下册 第2章 模拟集成电路及应用

1、电工与电子技术第第2 2章章 模拟集成模拟集成电路及应用电路及应用 第第2 2章章 模拟集成电路及应用模拟集成电路及应用2.1 2.1 集成运算放大器集成运算放大器2.2 2.2 放大电路中的负反馈放大电路中的负反馈2.3 2.3 集成运放的线性应用集成运放的线性应用 集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多级直接耦合放大电路。是发展最早、应用最广泛的级直接耦合放大电路。是发展最早、应用最广泛的一种模拟集成电路。一种模拟集成电路。集成电路集成电路 是把整个电路的各个元件以及相互之是把整个电路的各个元件以及相互之间的联接同时制造在一块半导体芯片上间的联接同

2、时制造在一块半导体芯片上, 组成一个不组成一个不可分的整体。可分的整体。：体积小、重量轻、功耗低、可体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、价格低。靠性高、价格低。按集成度按集成度按导电类型按导电类型按功能按功能小、中、大和超大规模小、中、大和超大规模双、单极性和两种兼容双、单极性和两种兼容数字和模拟数字和模拟各类型号集成芯片各类型号集成芯片Auo 高高: 80dB140dBrid 高高: 105 1011 ro 低低: 几十几十 几百几百 KCMR高高: 70dB130dB 1. 元器件参数的一致性和对称性好；元器件参数的一致性和对称性好； 2. 电阻的阻值受到限制，大电阻常用三极管恒流电阻的阻值

3、受到限制，大电阻常用三极管恒流源代替，电位器需外接；源代替，电位器需外接； 3. 电容的容量受到限制，电感不能集成，故大电电容的容量受到限制，电感不能集成，故大电容、电感容、电感 和变压器均需外接；和变压器均需外接； 4. 二极管多用三极管的发射结代替。二极管多用三极管的发射结代替。2.1 集成运算放大器集成运算放大器2.1.1 2.1.1 集成运算放大器的组成集成运算放大器的组成输输入入端端输输出出端端输输出出级级中中间间级级输输入入级级集成电路集成电路: : 将整个电路的各个元件做在同一个半将整个电路的各个元件做在同一个半导体基片上。导体基片上。集成电路的优点：集成电路的优点：工作稳定、使

4、用方便、体积小、重量轻、工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。功耗小。2.1.2 集成运放的符号和参数集成运放的符号和参数对输入级的要求：对输入级的要求：尽量减小零点漂移尽量减小零点漂移, ,尽量提高尽量提高 KCMRR , , 输入阻抗输入阻抗 ri 尽可能大尽可能大。对中间级的要求：对中间级的要求：足够大的电压放大倍数。足够大的电压放大倍数。对输出级的要求：对输出级的要求：主要提高带负载能力，给出足主要提高带负载能力，给出足够的输出电流够的输出电流io 。即输出阻抗。即输出阻抗 ro小。小。 r ri i 大大: : 几十几十k k 几百几百 k k 集成运放的特点：集成运放的特点：

5、K KCMR CMR 很大很大 r ro o 小：几十小：几十 几百几百 A Auouo 很很大大: 10: 104 4 10 107 7理想运放：理想运放： r ri i K KCMRCMR r ro o 0 0A Auouo 1.1.集成运放符号：集成运放符号：uu+ uo u u+ uoA Auouo国际符号国际符号国内符号国内符号CF741CF741的管脚图的管脚图(1)(1)开环差模电压放大倍数开环差模电压放大倍数A Auouo无外加反馈回路的差模放大倍数。一般在无外加反馈回路的差模放大倍数。一般在10104 4 10 109 9之间。理想运放的之间。理想运放的A Auouo为为 。

6、(3)(3)共模抑制比共模抑制比K KCMRCMR常用分贝作单位，一般常用分贝作单位，一般100dB100dB以上。以上。(2)(2)差模输入电阻差模输入电阻r rididr rid id 1M1M , , 有的可达有的可达100100M M 以上。以上。(4)(4)输出电阻输出电阻r ro or ro o = =几几 - -几十几十 。2.2.集成运放的主要参数集成运放的主要参数(5) (5) 输入失调电压输入失调电压U UIO IO : : 反映差动反映差动输入级的不对称程度输入级的不对称程度(10) (10) 最大差模输入电压最大差模输入电压U UIDMIDM(9) (9) 最大共模输入

7、电压最大共模输入电压U UICMICM(6) (6) 输入失调电流输入失调电流I IIOIO(7) (7) 输入偏置电流输入偏置电流I IIBIB(8) (8) 输入失调电压温漂输入失调电压温漂d dU UIOIO/dT/dT3.3.集成运放的分类集成运放的分类按用途分按用途分通用型通用型低功耗型低功耗型高精度、低漂移型高精度、低漂移型高阻型高阻型1.1.电压传输特性电压传输特性集成运放的电压传输特性是指开环时，输出电压集成运放的电压传输特性是指开环时，输出电压与差模输入电压之间的关系。与差模输入电压之间的关系。即:u uo o= =A Au uo o( (u u+ +- -u u- -)=

8、)= A Au uo ou uidid2.1.3集成运放的电压传输特性集成运放的电压传输特性2.2.理想运放模型理想运放模型（1 1） “虚短虚短”: : 运放两输入端的电位相等，即运放两输入端的电位相等，即u u+ += = u u- -。 u u+ +u u- -= =u uo o/ /A Au uo o=0 =0 u u+ += =u u- -理想运放：理想运放： r ridid K KCMRCMR r ro o 0 0A Auouo 结论结论: :（2 2） “虚断虚断”: : 两输入端的输入电流为零，即两输入端的输入电流为零，即i i+ += =i i- -= = 0 0 。（2 2

