《电子技术基础》课件-项目3 负反馈放大电路与集成运算放大器的仿真与实训

《电子技术基础》主讲：李磊3.1负反馈放大电路

项目3：负反馈放大电路与集成运算放大器3.2集成运算放大器的基本应用电路3.3波形产生电路3.1.1负反馈的概念及基本关系式3.1.2反馈的组态及判别方法3.1.3负反馈对放大电路性能的影响3.1.4深度负反馈放大电路的估算1.反馈的基本概念在电子设备中经常采用反馈的方法来改善电路的性能，以达到预定的指标。放大电路中的反馈，是指将放大电路输出电量(输出电压或输出电流)的一部分或全部，通过一定的反馈网络，引回到放大器的输入端，与原输入信号叠加后作为输入信号去控制输出，从而使放大器的某些性能获得有效改善的过程。

Xi为输入信号Xf为反馈信号Xid为净输入信号3.1.2反馈组态及判别方法3.1.3负反馈对放大电路性能的影响1.负反馈的概念及基本关系3.1.4深度负反馈放大电路的估算3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.3负反馈对放大电路性能的影响3.1.4深度负反馈放大电路的估算反馈放大电路的方框图X.X.iXidf基本放大电路

A正向传输反向传输+X.o

反馈网络

F是放大器的开环放大倍数=-是反馈网络的反馈系数为该放大器的闭环放大倍数2.反馈基本方程3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.3负反馈对放大电路性能的影响3.1.4深度负反馈放大电路的估算1.正反馈和负反馈正反馈：反馈信号增强了外加净输入信号，使放大电路的放大倍数提高。负反馈：反馈信号削弱了外加净输入信号，使放大电路的放大倍数降低。正反馈多用于振荡电路和脉冲电路中。负反馈多用于改善放大电路的性能，可以稳定静态工作点。3.1.2反馈组态及判别3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.3负反馈对放大电路性能的影响3.1.4深度负反馈放大电路的估算反馈的判断1）有无反馈的判断是否有联系输入、输出回路的反馈通路；是否影响放大电路的净输入。(a)没引入反馈的放大电路(b)引入反馈的放大电路(c)R的接入没引入反馈3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.3负反馈对放大电路性能的影响3.1.4深度负反馈放大电路的估算2）反馈极性的判断反馈极性的判断方法：瞬时极性法。先假定某一瞬间输入信号的极性，然后按信号的放大过程，逐级推出输出信号的瞬时极性，最后根据反馈回输入端的信号对原输入信号的作用，判断出反馈的极性。对分立元件而言，C与B极性相反，E与B极性相同。对集成运放而言，uO与uN（u-）极性相反，uO与uP（u+）极性相同。3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.3负反馈对放大电路性能的影响3.1.4深度负反馈放大电路的估算（1）先假定外加输入信号电压ui处于某一瞬时极性。如用“＋”号。（2）按照信号单向传输的方向，同时根据放大电路基射同相，基集反相的原则，判断出反馈信号Uf的瞬时极性。（3）当输入信号ui和反馈信号uf在相同端点时，两者为同极性，为正反馈；二者极性相反，为负反馈。（4）当输入信号ui和反馈信号uf不在相同端点，两者同极性，为负反馈；二者极性相反，为正反馈。3）电压瞬时极性法判断步骤：

