負反饋放大器及集成運算放大器.ppt

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第3章 負反饋放大器及集成運算放大器,本章導讀,本章介紹了反饋的基本概念和結構，反饋類型的分類及判別。由負反饋的四種基本組態(tài)出發(fā)，討論負反饋對放大電路的影響。 介紹了基本差動放大電路的組成、分析及放大電路的改進;集成運算放大器的電路結構、符號及參數(shù);集成運算放大器的基本電路的分析及應用;振蕩器的自激條件及RC振蕩器和LC振蕩器。,3.1 負反饋放大器,3.1.1 反饋的基本概念與組態(tài) 1.反饋的基本概念,將放大電路輸出信號（電壓或電流）的一部分或全部，通過某一電路送回輸入端，稱為反饋。具有反饋作用的放大器叫反饋放大器。反饋到輸入回路的信號稱為反饋信號。由輸出信號形成反饋信號的電路叫反饋電路或反饋網(wǎng)絡。構成反饋網(wǎng)絡的元件叫反饋元件。反饋信號與輸出信號之比叫反饋系數(shù)。如果反饋信號削弱了輸入信號使放大電路的凈輸入減小，導致電路的放大倍數(shù)降低的反饋稱為負反饋，反之，則為正反饋。,2.反饋放大器的結構,負反饋放大電路的結構分為兩部分: 一個是基本放大電路; 另一個就是反饋電路（或稱反饋網(wǎng)絡）。 通常用反饋環(huán)方框圖表示。,（1）正反饋與負反饋 （2）直流反饋與交流反饋 （3）電壓反饋與電流反饋 （4）串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋,反饋的分類,4.反饋類型的判別,（1）正、負反饋的判別 判別反饋的正負通常采用瞬時極性法。這種方法是首先假定輸入信號為某一瞬時極性（一般設為對地為正的極性），然后由各級輸入、輸出之間的相位關系，分別推出其他有關各點的瞬時極性（用“+”表示升高，用“-”表示降低），最后看反饋到輸入端的作用是加強了還是削弱了凈輸入信號。使凈輸入信號加強了的為正反饋，削弱的為負反饋。,4.反饋類型的判別,（2）交流反饋與直流反饋的判別 判別交流反饋與直流反饋主要是從反饋網(wǎng)絡（反饋元件）上來觀察，若反饋支路中，只有交流信號為交流反饋，只有直流信號為直流反饋，兩者同時存在為交、直流反饋。,4.反饋類型的判別,（3）電壓、電流反饋的判別 判斷電壓、電流反饋，一是看輸出取樣信號是電壓還是電流，反饋信號與什么輸出量成正比，就是什么反饋。二是采取負載電阻RL 短路法來判斷，也就是使輸出電壓為零。此時若原來是電壓反饋，則反饋信號一定隨輸出電壓為零而消失;若電路中仍然有反饋存在，則原來的反饋應該是電流反饋。,4.反饋類型的判別,（4）串聯(lián)、并聯(lián)反饋的判別 判斷串聯(lián)、并聯(lián)反饋，一是看反饋信號與輸入信號在輸入回路中是以電壓形式疊加，還是以電流形式疊加，前者為串聯(lián)反饋，后者為并聯(lián)反饋。二是反饋節(jié)點對地短路法，當反饋節(jié)點對地短路時，輸入信號不能加進基本放大器，則為并聯(lián)反饋;否則為串聯(lián)反饋。,5.負反饋放大器的四種組態(tài),（1）電壓串聯(lián)負反饋,5.負反饋放大器的四種組態(tài),（2）電壓并聯(lián)負反饋,5.負反饋放大器的四種組態(tài),（3）電流串聯(lián)負反饋,5.負反饋放大器的四種組態(tài),（4）電流并聯(lián)負反饋,小知識 信號源內阻對于負反饋的效果是有影響的。串聯(lián)負反饋適用于信號源內阻小的電壓源;并聯(lián)負反饋適用于信號源內阻大的電流源。,3.1.2 負反饋對放大電路的影響,1.提高了放大倍數(shù)的穩(wěn)定性 2.展寬通頻帶 3.減小非線性失真 4.負反饋對輸入電阻的影響 5.