9、）理想运放工作在非线性区。）理想运放工作在非线性区。 u u+ +u u 时，时，u uo o=+=+U Uomom u u+ +u u 时，时，u uo o= =U Uomom 3.3.分析运放电路的基本依据分析运放电路的基本依据（1 1）运放工作在线性区。）运放工作在线性区。 “虚短虚短”和和“虚断虚断”本节总结：本节总结：v1了解集成运放的组成、各部分的特点、参了解集成运放的组成、各部分的特点、参数及分类。数及分类。v2掌握集成运放的电压传输特性。掌握集成运放的电压传输特性。v3掌握理想集成运放的模型。掌握理想集成运放的模型。v4深刻理解集成运放的分析依据。深刻理解集成运放的分析依据。反

10、馈：反馈：凡是将放大电路输出端的信号（电压凡是将放大电路输出端的信号（电压或电流）的一部分或全部引回到输入端，与或电流）的一部分或全部引回到输入端，与输入信号迭加，就称为输入信号迭加，就称为反馈反馈。若引回的信号削弱了输入信号，就称为若引回的信号削弱了输入信号，就称为负反馈负反馈。若引回的信号增强了输入信号，就称为若引回的信号增强了输入信号，就称为正反馈正反馈。这里所说的信号一般是指交流信号，这里所说的信号一般是指交流信号，所以所以判断正负反馈判断正负反馈，就要判断反馈信号与，就要判断反馈信号与输入信号的相位关系，输入信号的相位关系，同相同相是是正反馈正反馈，反反相相是是负反馈负反馈。2.2.

11、1 2.2.1 反馈的基本概念反馈的基本概念2.2 2.2 放大电路中的负反馈放大电路中的负反馈反馈控制系统举例反馈控制系统举例- -炉温控制系统炉温控制系统放大器放大器输出输出输入输入取取+ 加强输入信号加强输入信号 正反馈正反馈 用于振荡器用于振荡器取取 - 削弱输入信号削弱输入信号 负反馈负反馈 用于放大器用于放大器开环开环闭环闭环负反馈的作用：负反馈的作用：稳定静态工作点；稳定放大倍数；提稳定静态工作点；稳定放大倍数；提高输入电阻；降低输出电阻；扩展通频带。高输入电阻；降低输出电阻；扩展通频带。反馈网络反馈网络叠加叠加反馈反馈信号信号实际被放大信号实际被放大信号反馈框图：反馈框图：反馈

12、电路的反馈电路的三个环节三个环节：放大：放大：dooXXA反馈：反馈：ofXXF叠加：叠加：fidXXX负反馈框图：负反馈框图：基本放大基本放大电路电路A Ao odXoX反馈回路反馈回路F FfXiX+ +输出信号输出信号输入信号输入信号反馈信号反馈信号差值信号差值信号基本放大基本放大电路电路AodXoX反馈回路反馈回路FfXiX+dooXXA开环放大倍数开环放大倍数ioFXXA闭环放大倍数闭环放大倍数ofXXF反馈系数反馈系数AF=Xo / Xi =Xo / (Xd+ Xf)= Xo / ( + XoF) =XoA11A+F=A1+AF3. 关于反馈深度的讨论关于反馈深度的讨论一般负反馈一

13、般负反馈称为反馈深度称为反馈深度FA 1FAAA 1F时，时， 11 )1( FA， FAA 时，时， 11 )2( FA深度负反馈深度负反馈正反馈正反馈时，时， 11 )3( FA， FAA 自激振荡自激振荡时，时， 01 )4( FA， F A1.1.按反馈信号的极性分类及判断按反馈信号的极性分类及判断1.1.负反馈和正反馈负反馈和正反馈正反馈：正反馈：反馈信号的极性与输入信号的极性相反，反馈信号的极性与输入信号的极性相反， 即，即反馈的结果增强了原来的输入信号，使即，即反馈的结果增强了原来的输入信号，使净净输入信号输入信号X Xd dX Xi i，这种反馈称为正反馈。，这种反馈称为正反馈

14、。 负反馈：负反馈：反馈信号的极性与输入信号的极性相同，反馈信号的极性与输入信号的极性相同，即，即反馈的结果削弱了原来的输入信号，使即，即反馈的结果削弱了原来的输入信号，使净净输入输入信号信号X Xd dX Xi i，这种反馈称为负反馈。，这种反馈称为负反馈。2.2 2.2 反馈放大电路的分类及判断反馈放大电路的分类及判断根据反馈信号在输入端与输入信号比较形式根据反馈信号在输入端与输入信号比较形式的不同，可以分为串联反馈和并联反馈。的不同，可以分为串联反馈和并联反馈。串联反馈：串联反馈：反馈信号与输入信号串联，即反馈反馈信号与输入信号串联，即反馈信号与输入信号以信号与输入信号以电压电压形式叠加