反馈极性的判断3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.3负反馈对放大电路性能的影响3.1.4深度负反馈放大电路的估算反馈放大电路由单级运算放大器构成时，反馈信号送回到反相输入端的，为负反馈；反馈信号送回到同相输入端的，为正反馈。反馈极性的判断3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.3负反馈对放大电路性能的影响3.1.4深度负反馈放大电路的估算瞬时极性法在放大电路的输入端，假设一个输入信号对地的极性，可用“+”、“-”或“↑”、“↓”表示。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性使净输入减小，则为负反馈；反之为正反馈。例1负反馈3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.3负反馈对放大电路性能的影响3.1.4深度负反馈放大电路的估算例2负反馈例3负反馈例4正反馈瞬时极性法3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.3负反馈对放大电路性能的影响3.1.4深度负反馈放大电路的估算例5用瞬时极性法判断电路中的反馈极性。（a）因为差模输入电压等于输入电压与反馈电压之差，反馈增强了输入电压，所以为正反馈。(a)正反馈(b)负反馈（b）反馈信号削弱了输入信号，因此为负反馈。3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.3负反馈对放大电路性能的影响3.1.4深度负反馈放大电路的估算例6(+)(+)(-)(-)净输入量减小(+)(+)(-)(-)净输入量增加a负反馈b正反馈反馈通路反馈通路级间反馈通路(+)(+)(+)(+)(-)净输入量减小c级间负反馈反馈通路本级反馈通路3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.3负反馈对放大电路性能的影响3.1.4深度负反馈放大电路的估算2.交流反馈和直流反馈1）定义（1）直流反馈反馈信号中只包含直流成分。直流负反馈稳定Q点，动态参数无影响。（2）交流反馈反馈信号中只包含交流成分。交流负反馈改善动态参数，不影响Q点。（3）交直流反馈既有直流量又有交流量。交直流负反馈既可稳定Q点又可改善动态参数3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.3负反馈对放大电路性能的影响3.1.4深度负反馈放大电路的估算2）判定方法直流通路中，如果反馈回路存在，即为直流反馈。在交流通路中，如果反馈回路存在，即为交流反馈。如果在直、交流通路中，反馈回路都存在，即为交、直流反馈。Rf、Re2直流负反馈Rf、Re2交流负反馈

直流反馈和交流反馈3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.3负反馈对放大电路性能的影响3.1.4深度负反馈放大电路的估算直流反馈与交流反馈的判断直流反馈与交流反馈的判断(a)电路(b)直流通路(c)交流通路直流反馈无交流反馈3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.3负反馈对放大电路性能的影响3.1.4深度负反馈放大电路的估算输入端引入反馈的方式并联反馈：反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的同一输入端串联反馈：反馈信号和输入信号加在放大电路输入回路的两个不同输入端反馈信号与输入信号以电流的形式进行比较反馈信号与输入信号以电压的形式进行比较3.并联反馈与串联反馈的判断判断方法：将输入回路的反馈节点对地短路，若输入信号仍能送入到放大电路中，则为串联反馈；若输入信号不能再送入到放大电路中，则为并联反馈。3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.3负反馈对放大电路性能的影响3.1.4深度负反馈放大电路的估算例题串联反馈并联反馈例1例2例3串联反馈例4并联反馈3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.3负反馈对放大电路性能的影响3.1.4深度负反馈放大电路的估算1）串联反馈的特点：以电压求和方式反映反馈对输入的影响；如果信号源是一个恒压源（Vi一定），Vf越大，放大电路得到的输入电压越小，反馈效果越强。如果信号源是一个恒流源，则Vd与Vf无关，反馈将不起作用。Vd=Vi-Vf说明：串联反馈信号源内阻越小越好。Ii→+-Vd+-Vi+-VfAFRL+-Vo3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.3负反馈对放大电路性能的影响3.1.4深度负反馈放大电路的估算2）并联反馈的特点：并联反馈信号源内阻越大越好。以电流求和方式反映反馈对输入的影响；如果信号源是一个恒压源，则Id与If无关，反馈将不起作用。如果信号源是一个恒流源（Ii一定），If越大，放大电路得到的输入电流越小，反馈效果越强。Id=Ii-If说明：+-Vs↓IfRs→→IiIdRL+-VoAF3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.3负反馈对放大电路性能的影响3.1.4深度负反馈放大电路的估算输出端获取反馈的方式电压反馈：反馈信号的取样对象是输出电压，称为电压反馈。电流反馈：反馈信号的取样对象是输出电流，称为电流反馈。判别方法将输出端交流短路，若反馈信号消失，则为电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为电流反馈。可以稳定输出电压可以稳定输出电流4.电压反馈与电流反馈3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.3负反馈对放大电路性能的影响3.1.4深度负反馈放大电路的估算电压反馈反馈信号从输出电压uo采样。电流反馈反馈信号从输出电流io采样。电压反馈和电流反馈3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.3负反馈对放大电路性能的影响3.1.4深度负反馈放大电路的估算判定方法

