机械电子技术第二章

1、(2-1)2.1 概论概论 2.2 基本放大电路基本放大电路第二章第二章 信号运算与处理电路信号运算与处理电路 2.3 反馈放大电路反馈放大电路 2.4 运算放大电路运算放大电路(2-2)2.1.1 放大的概念放大的概念电子学中放大的目的是将微弱的电子学中放大的目的是将微弱的变化信号变化信号放放大成较大的信号。大成较大的信号。(包括电压、电流和功率）这包括电压、电流和功率）这里所讲的主要是电压放大电路。里所讲的主要是电压放大电路。放大电路可以用有输入口和输出口的四端放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表示，如图。网络表示，如图。uiuoAu 2.1 概论概论(2-3)1）增大信号幅值，适应

2、进一步处理的要求。增大信号幅值，适应进一步处理的要求。传感器输出信号一般比较微弱，所以信号的检测通常都要经过放大器，以满足后续处理。2）阻抗变换作用。阻抗变换作用。利用放大器输入阻抗高、输出阻抗低的特点，可以在各部分电路之间起隔离作用，实现阻抗匹配。3）在模在模-数和数数和数-模转换电路中，可利用运算放大模转换电路中，可利用运算放大器实现各种常规的运算功能。器实现各种常规的运算功能。例如电压和电流的求和、积分、比较等等。 2.1.2 放大器的作用放大器的作用(2-4)2.1.3 放大器的电路模型放大器的电路模型 根据输入和输出信号是电压或者电流，放大电路可分为四种类型，可以建立起四种不同的双口

3、网络作为相应类型放大电路模型 电路模型 输入信号 输出信号 a) 电压放大: 电压 Vi 电压VOb) 电流放大: 电流Ii 电流IOc) 互阻放大: 电流 Ii 电压VO d) 互导放大: 电压Vi 电流IO(2-5)a)电压放大:b)电流放大:OLLvoiovRRRAVVAiSiSiRRRVVvoA ：为输出开路时电压增益输出与Ro有关,应使RoRL 输入与 Ri有关,应使RSRL 输入与 Ri有关,应使RSRi(2-7)c) 互阻放大: ：为输出开路时互阻增益输出与Ro有关,应使RoRiOLLRoioRRRRAIVARoAiSSSiRRRII(2-8)d) 互导放大: ：为输出短路时互导

4、增益输出与Ro有关,应使RoRL 输入与 Ri有关,应使RS UP时），时），对应的对应的I D值。值。(2-42)二、交流参数二、交流参数1）低频跨导）低频跨导gmgm越大，场效应管放大能力越强。越大，场效应管放大能力越强。常数DSU|UIgGSDm2）极间电容）极间电容包括包括CGS、 CGD和和CDS 。一般为数。一般为数P。三、三、转移特性：转移特性：2) 1(PGSUUDSSDII对增强型对增强型FET近似有：近似有：对耗尽型对耗尽型FET近似有：近似有：2) 1(TGSUUDODIIIDO为：当为：当UGS=2UT时的时的ID值值（当（当UGSUT时）时）(2-43)场效应管场效应

5、管（FET）结型结型(JFET)绝缘栅型绝缘栅型（MOS）(2-44)3。 场效应管的微变等效电路场效应管的微变等效电路GSDGSuDiDSu)u,u(fiDSGSD DSDSDGSGSDDuuiuuii DSDSGSmur1ug GSDmuig 跨导跨导DDSDSiur 漏极输出漏极输出电阻电阻2) 1(TGSUUDODII（当（当UGSUT时）时）IDO为当为当UGS=2UT时的时的ID值值(2-45)gsdgsudidsuSGDrDSgsugsmugdsu很大，可忽略。很大，可忽略。(2-46)静态分析静态分析：求：求：UDS和和 ID。+UDD+20VuoRSuiCSC2C1R1RDR

6、GR2RL150K50K1M10K10KGDS10K2) 1(TGSUUDODII转移特性可近似表示为：转移特性可近似表示为：)(DSDDDDSRRIUUSDDDGSRIURRRU212据电路有：据电路有：IDO为：当为：当UGS=2UT时的时的ID值值4。共源放大器。共源放大器(2-47)一般有：一般有：UGUGS则：则：UG US而：而：IG=0所以：所以：V5URRRUDD212G mA5 . 0RURUISGSSD V10)RR(IUUDSDDDDS +UDD+20VuoRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150K50K1M10K10KGDS10K(2-48) 动态分析：动态分析：