15、决形式叠加决定净输入电压信号。定净输入电压信号。并联反馈：并联反馈：反馈信号与输入信号并联，即反馈反馈信号与输入信号并联，即反馈信号与输入信号以信号与输入信号以电流电流形式叠加决形式叠加决定净输入电流信号。定净输入电流信号。串联反馈使电路的输入电阻增大；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。并联反馈使电路的输入电阻减小。2 2、按输入端的连接方式分类及判别、按输入端的连接方式分类及判别并联反馈并联反馈串联反馈串联反馈difUUUdifIII3.3.按输出端的取样方式分类及判别按输出端的取样方式分类及判别电压反馈：电压反馈：反馈信号取自输出电压信号。反馈信号取自输出电压信号

16、。电流反馈：电流反馈：反馈信号取自输出电流信号。反馈信号取自输出电流信号。电压电压负负反馈：反馈：可以稳定输出电压、减小输出电阻。可以稳定输出电压、减小输出电阻。电流电流负负反馈：反馈：可以稳定输出电流、增大输出电阻。可以稳定输出电流、增大输出电阻。根据反馈所采样的信号不同，可以分为电压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。反馈和电流反馈。输出取样方式的判别输出取样方式的判别- -输出短路法：输出短路法：注意注意: :输出端短路时，是将输出端短路时，是将R R L L短路，不一定是对短路，不一定是对 地短路。地短路。电流反馈电流反馈电压反馈电压反馈4 4、按反馈信号的性质分类及

17、判别、按反馈信号的性质分类及判别交流反馈：交流反馈：反馈信号是交流成分。反馈信号是交流成分。直流反馈：直流反馈：反馈信号是直流成分。反馈信号是直流成分。若在反馈网络中若在反馈网络中串接隔直电容串接隔直电容，则可以隔断，则可以隔断直流，此时反馈只对交流起作用。直流，此时反馈只对交流起作用。在起反馈作用的电阻两端在起反馈作用的电阻两端并联旁路电容并联旁路电容，可，可以使其只对直流起作用。以使其只对直流起作用。有的反馈只对交流信号起作用；有的反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、馈只对直流信号起作用；有的反馈对交、直流信号均起作用。直流信号均起作用。负负反反馈馈电压

18、串联负反馈电压串联负反馈电压并联负反馈电压并联负反馈电流串联负反馈电流串联负反馈电流并联负反馈电流并联负反馈输入输入- -串联、并联串联、并联输出输出- -电流、电压电流、电压2.2.32.2.3负反馈放大电路的四种组态负反馈放大电路的四种组态1.1.电压电压串联串联负负反馈反馈 输出短路法判断是输出短路法判断是电压反馈或电流反馈电压反馈或电流反馈 瞬时极性法判瞬时极性法判断正负反馈断正负反馈 根据反馈信号在输入端根据反馈信号在输入端与输入信号比较形式的不同，与输入信号比较形式的不同，判断串联反馈和并联反馈判断串联反馈和并联反馈结论结论: :电压负电压负反馈使输出反馈使输出电压趋于稳电压趋于稳

19、定定u ud d= =u ui iu uf f oFuRRRu11f2.2.电流并联负反馈电流并联负反馈结论结论: :电流负反馈使电流负反馈使输出电流趋于稳定输出电流趋于稳定oiRRRiff3.3.电压并联负反馈电压并联负反馈4.4.电流串联负反馈电流串联负反馈例例2.2.1 2.2.1 试判别试判别图图(a)(a)和和(b)(b)两个两两个两级放大电路中从运级放大电路中从运算放大器算放大器A A2 2输出端输出端引至引至A A1 1输入端的各输入端的各是何种类型和极性是何种类型和极性的反馈电路。的反馈电路。(b)(b)是电流并联负反馈是电流并联负反馈 (a)(a)是电压串联负反馈是电压串联负

20、反馈 RLuoRLuo电压反馈采样的两种形式：电压反馈采样的两种形式：电流反馈采样的两种形式：电流反馈采样的两种形式：RLioiERLioiERf(2) 根据反馈信号在输入端与输入信号比较根据反馈信号在输入端与输入信号比较形式的不同，可以分为形式的不同，可以分为串联反馈串联反馈和和并联并联反馈反馈。反馈信号与输入信号串联，即反馈电压信号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比较的，叫串联反馈。与输入信号电压比较的，叫串联反馈。反馈信号与输入信号并联，即反馈信号电流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比较的，叫并联反馈。与输入信号电流比较的，叫并联反馈。串联反馈使电

21、路的输入电阻增大，并联反馈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。使电路的输入电阻减小。iifibib=i-if并联反馈并联反馈ufuiubeube=ui-uf串联反馈串联反馈(3)交流反馈交流反馈与与直流反馈直流反馈有的反馈只对交流信号起作用，称为交流有的反馈只对交流信号起作用，称为交流反馈。有的反馈只对直流起作用，称为直反馈。有的反馈只对直流起作用，称为直流反馈。有的反馈对交直流均起作用。流反馈。有的反馈对交直流均起作用。在反馈网络中串接隔直电容，可以隔断直流，在反馈网络中串接隔直电容，可以隔断直流，此时反馈只对交流起作用。此时反馈只对交流起作用。在起反馈作用的电阻两端

22、并联旁路电容，可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。以使其只对直流起作用。增加隔直电容增加隔直电容C后，后，Rf只对交流起反馈作用。只对交流起反馈作用。+C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2RE1CEC3C2+ECuoui+T1T2RfC注：本电路中注：本电路中C1、C2也起到隔直作用。也起到隔直作用。增加旁路电容增加旁路电容C后，后，Rf只对直流起反馈作用。只对直流起反馈作用。+C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2CEC3C2+ECuoui+T1T2RfCRE1负反馈的分析方法负反馈的分析方法分析步骤：分析步骤：3、是否负反馈？、是否负反馈？4、是负反