反馈信号采样点与输出电压在相同端点的是电压反馈。反馈信号采样点与输出电压在不同端点的是电流反馈。

电压与电流反馈的判断3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.3负反馈对放大电路性能的影响3.1.4深度负反馈放大电路的估算例题例1电压反馈例2电流反馈例3电流反馈3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.3负反馈对放大电路性能的影响3.1.4深度负反馈放大电路的估算5.反馈的四种基本组态反馈的四种基本组态：电压串联、电压并联、电流串联、电流并联1）电压串联负反馈反馈信号与输出电压成正比，集成运放的净输入电压等于输入电压与反馈电压之差，电压串联负反馈电路3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.3负反馈对放大电路性能的影响3.1.4深度负反馈放大电路的估算2）电流串联负反馈反馈信号与输出电流成正比，净输入电压等于外加输入信号与反馈信号之差电流串联负反馈电路小结（1）电压负反馈能够稳定输出电压，电流负反馈能够稳定输出电流。（2）串联负反馈电路的输入电流很小，适用于输入信号为恒压源或近似恒压源的情况。3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.3负反馈对放大电路性能的影响3.1.4深度负反馈放大电路的估算3）电压并联负反馈反馈信号与输出电压成正比，净输入电流等于外加输入电流与反馈电流之差电压并联负反馈电路3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.3负反馈对放大电路性能的影响3.1.4深度负反馈放大电路的估算4）电流并联负反馈反馈信号与输出电流成正比，净输入电流等于外加输入信号与反馈信号之差：电流并联负反馈电路3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.3负反馈对放大电路性能的影响3.1.4深度负反馈放大电路的估算例题：反馈组态判断例1电压串联负反馈例2电压并联负反馈例3电流并联负反馈例4电流串联负反馈3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.3负反馈对放大电路性能的影响3.1.4深度负反馈放大电路的估算反馈阻态的判断并联：反馈量输入量接于同一输入端。接于不同的输入端。串联：反馈量输入量电流：将负载短路，反馈量仍然存在。电压：将负载短路，反馈量为零。3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.3负反馈对放大电路性能的影响3.1.4深度负反馈放大电路的估算（1）电压负反馈与电流负反馈的判断令输出电压为零，反馈电流不存在，所以是电压负反馈3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.3负反馈对放大电路性能的影响3.1.4深度负反馈放大电路的估算令输出电压为零，反馈电流仍存在，所以是电流负反馈3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.3负反馈对放大电路性能的影响3.1.4深度负反馈放大电路的估算（2）串联反馈与并联反馈的判断例：判断反馈的组态。反馈通路：T、R2与R1交、直流反馈瞬时极性法判断：负反馈输出端看：电流负反馈输入端看：串联负反馈电路引入交、直流电流串联负反馈3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.3负反馈对放大电路性能的影响3.1.4深度负反馈放大电路的估算例：判断反馈的组态。反馈通路：T3

、R4与R2交、直流反馈瞬时极性法判断：负反馈输出端看：电压负反馈输入端看：串联负反馈电路引入交、直流电压串联负反馈3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.3负反馈对放大电路性能的影响3.1.4深度负反馈放大电路的估算例：反馈类型判断上述电路为电压串联负反馈

3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.3负反馈对放大电路性能的影响3.1.4深度负反馈放大电路的估算上述电路为电压并联负反馈

3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.3负反馈对放大电路性能的影响3.1.4深度负反馈放大电路的估算上述电路为电压串联负反馈

3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.3负反馈对放大电路性能的影响3.1.4深度负反馈放大电路的估算上述电路为电压并联负反馈

3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.3负反馈对放大电路性能的影响3.1.4深度负反馈放大电路的估算指出图所示各放大电路中的反馈环节，判别其反馈极性和类型。

(a)电流串联负反馈；(b)电压串联负反馈

3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.4深度负反馈放大电路的估算3.1.3负反馈对放大电路性能的影响3.1.3负反馈对放大电路性能的影响1.稳定放大倍数引入负反馈后，在输入信号一定的情况下，当电路参数变化、电源电压波动或负载发生变化时，放大电路输出信号的波动减小，即放大倍数的稳定性提高。放大倍数稳定性提高的程度与反馈深度有关。在中频范围内，放大倍数的相对变化量：结论：引入负反馈后，放大倍数的稳定性提高了(1+AF)倍。3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.4深度负反馈放大电路的估算3.1.3负反馈对放大电路性能的影响①估算反馈系数和反馈深度②估算放大电路的闭环电压放大倍数③如果开环差模电压放大倍数A的相对变化量为±10%，此时闭环电压放大倍数Af的相对变化量等于多少？解：①反馈系数反馈深度

