参考电子技术教案

2.3三极管电路的基本分析方法引言由于三极管为非线性器件，因此对由三极管组成的电路进行分析时，往往根据电路的功能及外界条件，采用适当的近似方法，以获得工程上满意的结果。直流分析：若只研究在直流电源作用下，电路中各直流量的大小称为直流分析，由此而确定的各直流电压和电流称为直流工作点参量。交流分析：当外电路接入交流信号后，为了确定叠加在静态工作点上的各交流量而进行的分析，称为交流分析。新课讲授2.3.1直流分析一、图解分析法在三极管的特性曲线上用作图的方法求得电路中各直流电流、电压量大小的方法，称为图解分析法。晶体三极管电路如图2.3.1（a）所示，三极管的输入、输出特性曲线分别示于图2.3.1（b）、（c）中。iiC+–RBRC+VCCVBB3V5ViB115k1k+uBE+uBE_uBEuBE_uBEuCE_uBE_uBE（a）（a）uuBE/ViB/AQ静态工作点VBBVBB/RBUBEQIBQ20O0.7（b）uuCE/V图2.3.1晶体三极管直流电路图解分析iC/mAVCCVCC/RCQ23UCEQICQiB=20A（c）输入回路方程：uBE=VBB-iBRB输出回路方程：uCE=VCC-iCRC由上可得出用图解法求Q点的步骤: (1)在输出特性曲线所在坐标中,按直流负载线方程uCE=VCC-iCRC作出直流负载线。 (2)由基极回路求出IBQ。 (3)找出iB=IBQ这一条输出特性曲线,与直流负载线的交点即为Q点。读出Q点坐标的电流、电压值即为所求。二、工程近似分析法由图2-3(a)所示,首先由基极回路求出静态时基极电流IBQ:（2.3.1）硅管：锗管：根据三极管各极电流关系,可求出静态工作点的集电极电流ICQ：（2.3.2）再根据集电极输出回路可求出UCEQ(2.3.3)三、电路参数对静态工作点的影响iB1.RB对QiB图2.3.2图2.3.2RB对Q点的影响uBEuCEiCVCCVBBQQVBBRBRB­®iB¯，Q趋近截止区；RB¯®iB­Q趋近饱和区。2.Rc对Q点的影响Rc的变化,仅改变直流负载线的N点,即仅改变直流负载线的斜率。Rc减小,N点上升,直流负载线变陡,工作点沿iB=IBQ这一条特性曲线右移；Rc增大,N点下降,直流负载线变平坦,工作点沿iB=IBQ这一条特性曲线向左移。如图2.3.3所示。图2.3.3图2.3.3RC对Q点的影响iCuCEVCCuBEiBUCEQQQICQRCVCC3.UCC对Q点的影响UCC的变化不仅影响IBQ,还影响直流负载线,因此,UCC对Q点的影响较复杂。UCC上升,IBQ增大,同时直流负载线M点和N点同时增大,故直流负载线平行上移,所以工作点向右上方移动；UCC下降,IBQ下降,同时直流负载线平行下移。所以工作点向左下方移动。如图2.3.4所示。图图2.3.4VCC对Q点的影响+–RBRC+uCE–+uBE+–+–RBRC+uCE–+uBE+–VCCVBB3V5ViBiC1k解：当VBB=0V：iB≈0，iC≈0，uCE≈5V当VBB=3V：uCE≈0.3V≈0，iC≈5mA判断是否饱和：临界饱和电流ICS和IBS：iB>IBS，则三极管饱和。本节小结图解法求静态工作点工程近似法求静态工作点交流分析复习并导入新课直流分析是指只研究在直流电源作用下，电路中各直流量的大小，常用的分析方法有两种图解分析法和工程近似法。交流分析是指当外电路接入交流信号后，为了确定叠加在静态工作点上的各交流量而进行的分析，称为交流分析。动态工作波形及交流通路1．动态工作波形所谓动态,是指放大电路输入信号不为零时的工作状态。当放大电路加入交流信号ui时,电路中各电极的电压、电流都是由直流量和交流量叠加而成的。三级管电路接通直流电源后，在输入端加入小信号RCuiRCui+–iBiCRBVBBC1+–+–+uCE+uBE–VVCC图图2.2.3三级管电路中输入交流信号设ui=Uimsinwt则iB=IBQ+ib=IBQ+IbmsinwtiC=ICQ+ic=ICQ+IcmsinwtuCE=VCC–icRC=UCEQ–icRC图2.2.4三级管电路中电压电流波形=UCEQ+u图2.2.4三级管电路中电压电流波形uce=–icRC=–IcmRCsinwtuo=uce=–IcmRCsinwt=Uomsin(180°–wt)以上各信号的波形如图2.3.5所示。