23、馈！那么是何种类型的负反、是负反馈！那么是何种类型的负反馈？（判断反馈的组态）馈？（判断反馈的组态）1、找出反馈网络（电阻）。、找出反馈网络（电阻）。2、是交流反馈还是直流反馈？、是交流反馈还是直流反馈？判断负反馈的方法：判断负反馈的方法：瞬时极性法：瞬时极性法：假设输出端信号有一定极性的瞬时变化，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。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如果是电压反馈，则

24、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。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。入信号的比较关系。例：判断例：判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态。是否负反馈，若是，判断反馈的组态。uoufubeuc1ub2uc2ufube=ui-ufuc1ub2uc2uo+C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2RE1CEC3C2+ECuoui+T1T2Rf例：判断例：判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态。是否负反馈，若是，判断反馈的组态。ubeuc1ub

25、2uc2此电路是电压串联负反馈，对直流不起作用。此电路是电压串联负反馈，对直流不起作用。+C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2RE1CEC3C2+ECuoui+T1T2Rfuf48分析中用到了三极管的集电极与基极相位分析中用到了三极管的集电极与基极相位相反这一性质。相反这一性质。49我们这里分析的是交流信号，不要与直我们这里分析的是交流信号，不要与直流信号混淆。流信号混淆。分析中用到的电压、电流要在电路中标分析中用到的电压、电流要在电路中标出。并且注意符号的使用规则。出。并且注意符号的使用规则。如果反馈对交直流均起作用（本题即如果反馈对交直流均起作用（本题即是），可以用全量。是），可以

26、用全量。瞬时极性法所判断的也是瞬时极性法所判断的也是相位的关系相位的关系。电路中两个信号的相位电路中两个信号的相位不是同相就是反不是同相就是反相相，因此若两个信号都上升，它们一定，因此若两个信号都上升，它们一定同相；若另一个信号下降而另一个上升，同相；若另一个信号下降而另一个上升，它们一定反相。它们一定反相。例：判断例：判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态。是否负反馈，若是，判断反馈的组态。+UCCRCC2C1Rfuiuoiibif电压反馈电压反馈并联反馈并联反馈uoifib=i+ifuo此电路是电压并联负反馈，对直流也起作用。此电路是电压并联负反馈，对直流也起作用。+UCCRCC2C1R

27、fuiuoiibif三极管的静态工作点如何提供？三极管的静态工作点如何提供？能否在反馈回路加隔直电容？能否在反馈回路加隔直电容？不能！Rf为三极管提供静态电流！例：判断例：判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态。是否负反馈，若是，判断反馈的组态。uouiiiBiFuFRE2RfRE1RC1RC2+UCCiE2电流反馈电流反馈并联反馈并联反馈iE2uFiFiBuC1uB2uC1uB2iB2iE2例：判断例：判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态。是否负反馈，若是，判断反馈的组态。电流并联负反馈。对直流也起作用，可电流并联负反馈。对直流也起作用，可以稳定静态工作点。以稳定静态工作点。uouii

28、iBiFuFRE2RfRE1RC1RC2+UCCiE2uC1uB2因为反馈电压：因为反馈电压：从输入端看，有：从输入端看，有：根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电压串联负电压串联负反馈反馈vd = vi -vF故为串联负反馈。故为串联负反馈。用用“瞬时极性法瞬时极性法”判断反馈极性：判断反馈极性： 假设某一瞬时，在放大电路的输入端加入一个正极性的输入信假设某一瞬时，在放大电路的输入端加入一个正极性的输入信号，按信号传输方向依次判断相关点的瞬时极性，直至判断出反号，按信号传输方向依次判断相关点的瞬时极性，直至判断出反馈信号的瞬时极性。如果反馈信号的瞬时极

29、性使净输入减小，则馈信号的瞬时极性。如果反馈信号的瞬时极性使净输入减小，则为负反馈；反之为正反馈。为负反馈；反之为正反馈。fRRRUU11of反馈量与输出电压成比例，反馈量与输出电压成比例，所以是电压反馈。所以是电压反馈。一一. . 电压串联负反馈电压串联负反馈分立电路电压串联负反馈分立电路电压串联负反馈RL vO vF vd(vbe) vO 电压负反馈的特性电压负反馈的特性稳定输出电压稳定输出电压稳定过程：稳定过程：负载变化时，负载变化时，输出电压稳定输出电压稳定输出电阻输出电阻 因为反馈电流：因为反馈电流：根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电压串联

30、负电压串联负反馈反馈id = ii -iF从输入端看有：从输入端看有：反馈量与输出电压成比例，反馈量与输出电压成比例，所以是电压反馈。所以是电压反馈。ffRURUUIoof故为并联负反馈。故为并联负反馈。二二. .电压并联负反馈电压并联负反馈分立电路电压并联负反馈分立电路电压并联负反馈+UCCRCC2C1RfuiuoibifiiffRURUUIioof反馈量与输出电压成比例，反馈量与输出电压成比例，所以是电压反馈。所以是电压反馈。根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电压串联负电压串联负反馈反馈id = ii -iF在输入端有在输入端有故为并联负反馈。故为