例：在电压串联负反馈放大电路中，3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.4深度负反馈放大电路的估算3.1.3负反馈对放大电路性能的影响②闭环放大倍数③Af的相对变化量结论：当开环差模电压放大倍数变化

10%时，电压放大倍数的相对变化量只有

0.001%，而稳定性提高了一万倍。3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.4深度负反馈放大电路的估算3.1.3负反馈对放大电路性能的影响负反馈的优点负反馈对输入电阻的影响与反馈加入的方式有关，即与串联或并联反馈有关，而与电压或电流反馈无关。负反馈对输出电阻的影响与获取反馈信号的方式有关，即与电压或电流反馈有关，而与串联或并联反馈无关。2.改变输入电阻和输出电阻3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.4深度负反馈放大电路的估算3.1.3负反馈对放大电路性能的影响不同类型的负反馈，对输入电阻、输出电阻的影响不同。1）串联负反馈增大输入电阻得：结论：引入串联负反馈后，输入电阻增大为无反馈时的倍。3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.4深度负反馈放大电路的估算3.1.3负反馈对放大电路性能的影响2）并联负反馈减小输入电阻得：结论：引入并联负反馈后，输入电阻减小为无负反馈时的1/。

并联负反馈对Ri

的影响3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.4深度负反馈放大电路的估算3.1.3负反馈对放大电路性能的影响3）电压负反馈减小输出电阻放大电路的输出电阻定义为：得：结论：引入电压负反馈后，放大电路的输出电阻减小到无反馈时的。Rof3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.4深度负反馈放大电路的估算3.1.3负反馈对放大电路性能的影响4）电流负反馈增大输出电阻结论：引入电流负反馈后，放大电路的输出电阻增大到无反馈时的倍。3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.4深度负反馈放大电路的估算3.1.3负反馈对放大电路性能的影响综上所述,可得如下结论：(1)反馈信号与外加输入信号的求和方式只对放大电路的输入电阻有影响：串联负反馈使输入电阻增大；并联负反馈使输入电阻减小。(2)反馈信号在输出端的采样方式只对放大电路的输出电阻有影响：电压负反馈使输出电阻减小；电流负反馈使输出电阻增大。(3)串联负反馈只增大反馈环路内的输入电阻；电流负反馈只增大反馈环路内的输出电阻。(4)负反馈对输入电阻和输出电阻的影响程度，与反馈深度有关。3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.4深度负反馈放大电路的估算3.1.3负反馈对放大电路性能的影响3.展宽频带由于负反馈可以提高放大倍数的稳定性，因而对于频率不同而引起的放大倍数下降，也可以改善。设无反馈时放大电路在中、高频段的放大倍数分别为，上限频率为fＨ；引入反馈系数为的负反馈后，放大电路在中、高频段的放大倍数分别为，上限频率为fHf。3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.4深度负反馈放大电路的估算3.1.3负反馈对放大电路性能的影响引入负反馈后，放大电路的中频放大倍数减小为无反馈时的1/；而上限频率提高到无反馈时的倍。同理，可推导出引入负反馈后，放大电路的下限频率降低为无反馈时的1/。

结论：引入负反馈后，放大电路的上限频率提高，下限频率降低，因而通频带展宽。fbwf=fHf-fLf≈fHf

fbw=fH-fL≈fH基本放大电路的通频带反馈放大电路的通频带3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.4深度负反馈放大电路的估算3.1.3负反馈对放大电路性能的影响3dB3dBfLfHfbwfLffHffbwf

负反馈对通频带和放大倍数的影响f3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.4深度负反馈放大电路的估算3.1.3负反馈对放大电路性能的影响xf负反馈减小了波形失真加入负反馈无负反馈FxfAxixoxo大小略大略小略小略大xiA接近正弦波预失真+–同样道理，负反馈可抑制放大电路内部噪声。图6.5.74.减小非线性失真和抑制干扰3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.4深度负反馈放大电路的估算3.1.3负反馈对放大电路性能的影响5.放大电路中引入负反馈的一般原则负反馈对放大电路性能方面的影响，均与反馈深度有关。负反馈放大电路的分析以定性分析为主，定量分析为辅。电路设计时，引入负反馈的一般原则（1）为了稳定静态工作点，应引入直流负反馈；为了改善电路的动态性能，应引入交流负反馈。3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.4深度负反馈放大电路的估算3.1.3负反馈对放大电路性能的影响（2）根据负载对放大电路输出量的要求，即负载对其信号源的要求，决定引入电压负反馈或电流负反馈。当负载需要稳定的电压信号时，应引入电压负反馈；当负载需要稳定的电流信号时，应引入电流负反馈。（3）根据信号源的性质引入串联负反馈，或者并联负反馈。当信号源为恒压源或内阻较小的电压源时，为增大放大电路的输入电阻，以减小信号源的输出电流和内阻上的压降，应引入串联负反馈。当信号源为恒流源或内阻较大的电压源时，为减小电路的输入电阻，使电路获得更大的输入电流，应引入并联负反馈。

