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电子技术基础 一 从一个例子说起 输入量 ui ube ib 反馈 将电子系统输出回路的电量 电压或电流 以一定的方式送回到输入回路的过程 第五章反馈与集成运算放大器 输出量 uo uce ic 正向传输 信号从输入端到输出端的传输 稳定工作点电路 ub一定 反馈电路的三个环节 放大 反馈 叠加 输出信号 输入信号 反馈信号 差值信号 直流反馈 若电路将直流量反馈到输入回路 则称直流反馈 直流反馈与交流反馈 该电路引入直流反馈的目的 是为了稳定静态工作点q 交流反馈 若电路将交流量反馈到输入回路 则称交流反馈 如去掉电容ce 交流反馈 影响电路的交流工作性能 直流反馈 交流反馈 例 基本放大器 无反馈 净输入量ube ui 电压放大倍数为 负反馈与正反馈 负反馈 输入量不变时 引入反馈后使净输入量减小 放大倍数减小 引入反馈后 净输入量ube ui uf 电压放大倍数为 可见 净输入量减小 放大倍数减小 所以是负反馈 正反馈 输入量不变时 引入反馈后使净输入量增加 放大倍数增加 本级反馈 反馈只存在于某一级放大器中 级间反馈 反馈存在于两级以上的放大器中 例 本级反馈与级间反馈 级间反馈 本级反馈 本级反馈 交流负反馈的基本组态 负反馈类型有四种组态 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 一 电压串联负反馈 故为串联负反馈 用 瞬时极性法 判断反馈极性 假设某一瞬时 在放大电路的输入端加入一个正极性的输入信号 按信号传输方向依次判断相关点的瞬时极性 直至判断出反馈信号的瞬时极性 如果反馈信号的瞬时极性使净输入减小 则为负反馈 反之为正反馈 反馈电压 因为反馈量与输出电压成比例 所以称电压反馈 三极管的集电极与基极相位相反 三极管的发射极与基极相位相同 例1 判断rf是否负反馈 若是 判断反馈的组态 ui uf ube ui uf uc1 ub2 uc2 ui 此电路是电压串联负反馈 对直流不起作用 分立电路电压串联负反馈 rl 电压负反馈的特性 稳定输出电压 稳定过程 负载变化时 输出电压稳定 输出电阻 ui一定 二 电压并联负反馈 根据瞬时极性判断是负反馈 所以该电路为电压并联负反馈 因为反馈量与输出电压成比例 所以是电压反馈 反馈电流 故为并联负反馈 分立电路电压并联负反馈 反馈量与输出电压成比例 所以是电压反馈 根据瞬时极性判断是负反馈 所以该电路为电压并联负反馈 id ii if 在输入端有 故为并联负反馈 因为反馈电流 例2 判断rf是否负反馈 若是 判断反馈的组态 uo if ib i if uo 此电路是电压并联负反馈 对直流也起作用 三 电流并联负反馈 又因为在输入端有 反馈电流 因为反馈量与输出电流成比例 所以是电流反馈 故为并联负反馈 分立电路组成的电流并联负反馈 引入电流负反馈的目的 稳定输出电流 稳定过程 负载变化时 输出电流稳定 输出电阻 rl 例3 判断rf是否负反馈 若是 判断反馈的组态 四 电流串联负反馈 反馈电压 uf iorf 根据瞬时极性判断是负反馈 所以该电路为电流串联负反馈 因为反馈量与输出电流成比例 所以是电流反馈 故为串联负反馈 分立电路组成的电流串联负反馈电路 引入电流负反馈的目的 稳定输出电流 稳定过程 负载变化时 输出电流稳定 输出电阻 rl 例4 判断rf是否负反馈 若是 判断反馈的组态 电流并联负反馈 对直流也起作用 可以稳定静态工作点 五 反馈类型及判别方法总结 1 直流反馈与交流反馈 注意电容的 隔直通交 作用 例题1 试判断下图电路中有哪些反馈支路 各是直流反馈还是交流反馈 2 反馈极性 正反馈与负反馈 判定方法 瞬时极性法 例题2 试判断下列电路中反馈支路的反馈极性 对于串联反馈 输入量与反馈量作用在不同的两点上 若输入量与反馈量的瞬时极性相同为负反馈 瞬时极性相反为正反馈 对于并联反馈 输入量与反馈量作用在同一点上 若反馈元件两端瞬时极性相反为负反馈 瞬时极性相同为正反馈 3 取样方式 电压反馈与电流反馈 假设输出端交流短路 rl 0 即uo 0 若反馈信号消失了 则为电压反馈 