負反饋對輸出電阻的影響,思考題,1.什么是正反饋、負反饋、電壓反饋、電流反饋、串聯(lián)反饋、并聯(lián)反饋?如何區(qū)分這些不同類型的反饋?,3.2 集成運算放大器,3.2.1 差動放大電路 1.直接耦合放大器中的特殊問題,一是級間互相影響問題 二是零點漂移問題,2.差動放大器,（1）基本差動放大器的組成及抑制零漂的原理,基本差動放大器,2.差動放大器,（2）共模信號與差模信號,當兩個輸入信號電壓既非共模，又非差模，而是任意的兩個信號，分析這類信號時，可先將它們分解成共模信號和差模信號，然后再去處理。其中差模信號是兩個輸入信號之差，共模信號是兩個輸入信號的平均值。,3.共模抑制比,共模抑制比越大，差動放大器放大差模信號（有用信號）的能力越強，抑制共模信號（無用信號）的能力也越強。也就是說共模抑制比越大越好。,4.差動放大電路的四種接法,（1）雙端輸入、雙端輸出,4.差動放大電路的四種接法,（2）雙端輸入、單端輸出 （3）單端輸入、雙端輸出 （4）單端輸入、單端輸出,小知識 不論何種輸入方式，只要是雙端輸出，其差模放大倍數(shù)就等于單管放大倍數(shù)，輸出電阻就等于2RC ;只要是單端輸出，差模放大倍數(shù)及輸出電阻均減少一半。另外，輸入方式對輸入電阻無影響。,5.差動放大電路的改進,6.電流源電路,3.2.2 集成運算放大電路（簡稱集成運放）的簡介,1.電路結構,3.2.2 集成運算放大電路（簡稱集成運放）的簡介,2.符號與引腳,3.2.2 集成運算放大電路（簡稱集成運放）的簡介,3.集成運算放大器的主要參數(shù) ①輸入失調電壓UOS ②輸入失調電流IOS ③輸入偏置電流IB ④開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aod ⑤共模抑制比KCMR ⑥最大差模輸入電壓Uidm ⑦最大共模輸入電壓Uicm,思考題,1.什么是零點漂移?什么是差模信號?什么是共模信號? 2.差動放大器是如何抑制零漂的? 3.帶恒流源的差動放大器是如何提高共模抑制比的?,3.3 集成運算放大器的基本運算電路,3.3.1 理想運算放大器的特點 1.集成運放的理想化條件,①開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aod =∞; ②輸入電阻rid =∞; ③輸出電阻ro =0; ④共模抑制比KCMR =∞; ⑤失調電壓、失調電流均為零; ⑥上限頻率fH =∞。,,2.理想運算放大器的特點,（1）線性區(qū) 兩條重要特點 1“虛斷” －－“虛斷”只是指輸入端電流趨近于零，而不是輸入端真的斷開。 2“虛短” －－兩點并非真正短路。,,2.理想運算放大器的特點,2）非線性區(qū) 兩條重要特點 1“虛斷” －－“虛斷”只是指輸入端電流趨近于零，而不是輸入端真的斷開。 2:只要輸入電壓u+ 與u-不相等，輸出電壓就飽和，u+ =u-是正負兩種飽和狀態(tài)的轉換點。,,3.3.2 比例運算電路,1.反相比例電路,它是一個電壓并聯(lián)負反饋放大器。輸入信號從反相端加入集成放大器,3.3.2 比例運算電路,2.同相比例運算電路,它是一個電壓串聯(lián)負反饋放大器。輸入信號從同相端加入集成放大器。,3.3.2 比例運算電路,3.電壓跟隨器,在同相比例電路中，當Rf =0（反饋電阻短路）和（或）R1 =∞（反相輸入端電阻開路）時，Auf =1。這時uo =ui ，輸出電壓等于輸入電壓，所以，把這種運放電路稱為電壓跟隨器。,3.3.3 加法運算電路,1.反相加法運算電路,它是一個電壓并聯(lián)負反饋放大器。它能實現(xiàn)輸出電壓正比于若干輸入電壓之和的運算功能。,3.3.3 加法運算電路,2.同相加法運算電路,它是一個電壓串聯(lián)負反饋放大器。