2．交流通路画交流通路原则：1）固定不变的电压源都视为短路；2）固定不变的电流源都视为开路；3）视电容对交流信号短路VCC线性VCC线性非线性线性+–RBRC+uCE–+uBE+–VBBiBiCiBiC+uBE+uCE–AB图图2.2.5三级管电路((A左)(A右)(B左)(B右)输入回路:输出回路：VCCRC+–+–iBiCRBVBBC1ui+–+uBE–例VCCRC+–+–iBiCRBVBBC1ui+–+uBE–++uCE解：令ui=0，求静态电流IBQuuBE/ViB/A0.7V30QuituBE/VtiBIBQ(交流负载线)uCE/ViC/mA4123iB=10A20304050605Q6直流负载线QQ6tiCICQUCEQtuCE/VUcemibicuceOOOOOO当u当ui=Uimsinwtib=Ibmsinwtic=Icmsinwtuce=–Ucemsinwtuo=uce当ui=0uBE=UBEQiB=IBQiC=ICQuCE=UCEQiB=IBQ+IbmsinwtiC=ICQ+IcmsinwtuCE=UCEQ–Ucemsinwt=UCEQ+Ucemsin(180°–wt)三、小信号等效分析法(微变等效)1．晶体三极管H参数小信号电路模型（1）三极管基-(发)射极间的等效图2.2.6三级管的微变等效电路根据三极管的输入特性,当输入信号ui在很小范围内变化时,输入回路的电压uBE、电流iB在uCE为常数时,可认为其随ui的变化作线性变化,即三极管输入回路基极与发射极之间可用等效电阻rbe代替。其等效电路如图2.2图2.2.6三级管的微变等效电路根据三极管输入回路结构分析,rbe的数值可以用下列公式计算:(2)三极管集(电)-(发)射极间的等效当三极管工作于放大区时,ic的大小只受ib控制,而与uCE无关,即实现了三极管的受控恒流特性,ic=βib。所以,当输入回路的ib给定时,三极管输出回路的集电极与发射极之间,可用一个大小为βib的理想受控电流源来等效,如图2.26(c)所示。2.晶体三极管交流分析①分析直流电路，求出“Q”，计算rbe。②画电路的交流通路。③在交流通路上把三极管画成H参数模型。④分析计算叠加在“Q”点上的各极交流量。iCuS+uo+–iBRBVCCVBBRCRLiCuS+uo+–iBRBVCCVBBRCRLC1C2+–+–RS+uCE+uBE–[解]令ui=0，求静态电流IBQ①求“Q”，计算rbeICQ=IBQ=2.4mAUCEQ=122.42.7=5.5(V)②交流通路③小信号等效④分析各极交流量⑤分析各极总电量uBE=(0.7+0.0072sint)ViB=(24+5.5sint)AiC=(2.4+0.55sint)mAuCE=(5.5–0.85sint)V本节小结1.图解分析法2.小信号等效分析法(微变等效)放大电路基础引言所谓放大，是在保持信号不失真的前提下，使其由小变大、由弱变强。因此，放大器在电子技术中有着广泛的应用，是现代通信、自动控制、电子测量、生物电子等设备中不可缺少的组成部分。放大的过程是实现能量转换的过程，即利用有源器件的控制作用将直流电源提供的部分转换为与输入信号成比例的输出信号。因此放大电路实际上是一个受输入信号控制的能量转换器本章主要讨论以三级管构成的各种基本单元放大电路，集成运放的组成和特点。3.1.1放大电路的组成一、组成框图RRS+us–isRS为效等为效等信信号源放大电路负载直流电源为效等为效等图图3.3.1放大电路组成框图二、多级放大电路第一第一级第二级第三级信号输入信号输出图图3.3.2多级放大电路三、放大电路的四端网络表示１１122+us–放大电路RS+ui–+uo–RLioii图图3.3.3放大电路的四端网络us—信号源电压，Rs—信号源内阻，RL—负载电阻，ui—输入电压，uo—输出电压，ii—输入电流3.1.2放大电路的主要性能指标一、放大倍数A放大倍数又称为增益，定义为放大器的输出量与输入量的比值。