小结

负反馈对放大电路性能的影响：1.稳定放大倍数2.改变输入电阻和输出电阻3.展宽频带4.减小非线性失真和抑制干扰5.放大电路中引入负反馈的一般原则1.负反馈放大电路的方框图表示法反馈放大电路方框图

分别为输入信号、输出信号和反馈信号；开环放大倍数无反馈时放大网络的放大倍数；因为：3.1.4深度负反馈放大电路的估算3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.4深度负反馈放大电路的估算3.1.3负反馈对放大电路性能的影响所以：闭环放大倍数：电路的环路放大倍数：反馈系数：3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.4深度负反馈放大电路的估算3.1.3负反馈对放大电路性能的影响2.负反馈放大电路的一般表达式闭环放大倍数：在中频段，Af、A和F均为实数

若——深度负反馈结论：深度负反馈放大电路的放大倍数主要由反馈网络的反馈系数决定，能保持稳定。若则——自激振荡3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.4深度负反馈放大电路的估算3.1.3负反馈对放大电路性能的影响反馈深度称为反馈深度当

1+AF＞1时，

AF

＜

A，相当于负反馈当

1+AF＜1时，

AF

＞

A，相当于正反馈当

1+AF＞＞

1时，称为深度负反馈若则——自激振荡3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.4深度负反馈放大电路的估算3.1.3负反馈对放大电路性能的影响1）深度负反馈的实质放大电路的闭环电压放大倍数：深度负反馈放大电路的闭环电压放大倍数：对于串联负反馈：并联负反馈：3.深度负反馈放大电路的估算

结论：根据负反馈组态，选择适当的公式；再根据放大电路的实际情况，列出关系式后，直接估算闭环电压放大倍数。3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.4深度负反馈放大电路的估算3.1.3负反馈对放大电路性能的影响

净输入信号近似为零，即运算放大器同相输入端与反相输入端的电位近似相等，两输入端间似乎短路但并没有真正的短路，称为“虚短”。闭环输入电阻，即闭环放大电路的输入电流近似为零，，两输入端似乎开路但并没有真正的开路，称为“虚断”。

3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.4深度负反馈放大电路的估算3.1.3负反馈对放大电路性能的影响2）深度负反馈放大电路性能的估算解：上图属于电压串联负反馈电路，由于集成运放的开环增益很大，所以反馈为深度负反馈。因此有：利用集成运放“虚断”的特点有反馈系数为：3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.4深度负反馈放大电路的估算3.1.3负反馈对放大电路性能的影响所以电压串联负反馈闭环放大倍数就是闭环电压放大倍数，所以闭环电压放大倍数为：因为深度串联负反馈，故有因为深度电压负反馈，故有3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.4深度负反馈放大电路的估算3.1.3负反馈对放大电路性能的影响[例1]电路如图，已知R1＝10KΩ，R2＝100KΩ，R3＝2KΩ，RL＝5KΩ。求解在深度负反馈条件下的AUf.