7、UgsUiUgsgmUoIdrirogsiUU )R/R(UgULDgsmo LmuRgA sgR2R1RGRL dRLRD(2-49)21GiR/RRr M0375. 1ro=RD=10KsgR2R1RGRL dRLRD(2-50)5 源极输出器源极输出器（共漏放大器）：（共漏放大器）：uo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150K50K1M10KDSC2G10K(2-51)微变等效电路：微变等效电路：iU gsU oU dI gsmUg LgsmgsLgsmiouRUgURUgUUA 1Rg1RgLmLm riro ro gR2R1RGssRLRSdri=RG+R1/R2(2-52)求求

8、ro加压求流法。加压求流法。mgsmgsdoog1UgUIUr SooR/rr ro ro gR2R1RGsRSgsU oU dI gsmUg (2-53) 差动放大电路差动放大电路1 典型差动放大电路典型差动放大电路2 带恒流源的差动放大电路带恒流源的差动放大电路(2-54)问题问题 11 差动放大电路差动放大电路增加增加R2 、RE2 : 用于设置合适的用于设置合适的Q点。点。 前后级前后级Q点相互影响点相互影响uiRC1R1T1R2+UCCuoRC2T2RE2直接耦合电路的特殊问题直接耦合电路的特殊问题解决办法解决办法多级放大电路多级放大电路下一页下一页上一页上一页首首 页页# #(2-

9、55)零点漂移零点漂移前一级的温漂将作为后前一级的温漂将作为后一级的输入信号，使得一级的输入信号，使得当当 ui 等于零时，等于零时， uo不不等于零等于零uot0有时会将有时会将信号淹没信号淹没问题问题 2uiRC1R1T1R2+UCCuoRC2T2RE25-1下一页下一页上一页上一页首首 页页# #解决办法解决办法输入级采用差动放大电路输入级采用差动放大电路(2-56)一、结构一、结构特点：特点：结构对称。结构对称。1） 基本型差动放大器基本型差动放大器ui1ui2uoRCR1T1RBRCR1T2RB(2-57)二、二、 抑制零漂的原理抑制零漂的原理uo= UC1 - UC2 = 0uo=

10、 (UC1 + uC1 ) - (UC2 + uC2 ) = 0当当 ui1 = ui2 =0 时：时：当温度变化时：当温度变化时：+UCCuoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui2(2-58)三、三、 共模电压放大倍数共模电压放大倍数AC+UCCuoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui2共模输入信号：共模输入信号： ui1 = ui2 = uC （大小相等，极性相同）（大小相等，极性相同）理想情况：理想情况：ui1 = ui2 uC1 = uC2 uo= 0 共模电压放大倍数：共模电压放大倍数：（很小，（很小，1)设设uC1 =UC1 + uC1 ， uC2 =UC2 + uC2

11、 。因因ui1 = -ui2， uC1 =- uC2 uo= uC1 - uC2= uC1- uC2 = 2 uC1 差模电压放大倍数：差模电压放大倍数：1212ioiioCuuuuuA+UCC(2-60)五、共模抑制比五、共模抑制比(CMRR)的定义的定义例例: Ad=-200 Ac=0.1 KCMRR=20 lg (-200)/0.1 =66 dBCMRR Common Mode Rejection Ratio KCMRR =KCMRR (dB) =(分贝分贝)cdAAcdAAlog20(2-61)一、结构一、结构为了使左右平衡，可设置调零电位器为了使左右平衡，可设置调零电位器: 5.1.

12、3 双电源差放双电源差放特点：特点：加入射极电阻加入射极电阻RE ；采用正负双电源供电。；采用正负双电源供电。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2REUEE双电源的作用：双电源的作用：（1）使信号变化幅度加大。）使信号变化幅度加大。（2）IB1、IB2由负电源由负电源-UEE提供。提供。(2-62)二、二、 静态分析静态分析 温度温度TICIE = 2ICUEUBEIBIC1. RE的作用的作用 设设ui1 = ui2 = 0自动稳定自动稳定RE 具有强负反馈作用具有强负反馈作用 抑制温度抑制温度漂移，稳定静漂移，稳定静态工作点。态工作点。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RB

