电子技术第3章-负反馈放大器与集成运算放大器

1第3章负反馈放大器与集成运算放大器2020/5/15第3章负反馈放大器与集成运算放大器反馈的基本原理集成运算放大器本章小结差分放大器集成运算放大器的应用2第3章负反馈放大器与集成运算放大器2020/5/153.1反馈的基本原理主要要求：1.掌握反馈的分类及判别2.掌握四类基本反馈组态的特点3.了解负反馈的对放大器性能的影响和应用3第3章负反馈放大器与集成运算放大器2020/5/153.1.1反馈的基本概念将放大电路输出回路的信号（电压或电流）的一部分或全部，通过一定形式的电路（或称作反馈网络）回送到输入回路中，从而影响（增强或削弱）净输入信号，这种信号的反送过程称为反馈（Feedback）。输出回路中反送到输入回路的那部分信号称为反馈信号。ie净输入左图输出电流ie影响了净输入信号ube，有ube=ui-ieRe。净输入uo右图输出电压uo影响了净输入信号ube，有ube=ui-uo。两电路都存在反馈。4第3章负反馈放大器与集成运算放大器2020/5/15为实现反馈，必须有一个既连接输出回路又连接输入回路的中间环节，称为反馈网络，一般由电阻电容元件组成。引入反馈的放大器叫反馈放大器，也叫闭环放大器；而未引入反馈的放大器称为开环放大器，也叫基本放大器。既可表示电压量也可表示电流量。其中，称为开环增益。Xdo/XXA，称作反馈系数。of/XXF反馈网络回路反馈方框图信号叠加符号5第3章负反馈放大器与集成运算放大器2020/5/153.1.2反馈的分类及判别1.反馈的分类（1）正反馈与负反馈反馈信号使净输入信号加强为正反馈；使净输入信号减弱为负反馈。由于负反馈具有使输出信号趋于稳定，易控制的特点，故本章主要讨论负反馈问题。（2）直流反馈与交流反馈反馈信号中只有直流成分，即反馈只对时不变量起作用，就称为直流反馈；如果只有交流成分，即反馈只对时变量起作用，就称为交流反馈；如果反馈信号中既有交流分量也有直流分量，则称为交直流反馈。负反馈衰减正反馈自激6第3章负反馈放大器与集成运算放大器2020/5/15（3）电压反馈与电流反馈反馈信号取自输出电压，称为电压反馈，其反馈信号正比于输出电压，其取样的输出电路为并联连接；如果反馈信号取自输出电流，称为电流反馈，其反馈信号正比于输出电流，其取样电路为串联连接。输出并联连接输出串联连接7第3章负反馈放大器与集成运算放大器2020/5/15（4）串联反馈与并联反馈反馈信号在放大器输入端以电压的形式出现，那么在输入端必定与输入电路相串联，称为串联反馈；如果反馈信号在放大器输入端以电流的形式出现，那么在输入端必定与输入电路相并联，称为并联反馈。输入串联连接，引入电压量输入并联连接，引入电流量8第3章负反馈放大器与集成运算放大器2020/5/15几种分类可相互排列组合构成多种反馈形式。但实际反馈放大器一般有四种基本类型：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。2.反馈类型的判别在判断反馈的类型之前，首先应看放大器的输出与输入之间有无电路连接，以便由此确定有无反馈。（1）正反馈与负反馈的判别通常采用瞬时极性判别法来判别实际电路反馈极性的正、负。首先假定输入信号在某一瞬时对地而言极性为正，然后由各级输入、输出之间的相位关系分别推出相关各点的瞬时极性（用“+”表示升高，用“-”表示降低），最后判别反映到电路输入端的作用是加强了输入信号还是削弱了输入信号。加强为正反馈，削弱了为负反馈。9第3章负反馈放大器与集成运算放大器2020/5/15++共射组态倒相共射组态倒相共集组态同相–由第二章的知识，三极管b入c出e公共为共射组态，具有倒相放大特性，而三极管b入e出c公共为共集电极组态，具有同相跟随特性。