31、并联负反馈。 因为反馈电流：因为反馈电流：三三. .电流并联负反馈电流并联负反馈 因为反馈电流：因为反馈电流：根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电流串联负电流串联负反馈反馈又因为又因为在输入端有在输入端有:id = iI -iFRRRIIfof反馈量与输出电流成比例，反馈量与输出电流成比例，所以是电流反馈。所以是电流反馈。故为并联负反馈。故为并联负反馈。分立电路组成的电流并联负反馈分立电路组成的电流并联负反馈引入电流负反馈的目的引入电流负反馈的目的稳定输出电流稳定输出电流稳定过程：稳定过程：负载变化时，负载变化时，输出电流稳定输出电流稳定输出电阻输出电

32、阻RL iO iF id iO 因为反馈电压：因为反馈电压：Uf=ioRf根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电流串联负电流串联负反馈反馈vd = vi -vF又因为又因为在输入端有在输入端有反馈量与输出电流成比例，反馈量与输出电流成比例，所以是电流反馈。所以是电流反馈。故为串联负反馈。故为串联负反馈。四四. .电流串联负反馈电流串联负反馈分立电路组成的电流串联负反馈分立电路组成的电流串联负反馈IO vF vd IO 引入电流负反馈的目的引入电流负反馈的目的稳定输出电流稳定输出电流稳定过程：稳定过程：负载变化时，负载变化时，输出电流稳定输出电流稳定输出电

33、阻输出电阻RL 五.反馈类型及判别方法总结1.1.直流反馈与交流反馈直流反馈与交流反馈注意电容的注意电容的“隔直通交隔直通交”作用作用 例题例题1:试判断下图电路中有哪些反馈支路，各是直流反试判断下图电路中有哪些反馈支路，各是直流反馈还是交流反馈？馈还是交流反馈？2.2.反馈极性：正反馈与负反馈反馈极性：正反馈与负反馈判定方法判定方法“瞬时极性法瞬时极性法”例题例题2:试判断下列电路中反馈支路的反馈极性。试判断下列电路中反馈支路的反馈极性。vIvO- -+RLR2R1对于串联反馈：对于串联反馈：输入量与反馈量作用在不同的两点上，若瞬时极性输入量与反馈量作用在不同的两点上，若瞬时极性相同为负反馈

34、，瞬时极性相反为正反馈。相同为负反馈，瞬时极性相反为正反馈。对于并联反馈：对于并联反馈：输入量与反馈量作用在同一点上，若反馈元件两端输入量与反馈量作用在同一点上，若反馈元件两端瞬时极性相反为负反馈，瞬时极性相同为正反馈。瞬时极性相反为负反馈，瞬时极性相同为正反馈。动画演示动画演示vO- -+R4R5R3- -+vIR1R23. 取样方式取样方式电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈 假设输出端交流短路（假设输出端交流短路（RL=0），即），即UO=0，若，若反馈信号消失了，则为电压反馈；若反馈信号仍反馈信号消失了，则为电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为电流反馈。然存在，则为电流反馈。电压反馈：电

35、压反馈：反馈信号的大小与输出电压成比反馈信号的大小与输出电压成比 例。例。判断方法判断方法输出短路法：输出短路法：电流反馈：电流反馈：反馈信号的大小与输出电流成比反馈信号的大小与输出电流成比 例。例。例题例题3:试判断下列电路中引入的反馈是电试判断下列电路中引入的反馈是电压反馈还是电流反馈。压反馈还是电流反馈。串联反馈：串联反馈：反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的两个电极。有：的两个电极。有： 此时反馈信号与输入信号是电流相加减的关系。 此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。 对于运算放大器来说，反馈信号与输入信号同时加对于运算放大器来说，反馈信

36、号与输入信号同时加在同相输入端或反相输入端，则为并联反馈；一个加在在同相输入端或反相输入端，则为并联反馈；一个加在同相输入端一个加在反相输入端则为串联反馈。同相输入端一个加在反相输入端则为串联反馈。 对于三极管来说，反馈信号与输入信号同时加在三极对于三极管来说，反馈信号与输入信号同时加在三极管的基极或发射极，则为并联反馈；一个加在基极一个加管的基极或发射极，则为并联反馈；一个加在基极一个加在发射极则为串联反馈。在发射极则为串联反馈。并联反馈：并联反馈：反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的同一个电极。有：的同一个电极。有： vd = vi -vFid =

37、 iI -iF 4.比较方式比较方式串联反馈和并联反馈串联反馈和并联反馈例题例题4:试判断下列电路中引入的反馈是串试判断下列电路中引入的反馈是串联反馈还是并联反馈。联反馈还是并联反馈。例题例题5:试判断下列电路中的反馈组态。试判断下列电路中的反馈组态。解解:电压串联负反馈。电压串联负反馈。（a）：）：解解:电压并联负反馈。电压并联负反馈。（b）：）：动画演示动画演示（1）串联反馈）串联反馈 5. 信号源对反馈效果的影响信号源对反馈效果的影响vd = vI -vF 所以所以vI应为恒压源，即信号源内阻应为恒压源，即信号源内阻RS越小越小越好越好。 要想反馈效果要想反馈效果明显，就要求明显，就要求

38、vF变化能有效引起变化能有效引起vd的变化的变化。（2）并联反馈）并联反馈id = iI -iF 所以所以iI应为恒应为恒流流源，源，即信号源内阻即信号源内阻RS越越大越好大越好。 要想反馈效果明要想反馈效果明显，就要求显，就要求iF变化能变化能有效引起有效引起id的变化。的变化。end基本放大基本放大电路电路AodXoX反馈回电反馈回电路路FfX iX+dooXXAofXXFfidXXX反馈电路的反馈电路的基本方程基本方程2.2.4 2.2.4 负反馈对放大电路性能的影响负反馈对放大电路性能的影响oodofdfoioFAFXXXXXXXXXA111FAAoo1FAo1反馈深度反馈深度定义：定

