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

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.,所謂理想運(yùn)放就是將集成運(yùn)放的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)理想化，即認(rèn)為集成運(yùn)放的各項(xiàng)指標(biāo)為：,6.4 放大電路的反饋,6.4.1 理想運(yùn)放的技術(shù)指標(biāo),1、什么是理想運(yùn)放,在分析估算集成運(yùn)放的應(yīng)用電路時(shí)，工程上允許實(shí)際運(yùn)放造成的誤差可認(rèn)為是理想運(yùn)放，如無特別說明，均將集成運(yùn)放作為理想運(yùn)放進(jìn)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(yùn)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(duì)應(yīng)兩個(gè)區(qū)域，即線性區(qū)和非線性區(qū)。,,2 理想運(yùn)放的兩種工作狀態(tài),運(yùn)放在電路中的符號(hào)及電壓傳輸特性曲線,.,,當(dāng)工作在線性區(qū)時(shí)，集成運(yùn)放的輸出電壓與其兩個(gè)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(yùn)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(diǎn)短路一樣，但實(shí)際上該兩點(diǎn)并未真正被短路，因此常將此特點(diǎn)簡稱為虛短。,實(shí)際集成運(yùn)放的Aod≠∞，因此u+ 與u- 不可能完全相等。但是當(dāng)Aod足夠大時(shí)，集成運(yùn)放的差模輸入電壓（u+ - u -）的值很小，可以忽略。,理想運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)有兩個(gè)重要特點(diǎn)：,（1）理想運(yùn)放的差模輸入電壓等于零—虛短,因理想運(yùn)放的Aod = ∞，所以由上式可得,.,由于理想運(yùn)放的差模輸入電阻R I d = ∞，因此在其兩個(gè)輸入端均沒有電流，即有,此時(shí)運(yùn)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(diǎn)被斷開一樣，將此特點(diǎn)簡稱為虛斷。,（2）理想運(yùn)放的輸入電流等于零--虛斷,虛短和虛斷是理想運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)的兩個(gè)重要特點(diǎn)。這兩個(gè)特點(diǎn)常常作為今后分析運(yùn)放應(yīng)用電路的出發(fā)點(diǎn)。,如果運(yùn)放的工作信號(hào)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(dá)式,2. 非線性區(qū),理想運(yùn)放工作在非線性區(qū)時(shí)，也有兩個(gè)重要特點(diǎn)：,.,在非線性區(qū)內(nèi)，運(yùn)放的差模輸入電壓（u+ - u -）可能很大，即 u +≠u - ，此時(shí)不存在虛短現(xiàn)象。,（1）理想運(yùn)放的輸出電壓uo只有兩種取值：或等于運(yùn)放的正向最大輸出電壓+UOM，或等于其負(fù)向最大輸出電壓-UOM，,當(dāng)u + ＞u - 時(shí)，u o = +UOM,因?yàn)槔硐脒\(yùn)放的RId = ∞，故在非線性區(qū)仍滿足輸入電流等于零，即式對(duì)非線性工作區(qū)仍然成立。,當(dāng)u + ＜u - 時(shí)，u o = -UOM,（2）理想運(yùn)放的輸入電流等于零,.,如上所述，理想運(yùn)放工作在不同狀態(tài)時(shí)，其表現(xiàn)出的特點(diǎn)也不相同。因此，在分析各種應(yīng)用電路時(shí)，首先必須判斷其中的集成運(yùn)放究竟工作在哪種狀態(tài)。,集成運(yùn)放的開環(huán)差模電壓增益Aod通常很大，為了保證運(yùn)放工作在線性區(qū)，一般情況下，必須在電路中引入深度負(fù)反饋，以減小直接施加在運(yùn)放兩個(gè)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(fù)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?yàn)?所以,定義,.,電壓串聯(lián)負(fù)反饋,電流串聯(lián)負(fù)反饋,電壓并聯(lián)負(fù)反饋,電流并聯(lián)負(fù)反饋,2 反饋的分類及判別方法,反饋的各類,負(fù)反饋,電流負(fù)反饋,電壓并聯(lián)負(fù)反饋,電流并聯(lián)負(fù)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(qiáng)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(fù)反饋。,正、負(fù)反饋的判斷,.,正負(fù)反饋判斷的基本方法：,一般用瞬時(shí)極性法,（1）首先假設(shè)輸入信號(hào)某一時(shí)刻的瞬時(shí)極性為正（用“+”表示）或負(fù)（用“-”表示），“+”號(hào)表示該瞬間信號(hào)有增大的趨勢(shì)，“-”則表示有減小的趨勢(shì),（2）根據(jù)輸入信號(hào)與輸出信號(hào)的相位關(guān)系，逐步推斷電路有關(guān)各點(diǎn)此時(shí)的極性，最終確定輸出信號(hào)和反饋信號(hào)的瞬時(shí)極性。,（3）再根據(jù)反饋信號(hào)與輸入信號(hào)的連接情況，分析凈輸入量的變化，如果反饋信號(hào)使凈輸入量增強(qiáng)，即為正反饋，反之為負(fù)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(fù)反饋。,i b = i i – i f,',負(fù)反饋,負(fù)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(yùn)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(diǎn),如果反饋量中只含交流成分，稱為交流反饋。