電路與電子技術(shù)第6章--集成運算放大器及其應(yīng)用3演示文檔

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.,所謂理想運放就是將集成運放的各項技術(shù)指標理想化，即認為集成運放的各項指標為：,6.4 放大電路的反饋,6.4.1 理想運放的技術(shù)指標,1、什么是理想運放,在分析估算集成運放的應(yīng)用電路時，工程上允許實際運放造成的誤差可認為是理想運放，如無特別說明，均將集成運放作為理想運放進行討論。,開環(huán)差模電壓增益Aod = ∞； 差模輸入電阻RId = ∞； 輸出電阻Ro = 0； 共模抑制比KCMR = ∞； 上限截止頻率fH = ∞； 輸入失調(diào)電壓、失調(diào)電流以及它們的零漂均為零。,.,集成運放的工作狀態(tài)有線性和非線性兩種狀態(tài)，在其傳輸特性曲線上對應(yīng)兩個區(qū)域，即線性區(qū)和非線性區(qū)。,,2 理想運放的兩種工作狀態(tài),運放在電路中的符號及電壓傳輸特性曲線,.,,當工作在線性區(qū)時，集成運放的輸出電壓與其兩個輸入端的電壓之間存在著線性放大關(guān)系，即,,1. 線性區(qū),式中uo是集成運放的輸出端電壓；u+ 和u-分別是其同相輸入端和反相輸入端電壓；Aod是其開環(huán)差模電壓增益。,.,,上式表明同相輸入端與反相輸入端的電位相等，如同將該兩點短路一樣，但實際上該兩點并未真正被短路，因此常將此特點簡稱為虛短。,實際集成運放的Aod≠∞，因此u+ 與u- 不可能完全相等。但是當Aod足夠大時，集成運放的差模輸入電壓（u+ - u -）的值很小，可以忽略。,理想運放工作在線性區(qū)時有兩個重要特點：,（1）理想運放的差模輸入電壓等于零—虛短,因理想運放的Aod = ∞，所以由上式可得,.,由于理想運放的差模輸入電阻R I d = ∞，因此在其兩個輸入端均沒有電流，即有,此時運放的同相輸入端和反相輸入端的電流都等于零，如同該兩點被斷開一樣，將此特點簡稱為虛斷。,（2）理想運放的輸入電流等于零--虛斷,虛短和虛斷是理想運放工作在線性區(qū)時的兩個重要特點。這兩個特點常常作為今后分析運放應(yīng)用電路的出發(fā)點。,如果運放的工作信號超出了線性放大的范圍，則輸出電壓與輸入電壓不再滿足線性區(qū)的表達式,2. 非線性區(qū),理想運放工作在非線性區(qū)時，也有兩個重要特點：,.,在非線性區(qū)內(nèi)，運放的差模輸入電壓（u+ - u -）可能很大，即 u +≠u - ，此時不存在虛短現(xiàn)象。,（1）理想運放的輸出電壓uo只有兩種取值：或等于運放的正向最大輸出電壓+UOM，或等于其負向最大輸出電壓-UOM，,當u + ＞u - 時，u o = +UOM,因為理想運放的RId = ∞，故在非線性區(qū)仍滿足輸入電流等于零，即式對非線性工作區(qū)仍然成立。,當u + ＜u - 時，u o = -UOM,（2）理想運放的輸入電流等于零,.,如上所述，理想運放工作在不同狀態(tài)時，其表現(xiàn)出的特點也不相同。因此，在分析各種應(yīng)用電路時，首先必須判斷其中的集成運放究竟工作在哪種狀態(tài)。,集成運放的開環(huán)差模電壓增益Aod通常很大，為了保證運放工作在線性區(qū)，一般情況下，必須在電路中引入深度負反饋，以減小直接施加在運放兩個輸入端的凈輸入電壓。,.,,所謂反饋就是將放大電路的輸出量（電壓或電流）的一部分或全部，通過一定的電路形式（反饋網(wǎng)絡(luò)）引回到它的輸入端來影響輸入量（電壓或電流）的連接方式。,1 反饋的基本概念,反饋放大電路的方框圖,6. 4 .2負反饋的基本概念及判別方法,.,叫開環(huán)放大倍數(shù)； 叫反饋系數(shù)； 叫閉環(huán)放大倍數(shù)。 因為 所以,定義,.,電壓串聯(lián)負反饋,電流串聯(lián)負反饋,電壓并聯(lián)負反饋,電流并聯(lián)負反饋,2 反饋的分類及判別方法,反饋的各類,負反饋,電流負反饋,電壓并聯(lián)負反饋,電流并聯(lián)負反饋,.,有無反饋的判斷,若放大電路中存在將輸出回路與輸入回路相連接的通路，即反饋網(wǎng)絡(luò)，并影響放大電路的凈輸入量，則表明電路中引入了反饋。