13、ui2REUEE(2-63)2. Q点的计算点的计算直流通路直流通路uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2REUEEIBIC1IC2IBIEIC1= IC2= IC= IB UC1= UC2= UCCICRC UE1= UE2 =IBRBUBE UCE1= UCE2 = UC1UE1EBBEEEBRRUUI)1(2(2-64)三、三、 动态分析动态分析1. 输入信号分类输入信号分类(1)差模差模(differential mode)输入输入ui1 = -ui2= ud(2)共模共模( common mode) 输入输入ui1 = ui2 = uC差模电压差模电压放大倍数放大倍数: :

14、doddUUA共模电压共模电压放大倍数放大倍数: coccUUA(2-65)结论：结论：任意输入的信号任意输入的信号: ui1 , ui2 ，都可分解成差，都可分解成差模分量和共模分量。模分量和共模分量。注意：注意：ui1 = uC + ud ；ui2 = uC - ud例例: ui1 = 20 mV , ui2 = 10 mV则：则：ud = 5mV , uc = 15mV 差模分量差模分量:221iiduuu共模分量共模分量:221iicuuu ui1 = 15mv + 5mv,ui2= 15mv - 5mv(2-66)(一一) 差模输入差模输入均压器均压器diiuuu211diiuuu2

15、12RRuoui+UCCRCT1RBRCT2RBREUEE(2-67)RE 对差模信号作用对差模信号作用 ui1 ui2ib1 , ic1ib2 , ic2ic1 = - ic2iRE = ie1+ ie2 = 0uRE = 0 RE对差模信号对差模信号不起不起作用作用RRuoui+UCCRCT1RBRCT2RBREUEEib2ib1ic2ic1iRE(2-68)差模信号通路差模信号通路T1单边微变单边微变等效电路等效电路uod1RBB1EC1RC ib1ui1rbe1ib1RRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E(2-69)1. 放大倍数放大倍数

16、111iodduuA单边差模放大倍数单边差模放大倍数:11111)(beBCbeBbCbdrRRrRiRiA21ddAAuod1RBB1EC1RC ib1ui1rbe1ib1(2-70)21221121ddiididiododdAAuuAuAuuuA若差动电路带负载若差动电路带负载RL (接在接在 C1 与与 C2 之间之间), 对于差动信对于差动信号而言，号而言，RL中点电位为中点电位为 0, 所以放大倍数：所以放大倍数：121)21(beBLCdddrRR/RAAA即：总的差动电压即：总的差动电压放大倍数为：放大倍数为：差模电压放大倍数差模电压放大倍数:iodduuA RRuodui1RC

17、T1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E(2-71)ro = 2RC ri ri ro)/(21BbeiRrRr输入电阻：输入电阻：输出电阻：输出电阻：2. 输入输出电阻输入输出电阻RRuoui1+UCCRCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E思考题：思考题：电路去掉电路去掉RB能正常工作吗？能正常工作吗？ RB的作用的作用是什么？是什么？(2-72)(二二) 共模输入共模输入RE对共模信号有抑制作用（原理静态分析，即由于对共模信号有抑制作用（原理静态分析，即由于RE的负反馈作用，使的负反馈作用，使IE基本不变）基本不变） 。uC i

18、c1 、 ic2 iRE 、 uRE +UCCuocRCT1RBRCT2RBREUEEuC uoc2 uoc1ic1 ic2iREuRE(2-73)共模信号通路共模信号通路:uocRCT1RBRCT2RB2REuc1 uoc2 uoc1ic1 ic2uc22RE(2-74)T1单边微变等效电路单边微变等效电路EbBccoccR)(rRRuuA1211112cARCRB2REic1uc1uc2ib1 ib1ie1rbe1111ccocUAU222ccocUAU021ocococUUUKCMRR AC 0问题：问题：负载影响共模放大倍数吗？负载影响共模放大倍数吗？不影响！不影响！(2-75)电路结

19、构电路结构:RRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2E+UCCIC3R2T3R1R3-UEE5.1 5.1 恒流源式差放电路恒流源式差放电路静态分析：静态分析：主要分析主要分析T3管管VB3VE3 IE3 IC3恒流源恒流源T3 :放大区放大区 rce3 1M (2-76)电路改进：电路改进：加入温度补加入温度补偿三极管偿三极管T4（BC短接，短接，相当于二极管）相当于二极管）IE4温度温度 IE3 温度温度 UBE4 UB3 IE3 结论结论：T4稳定稳定IE3 。RRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2E+UCCIC3R2T3R1R3