交流負(fù)反饋則影響電路的動(dòng)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(fù)反饋,,判定方法——輸出短路法。將反饋放大器的輸出端對(duì)交流短路, 若其反饋信號(hào)隨之消失, 則為電壓反饋, 否則為電流反饋。 因?yàn)檩敵龆藢?duì)交流短路后, 輸出交變電壓為零, 若反饋信號(hào)隨之消失, 則說明反饋信號(hào)正比于輸出電壓, 故為電壓反饋；若反饋信號(hào)依然存在, 則說明反饋信號(hào)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(fù)反饋穩(wěn)定輸出電壓 引入電流負(fù)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(fù)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(hào)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(hào)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(shí)極性法，若是負(fù)反饋，需進(jìn)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(hào)直接從輸出電壓取為電壓負(fù)反饋，否則為電流負(fù)反饋； 3）從輸入端，判別串聯(lián)、并聯(lián)負(fù)反饋---若輸入端信號(hào)是電壓、串聯(lián)疊加形式的為串聯(lián)負(fù)反饋，以電流、并聯(lián)形式疊加的為并聯(lián)負(fù)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(fù)反饋？若為交流負(fù)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(fù)反饋,,,,放大器電路反饋的判斷舉例,.,串聯(lián)電壓負(fù)反饋放大器電路,電壓并聯(lián)反饋,.,串聯(lián)電流負(fù)反饋放大器,并聯(lián)電流負(fù)反饋放大器,㈩,㈠,㈠,㈩,㈩,.,單級(jí)電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路,㈩,㈩,.,單級(jí)電流串聯(lián)負(fù)反饋電路,㈩,㈩,.,單級(jí)電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路,㈩,㈠,.,串聯(lián)電壓負(fù)反饋,㈩,㈩,㈠,㈠,㈩,.,并聯(lián)電流負(fù)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(fù)反饋電路,.,三級(jí)并聯(lián)電壓負(fù)反饋電路,.,6.4.3 負(fù)反饋對(duì)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(fù)反饋的定義可知, 負(fù)反饋總是使凈輸入信號(hào)減弱。,對(duì)負(fù)反饋放大器則有,所以,即,負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：,.,可見Af ＜A 式中，1+AF稱為反饋深度，當(dāng)1+AF ＞＞1時(shí)， ，稱放大電路為深度負(fù)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(fù)反饋。負(fù)反饋放大電路是以犧牲放大倍數(shù)作為代價(jià)換來整個(gè)電路性能的穩(wěn)定。,討論：,可簡化為 ，這表明，當(dāng)反饋深度（1+AF）＞＞1時(shí)，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(fù)反饋,在負(fù)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(fù)反饋放大電路的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)。,（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(dāng)Xi= 0時(shí)，Xo≠0，放大電路在沒有外加輸入信號(hào)，也有一定的輸出信號(hào)。放大電路的這種狀態(tài)稱為自激振蕩。,有時(shí)為產(chǎn)生正弦波或其它波形信號(hào)，有意識(shí)地在放大電路中引入一個(gè)正反饋，并使之滿足自激振蕩的條件。,.,例如，當(dāng)A變化10 %時(shí)，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(dāng)指出，Af的穩(wěn)定性是以損失放大倍數(shù)作為代價(jià)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(duì)穩(wěn)定度為,閉環(huán)放大倍數(shù)相對(duì)穩(wěn)定度為,.,減小非線性失真和抑制干擾、噪聲,負(fù)反饋減小非線性失真,3 改善非線性失真,.,負(fù)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(fù)反饋放大器的頻率響應(yīng),無反饋放大器的帶寬,負(fù)反饋放大器的帶寬,引入負(fù)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(fù)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(jià)的。,.,1)對(duì)輸入電阻的影響,,,,對(duì)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(fù)反饋增大了輸入電阻,5. 負(fù)反饋可以改變輸入、輸出電阻,.,并聯(lián)負(fù)反饋減小輸入電阻,串聯(lián)負(fù)反饋增大輸入電阻，并聯(lián)負(fù)反饋減小輸入電阻。,,,,,,.,2)對(duì)輸出電阻的影響,對(duì)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(fù)載效應(yīng)中考慮,,,,,’,電壓負(fù)反饋減小輸出電阻,.,電流負(fù)反饋增大輸出電阻,所取電壓已在其負(fù)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,