它是同相輸入端有兩個輸入信號的加法電路。,3.3.4 減法運算電路,例3.3.1 已知圖3-23所示電路中，ui =-2V，Rf =2R1 ，試求uo 。,3.3.5 積分電路與微分電路,1.積分運算電路,3.3.5 積分電路與微分電路,2.微分運算電路,思考題,1.理想運放的主要條件有哪些? 2.什么是“虛短”、“虛斷”、“虛地”?同相輸入電路是否存在虛地? 3.理想運放工作在線性區(qū)或非線性區(qū)時，各有什么特點? 4.畫出集成運放實現(xiàn)加、減、積分、微分運算的基本電路，寫出運算關系式。,3.4 正弦波振蕩器,3.4.1 自激振蕩 1.自激振蕩的條件,（1）幅度平衡條件 |.A.F|=1 指出放大倍數(shù)和反饋系數(shù)的乘積的模等于1。 （2）相位平衡條件 φA +φB =2nπ 指出放大電路的相位移與反饋電路的相位移之和等于2nπ。其中n為整數(shù)。,牢記,3.4 正弦波振蕩器,3.4.1 自激振蕩 2.自激振蕩的建立過程,|.A.F|1,振蕩器必須在起振過程中滿足的條件,3.4.2 變壓器反饋式LC振蕩電路,它是由放大電路、變壓器反饋電路和LC選頻電路三部分組成。電路中三個線圈作變壓器耦合，線圈L1 與電容C組成選頻電路，L2 是反饋線圈，L3 線圈與負載相連。,3.4.3 RC振蕩器,1.RC串、并聯(lián)網(wǎng)絡的選頻特性 2.橋式RC振蕩電路 （1）電路構成及特點 （2）選頻特性,3.4.4 石英晶體振蕩器簡介,1.石英晶體的特性、符號及等效電路 （1）石英晶體的特性、壓電效應 石英晶體是二氧化硅結晶體，具有各向異性的物理特性。從石英晶體上按一定方位切割下來的薄片叫石英晶片，不同切向的晶片其特性是不同的。 石英晶片之所以能做成諧振器是基于它的壓電效應。,（2）石英晶體的符號和等效電路,石英晶體振蕩器 石英晶體振蕩器簡稱晶振,①并聯(lián)型晶振 ②串聯(lián)型晶振,電路的兩種類型,3.5 非正弦波振蕩器,3.5.1 電壓比較器 電壓比較器（簡稱比較器）的功能是比較兩個電壓的大小。比較器中的運放都在開環(huán)或正反饋情況下工作。,1.單限比較器,單限比較器的缺點:其一，當集成運放的開環(huán)放大倍數(shù)不是非常大時，其傳輸特性曲線如圖（b）虛線所示，高低電平轉換部分的斜率減小;其二，這種比較器抗干擾能力差。,2.遲滯電壓比較器,遲滯比較器的兩個門限電壓不一定是大小相等符號相反的一對數(shù)。只要改變參考電壓UR 的值，遲滯回線可沿橫軸平移。,3.5.2 矩形波發(fā)生器,1.電路的結構,2.工作原理 3.矩形波的周期和頻率,3.5.2 矩形波發(fā)生器,思考題,1.比較器工作在哪一種反饋狀態(tài)? 2.為什么遲滯比較器抗干擾能力強?,本章小結,1.輸入引起的輸出通過某種途徑又回到輸入端，這個過程稱為反饋。反饋放大器的性能取決于反饋的方式。負反饋在降低增益的同時獲得了增益穩(wěn)定性的提高。 2.不同類型的反饋對放大電路產(chǎn)生的影響不同，電壓負反饋使輸出電壓保持穩(wěn)定，因而降低了輸出電阻;電流負反饋穩(wěn)定了輸出電流，因而提高了輸出電阻。串聯(lián)負反饋提高了輸入電阻;并聯(lián)負反饋降低了輸入電阻。直流負反饋作用就是穩(wěn)定靜態(tài)工作點。 3.直接耦合放大電路的主要問題就是零點漂移，差動放大電路就是從電路結構上采用對稱的形式進行補償以減小漂移。 4.在分析理想運放時主要運用的是“虛斷”、“虛短”兩個基本概念，具體分析了比例、加法、減法、微分、積分運算電路。 5.在正弦波振蕩器中介紹了自激振蕩的條件及RC振蕩器和LC振蕩器。 6.非正弦波振蕩器中，介紹了單限比較器、遲滯比較器的原理及應用;矩形波發(fā)生器。,