20、-UEET42144RRUUIBEEEEIE3 UBE4 Q变化变化(2-77)1. 恒流源相当于阻值很大的电阻。恒流源相当于阻值很大的电阻。2. 恒流源不影响差模放大倍数。恒流源不影响差模放大倍数。3. 恒流源影响共模放大倍数，使共模放大倍数减小，从恒流源影响共模放大倍数，使共模放大倍数减小，从而增加共模抑制比，理想的恒流源相当于阻值为无穷而增加共模抑制比，理想的恒流源相当于阻值为无穷的电阻，所以共模抑制比是无穷。的电阻，所以共模抑制比是无穷。恒流源的作用恒流源的作用(2-78)5.1.5 5.1.5 差放电路的几种接法差放电路的几种接法输入端输入端 接法接法双端双端单端单端输出端输出端 接

21、法接法双端双端单端单端双端输入双端输出：双端输入双端输出： Ad = Ad1双端输入单端输出：双端输入单端输出：121ddAA ui1+UCCui2uoC1B1C2EB2RCT1RBRCT2RBIC3-UEE对对Ad而言，双端输入与单而言，双端输入与单端输入效果是一样的端输入效果是一样的222121iiciiduuuuuuud = 0.5ui , uc = 0 双端输入：双端输入：ui1 = -ui2 =0.5uiud = 0.5ui , uc = 0.5ui 单端输入：单端输入：ui1 =-ui ，ui2 = 0(2-79)(2-80)作业(2-81)(2-82)(2-83)(2-84) 2

22、.3放大电路中的负反馈放大电路中的负反馈 1 负反馈的概念负反馈的概念2负反馈的类型及分析方法负反馈的类型及分析方法3负反馈对放大电路的影响负反馈对放大电路的影响4 深负反馈放大器的分析计算深负反馈放大器的分析计算(2-85)1 负反馈的概念负反馈的概念凡是将放大电路输出端的信号（电压或电流）凡是将放大电路输出端的信号（电压或电流）的一部分或全部引回到输入端，与输入信号迭加，的一部分或全部引回到输入端，与输入信号迭加，就称为就称为反馈反馈。若引回的信号削弱了放大器净输入信号，就若引回的信号削弱了放大器净输入信号，就称为称为负反馈负反馈。若引回的信号增强了放大器净输入。若引回的信号增强了放大器净

23、输入信号，就称为信号，就称为正反馈正反馈。这里所说的信号一般是指电压或电流信号，所这里所说的信号一般是指电压或电流信号，所以判断正负反馈，可判断反馈信号与输入信号的以判断正负反馈，可判断反馈信号与输入信号的相位关系，同相是相位关系，同相是正反馈正反馈，反相是，反相是负反馈负反馈。(2-86)基本放大基本放大电路电路AodX oX 反馈回电路反馈回电路FfX iX +反馈电路的三个环节：反馈电路的三个环节：放大放大:dooXXA反馈：反馈：ofXXF 迭加：迭加：fidXXX 反馈结构框图：反馈结构框图：和点和点输出输出=输入和输入和分点分点输入输入=输出输出输入信号输入信号电压或电流电压或电流

24、净输入信号净输入信号电压或电流电压或电流输出信号输出信号电压或电流电压或电流反馈信号反馈信号电压或电流电压或电流 (包含放大元件，正向传递信号包含放大元件，正向传递信号) (关联基本放大器输入，关联基本放大器输入，输出回路反向传递信号输出回路反向传递信号) (以反馈信号，影响净输以反馈信号，影响净输入信号入信号) 开环放大开环放大倍数倍数反馈系数反馈系数当当xd,xi,xf 同相时：表示负同相时：表示负反馈，表示正反馈反馈，表示正反馈闭环放大闭环放大倍数倍数iofXXA(2-87)基本放大基本放大电路电路AodX oX 反馈回电路反馈回电路FfX iX +反馈结构框图：反馈结构框图：负反馈自动

25、调整过程说明：负反馈自动调整过程说明：xixdxo=Axdxd= xi - xfxf=Fxo= xi - xf(2-88)2 负反馈的类型及分析方法负反馈的类型及分析方法3.2.1 负反馈的类型负反馈的类型(1) 根据反馈所采样的信号不同，可以分为电压根据反馈所采样的信号不同，可以分为电压反馈和电流反馈。反馈和电流反馈。如果反馈信号取自电压信号，叫如果反馈信号取自电压信号，叫电压反馈电压反馈。如。如果反馈信号取自电流信号，叫果反馈信号取自电流信号，叫电流反馈电流反馈。电压负反馈具有稳定输出电压、减小输出电阻电压负反馈具有稳定输出电压、减小输出电阻的作用。电流负反馈具有稳定输出电流、增大的作用。