由这些已知的放大电路性质可判断各点极性。+10第3章负反馈放大器与集成运算放大器2020/5/15（2）直流反馈与交流反馈的判断通过观察反馈元件出现在交流通路或直流通路中来判断，若出现在交流通路中就属于交流反馈，若出现于直流通路中则属于直流反馈。直流反馈交流反馈11第3章负反馈放大器与集成运算放大器2020/5/15（3）电压反馈与电流反馈的判断通过负载短路（uo＝0）法来判断其反馈信号与电压还是电流成正比。如果负载短路使得反馈信号是0，说明反馈信号与输出电压成正比，为电压反馈；对应当uf（＝ieRe）不为0仍存在时，则为电流反馈。uf=0uf≠0电压反馈电流反馈12第3章负反馈放大器与集成运算放大器2020/5/15（4）串联反馈与并联反馈反馈信号与输入信号是串接在基本放大器输入端则为串联反馈；如果反馈信号与输入信号是并接在基本放大器输入端，则为并联反馈。利用反馈节点接地法判断。引入电流量if引入电压量uf并联反馈电流反馈13第3章负反馈放大器与集成运算放大器2020/5/153.1.3四类基本反馈组态的识别和分析1.电压串联负反馈输出电压uo的一部分被送回第一级放大器输入端，反馈元件Rf（Cf在交流支路中作用同导线）与Re1组成交流电压串联负反馈电路。交流通路Re1上压降为反馈信号：ofe1e1fuRRRuube上压降为净输入信号14第3章负反馈放大器与集成运算放大器2020/5/15uf=0,电压反馈引入电压量uf，串联反馈++–++输出短路法判断为电压反馈；反馈节点接地法判断为串联反馈；瞬时极性法判断正负，uf与ui同相变化大小，而净输入ube＝ui－uf，故反馈削弱输入信号，为负反馈。电压负反馈具有稳定输出电压作用，稳定过程如下：电压串联负反馈befoLfibeuuuRuuu瞬时极性欧姆定律ou15第3章负反馈放大器与集成运算放大器2020/5/152.电压并联负反馈交流通路反馈元件为Rf，跨接在输出与输入回路之间，将放大器的输出电压引入到输入回路中（晶体管VT的基极）。，有，通常的形式出现，反馈信号以电流bofobffUURUUIIfofRUI16第3章负反馈放大器与集成运算放大器2020/5/15无反馈信号，电压反馈引入电流量if，串联反馈++––输出短路法判断为电压反馈；反馈节点接地法判断为并联反馈；瞬时极性法判断正负，if与ui倒相变化，而净输入ib＝ii－if，故反馈削弱输入信号，为负反馈。电压并联负反馈电压负反馈之所以能稳定输出电压，是因为反馈元件在输出回路取样的信号类型是电压量。17第3章负反馈放大器与集成运算放大器2020/5/153.电流串联负反馈交流通路反馈元件为Re，跨接在输出与输入回路之间，将放大器的输出电流的部分转化为电压以影响净输入ube。eofeoeefRIUIIRIU，所以有由于反馈电压18第3章负反馈放大器与集成运算放大器2020/5/15仍有uf≠0，电压反馈引入电压量uf，串联反馈+++电流串联负反馈输出短路法判断为电流反馈；反馈节点接地法判断为串联反馈；瞬时极性法判断正负，uf与ui同相变化，而净输入ube＝ui－uf，故反馈削弱输入信号，为负反馈。电流负反馈具有稳定输出电流作用，稳定过程如下：bbefoLfibeIuuiRuuuoi19第3章负反馈放大器与集成运算放大器2020/5/154.电流并联负反馈交流通路Rf是反馈元件，它将第二级VT2的输出与第一级VT1的输入回路联系起来，构成反馈。由交流通路，可知反馈信号与输出电流之间的关系：ofe2e2e2fe2e2fIRRRIRRRIe2oII输出之间的分流与在看作可以认为，一般e2fe2fb1b1e20RRIIUUU20第3章负反馈放大器与集成运算放大器2020/5/15输出短路法判断为电流反馈；反馈节点接地法判断为并联反馈；瞬时极性法判断正负，if与ui倒相变化，而净输入ib＝ii－if，故反馈削弱输入信号，为负反馈。