电路图解：反馈通路：T、R3、R2与R1电路引入电流串联负反馈3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.4深度负反馈放大电路的估算3.1.3负反馈对放大电路性能的影响[例2]在下图所示电路中，已知R2＝10KΩ，R4＝100KΩ，求解在深度负反馈条件下的AUF反馈通路：T3、R4与R2电路引入电压串联负反馈电压放大倍数3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.4深度负反馈放大电路的估算3.1.3负反馈对放大电路性能的影响[例3]

估算深负反馈运放的闭环电压放大倍数。该电路为电压并联负反馈，在深度负反馈条件下：则闭环电压放大倍数为：3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.4深度负反馈放大电路的估算3.1.3负反馈对放大电路性能的影响[例4]

估算深负反馈运放的闭环电压放大倍数。该电路为电压串联负反馈在深度负反馈条件下3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.4深度负反馈放大电路的估算3.1.3负反馈对放大电路性能的影响[例5]

估算深负反馈运放的闭环电压放大倍数。该电路为电流并联负反馈，在深度负反馈条件下：故：闭环电压放大倍数为：3.1.2反馈组态及判别方法3.1.1负反馈的概念及基本关系3.1.4深度负反馈放大电路的估算3.1.3负反馈对放大电路性能的影响

小结

1.负反馈放大电路的方框图表示法2.负反馈放大电路的一般表达式3.深度负反馈放大电路的估算

常见的集成运算放大器基本运算电路有同向比例运算、反向比例运算、反向加法运算、同向加法运算、减法运算、积分运算、微分运算和电压比较器等3.2集成运算放大器的应用电路*R2=R1//RF由于“虚断”，i+=0，u+=0；由于“虚短”，u-=u+=0——“虚地”由iI=iF，得反相输入端“虚地”，电路的输入电阻为Rif=R1一、比例运算电路1.反相比例运算电路引入深度电压并联负反馈，电路的输出电阻为R0f=02.同相比例运算电路*R2=R1//RF根据“虚短”和“虚断”的特点，可知i+=i-=0；

u-

=u+=uＩ得：由于该电路为电压串联负反馈，所以输入电阻很高。uＩRif=Ri(1+AodF)1.反相求和运算电路由于“虚断”，i-=0所以：i1+i2+i3=iF又因“虚地”，u-

=0所以：当R1=R2=R3=R时，二、加法、减法运算电路2.同相求和运算电路由于“虚断”，i+

=0，所以：解得：由于“虚短”，u+=u-二、加法、减法运算电路3.减法运算电路改进电路图：高输入电阻差分比例运算电路若R1=RF2，R3=RF1[例]用集成运放实现以下运算关系解：比较得：选RF1=20k，得：R1=100k，R3=15.4k；选RF2=100k，得：R4=100k，R2=10k。三、积分运算电路和微分运算电路1.积分运算电路由于“虚地”，u-

=0，故uO=-uC由于“虚断”，iI=iC，故uI

=iIR=iCR得：τ=RC——积分时间常数积分电路的输入、输出波形(1)输入电压为阶跃信号t0t1tuIOtuOOUI当t≤

t0

时，uI=0，uO=0；当t0<t≤t1

时，uI=UI=常数，当t>t1时，uI=0，uo保持t=t1时的输出电压值不变。即输出电压随时间而向负方向直线增长。(2)输入电压为正弦波

tuOO可见，输出电压的相位比输入电压的相位领先90

。因此，此时积分电路的作用是移相。

tuIOUm注意：为防止低频信号增益过大，常在电容上并联电阻。

2.微分运算电路

基本微分电路由于“虚断”，i-

=0，故iC

=iR又由于“虚地”，u+

=u-=0

可见，输出电压正比于输入电压对时间的微分。实现波形变换，如将方波变成双向尖顶波。微分电路的作用：微分电路的作用有移相功能。（1）电流-电压变换器由图可知：

可见输出电压与输入电流成比例，输出端的负载电流：若RL固定，则输出电流与输入电流成比例，此时该电路也可视为电流放大电路。电流-电压变换电路3.信号处理电路（2）电压-电流变换器电压-电流变换器由图（a）可知所以输出电流与输入电压成比例。(a)负载不接地(b)负载接地四、电压比较器功能：将一个模拟输入电压与一个参考电压进行比较，再将比较结果输出。输入信号：连续变化的模拟量输出信号：高电平或低电平，为数字量；①可视为模拟电路和数字电路的“接口”。②运放常工作在非线性区。③运放常处于开环状态或加入正反馈。④根据传输特性，可分为单限比较器、滞回比较器及双限比较器等。

1.单限比较器是指只有一个门限电压的比较器。特点：电路简单，灵敏度高，但其抗干扰能力差。图3.42单限比较器电路和其传输特性（1）阈值电压：比较器输出电压由一种状态跳变为另一种状态时，所对应的输入电压，用UTH表示。（2）单限比较器的阈值电压UTH=UR。（3）若UR=0，则UTH=0，称过零比较器。利用过零比较器可将正弦波变为方波。简单过零比较器电路和输入、输出波形2.滞回比较器（迟滞比较器）