根据处理的输入量和所需的输出量不同，有如下三种不同定义的放大倍数：1.电压放大倍数Au电压增益Au(dB)=20lg|Au2.电流放大倍数Ai电流增益Ai(dB)=20lg|Ai|3.功率放大倍数Ap功率增益Ap(dB)=10lg|Ap|二、输入电阻Ri越大，ui与us越接近例2.3.4us=20mV，Rs=600W，比较不同Ri时的ii、ui。Riiiui6000W3mA18mV600W16.7mA10mV60W30mA1.82mV三、输出电阻放大电路的输出相当于负载的信号源，该信号源的内阻称为电路的输出电阻。计算：测量：uot—负载开路时的输出电压；uo—带负载时的输出电压，Ro越小，uot和uo越接近。四、通频带与频率失真放大器的实际输入信号通常是由众多频率分量组成的复杂信号。由于放大电路中含有电抗元件(主要是电容)，因而放大器对信号中的不同频率分量具有不同的放大倍数和附加相移，造成输出信号中各频率分量间大小比例和相位关系发生变化，从而导致输出波形相对于输入波形产生畸变。通常将这种输出波形的畸变称为放大器的线性失真或频率失真。图图3.3.4本节小结放大电路的组成主要性能指标3.2三种基本放大组态引言本节分别对这三种组态放大电路的性能进行分析图图3.2.1放大电路中三极管的三种连接方法(a)共(发)射极电路;(b)共集电极电路;(c)共基极电路新课讲授3.2.1共发射极放大电路一、电路组成共射极放大电路如图3.2.2所示。图图3.2.2共射极放大电路+VCCRS+us+VCCRS+usRCC1C2RLRE+CE++RB1RB2+ui+uoC1、C2(耦合电容)：隔直流、通交流RB1、RB2(基极偏置电阻)：提供合适的基极电流RC(集电极负载电阻)：将ICUC，使电流放大电压放大RE(发射极电阻)：稳定静态工作点“Q”CE(发射极旁路电容)：短路交流，消除RE对电压放大倍数的影响二、直流分析+V+VCCRB1+UCEQRCRERB2+UBEQIBQI1ICQIEQ图图3.2.3共射极放大电路当I1³(5~10)IBQ，UBQ³(5~10)UBEQ时，（3.2.1）（3.2.2）,（3.2.3）（3.2.4）稳定“Q”的原理：ICQ↑→IEQ↑→UEQ(=IEQRE)↑↓ICQ↓←IEQ↓←UBEQ(=UBQ-UEQ)↓三、性能指标分析图3.2.4图3.2.4图3.2.3的微变等效电路1.电压放大倍数（3.2.5）(3.2.6）2.输入电阻ri:由图3.2.4可得(3.2.7）3.输出电阻ro:(3.2.8）当没有旁路电容CE时：电压放大倍数(3.2.9）源电压放大倍数(3.2.102.输入电阻(3.2.11）3.输出电阻:Ro=RC(3.2.123.2.2共集电极放大电路一、电路组成和静态工作点电路如图3.2.5（a）所示,图中采用分压式稳定偏置电路使晶体管工作在放大状态。具有内阻Rs的信号源Us从基极输入，信号从发射极输出，而集电极交流接地，作为输入、输出的公共端。由于信号从射极输出，所以该电路又称为射极输出器。图3.2.5（b）为该电路对应的交流通路。由交流通路可看出,集电极为输入、输出的公共端,故称为共集电极放大电路(简称共集放大电路)。图3.2.5共集电极放大电路（a）电路（b）交流通路IBQ=(VCC–UBEQ)/[RB+(1+bRE](3.2.13ICQ=bIBQ(3.2.14UCEQ=VCC–ICQRE(3.2.15二、性能指标分析图3.2.5的微变等效电路,如图3.2.6所示。图图3.2.6共集电极放大电路的微变等效电路1.电压放大倍数Au由图3.2.6，可得如下关系式因而(3.2.16式中，式(3.2.16)表明，Au恒小于1，一般情况下，满足(1+β)R′L>>rbe，因而又接近于1，且输出电压与输入电压同相。换句话说，输出电压几乎跟随输入电压变化。因此，共集电极放大器又称为射极跟随器。2.