39、义：基本放大基本放大电路电路AodXoX反馈回路反馈回路FfXiX+FAAXXAooioF1(2) (2) 若若1FAo称为深度负反馈，此时称为深度负反馈，此时FAF1结论：结论：在在深度负反馈深度负反馈的情况下，放大倍数只与反的情况下，放大倍数只与反馈网络有关馈网络有关, ,即负反馈可以即负反馈可以提高放大倍数的稳定性提高放大倍数的稳定性。1.1.对放大倍数的影响对放大倍数的影响FAAXXAooioF1(1)(1)负反馈削弱了输入信号，使净输入减小了，负反馈削弱了输入信号，使净输入减小了，因而放大电路的因而放大电路的放大倍数下降放大倍数下降 引入负反馈使电路的稳定性提高。引入负反馈使电路的稳

40、定性提高。22)1 (1)1 ()1 (AFAFAFAFdAdAf11(1)AAF AAFAdAAFAdA11ffAf定量分析定量分析例例2.2.2 2.2.2 某负反馈放大器，放大倍数某负反馈放大器，放大倍数A A=10=104 4, ,反反馈系数馈系数F F=0.01=0.01，由于外部条件变化使，由于外部条件变化使A A变化了变化了10%10%，求，求A Af f的相对变化量。的相对变化量。解：解：AdAAFAdA11ff%1 . 0%)10(01. 010114ffAdA即即A A变化了变化了10%10%时，时，A Af f仅变化了仅变化了0.1% 0.1% 。2、改善放大电路的非线性

41、失真、改善放大电路的非线性失真Aouiuo加反馈前加反馈前加反馈后加反馈后ufuiudAoF+ 改善改善uouo3 3、扩展放大电路的通频带扩展放大电路的通频带引入负反馈使电路的通频带宽度增加：引入负反馈使电路的通频带宽度增加：oofBFAB)1 ( fABoAoAFBF4 4、对输入、输出电阻的影响、对输入、输出电阻的影响1. 1. 串联负反馈增大输入电阻：串联负反馈增大输入电阻：2. 2. 并联负反馈减小输入电阻：并联负反馈减小输入电阻：理解：理解：由于串联负反馈使净输入电压由于串联负反馈使净输入电压u ud d减小，减小，因而输入电流也减小，故输入电阻增大。因而输入电流也减小，故输入电阻

42、增大。理解：理解：并联负反馈存在反馈电流并联负反馈存在反馈电流i if f，使输入，使输入电流电流i ii i增大，故输入电阻减小。增大，故输入电阻减小。3. 电压负反馈使电路的输出电阻减小：电压负反馈使电路的输出电阻减小：理解：理解：电压负反馈目的是阻止电压负反馈目的是阻止 uo的变化，稳定的变化，稳定输出电压输出电压。放大电路空载时放大电路空载时可等效右图框中可等效右图框中为电压源：为电压源：输出电阻越小，输出电压越稳定，反之亦然。输出电阻越小，输出电压越稳定，反之亦然。roesouoRL理解：理解：电流负反馈目的是阻止电流负反馈目的是阻止 io的变化，稳定的变化，稳定输出电流输出电流。放

43、大电路空载时放大电路空载时可等效为右图框可等效为右图框中电流源：中电流源：输出电阻越大，输出电流越稳定，反之亦然。输出电阻越大，输出电流越稳定，反之亦然。4. 电流负反馈使电路的输出电阻增加：电流负反馈使电路的输出电阻增加：roisoioRL本节总结：本节总结：v1理解放大电路中反馈的概念。理解放大电路中反馈的概念。v2掌握反馈分类及判别方法。掌握反馈分类及判别方法。v3会判别负反馈的四种组态会判别负反馈的四种组态v4.重点掌握分离元件与集成电路的负反馈重点掌握分离元件与集成电路的负反馈的判断方法的判断方法v5.掌握不同类型的负反馈对放大电路的性掌握不同类型的负反馈对放大电路的性能指标的影响能

44、指标的影响2.3 2.3 集成运算放大器的线性应用集成运算放大器的线性应用2.2.分析运放组成的线性电路的出发点分析运放组成的线性电路的出发点虚短路虚短路虚开路虚开路放大倍数与负载无关，放大倍数与负载无关， 可以分开分析。可以分开分析。0iIuuu+uo_+uIi信号的放大、运算信号的放大、运算有源滤波电路有源滤波电路3.3.运放运放线性应线性应用用作用：作用：将信号按比例放大。将信号按比例放大。类型：类型：同相比例放大和反相比例放大。同相比例放大和反相比例放大。方法：方法：引入深度电压并联负反馈或电压串联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负反馈。这样输出电压与运

45、放的开环放大倍数无关，与输入电压和反馈系放大倍数无关，与输入电压和反馈系数有关。数有关。2.3.1 比例运算电路比例运算电路0uui i1 1= = i if f1ioFuuRR 11oFuuRAuR u uo o_ _+ + + + R RF FR R1 1R R2 2u ui ii i1 1i if f(1)(1)放大倍数放大倍数虚短路虚短路虚开路虚开路1 1、反相比例运算电路、反相比例运算电路结构特点：结构特点：负反馈引到反相输负反馈引到反相输入端，信号从反相端输入。入端，信号从反相端输入。虚开路虚开路(2) 电路的输入电阻电路的输入电阻ri= 平衡电阻，使输入端对地平衡电阻，使输入端对

