负反馈、差动、运放

差动放大电路本讲重点典型差动放大电路一一长尾电路的特点，静态和动态计算。本讲难点1、差动放大电路中共模负反馈电阻R的作用，及其对差模信号和共模信号的不同处理方法;e2、差动放大电路动态参数计算；教学组织过程本讲以教师讲授为主。用多媒体演示典型差动放大电路一一长尾电路的特点、静态和动态计算等，便于学生理解和掌握。主要内容1、直接耦合放大电路的零点漂移直接耦合放大电路的零点漂移主要是晶体管的温漂造成的。在基本差动放大电路中，利用参数的对称性进行补偿来抑制温漂。在长尾电路和具有恒流源的差动放大电路中，还利用共模负反馈或恒流源抑制每只放大管的温漂。2、差动放大电路组成及特点1）电路组成差分放大器是由对称的两个基本放大电路通过射极公共电阻耦合构成的。“对称”的含义是两个三极管的特性一致，电路参数对应相等，即R=R，R=R，p=p，V=V，，，1clc2blb212BE1BE2r=r，I=Iobelbe2CBO1CBO22）电路特性（1）差动放大电路对零漂在内的共模信号有抑制作用；（2）差动放大电路对差模信号有放大作用；（3）共模负反馈电阻Re的作用：①稳定静态工作点。②对差模信号无影响。③对共模信号有负反馈作用：Re越大对共模信号的抑制作用越强；也可能使电路的放大能力变差。3、差动放大电路的输入和输出方式1）差动放大电路可以有两个输入端：同相输入端和反相输入端。根据规定的正方向，在某输入端加上一定极性的信号，如果输出信号的极性与其相同，则该输入端称为同相输入端。反之，如果输出信号的极性与其相反，则该输入端称为反相输入端。2）信号的输入方式：若信号同时加到同相输入端和反相输入端，称为双端输入；若信号仅从一个输入端加入，称为单端输入。3）信号的输出方式：差动放大电路可以有两个输出端：集电极C和Co从C和C输出称为双端输出；仅从集电极ci或顷地输出称为单端输出。按照信号的输入、输出方式，或输入端与输出端接地情况的不同，差动放大电路有四种接法：双端输入/双端输出；双端输入/单端输出；单端输入/双端输出；单端输入/单端输出；4、差模信号和共模信号1）差模信号：幅度相等、极性相反的一对输入信号。通常为有用信号。2）共模信号：幅度相等、极性相同的一对输入信号。通常为温漂和干扰信号。3）比较输入：气1和Uu2可以分解为一对差模信号士ud和一对共模信号气c的叠加作用。u+u差模信号为：Uid=Ui1一气2；共模信号为："2Ui1和Uu2均接地，故信号的输入方式无关，可分两种情况进行：双端输出和单端输出。1）双端输出双端输出"。。1uCQ2，所以，与电路有无接负载无关。1列输入回路电压方程，并根据放大区IEQ=（1+'）IBQ机ICQ即可求得IBQ和'cQ；2列输出回路电压方程可求得UCEQ