电流放大倍数Ai在图3.2.6中，当忽略RB1、RB2的分流作用时，则Ib=Ii，而流过RL的输出电流Io为(3.2.17）3.输入电阻Ri由图3.2.6可知，从基极看进去的电阻为所以与共射电路相比，由于显著增大，因而共集电路的输入电阻大大提高了。4.输出电阻Ro在图3.2.6中，当输出端外加电压Uo，而将Us短路并保留内阻Rs时，可得图3.2.7所示电路。图3.2.7求共集放大器Ro的等效电路由图可得则由e极看进去的电阻为所以，输出电阻(3.2.18)3.2.3共基极放大器图3.2.8(a)给出了共基极放大电路。图中RB1、RB2、RE和RC构成分压式稳定偏置电路，为晶体管设置合适而稳定的工作点。信号从射极输入，由集电极输出，而基极通过旁通电容CB交流接地，作为输入、输出的公共端。按交流通路画出该放大器的交流等效电路如图3.2.8(b)所示。图3.2.8共基极放大器及其交流等效电路(a)共基极放大电路；(b)交流等效电路1.电压放大倍数Au由图3.2.8(b)可知(3.2.19)2.电流放大倍数Ai在图3.2.8(b)中，由于输入电流Ii≈Ie，而输出电流(3.2.20)显然，Ai<1。若RC>>RL，则Ai≈α，即共基极放大器没有电流放大能力。但因Au>>1，所以仍有功率增益。3.输入电阻Ri按上述基极支路和射极支路的折合关系，由射极看进去的电阻为(3.2.21)4.输出电阻Ro由图3.2.8(b)可知，若Ui=0，则Ib=0,βIb=0，显然有(3.2.22)本节小结三种基本放大器性能比较3.3差分放大电路引言差分放大电路又称差动放大电路，它的输出电压与两个输入电压之差成正比，因此称差分放大器。这种放大器在电路和性能方面具有很多优点，因而它广泛应用于集成电路中。新课讲授差分放大电路的工作原理一、差分放大电路的组成及静态分析基本差分放大器如图3.3.1所示。它由两个性能参数完全相同的共射放大电路组成，通过两管射极连接并经公共电阻RE将它们耦合在一起，所以也称为射极耦合差分放大器。图图3.3.1基本差分放大电路电路特点：a.两个输入端，两个输出端；b.元件参数对称；c.双电源供电；d.ui1=ui2时，uo=0当输入信号为零时,放大电路的直流通路如图3.3.2所示,由基极回路可得直流电压方程式为VEE=UBEQ+IEEREE（3.3.1）IEE=(VEE–UBEQ)/REE（3.3.2）图图3.3.2差分放大电路的直流通路ICQ1=ICQ2»(VEE–UBEQ)/2REE（3.3.3）UCQ1=VCC–ICQ1RCUCQ2=VCC–ICQ2RCUo=UCQ1–UCQ2=0（3.3.4）可见，静态时，差动放大器两输出端之间的直流电压为零。二、差分放大电路的动态分析在放大器两输入端分别输入大小相等、相位相反的信号,即ui1=-ui2时,这种输入方式称为差模输入,所输入的信号称为差模输入信号。差模输入电路如图3.3.3所示,由图可知，这时一管的射极电流增大，另一管的射极电流减小，且增大量和减小量时时相等。因此流过RE的信号电流始终为零，公共射极端电位将保持不变。所以对差模输入信号而言，公共射极端可视为差模地端，即RE相当对地短路。通过上述分析，可得出图3.3.3电路的差模等效通路如图3.3.4所示。图中还画出了输入为差模正弦信号时，输出端波形的相位关系。图图3.3.4差分放大电路的交流通路差模输入电压：uid=ui1–ui2=2ui1使得：ic1=–ic2uo1=–uo2uod=uC1–uC=uo1–(–uo2)=2uo11.差模电压放大倍数差模电压放大倍数定义为输出电压与输入差模电压之比。在双端输出时，输出电压为（3.3.5）输入差模电压为（3.3.6）（3.3.7）式中，R′L=RC‖RL。可见，双端输出时的差模电压放大倍数等于单边共射放大器的电压放大倍数。2.差模输入电阻差模输入电阻定义为差模输入电压与差模输入电流之比。由图3.3.3可得（3.3.8）3.差模输出电阻（3.3.9）二、共模抑制特性如果在图3.3.2差动放大器的两个输入端加上一对大小相等、相位相同的共模信号，即Ui1=Ui2=Uic,由图可知，此时两管的射极将产生相同的变化电流ΔiE，使得流过RE的变化电流为2ΔiE，从而引起两管射极电位有2REΔiE的变化。