电流负反馈之所以能稳定输出电流，是因为反馈元件在输出回路取样的信号类型是电流量。仍有if≠0，电压反馈引入电流量if，并联反馈++––––电流并联负反馈21第3章负反馈放大器与集成运算放大器2020/5/153.1.4负反馈对放大器性能的影响1.负反馈放大器的放大倍数ofdoXXFXXA，iofXXA闭环放大倍数为fidXXX负反馈的净输入为doofdofdoiof1XXXXXXXXXXXA可得FAAA1f即可见，闭环增益Af是开环增益A的（1＋AF）分之一，反馈深度表示了反馈影响的程度。称为反馈深度其中FA122第3章负反馈放大器与集成运算放大器2020/5/152.四类基本负反馈放大器中参量的意义电流串联电流并联电压并联电压串联参数类型闭环增益反馈系数开环增益反馈信号输出信号oXfXAFfAoUfUoUfUfIfIoIoIdouuUUAdouiIUAdoiuUIAdoiiIIAofuuUUFofuiUIFofuiIUFofiiIIFiouufUUAiouifIUAioiufUIAioiifIIA23第3章负反馈放大器与集成运算放大器2020/5/153.负反馈对放大器性能的影响（1）提高放大倍数的稳定性当元件老化或更换、电源不稳、负载变化及环境温度变化时，都会引起一般放大器的放大倍数发生变化，通常要加入负反馈以提高放大倍数的稳定性。222f)1(1)1(1)1(1ddAFAFAFAFAFAFAFAAA即2f)1(ddAFAA可得AAAFAAd11dff可见，相对开环增益的变化量dA/A，闭环增益dAf/Af只变化了（1+AF）分之一，虽然增益倍数下降至1/（1+AF），但稳定性却提高了（1+AF）倍。24第3章负反馈放大器与集成运算放大器2020/5/15（2）展宽通频带由于电路电抗元件的存在，以及晶体管本身结电容的存在，造成放大器放大倍数随频率变化，即存在某一频率段（通频带）增益较稳定，低于或高于此频率段的截止频率则增益迅速下降。无反馈的放大通频带加负反馈后通频带展宽放大器的增益－频率幅频特性引入负反馈后，就可以利用负反馈的自动调整作用将通频带（fbwf）展宽。具体来说，中频段增益高，反馈信号就强，负反馈使中频段增益明显降低；而高频段与低频段增益小，反馈信号也弱，净输入下降得也少，使得幅频特性平坦。25第3章负反馈放大器与集成运算放大器2020/5/15（3）减小非线性失真非线性失真是放大器件的非线性引起的。一个无反馈的放大器虽然设置了合适的静态工作点，但当输入信号较大时会产生非线性失真。例如标准正弦波输入会输出前半周大、后半周小的失真波形（a图）。引入负反馈后，就可以利用负反馈的自动调整作用将非线性失真减小。具体来说，开环增益前半周高，反馈信号就强，负反馈使前半周增益明显降低；而开环后半周增益小，反馈信号也弱，净输入下降得也少，使得输出前后半周趋于一致。26第3章负反馈放大器与集成运算放大器2020/5/15（4）改变输入电阻和输出电阻①对输入电阻的影响串联负反馈时：图中ri为无反馈时输入电阻，rif为加入负反馈后的输入电阻。iddifdiiifIUAFUIUUIUr)1()1(AFrAFIUiid并联负反馈时：ididdifdiiiifrAFIAFUIAFIUIIUIUr11)1(27第3章负反馈放大器与集成运算放大器2020/5/15②对输出电阻的影响电压负反馈具有稳定输出电压的作用，即是电压负反馈放大器具有恒压源的性质，因此引入电压负反馈后的输出电阻rof要比无反馈时的输出电阻ro小。AFrroof1同理，电流负反馈具有稳定输出电流的作用，即是电流负反馈放大器具有恒压流的性质，因此rof要比ro大。oofrAFr)1(负反馈类型电阻