若反馈信号仍然存在 则为电流反馈 电压反馈 反馈信号的大小与输出电压成比例 判断方法 输出短路法 电流反馈 反馈信号的大小与输出电流成比例 例题3 试判断下列电路中引入的反馈是电压反馈还是电流反馈 4 比较方式 串联反馈和并联反馈 串联反馈 反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的两个电极 有 ud ui uf 并联反馈 反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的同一个电极 有 id ii if 此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系 此时反馈信号与输入信号是电流相加减的关系 对于三极管电路 若反馈信号与输入信号同时加在三极管的基极或发射极 则为并联反馈 若反馈信号与输入信号一个加在基极一个加在发射极则为串联反馈 负反馈对放大电路性能的影响 提高增益的稳定性 减少非线性失真 扩展频带 改变输入电阻和输出电阻 在放大器中引入负反馈 降低了放大倍数 使放大器的性能得以改善 一 提高放大倍数的稳定性 闭环时 则 只考虑幅值有 即闭环增益相对变化量比开环减小了1 af倍 另一方面 在深度负反馈条件下 即闭环增益只取决于反馈网络 当反馈网络由稳定的线性元件组成时 闭环增益将有很高的稳定性 2 改善放大器的非线性失真 加反馈前 加反馈后 失真 改善 3 扩展放大器的通频带 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 fbw fh fl fh有反馈时放大器的通频带 fbwf fhf flf fhf 可以证明 fbwf 1 af fbw放大器的一个重要特性 增益与通频带之积为常数 即 amf fbwf am fbw 4 负反馈对输入电阻的影响 1 串联负反馈使输入电阻增加 无反馈时 有反馈时 2 并联负反馈使输入电阻减小 无反馈时 有反馈时 负反馈对输出电阻的影响 电压负反馈 稳定输出电压 当负载变化时 恒压源 输出电阻小 1 电压负反馈使输出电阻减小 电流负反馈 稳定输出电流 当负载变化时 恒流源 输出电阻大 2 电流负反馈使输出电阻提高 为改善性能引入负反馈的一般原则 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 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 例 判断是否负反馈 若是 判断反馈的组态 ib减小 电流并联负反馈 例 判断电路中re1 re2的负反馈作用 使ube减小 电流串联负反馈 例 判断如图电路中re3的负反馈作用 使ube1减小 电流串联负反馈 对直流不起作用 因反馈信号与输入信号在一点相加 为并联反馈 根据瞬时极性法判断 为负反馈 且为电压负反馈 电压并联负反馈 例试判断电路的反馈组态 电压 并联 1 用瞬时极性法判断是正反馈还是负反馈 正反馈 课堂练习 电压 串联 负反馈 2 用瞬时极性法判断是正反馈还是负反馈 例 判断负反馈 re1 re2是本级直流负反馈 re1是交流负反馈 使净输入信号ube减小 vcc 例 判断负反馈 rf是交 直流负反馈 使净输入信号ib减小 if 例 判断负反馈 re1 re2是本级直流负反馈 re1是交流负反馈 使净输入信号ube减小 vcc 例 判断负反馈 rf是交 直流负反馈 使净输入信号ib减小 if 例 判断是否负反馈 若是 判断反馈的组态 ib减小 电流并联负反馈 集成运放简介 一 集成运放的组成 二 简单的集成运放 原理电路 集成运算放大器符号 国际符号 国内符号 集成运放的特点 电压增益高 输入电阻大 输出电阻小 2 输入失调电压uio输入电压为零时 将输出电压除以电压增益 即为折算到输入端的失调电压 是表征运放内部电路对称性的指标 集成运算放大器的主要参数 1 开环差模电压放大倍数aod 无反馈时的差模电压增益 一般aod在100 120db左右 高增益运放可达140db以上 4 输入失调电流iio 在零输入时 差分输入级的差分对管基极电流之差 用于表征差分级输入电流不对称的程度 