,0,-3,+6,T, 积分电路的用途举例,肇庆学院 计算机学院 主讲人：邵平, 微分运算电路, 基本微分电路的组成 和函数关系,uO,积分的逆运算， R和C的位置互换。,图 基本微分运算电路,7.2 基本运算电路7.2.3 积分和微分运算电路,肇庆学院 计算机学院 主讲人：邵平,电路图,例 C1=C2=C 试求出uO与uI的运算关系式。,由N点: i1=ic1,肇庆学院 计算机学院 主讲人：邵平,由节点P: i2=ic2得：,可见：这是同相积分运算！,肇庆学院 计算机学院 主讲人：邵平,作业,5-2 （a）、（b）,