图所示为存在干扰时，单限比较器的输出、输入波形

。为解决这一问题，常常采用滞回电压比较器。

存在干扰时，单限比较器的输出、输入波形

反相滞回电压比较器（1）电路结构与传输特性电压比较器有两个门限电平，故传输特性呈滞回形状。滞回电压比较器用于控制系统时主要优点是抗干扰能力强。

存在干扰时，滞回比较器的输入、输出波形（2）滞回电压比较器解：（1）门限电压（3）输出电压波形例电路如图所示，试求门限电压，画出传输特性和图c所示输入信号下的输出电压波形。（2）传输特性五、集成运放的选择和使用1.合理选用集成运放集成运算放大器按用途分为通用型和专用型运放。通用型运放的各项性能指标都比一般的分立器件直接耦合放大电路有所改善，大致满足中等精度的要求，一般情况无需调零即可使用。在没有特殊要求的场合，尽量选用通用型集成运放，这样既可以降低成本，有容易保证货源。当一个系统中使用多个运放时，尽可能选用多运放集成电路。2.集成运放消振和调零（1）自激的消除大多数集成运放内部已设置消振的补偿网络，有些需外接。（2）电路的调零有专用引脚外接调零电位器F004使输入端接地，调节RP，使输出为0。反相输入端调零同相输入端调零*应注意对电压传输特性和输入阻抗的影响。*无法调零时，应检查接线、焊接是否造成开环，或器件损坏。3.保护措施（1）输入保护(a)防止输入差模信号幅值过大(b)防止输入共模信号幅值过大+V+AR1D1D2RFR-VuOuI保护元件保护元件uO+AR1RFD1D2uI保护元件输入保护措施（2）电源极性错接保护保护元件：D1、D2（3）输出端错接保护保护元件：稳压管DZ1、DZ2+AD1D2+AR1DZ1DZ2RFuOuI利用稳压管保护运放电源接错保护

正常输出时，双向稳压管未被击穿，相当于开路，对电路没有影响。当输出电压大于双向稳压管稳压值时，稳压管被击穿，反馈电阻减小，负反馈加深，从而将输出电压限制在双向稳压管的稳压范围内。（4）输出保护

小结

1.比例运算电路2.加法、减法运算电路3.积分运算电路和微分运算电路4.电压比较器5.集成运放的选择和使用《电子技术基础》主讲：李磊3.1负反馈放大电路

项目3：负反馈放大电路与集成运算放大器3.2集成运算放大器的基本应用电路3.3波形产生电路3.3.1正弦波振荡电路3.1.2非正弦波振荡电路3.3波形产生电路正弦波发生电路能产生正弦波输出，它是在放大电路的基础上加上正反馈而形成的，它是各类波形发生器和信号源的核心电路。正弦波发生电路也称为正弦波振荡电路或正弦波振荡器。

3.3.1正弦波振荡电路一、正弦波振荡电路的基础知识1.正弦波发生电路的组成

为了产生正弦波，必须在放大电路里加入正反馈，因此放大电路和正反馈网络是振荡电路的最主要部分。但是，这样两部分构成的振荡器一般得不到正弦波，这是由于很难控制正反馈量。

如果正反馈量大，则增幅，输出幅度越来越大，最后由三极管的非线性限幅，这必然产生非线性失真。

反之，如果正反馈量不足，则减幅，可能停振，为此振荡电路要有一个稳幅电路。起振过程满足上述条件后，一旦电源接通，随着时间增加输出幅度增大。增大到一定程度后，放大电路中晶体管将进入饱和或截至状态，输出正弦波将失真。——应采取稳幅措施。起振的幅度条件是：为了获得单一频率的正弦波输出，应该有选频网络，选频网络往往和正反馈网络或放大电路合而为一。选频网络由R、C和L、C等电抗性元件组成。正弦波振荡器的名称一般由选频网络来命名。分为三种类型：

RC正弦波振荡电路LC正弦波振荡电路石英晶体正弦波振荡电路

正弦波发生电路的组成：

放大电路：没有放大，不可能产生振荡。 要保证电路具有放大功能。反馈网络：形成正反馈，以满足相位平衡条件。选频网络：以产生单一频率的正弦波(RC、LC)。稳幅电路：以保证输出端得到不失真的正弦波。