2）单端输出'BQ1'BQ2;在放大区有'CQ1'CQ2;但是，"CQ1'CQ2,"CEQ1'CEQ2。所以，应该采用戴维南等效定理将原电路的"CQ1和"CQ2或"CEQ1和"CEQ26、差动放大电路的动态性能指标（1）差模电压放大倍数Ad：描述电路放大差模信号的能力；（2）差模输入电阻Rid：差模信号作用下的输入电阻。（3）差模输出电阻Rod：差模信号作用下的输出电阻。（4）共模电压放大倍数Ac：描述电路抑制共模信号的能力；（5）K=CMR共模抑制比A（5）K=CMR共模抑制比A―dAc理想情况下，共模放大倍数为0,共模抑制比为8。7、差动放大电路的动态分析求解动态参数的关键是针对差模参数和共模参数，应分别画出微变等效电路进行计算。差模和共模微变等效电路的主要区别是对Re的处理不同：在差模等效电路中，双端输入时Re视为短路；单端输入时Re视为开路。在共模信号作用下对单边电路而言，发射极等效电阻为2Re。虽然差动放大电路有四种接法，且有三种不同的输入信号。由于单端输入可以转换为双端输入；比较输入可以看成是差模输入和共模输入的叠加。实际分析计算时，只须考虑两种情况：差模信号作用下的双入一双出、双入一单出；共模信号作用下的双入一双出、双入一单出。8、改进型为了既能采用较低的电源电压又能有很大的Re等效电阻，可采用恒流源电路来替代Re，这样可以大大增加电路抑制共模信号的能力。集成运算放大电路本讲重点集成运放的组成及各部分的作用，正确理解主要指标参数的物理意义及其使用注意事项。本讲难点集成运算放大电路的选择和使用。教学组织过程本讲首先介绍集成运放电路的组成及各部分的作用，然后采用学生自学为主的方法学习运放典型电路F007的工作原理，辅以讲授其外部电路特性，最后简单讲述集成运放电路的类型选择及其使用。主要内容1、集成运算放大电路的组成及各部分的作用集成运算放大器是一个高增益直接耦合放大电路，它的方框图如下图所示。y差容路—中间放大级—互补输出级一^。偏置电流源运算放大器方框图1）输入级要使用高性能的差分放大电路，它必须对共模信号有很强的抑制力，而且采用双端输入、双端输出的形式。2）中间放大级要提供高的电压增益，以保证运放的运算精度。中间级的电路形式多为差分电路和带有源负载的高增益放大器。3）互补输出级由PNP和NPN两种极性的三极管或复合管组成，以获得正负两个极性的输出电压或电流。具体电路参阅功率放大器。4）偏置电流源可提供稳定的几乎不随温度而变化的偏置电流，以稳定工作点。2、集成运算放大器的引线和符号1）集成运算放大器的符号中有三个引线端，两个输入端，一个输出端。一个称为同相输入端，即该端输入信号变化的极性与输出端相同，用符号'+'或'IN+'表示；另一个称为反相输入端，即该端输入信号变化的极性与输出端相异，用符号“-”或'“IN-”表示。输出端一般画在输入端的另一侧，在符号边框内标有'+’号。实际的运算放大器通常必须有正、负电源端有的品种还有补偿端和调零端。2）集成运算放大器的符号按照国家标准符号如下图所示。（a）国家标准符号（b）原符号模拟集成放大器的符号1、F007通用集成运放电路简介7.5kQ中间级输出级外接调零电位器输入级珞4.5kQ3、集成运放的主要性能指标7.5kQ中间级输出级外接调零电位器输入级珞4.5kQ运算放大器的技术指标很多，其中一部分与差分放大器和功率放大器相同，另一部分则是根据运算放大器本身的特点而设立的。各种主要参数均比较适中的是通用型运算放大器，对某些项技术指标有特殊要求的是各种特种运算放大器。运算放大器的静态技术指标输入失调电压V(inputoffsetvoltage):输入电压为零时，将输出电压除以电压增益，即为折°算到输入端的失调电压。vio是表征运放内部电路对称性的指标。输入失调电流I(inputoffsetcurrent)：在零输入时，差分输入级的差分对管基极电流之差，用于表征差分级输入电流不对称的程度。输入偏置电流I(inputbiascurrent)：运放两个输入端偏置电流的平均值，用于衡量差分放大对管输入电流的大小。输入失调电压温漂dViOdT:在规定工作温度范围内，输入失调电压随温度的变化量与温度变化量之比值。输入失调电流温漂d1iodT:在规定工作温度范围内，输入失调电流随温度的变化量与温度变化量之比值。最大差模输入电压匕dmax(maximumdifferentialmodeinputvoltage):运放两输入端能承受的最大差模输入电压，超过此电压时，差分管将出现反向击穿现象。最大共模输入电压匕cmax(maximumcommonmodeinputvoltage):在保证运放正常工作条件下，共模输入电压的允许范围。共模电压超过此值时，输入差分对管出现饱和，放大器失去共模抑制能力。运算放大器的动态技术指标A，开环差模电压放大倍数vd(openloopvoltagegain):运放在无外加反馈条件下，输出电压与输入电压的变化量之比。差模输入电阻如d(inputresistance):输入差模信号时，运放的输入电阻。共模抑制比KCmr(commonmoderejectionratio):与差动放大电路中的定义相同，是差模电压增益Avd与共模电压增益Avc之比，常用分贝数来表示。KCMR=20lg(Avd/Avc)(dB)—3dB带宽fH(一3dBbandwidth):运算放大器的差模电压放大倍数气d在高频段下降3dB所定义的带宽fh。单位增益带宽fc(BWG)(unitgainbandwidth):气d下降到1时所对应的频率，