,尋找電路中有無反饋通路是判斷電路中是否引入反饋的主要方法。,無反饋,有反饋,無反饋,.,,,,如果反饋量 增強了凈輸入 ，使輸出量 有所增大，稱為正反饋,如果反饋量 削弱了凈輸入量 ，使輸出量 有所減小，則稱為負反饋。,正、負反饋的判斷,.,正負反饋判斷的基本方法：,一般用瞬時極性法,（1）首先假設(shè)輸入信號某一時刻的瞬時極性為正（用“+”表示）或負（用“-”表示），“+”號表示該瞬間信號有增大的趨勢，“-”則表示有減小的趨勢,（2）根據(jù)輸入信號與輸出信號的相位關(guān)系，逐步推斷電路有關(guān)各點此時的極性，最終確定輸出信號和反饋信號的瞬時極性。,（3）再根據(jù)反饋信號與輸入信號的連接情況，分析凈輸入量的變化，如果反饋信號使凈輸入量增強，即為正反饋，反之為負反饋。,反饋類型判斷的步驟,.,例 試判斷圖所示電路中引入的是正反饋還是負反饋。,i b = i i – i f,',負反饋,負反饋,正反饋,.,直流反饋,交流反饋,（2）直流反饋和交流反饋,按反饋量中包含交、直流的成分的不同，有直流反饋和交流反饋。在集成運放反饋電路中，往往是兩者兼有。,如果反饋量中只含有直流成分，稱為直流反饋。主要作用是穩(wěn)定靜態(tài)工作點,如果反饋量中只含交流成分，稱為交流反饋。交流負反饋則影響電路的動態(tài)性能。,.,交、直流反饋共存,僅有直流反饋,.,輸出電壓為0，若反饋量隨之為0，則為電壓反饋；若反饋量依然存在，則為電流反饋。,電路引入了電壓負反饋,,判定方法——輸出短路法。將反饋放大器的輸出端對交流短路, 若其反饋信號隨之消失, 則為電壓反饋, 否則為電流反饋。 因為輸出端對交流短路后, 輸出交變電壓為零, 若反饋信號隨之消失, 則說明反饋信號正比于輸出電壓, 故為電壓反饋；若反饋信號依然存在, 則說明反饋信號不正比于輸出電壓, 故不是電壓反饋, 而是電流反饋。,(3) 電壓反饋和電流反饋的判定：,.,電流反饋,電壓反饋,反饋量隨之為0,.,引入電壓負反饋穩(wěn)定輸出電壓 引入電流負反饋穩(wěn)定輸出電流,,,,,,僅受基極電流的控制,電路引入了電流負反饋,,反饋電流,.,,,,引入了并聯(lián)反饋,引入了串聯(lián)反饋,（4）串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋,若放大電路輸入端，輸入量、反饋量和凈輸入量電流信號的形式方式疊加，為并聯(lián)反饋。,若放大電路輸入端，輸入量、反饋量和凈輸入量以電壓信號的形式方式疊加，為串聯(lián)反饋。,.,總結(jié)：判別反饋步驟 1）采用瞬時極性法，若是負反饋，需進一步判斷反饋的組態(tài)； 2）從輸出端，判別電壓、電流反饋----反饋信號直接從輸出電壓取為電壓負反饋，否則為電流負反饋； 3）從輸入端，判別串聯(lián)、并聯(lián)負反饋---若輸入端信號是電壓、串聯(lián)疊加形式的為串聯(lián)負反饋，以電流、并聯(lián)形式疊加的為并聯(lián)負反饋,.,電流串聯(lián)反饋,電壓并聯(lián)反饋,.,圖示電路有無引入反饋？是直流反饋還是交流反饋？ 是正反饋還是負反饋？若為交流負反饋，其組態(tài)為哪種？,分立元件放大電路中反饋的分析,_,+,+,引入了電流串聯(lián)負反饋,,,,放大器電路反饋的判斷舉例,.,串聯(lián)電壓負反饋放大器電路,電壓并聯(lián)反饋,.,串聯(lián)電流負反饋放大器,并聯(lián)電流負反饋放大器,㈩,㈠,㈠,㈩,㈩,.,單級電壓串聯(lián)負反饋電路,㈩,㈩,.,單級電流串聯(lián)負反饋電路,㈩,㈩,.,單級電壓并聯(lián)負反饋電路,㈩,㈠,.,串聯(lián)電壓負反饋,㈩,㈩,㈠,㈠,㈩,.,并聯(lián)電流負反饋,,,,,,,,,,,,,R,2,,,+,-,,,,,,,,C,C,,,,U,i,.,R,3,R,L,-,U,o,.,,,,,,,,R,6,,,,,C,E,,,R,1,,,,,I,i,.,c,1,I,f,.,U,i,.,e,1,V,1,,,,,,,,,,e,2,,,,,U,CC,,,R,4,,,,,,,,,V,2,R,5,-,,,,R,of,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,反饋網(wǎng)絡(luò),b,1,I,i,.,,,c,2,,,+,，,，,+,+,㈩,㈠,㈠,㈠,㈠,.,串聯(lián)電流負反饋電路,.,三級并聯(lián)電壓負反饋電路,.,6.4.3 負反饋對放大器性能的影響,閉環(huán)放大倍數(shù)Af, 僅是開環(huán)放大倍數(shù)A的(1+FA)分之一。