3 输入偏置电流iib 输入电压为零时 运放两个输入端偏置电流的平均值 用于衡量差分放大对管输入电流的大小 6 最大差模输入电压uidmax运放两输入端能承受的最大差模输入电压 超过此电压时 差分管将出现反向击穿现象 7 最大共模输入电压vicmax在保证运放正常工作条件下 共模输入电压的允许范围 共模电压超过此值时 输入差分对管出现饱和 放大器失去共模抑制能力 5 最大输出电压指运放组件在不失真的条件下的最大输出电压 1 电压传输特性 上页 下页 返回 集成运放的基本特性 uom uom uo f ui 其中ui u u 翻页 ao 2 集成运放的理想特性 理想化的条件 开环电压放大倍数ao 差模输入电阻ri 开环输出电阻ro 共模抑制比kcmrr 0 上页 下页 返回 翻页 u u o u ao 3理想运放的分析特点 理想运放 对于理想运放 上页 下页 返回 i ui uo i 翻页 当u u 时 u0 uo ii uo rid 输出电压u0只有两种可能 当u u 时 u0 uo 上页 下页 返回 集成运放的理想电压传输特性 uo 理想运放 上页 下页 返回 uo u0 uim uim 实际运放 翻页 uo 上页 下页 返回 集成运放在模拟信号运算方面的应用 1比例运算电路 2加 减运算电路 3积分 微分运算电路 1比例运算电路 1 反相输入比例运算电路 u i u o i1 if i rf r1 r2 rf引入深度负反馈 并联电压负反馈 r1 输入电阻 rf 反馈电阻 r2 平衡电阻 上页 下页 返回 i 反相输入运算关系 u i u o i1 if i rf r1 r2 反相比例 当rf r1 r时 反相器 上页 下页 返回 输入电阻低 反相比例器引入并联电压负反馈 输出电阻低 反相比例器的特点 上页 下页 返回 if 2 同相输入比例运算电路 rf r1 r2 u i1 if 同相比例运算电路 故有 同相输入比例器 u 上页 下页 id u u 返回 id 0 例 电路如下图所示 已知r1 10k rf 50k 求 1 auf r2 2 若r1不变 要求auf为 10 则rf r2应为多少 解 1 auf rf r1 50 10 5 r2 r1 rf 10 50 10 50 8 3k 2 auf rf r1 rf 10 10 rf auf r1 10 10 100r2 10 100 10 100 9 1k 同相输入比例器的特点 同相输入比例器属于电压串联负反馈电路 输入电阻高 在理想运放的情况下 输入电阻 ri 输出电阻低 在理想运放的情况下 ro 0 上页 下页 返回 电压跟随器 当r1 或rf 0时 uo ui 上页 下页 返回 2加 减运算电路 1 加法运算电路 f u o b ui1 ui3 ui2 i1 i2 i3 if 上页 下页 返回 i 即 u 上页 下页 返回 运算关系 上页 下页 返回 上页 下页 2 减法运算电路 返回 ui1 ui2 u o r1 r2 r3 ui2 ui1 rf 当r1 rf r2 r3时 u0 ui2 ui1 减法运算电路 上页 下页 返回 r 11 u i1 21 13 22 n2 n1 u o f1 u r r r r r r i2 f2 上页 下页 返回 翻页 例1设计运算电路 要求实现y 2x1 5x2 x3的运算 解此题的电路模式为uo 2ui1 5ui2 ui3 是三个输入信号的加法运算 由式可知各个系数由反馈电阻rf与各输入信号的输入电阻的比例关系所决定 由于式中各系数都是正值 而反相加法器的系数都是负值 因此需加一级变号运算电路 实现这一运算的电路如图所示 输出电压和输入电压的关系如下 rf1 r1 2 rf1 r2 5 rf11 r3 1取rf1 rf2 r4 10k 则r1 5k r2 2k r3 10k r 1 r1 r2 r3 rf1 r 2 r4 rf2 rf2 2 例设计一个加减法运算电路 使其实现数学运算 y x1 2x2 5x3 x4 解此题的电路模式应为uo ui1 2ui2 5ui3 ui4 利用两个反相加法器可以实现加减法运算 电路如图所示 上图中 如果取rf1 rf2 10k 则r1 10k r2 5k r3 2k r4