46、地的静态电阻相等，保证静的静态电阻相等，保证静态时输入级的对称性。态时输入级的对称性。R2 =R1 / RFuo_+ + RFR1R2uii1if为保证一定的输入为保证一定的输入电阻，当放大倍数电阻，当放大倍数大时，需增大大时，需增大RF，而大电阻的精度差，而大电阻的精度差，因此，因此，在放大倍数在放大倍数较大时，该电路结较大时，该电路结构不再适用。构不再适用。1iiuRi4. 4. 共模电压共模电压02uu电位为电位为0 0，虚地，虚地输入电阻小、共模电压输入电阻小、共模电压为为 0 0 以及以及“虚地虚地”是是反反相输入相输入的特点。的特点。_ _+ + + + R RF FR R1 1R

47、 R2 2u ui ii i1 1i if f(3)(3)反馈方式反馈方式电压并联负反馈电压并联负反馈输出电阻很小！输出电阻很小！反相比例电路的特点：反相比例电路的特点：1. 共模输入电压为共模输入电压为0，因此对运放的共模抑制比，因此对运放的共模抑制比要求低。要求低。2. 由于电压负反馈的作用，由于电压负反馈的作用，输出电阻小输出电阻小，可认，可认为是为是0，因此，因此带负载能力强带负载能力强。3. 由于并联负反馈的作用，由于并联负反馈的作用，输入电阻小输入电阻小，因此，因此对输入电流有一定的要求。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在放大倍数较大时，该电路结构

48、不再适用 。2 2、同相比例运算电路、同相比例运算电路_ _+ + + + R RF FR R1 1R R2 2u ui iu uo ou u- -= u= u+ += u= ui i1ioiFuuuRR1(1)FoiRuuR反馈方式：反馈方式：电压串联负反馈。输入电阻高。电压串联负反馈。输入电阻高。11oFufiuRAuR 虚短路虚短路虚开路虚开路结构特点：结构特点：负反馈引到反负反馈引到反相输入端，信号从同相端相输入端，信号从同相端输入。输入。虚开路虚开路i ii ii if f同相比例电路的特点：同相比例电路的特点：3. 共模输入电压为共模输入电压为ui，因此对运放的共模抑制比，因此对运

49、放的共模抑制比要求高要求高。1. 由于由于电压电压负反馈的作用，负反馈的作用，输出电阻小输出电阻小，可认，可认为是为是0，因此，因此带负载能力强带负载能力强。2. 由于由于串联串联负反馈的作用，负反馈的作用，输入电阻输入电阻大。大。思考：思考：R R1 1时？时？_ _+ + + + u ui iu uo oiouuuu此电路是电压并联负反馈，输入电阻大，输此电路是电压并联负反馈，输入电阻大，输出电阻小，在电路中作用与分离元件的射极输出出电阻小，在电路中作用与分离元件的射极输出器相同，但是电压跟随性能好。器相同，但是电压跟随性能好。3 3、电压跟随器、电压跟随器结构特点：结构特点：输出电压全输

50、出电压全部引到反相输入端，信部引到反相输入端，信号从同相端输入。号从同相端输入。电压电压跟随器是同相比例运算跟随器是同相比例运算放大器的特例。放大器的特例。A Aufuf=1=111oFufiuRAuR 例 2.3.1 图示电路中,R1=50k,RF=100k,ui=1 V,求输出电压uo,并说明输入级的作用。 111001250FoRuVR 解：输入级为电压跟随器，输入电阻很高，起到减轻信号源负担的作用。 uo1= ui = 1 V UoUo= =作用：作用：将若干个输入信号之和按比例放大。将若干个输入信号之和按比例放大。类型：类型：同相求和和反相求和。同相求和和反相求和。方法：方法：引入深

51、度电压并联负反馈或电压串联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放大倍数无关，与输入电压和反馈系数有关。数有关。2.3.2 2.3.2 加法运算电路加法运算电路1 1、反相求和运算、反相求和运算实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要。以适应不同的需要。FPR/R/RR1211R R1212_ _+ + + R RF FR R1111u ui i2 2u uo oR RP Pu ui i1 1i ii1i1i ii2i2i if f0uu12iifi

52、ii121112()FFoiiRRuuuRRii2ifii1R12_+ RFR11ui2uoRPui1调节反相求和电路的某一路信号的输入电阻，不影调节反相求和电路的某一路信号的输入电阻，不影响输入电压和输出电压的比例关系，调节方便。响输入电压和输出电压的比例关系，调节方便。R11=R22=RF时？时？111iiuiR222iiuiR333iiuiRofFuiR 123fiiiiiii123123()FFFoiiiRRRuuuuRRR 三输入加法运算电路三输入加法运算电路_ _+ + + + R R2 2R R1 1R R1 1u ui i2 2u uo oR R2 2u ui i1 1 uu1