因此，从电压等效的观点看，相当每管的射极各接有2RE的电阻。通过上述分析，图3.3.2电路的共模等效通路如图3.3.5所示。图图3.3.5基本差动放大器的共模等效通路1.共模电压放大倍数双端输出时的共模电压放大倍数定义为（3.3.10）当电路完全对称时，Uoc1=Uoc2,所以双端输出的共模电压放大倍数为零，即Auc=0。2、共模抑制比KCMR为了衡量差动放大电路对差模信号的放大和对共模信号的抑制能力，我们引入参数共模抑制比KCMR。它定义为差模放大倍数与共模放大倍数之比的绝对值，即（3.3.11）KCMR也常用dB数表示，并定义为（3.3.12）KCMR实质上是反映实际差动电路的对称性。在双端输出理想对称的情况下，因Auc=0,所以KCMR趋于无穷大。但实际的差动电路不可能完全对称，因此KCMR为一有限值。在单端输出不对称的情况下，KCMR必然减小，由式(3.3.7)和(3.3.10)可求得（3.3.13）3．共模输入电阻由图3.3.5不难看出，共模输入电阻为（3.3.14）3.共模输出电阻单端输出时为（3.3.15）本节小结差分放大电路静态分析差分放大电路动态分析3.3.2具有电流源的差分放大电路根据共模抑制比公式：，可以看出：加大Re，可以提高共模抑制比。为此可用恒流源T3来代替Re。一、电流源电路1．三极管电流源图3.3.4(a)画出了晶体管基极电流为IB的一条输出特性曲线。由图可见，当IB一定时，只要晶体管不饱和也不击穿，IC就基本恒定。因此，固定偏流的晶体管，从集电极看进去相当于一个恒流源。由交流等效电路知，它的动态内阻为rce，是一个很大的电阻。为了使IC更加稳定，可以采用分压式偏置电路(即引入电流负反馈)，便得到图3.3.4(b)所示的单管电流源电路。图3.3.4(c)为该电路等效的电流源表示法，图中Ro为等效电流源的动态内阻。利用图3.3.4(b)电路的交流等效电路可以证明，Ro近似为图图3.3.4三极管电流源电路(a)晶体管的恒流特性；(b)恒流源电路；(c)等效电流源表示法式中，RB=R1‖R2。需要指出，晶体管实现恒流特性是有条件的，即要保证恒流管始终工作在放大状态，否则将失去恒流作用。这一点对所有晶体管电流源都适用。2.比例型电流源书图P89图3.3.5UBE1»UBE23.镜像和微电流源在单管电流源中，要用三个电阻，所以不便集成。为此，用一个完全相同的晶体管V1,将集电极和基极短接在一起来代替电阻R2和R3，便得到图3.3.6所示的镜像电流源电路。由图可知，参考电流Ir为由于两管的e结连在一起，所以IB相同，IC也相同。由图可知微电流源：I0=IREF二、具有电流源的差分放大电路V3、V4构成比例电流源电路例3.3.3书P90三、差分放大电路的差模传输特性（书图P92图3.3.11）特点：1.iC1+iC2=I0；当ui=0，iC1=iC2=0.5I0。2.当–UT<ui<UT，iC1–iC2µui。3.当–4UT<ui<4UT，一只管子截止，I0几乎全部流入另一只管子输出电压被限幅。3.3.3差分放大电路的输入、输出方式差动放大电路有两个输入端和两个输出端,所以在信号源与两个输入端的连接方式及负载从输出端取出电压的方式上可以根据需要灵活选择。一、双端输入、单端输出在下图中,输出信号只从一管的集电极对地输出,这种输出方式叫单端输出。此时由于只取出一管的集电极电压变化量,只有双端输出电压的一半,因而差模电压放大倍数也只有双端输出时的一半。四种连接方式比较见P88二、双端变单端的转换电路电阻桥产生双端输入信号，负载多为一端接地。双端输出效果的单端输出电路：对于差模信号：ic1=ic2(方向如图)ic1=ic3=ic4V3、V4为镜像电流源iL=ic2+ic4=ic2+ic1=2ic1uo=2ic2RL结论：使单端输出获得双端输出效果。对于共模信号：iL=ic1–ic2=0uoc=03.5多级放大电路前面讲过的基本放大电路,其电压放大倍数一般只能达到几十～几百。