,1 使放大器的放大倍數(shù)下降,根據(jù)負反饋的定義可知, 負反饋總是使凈輸入信號減弱。,對負反饋放大器則有,所以,即,負反饋對放大電路性能的影響，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：,.,可見Af ＜A 式中，1+AF稱為反饋深度，當1+AF ＞＞1時， ，稱放大電路為深度負反饋。,（1）若（1+AF）＞1，則Af ＜A，說明引入反饋后使放大倍數(shù)減小，這種反饋稱為負反饋。負反饋放大電路是以犧牲放大倍數(shù)作為代價換來整個電路性能的穩(wěn)定。,討論：,可簡化為 ，這表明，當反饋深度（1+AF）＞＞1時，閉環(huán)放大倍數(shù)Af基本上等于反饋系數(shù)F的倒數(shù)，而與放大電路的放大倍數(shù)與放大器本身的A無關(guān)，只于反饋系數(shù)有關(guān)，稱為深度負反饋,在負反饋情況下，如果反饋深度（1+AF）＞＞1，則式,.,,如溫度等因素變化而導(dǎo)致放大網(wǎng)絡(luò)的放大倍數(shù)A發(fā)生變化，只要F的值一定，就能保證閉環(huán)放大倍數(shù)Af穩(wěn)定，這是深度負反饋放大電路的一個突出優(yōu)點。,（2）若（1+AF）＜1，則Af＞A，即引入反饋后放大倍數(shù)比原來增大，因此這種反饋稱為正反饋。,（3）若（1+AF）= 0，即AF = -1，則Af→∞。說明當Xi= 0時，Xo≠0，放大電路在沒有外加輸入信號，也有一定的輸出信號。放大電路的這種狀態(tài)稱為自激振蕩。,有時為產(chǎn)生正弦波或其它波形信號，有意識地在放大電路中引入一個正反饋，并使之滿足自激振蕩的條件。,.,例如，當A變化10 %時，若1+AF = 100，則Af僅變化0.1%。,2 提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性。,應(yīng)當指出，Af的穩(wěn)定性是以損失放大倍數(shù)作為代價的，即Af減小到A的（1+AF）分之一，才使其穩(wěn)定性提高到A的（1+AF）倍。,開環(huán)放大倍數(shù)相對穩(wěn)定度為,閉環(huán)放大倍數(shù)相對穩(wěn)定度為,.,減小非線性失真和抑制干擾、噪聲,負反饋減小非線性失真,3 改善非線性失真,.,負反饋改善放大器頻率響應(yīng)的示意圖,4 展寬頻帶,fbwf=(1+FA)fbw,無反饋放大器的頻率響應(yīng),有負反饋放大器的頻率響應(yīng),無反饋放大器的帶寬,負反饋放大器的帶寬,引入負反饋后，電壓放大倍數(shù)下降幾分之一，通頻帶就展寬幾倍。可見，引入負反饋可以展寬通頻帶，但這也是以降低放大倍數(shù)作為代價的。,.,1)對輸入電阻的影響,,,,對輸入電阻的影響僅與反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大電路輸入端的接法有關(guān)，即決定于是串聯(lián)反饋還是并聯(lián)反饋。,串聯(lián)負反饋增大了輸入電阻,5. 負反饋可以改變輸入、輸出電阻,.,并聯(lián)負反饋減小輸入電阻,串聯(lián)負反饋增大輸入電阻，并聯(lián)負反饋減小輸入電阻。,,,,,,.,2)對輸出電阻的影響,對輸出電阻的影響僅與反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大電路輸出端的接法有關(guān)，即決定于是電壓反饋還是電流反饋。,所取電流已在其負載效應(yīng)中考慮,,,,,’,電壓負反饋減小輸出電阻,.,電流負反饋增大輸出電阻,所取電壓已在其負載效應(yīng)中考慮,,,,,,’,.,四種反饋組態(tài)下，A，F(xiàn)和Af的不同含義,