53、12RuuRuuio212RuRuui)(1212iiouuRRu解出：解出：时？时？.3.3 .3.3 减法运算电路差动放大器减法运算电路差动放大器_+ + R2R1R1ui2uoR2ui1差动放大器放大了两个信号的差，但是它的差动放大器放大了两个信号的差，但是它的输入电阻不高（输入电阻不高（= =2R1）, , 这是由于反相输入这是由于反相输入造成的。造成的。例：例：设计一个加减运算电路，设计一个加减运算电路， RF=240k ，使使uo=10ui1+ 8ui2 - 20ui3解解:(1) 画电路。画电路。系数为负的信系数为负的信号从反相端输号从反相端输入，系数为正入，系数为正的信号从同相

54、的信号从同相端输入。端输入。-R3RF+ui1uoR2R1ui2R4ui3(2) 求各电阻值。求各电阻值。-R3RF+ui1uoR2R1ui2R4ui3FRRRRR/3421)(332211RuRuRuRuiiiFok240FRuo=10ui1+ 8ui2 - 20ui3k241Rk302Rk123Rk804R优点：优点：元件少，成本低。元件少，成本低。123123()iiioFuuuuRRRR缺点：缺点：要求要求R1/R2/R=R3/R。阻值的调整计算不方。阻值的调整计算不方便。便。单运放的加减运算电路单运放的加减运算电路改进：改进：采用双运放电路。采用双运放电路。 双运放的加减运算电路双运

55、放的加减运算电路例例2.3.2 2.3.2 设计一个能实现设计一个能实现u uo o=10u=10ui1i1-2u-2ui2i2-5u-5ui3i3运算关运算关系的电路，其中系的电路，其中 R RF F=10 k=10 k。u uo o=-(-10u=-(-10ui1i1+2u+2ui2i2+5u+5ui3i3) )111110FoiiRuuuR 110FRR11RK平衡电阻平衡电阻=?=?uo=-(-10ui1+2ui2+5ui3)123123()FFFooiiRRRuuuuRRR 1. 1. 它们都引入电压负反馈，因此输出电阻都它们都引入电压负反馈，因此输出电阻都比较小比较小 。2. 2.

56、 关于输入电阻：反相输入的输入电阻小，关于输入电阻：反相输入的输入电阻小，同相输入的输入电阻高。同相输入的输入电阻高。3. 3. 同相输入的共模电压高，反相输入的共模电同相输入的共模电压高，反相输入的共模电压小。压小。比例运算电路与加减运算电路小结比例运算电路与加减运算电路小结i1iCui-+RR2CuoRuii1ddoCuiCttuRCuiod12.3.4 2.3.4 积分运算电路积分运算电路输出量与输入量对时间的输出量与输入量对时间的积分成正比积分成正比积分时间常数积分时间常数:RCtui0tuo0输入方波，输出是三角波。输入方波，输出是三角波。应用举例应用举例1 1：tui0tuo0to

57、tURCu0d1U-UomMomUTRCU1URCUTomMTM积分时限积分时限应用举例应用举例2：如果积分器从某一时刻输入一直流电压，如果积分器从某一时刻输入一直流电压，输出将反向积分，经过一定的时间后输出输出将反向积分，经过一定的时间后输出饱和。饱和。思考：思考：如果输入是正弦波，输出波形怎样，请如果输入是正弦波，输出波形怎样，请自己计算。运放实验中请自己验证。自己计算。运放实验中请自己验证。例例2.3.32.3.3 积分运算电路如图所示积分运算电路如图所示, ,已知已知kk，0.5 uF0.5 uF, , u u的的初始电初始电压为，输入电压波压为，输入电压波形形u ui i如图如图(a

58、)(a)所示所示, ,请画请画出输出电压出输出电压u u o o的波形。的波形。 001(0)20ttoioiuu dtuu dtRC 当当0 0t60mst60ms，u ui i-5V-5V 20(0)100oiuutt 当当6060t110mst110ms，u ui i6V6V 0020()( )12013.2oiouuttu tt 波形如图波形如图例例2.3.4 2.3.4 试求图试求图(b)(b)所示电路的所示电路的u uo o与与u ui i的关系式。的关系式。 (b)(b)(a)(a)1ifuiiR1oF ffuR ii dtC 1()FiiRuu dtRRC 解解其他一些运算电路

59、：对数与指数运算电路、乘其他一些运算电路：对数与指数运算电路、乘法与除法运算电路等，由于课时的限制，不作法与除法运算电路等，由于课时的限制，不作为讲授内容。为讲授内容。积分电路的主要用途：积分电路的主要用途：1. 在电子开关中用于延迟。在电子开关中用于延迟。2. 波形变换。例：将方波变为三角波。波形变换。例：将方波变为三角波。3. A/D转换中，将电压量变为时间量。转换中，将电压量变为时间量。4. 移相。移相。u= u+= 0RuioFtuCiidd1Fii 1tuRCuiodd1 1、微分运算、微分运算u u i i+ + +u uo oR RR R2 2i i1 1i iF FC C结论结

60、论: 1.: 1.输出信号与输入信号对时间的一阶输出信号与输入信号对时间的一阶 微分成正比微分成正比2.2.微分时间常数微分时间常数 : :RC2.3.5 2.3.5 微分运算电路微分运算电路uit0t0uotuisin若输入：若输入：则：则：)90sin(costRCtRCuo若输入为阶跃信号若输入为阶跃信号?tuituo运算电路运算电路要求要求1. 熟记各种单运放组成的基本运算电路的电熟记各种单运放组成的基本运算电路的电路图及放大倍数公式。路图及放大倍数公式。2. 掌握以上基本运算电路的级联组合的计算。掌握以上基本运算电路的级联组合的计算。3. 会用会用 “虚开路虚开路(ii=0)”和和“