然而在实际工作中,放大电路所得到的信号往往都非常微弱,要将其放大到能推动负载工作的程度,仅通过单级放大电路放大,达不到实际要求,则必须通过多个单级放大电路连续多次放大,才可满足实际要求。3.5.1多级放大电路的组成一、多级放大电路的组成多级放大电路的组成可用图3.5.1所示的框图来表示。其中,输入级与中间级的主要作用是实现电压放大，输出级的主要作用是功率放大,以推动负载工作。图图3.5.1多级放大电路的结构框图二、多级放大电路的耦合方式多级放大电路是由两级或两级以上的单级放大电路连接而成的。在多级放大电路中,我们把级与级之间的连接方式称为耦合方式。而级与级之间耦合时,必须满足:(1)耦合后,各级电路仍具有合适的静态工作点;(2)保证信号在级与级之间能够顺利地传输过去;(3)耦合后,多级放大电路的性能指标必须满足实际的要求。为了满足上述要求,一般常用的耦合方式有:阻容耦合、直接耦合1．阻容耦合我们把级与级之间通过电容连接的方式称为阻容耦合方式。电路如图3.5.2所示。图图3.5.2两级阻容耦合放大电路由图可得阻容耦合放大电路的特点:(1)优点:因电容具有“隔直”作用,所以各级电路的静态工作点相互独立,互不影响。这给放大电路的分析、设计和调试带来了很大的方便。此外,还具有体积小、重量轻等优点。(2)缺点:因电容对交流信号具有一定的容抗,在信号传输过程中,会受到一定的衰减。尤其对于变化缓慢的信号容抗很大,不便于传输。此外,在集成电路中,制造大容量的电容很困难,所以这种耦合方式下的多级放大电路不便于集成。2．直接耦合图3.5.3直接耦合放大电路为了避免电容对缓慢变化的信号在传输过程中带来的不良影响,也可以把级与级之间直接用导线连接起来,这种连接方式称为直接耦合。其电路如图图3.5.3直接耦合放大电路直接耦合的特点:(1)优点:既可以放大交流信号,也可以放大直流和变化非常缓慢的信号;电路简单,便于集成,所以集成电路中多采用这种耦合方式。(2)缺点:存在着各级静态工作点相互牵制和零点漂移这两个问题。3.5.2多级放大电路的性能指标估算一、电压放大倍数根据电压放大倍数的定义式在图3.5.2中,由于故因此可推广到n级放大电路的电压放大倍数为二、输入电阻多级放大电路的输入电阻,就是输入级的输入电阻。计算时要注意:当输入级为共集电极放大电路时,要考虑第二级的输入电阻作为前级负载时对输入电阻的影响。三、输出电阻多级放大电路的输出电阻就是输出级的输出电阻。计算时要注意:当输出级为共集电极放大电路时,要考虑其前级对输出电阻的影响。负反馈放大电路与基本运算电路引言反谓反馈，就是将放大器的输出量(电流或电压)，通过一定的网络（反馈网络），回送到放大器的输入回路，并同输入信号一起参与放大器的输入控制作用，从而使放大器的某些性能获得有效改善的过程。有反馈的放大电路称为反馈放大电路。在反馈放大电路中,反馈量使放大器净输入量得到增强的反馈称为正反馈,使净输入量减弱的反馈称为负反馈。利用负反馈技术，用集成运放可构成各种运算电路。本章先讨论负反馈放大电路的基本类型及负反馈对放大电路性能的影响，然后介绍由集成运放构成的基本运算电路，最后介绍集成运算放大电路的调整与测试方法。4.1负反馈放大电路的组成及基本类型4.4.1反馈放大电路的组成及基本关系式一、基本组成框图二、基本关系式开环放大倍数：；反馈系数：； 闭环放大倍数：因为，所以上式表明闭环增益Af是开环增益A的,小于A。其中,（1+AF）称为反馈深度,它的大小反映了反馈的强弱;乘积AF常称为环路增益。三、反馈的分类1.正反馈和负反馈正反馈反馈使净输入电量增加，从而使输出量增大。负反馈—反馈使净输入电量减小，从而使输出量减小。判断方法：通常采用“瞬时极性法”来区别是正反馈还是负反馈,具体方法如下:(1）假设输入信号某一瞬时的极性。(2）根据输入与输出信号的相位关系,确定输出信号和反馈信号的瞬时极性。(3）再根据反馈信号与输入信号的连接情况,分析净输入量的变化,如果反馈信号使净输入量增强,即为正反馈,反之为负反馈。2.