RC振荡频率较低，一般在1MHz以下；LC正弦波振荡电路的振荡频率多在1MHz以上；石英晶体正弦波振荡电路是振荡频率非常稳定。

正弦波振荡电路就是一个没有输入信号的带选频网络的正反馈放大电路。

AF=

a+

f=2n

→→振荡条件幅度平衡条件

相位平衡条件

n=0,1,2．．．→动画2.产生正弦波的条件振荡电路的振荡频率f0振荡频率f0由相位平衡条件决定。选频网络可设在中或中。选频网络由RC元件或LC元件组成。低频1HZ~1MHZ高频1MHZ以上正弦波振荡电路只在一个频率下(f0)满足相位平衡条件。振荡器在刚刚起振时，为了克服电路中的损耗，需要正反馈强一些，即要求：这称为起振条件。3.起振条件和稳幅原理既然，起振后就要产生增幅振荡，需要稳幅电路去限制幅度的增加，否则必然产生失真。1.电路原理

RC串并联网络是正反馈网络，Rf和R1为负反馈网络。

RC串并联网络与Rf、R1负反馈支路正好构成一个桥路，称为桥式。二、RC正弦波振荡电路VoRfR1CRCRVf选频和反馈网络放大电路2.RC串并联网路的频率响应3.RC串并联网络的频率特性)]j1/([+)Cj/1()j1/(22211222212CRRRCRRZZZwww+++=+=1)122Cw1RCR1j()1(2121CRCRw-+++=R/j+)Cj/1(2122221112RCCRCRRRww+++=)j1]()Cj/1([222112RCRRRww+++=谐振频率为:

RC串并联网络的频率特性VoCRCRVf当C1=C2=C、R1=R2=R时:

f=f0=1/2πRCFVmax=1/34.振荡的建立与稳定

为满足振荡的幅度条件

=1，所以Af≥3。加入Rf、R1支路，构成串联电压负反馈。当电路达到稳定平衡状态时：5.电路的稳幅过程

振荡电路的稳幅作用是靠热敏电阻R1实现的。R1是正温度系数热敏电阻，当输出电压升高，R1上所加的电压升高，即温度升高，R1的阻值增加，负反馈增强，输出幅度下降。反之输出幅度增加。若热敏电阻是负温度系数，应放置在Rf的位置。采用非线性元件利用热敏电阻热敏电阻起振时，即热敏电阻的作用稳幅三、LC正弦波振荡电路

LC正弦波振荡电路的构成与RC正弦波振荡电路相似，包括有放大电路、正反馈网络、选频网络和稳幅电路。这里的选频网络是由LC并联谐振电路构成，正反馈网络因不同类型的LC正弦波振荡电路而有所不同。

判断电路产生正弦波振荡的方法（1）观察电路是否包含了放大电路、选频网络、正反馈网络和稳幅环节组成部分，各环节是否合理。（3）利用瞬时极性法判断电路是否满足正弦波振荡的相位条件。（4）判断电路是否满足振荡产生的幅度条件。一般AF应略大于1（2）检查放大电路是否正常工作石英晶体的符号、等效电路和阻抗频率特性曲线见下图符号等效电路阻抗特性曲线石英有一个串联谐振频率fs，一个并联谐振频率

fp，二者十分接近。石英晶体的Q值很高，可以获得很高的振荡频率稳定性。

石英晶体的符号、等效电路和阻抗频率特性曲线四、石英晶体振荡电路一、方波产生电路1.电路组成迟滞比较器RC充放电支路稳压管双向限幅3.3.2非正弦波振荡电路2.工作原理由于迟滞比较器中正反馈的作用，电源接通后瞬间，输出便进入饱和状态。假设为接通电源瞬间，电路的输出为正饱和值VZ，则输出电压将向电容充电，v-=vC将不断升高。RC放电RC充电当v->VT+时，电路发生翻转，输出电压变为低电平-VZ。当电路的输出为-VZ，电容将通过Rf支路放电，v-=vC将不断下降。当v-

<VT-时，电路再次发生翻转，输出电压变为高电平VZ。CRVZ电容充放电的微分方程为：3.振荡周期4.占空比可变的方波产生电路

放电充电二、三角波产生电路