定义为单位增益带宽fC。转换速率次(压摆率)(slewrate)：反映运放对于快速变化的输入信号的响应能力。转换速率、r的表达式为勺dVS—°-Rdtmax等效输入噪声电压V(equivalentinputnoisevoltage):输入端短路时，输出端的噪声电压折算到输入端的数值。这一数值往往与一定的频带相对应。2、集成运放电路的低频等效电路3、集成运放的电压传输特性1)2)3)4)5)6)2、1)1、理想运放的性能指标Aod=8Rid=8R1)2)3)4)5)6)2、1)oKcmr=8fH=8uoi、ioi及其温漂均为零，且无任何内部噪声。理想运放的两个工作区线性工作区特点特点为⑴Uo=Aod(%—UN)(2)具有虚短(即uP=uN)、虚断(即iP=iN=0)的特点。2)非线性工作区特点为当uP>uN时uo正向饱和，当uP<uN时uo负向饱和。具有虚断的特点。导”。本章小结本章主要讲述了集成运放的结构特点、电流源电路及有源负载放大电路、差动放大电路和集成运算放大电路。学完本章后要求：1、熟悉集成电路结构形式上的特点2、了解电流源电路的工作原理；3、掌握典型差动放大电路一一长尾电路的特点，静态和动态计算；4、熟悉集成运放的组成及各部分的作用，正确理解主要指标参数的物理意义及其使用注意事项。5、了解集成运放的典型电路F007的工作原理。

第四章放大电路的反馈主要内容1、基本概念反馈、正反馈和负反馈、电压反馈和电流反馈、并联反馈和串联反馈等基本概念;2、反馈类型判断：有无反馈？是直流反馈、还是交流反馈？是正反馈、还是负反馈？3、交流负反馈的四种组态及判断方法；4、交流负反馈放大电路的一般表达式；5、放大电路中引入不同组态的负反馈后，对电路性能的影响；6、深度负反馈的概念，在深度负反馈条件下，放大倍数的估算；反馈的基本概念和判断方法及负反馈放大电路的方框图本讲重点1、负反馈概念。2、各种反馈类型的判断。本讲难点并联和串联负反馈及电流负反馈的判断教学过程组织讲授主要内容1、反馈的基本概念1）什么是反馈反馈：将放大器输出信号的一部分或全部经反馈网络送回输入端。反馈的示意图见下图所示。反馈信号的传输是反向传输。开环：放大电路无反馈，信号的传输只能正向从输入端到输出端。闭环：放大电路有反馈，将输出信号送回到放大电路的输入回路，与原输入信号相加或V'i称为净输输出幅度下降。V'i称为净输输出幅度下降。图示中*是输入信号，Xf是反馈信号入信号。所以有X；=—Xf2）负反馈和正反馈X，X负反馈：加入反馈后，净输入信号i<i应用：负反馈能稳定与反馈量成正比的输出量，因而在控制系统中稳压、稳流。X'X正反馈：加入反馈后，净输入信号i>i，输出幅度增加。应用：正反馈提高了增益，常用于波形发生器。3）交流反馈和直流反馈直流反馈：反馈信号只有直流成分；交流反馈：反馈信号只有交流成分；交直流反馈：反馈信号既有交流成分又有直流成分。直流负反馈作用：稳定静态工作点；交流负反馈作用：从不同方面改善动态技术指标，对Au、Ri、Ro有影响。2、反馈的判断1）有无反馈的判断（1）是否存在除前向放大通路外，另有输出至输入的通路一一即反馈通路;（2）反馈至输入端不能接地，否则不是反馈。2）正、负反馈极性的判断之一一瞬时极性法在输入端，先假定输入信号的瞬时极性；可用“+”、"-”或“f”、“I”表示；根据放大电路各级的组态，决定输出量与反馈量的瞬时极性；最后观察引回到输入端反馈信号的瞬时极性，若使净输入信号增强，为正反馈，否则为负反馈。注意：*极性按中频段考虑；*必须熟悉放大电路输入和输出量的相位关系。*反馈类型主要取决于电路的连接方式，而与Ui的极性无关。对单个运放一般有：反馈接至反相输入端为负反馈反馈接至同相输入端为正反馈电压反馈和电流反馈电压反馈：反馈信号的大小与输出电压成比例(采样输出电压)；电流反馈，反馈信号的大小与输出电流成比例(采样输出电流)。判断方法：将输出电压'短路’，若反馈回来的反馈信号为零，则为电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为电流反馈。应用中，若要稳定输出端某一电量，则采样该电量，以负反馈形式送输入端。电压负反馈作用：稳定放大电路的输出电压。电流负反馈作用：稳定放大电路的输出电流。串联反馈和并联反馈(根据反馈信号在输入端的求和方式)(1)串联反馈：反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的两个电极上，此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。(2)并联反馈，反馈信号加在放大电路输入回路的同一个电极，此时反馈信号与输入信号是电流相加减的关系。判别方法：将反馈节点对地短接，若输入信号仍能送入放大电路，则反馈为串联反馈，否则为并联反馈。对于三极管来说，反馈信号与输入信号同时加在输入三极管的基极或发射极，则为并联反馈；一个加在基极，另一个加在发射极则为串联反馈。，则为并联反馈；一个加在同相输入端，另一个加在反相输入端则为串联反馈。反馈；一个加在基极，另一个加在发射极则为串联反馈。，则为并联反馈；一个加在同相输入端，另一个加在反相输入端则为串联反馈。正、负反馈极性的判断法之二：在明确串联反馈和并联反馈后，正、负反馈极性可用下列方法来判断：反馈信号和输入信号加于输入回路同一点时:瞬时极性相同的为正反馈；瞬时极性相反的是负反馈；反馈信号和输入信号加于输入回路两点时：瞬时极性相同的为负反馈；瞬时极性相反的是正反馈。对三极管放大电路来说这两点是基极和发射极，对运算放大器来说是同相输入端和反相输入端。注意：输入信号和反馈信号的瞬时极性都是指对地而言，这样才有可比性。直、交流反馈方法判断：根据反馈网络中是否有动态元件进行判断。若反馈网络无动态元件(通常为电容)，则反馈信号交、直流并存；若反馈网络有电容串联，则只有交流反馈；若反馈网络有电容并联，则只有直流反馈。3、负反馈放大电路的四种基本组态1)负反馈的基本组态类型：电压串联负反馈，电压并联负反馈，电流串联负反馈，电流并联负反馈。