直流反馈和交流反馈直流反馈：反馈信号中只含有直流量。电路中引入直流反馈的目的，一般是为了稳定静态工作点Q。交流反馈：反馈信号中只含有交流量。交流反馈，影响电路的交流工作性能。例4.4.1见课本P1254.1.2负反馈放大电路的基本类型一、电压反馈和电流反馈从输出端看,若反馈信号取自输出电压,则为电压反馈；若取自输出电流,则为电流反馈。判定方法：1．输出短路法。将反馈放大器的输出端对交流短路,若其反馈信号随之消失,则为电压反馈,否则为电流反馈。因为输出端对交流短路后,输出交变电压为零,若反馈信号随之消失,则说明反馈信号正比于输出电压,故为电压反馈；若反馈信号依然存在,则说明反馈信号不正比于输出电压,故不是电压反馈,而是电流反馈。2．按电路结构判定：在交流通路中,若放大器的输出端和反馈网络的取样端处在同一个放大器件的同一个电极上,则为电压反馈；否则是电流反馈。电压反馈与电流反馈对放大器输出电阻的影响极为不同，电压负反馈使输出电阻减小，电流负反馈使输出电阻增大。二、串联反馈和并联反馈串联反馈：反馈信号与输入信号以电压相加减的形式在输入端出现。特点：信号源内阻越小，反馈效果越明显。并联反馈：信号与输入信号以电流相加减的形式在输入端出现。特点：信号源内阻越大，反馈效果越明显。串联反馈和并联反馈的判定方法：对于交变分量而言,若信号源的输出端和反馈网络的比较端接于同一个放大器件的同一个电极上,则为并联反馈；否则,为串联反馈。4.1.2负反馈放大电路分析—例4.1.6负反馈对放大电路的影响4.2.1提高增益的稳定性负反馈稳定放大器增益的原理是因为负反馈有自动调节作用。工作环境变化(如温度、湿度)、器件更换或老化、电源电压不稳等诸因素会导致基本放大器的放大倍数不稳定。通常用放大倍数的相对变化量来衡量放大器的稳定性。开环放大倍数相对稳定度为闭环放大倍数相对稳定度为由此可见放大倍数Af的稳定性提高到A的（1+AF）倍。当深度负反馈即（1+AF）〉1时，见课本例4.4．2．2减小线性失真和扩展通频带大一、减少非线性失真大小uiuoA小uiuoAuuf加入负反馈Fuf+–uiduo略大略小略小略大uiA接近正弦波由图可见，加入负反馈后改善了波形失真。应当指出,由于负反馈的引入,在减小非线性失真的同时,降低了输出幅度。此外输入信号本身固有的失真,是不能用引入负反馈来改善的。二、扩展通频带放大电路加入负反馈后，增益下降，但通频带却加宽了。无反馈时放大器的通频带：BW=fH－fL»fH引入反馈后，可证明：fHf=(1+AF)fHfLf=fL/(1+AF)\BWf=fHf-fLf»fHf=(1+AF)fH=(1+AF)BW4.2.3改变放大电路的输入电阻和输出电阻一、对输入电阻的影响：负反馈对输入电阻的影响,取决于反馈网络在输入端的连接方式。1．串联负反馈图4.2.1（a）是串联负反馈电路的方框图。由图可知,开环放大器的输入电阻为引入负反馈后,闭环输入电阻Rif为上式表明,引入串联负反馈后,输入电阻是无反馈时输入电阻的(1+AF)倍。图4.2.1负反馈对输入电阻的影响（a）串联负反馈框图（b）并联负反馈框图2．并联负反馈图4.2.1（b）是并联负反馈电路的方框图。由图可知,开环放大器的输入电阻为Ri=ui/iid。引入负反馈后,闭环输入电阻Rif为二、负反馈对输出电阻的影响负反馈对输出电阻的影响,取决于反馈网络在输出端的取样量。1．电压负反馈图4.2.2（a）是电压负反馈的方框图。对于负载RL来说,从输出端看进去,等效的输出电阻相当于原开环放大电路输出电阻与反馈网络的电阻并联,其结果必然使输出电阻减小。经分析,两者的关系为即引入电压负反馈后的输出电阻是开环输出电阻的1/（1+AF）。2．电流负反馈图4.2.2（b）是电流负反馈的方框图。对于负载RL来说,从输出端看进去,等效的输出电阻相当于原开环放大电路输出电阻与反馈网络的电阻串联,其结果必然使输出电阻增大。经分析,两者的关系为即引入电流负反馈后的输出电阻是开环输出电阻的（1+AF）倍。