负反馈放大电路反馈组态的判断方法：从放大器输出端的采样物理量，看反馈量取自电压还是电流;从输入端的连接方式，判断反馈是串联还是并联。四种负反馈组态及组态的判断(1)电压串联负反馈*表现形式：输出和反馈均以电压的形式出现闭环放大倍数:FVV反馈系数对于图上(a)闭环放大倍数:FVV反馈系数对于图上(a)对于图下(b)FVVRqiRf+%,,AVVf=1+RfRi(a)分立元件放大电路(b)集成运放放大电路在放大器输出端，采样输出电压，反馈量与“0成正比，为电压反馈；■/在放大器输入端，信号以电压形式出现，Vf与七相串联，为串联反馈；*参量表示：因输出端采样电压，在输入端是输入电压和反馈电压相减，所以:XVAA=—ro=—o=t*^-;—wfXV1+AFiiwwTOC\o"1-5"\h\zXV=f=fXVoo0felel\o"CurrentDocument"FQ一,A=1+R

vvR+RvvfRfelel*判断方法对上图(a)所示电路，根据瞬时极性法判断，经R加在发射极E上的反馈电压为'+'，与输入电压极性相同，且加在输入回路的两点，故为串联负反馈。反馈信号与输出电压成比例，是电压反馈。后级对前级的这一反馈是交流反馈，同时R上还有第一级本身的负反馈。对图(b)，因输入信号和反馈信号加在运放的两个输入端，故为串联反馈，根据瞬时极性判断是负反馈，且为电压负反馈。结论是交直流串联电压负反馈。(2)电流串联负反馈*表现形式：输出采样输出电流，而反馈量则以电压的形式出现电路如下图所示。图(a)是共射基本放大电路将Ce去掉而构成。图(b)是由集成运放构成。(a)(b)

*参里表示：(a)(b)对图（b）的电路，求其互导增益TOC\o"1-5"\h\z1IRAf/七十=R

ivivio于是AivfQ1/R，这里忽略了耳的分流作用。电压增益为AvvfV.V.*判断方法：对图（a），