4.3负反馈放大电路应用中的几个问题4.3.1放大电路引入负反馈的一般原则一、欲稳定某个量，则引该量的负反馈要稳定直流量——引直流负反馈；要稳定交流量——引交流负反馈要稳定输出电压——引电压负反馈；要稳定输出电流——引电流负反馈二、根据对输入、输出电阻的要求选择反馈类型要增大输入电阻——引串联负反馈；要减小输入电阻——引并联负反馈要求高内阻输出，采用电流反馈；要求低内阻输出，采用电压反馈。三、为使反馈效果强，根据信号源及负载确定反馈类型信号源为恒压源，采用串联反馈；信号源为恒流源，采用并联反馈；要求负载能力强，采用电压反馈；要求恒流源输出，采用电流反馈。4.3.2一、深度负反馈的特点在负反馈放大电路中,当反馈深度1+AF»1时的反馈,称为深度负反馈。一般在1+AF≥10时,就可以认为是深度负反馈。此时,由于1+AF≈AF,因此有（4.3.1）由上式得出(1）深度负反馈的闭环增益Af只由反馈系数F来决定,而与开环增益几乎无关。(2)外加输入信号近似等于反馈信号,由式（4.3.1）可知即（4.3.2）上式表明,在深度负反馈条件下,由于xi≈xf,则有xid≈0,即净输入量近似为零。由此可得深度负反馈条件下，基本放大电路“虚短”、“虚断”的概念。串联负反馈：，虚短并联负反馈：，虚断二、深度负反馈放大电路性能的估算1、电流串联负反馈图4.3.1是电流串联负反馈电路,从图中可得图4.3.1电流串联负反馈电路图4.3.1电流串联负反馈电路因此,电压放大倍数为2、电流并联负反馈图4.3.2是电流并联负反馈电路,由于iid≈0,因而有根据uid≈0,可知u-≈0,则有图4.3.2电流并联负反馈电路图4.3.2电流并联负反馈电路3、电压串联负反馈图4.3.3图4.3.3电压串联负反馈电路8uiC1R1uoR2Rfuiduf根据深度负反馈放大电路的特点可知，根据负反馈对时基本放大电路输入端“虚断”可知，由图4.3.3可知即在深度负反馈条件下,已知F值则可估算出Auf值也可利用在深度负反馈条件下xf≈xi的结论,在这里uf≈ui,同样可得4.3.3负反馈放大电路的稳定性一、自激振荡现象在不加任何输入信号的情况下，放大电路仍会产生一定频率的信号输出。1、产生原因在高频区或低频区产生的附加相移达到180°，使中频区的负反馈在高频区或低频区变成了正反馈，当满足了一定的幅值条件时，便产生自激振荡。2、自激振荡条件闭环增益反馈深度产生自激振荡即二、消除自激的方法—相位补偿在电路中加入C，或R、C元件进行相位补偿，改变电路的高频特性，从而破坏自激条件。RR相位补偿形式超前补偿：密勒效应补偿滞后补偿：电容滞后补偿RC滞后补偿4.4基本运算放大电路常见的基本运算电路有比例运算、加法、减法、微积分运算等。4.4.1比例运算一、反相输入比例运算电路如图4.4.1（a）所示为反相输入比例运算电路。图图4.4.1反相输入比例运算电路因为所以即或输出电压与输入电压成比例关系,且相位相反。此外,由于反相端和同相端的对地电压都接近于零,所以集成运放输入端的共模输入电压极小,这就是反相输入电路的特点。当R1=Rf=R时,,输入电压与输出电压大小相等,相位相反,称为反相器。由于反相输入比例运算电路引入的是深度电压并联负反馈,所以，输入电阻为，输出电阻为二、同相输入比例运算电路在图4.2.2（a）中,输入信号ui经过外接电阻R2接到集成运放的同相端,反馈电阻接到其反相端,构成电压串联负反馈。图图4.4.2同相输入比例运算电路所以或由于同相输入比例运算电路引入的是深度电压串联负反馈,所以，输入电阻为Rif=（1+AF）Rid→∞输出电阻为当Rf=0或R1→∞时,如图4.4.3所示,即输出电压与输入电压大小相等,相位相同,该电路称为电压跟随器。图图4.4.3电压跟随器4.4.2加法与减法运算一、加法运算1．反相加法运算图4.4.4为反相输入加法运算电路，图中要求R3=R1//R2//Rf图图4.4.4iF»i1+i2若Rf=R1=R2则uO=-(uI1+uI2)2.同相加法运算图4.4.5为同相输入加法运算电路，为使直流电阻平衡，要求R2//R3//R4=R1//Rf图图4.4.5若R2=R3=R4，Rf=2R1则uO