26、电流负反馈具有稳定输出电流、增大输出电阻的作用。输出电阻的作用。(2-89)电压反馈：电压反馈：电流反馈：电流反馈：VoVoAo与与F在在A输出端呈并联输出端呈并联,有：有：Vo Vo Vo = Vo即：对电压信号有分点关系。即：对电压信号有分点关系。 ro ro / ro ; ro ro输出电阻：输出电阻：即：对电流信号有分点关系。即：对电流信号有分点关系。ioioioofVXofiX (2-90)(2) 根据反馈信号在输入端与输入信号比较形式根据反馈信号在输入端与输入信号比较形式的不同，可以分为的不同，可以分为串联反馈串联反馈和和并联反馈并联反馈。反馈信号与输入信号串联，即反馈电压信号与输

27、反馈信号与输入信号串联，即反馈电压信号与输入信号电压比较的，叫串联反馈。入信号电压比较的，叫串联反馈。反馈信号与输入信号并联，即反馈信号电流与输反馈信号与输入信号并联，即反馈信号电流与输入信号电流比较的，叫并联反馈。入信号电流比较的，叫并联反馈。串联反馈使电路的输入电阻增大，并联反馈使串联反馈使电路的输入电阻增大，并联反馈使电路的输入电阻减小。电路的输入电阻减小。(2-91)串联反馈：串联反馈：Ao和和F在在Ao的输入端呈串联：的输入端呈串联：并联反馈：并联反馈：Ao和和F在在Ao的输入端呈并联：的输入端呈并联：vivdvf对电压信号有和点对电压信号有和点(比较比较)关系关系fidvvv输入电

28、阻：输入电阻：fdirrr对电流信号有和点对电流信号有和点(比较比较)关系关系fidiii输入电阻：输入电阻：fdirrr/和点关系：和点关系：fidXXX iiidif电压源激励电压源激励电流源激励电流源激励(2-92)基本放大器与反馈电路基本放大器与反馈电路AoF基本放大器基本放大器反馈网络反馈网络ibicievbevceAobbei ,vdXecceii ,voX输入端：输入端：b-e间间输入信号：输入信号：输出信号：输出信号：输出端：输出端：c-e间间(共共e,c电路电路)输入端：连接输入端：连接Ao的输出的输出输出端：连接输出端：连接Ao的输入的输入电压电压反馈：反馈：F与与A在在A

29、输出端呈并联输出端呈并联电流电流反馈：反馈：F与与A在在A输出端呈串联输出端呈串联串联串联反馈：反馈：F与与A在在A输入端呈串联输入端呈串联并联并联反馈：反馈：F与与A在在A输人端呈并联输人端呈并联(2-93)ud例：例：Rf、RE1组成反馈网组成反馈网络，反馈系数：络，反馈系数：f1E1EofRRRUUF +C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2RE1CEC3C2+ECuoui+T1T2Rf(2-94)RLuoRLuo电压反馈采样的两种形式：电压反馈采样的两种形式：(2-95)电流反馈采样的两种形式：电流反馈采样的两种形式：RLioiERLioiERf(2-96)iifibib=i-i

30、f并联反馈并联反馈ufuiubeube=ui-uf串联反馈串联反馈(2-97)(3)交流反馈交流反馈与与直流反馈直流反馈有的反馈只对交流信号起作用，称为交流反馈。有的反馈只对交流信号起作用，称为交流反馈。有的反馈只对直流起作用，称为直流反馈。有有的反馈只对直流起作用，称为直流反馈。有的反馈对交直流均起作用。的反馈对交直流均起作用。在反馈网络中串接隔直电容，可以隔断直流，此在反馈网络中串接隔直电容，可以隔断直流，此时反馈只对交流起作用。时反馈只对交流起作用。在起反馈作用的电阻两端并联旁路电容，可以使在起反馈作用的电阻两端并联旁路电容，可以使其只对直流起作用。其只对直流起作用。(2-98)增加隔直

31、电容增加隔直电容C后，后，Rf只对交流起反馈作用。只对交流起反馈作用。+C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2RE1CEC3C2+ECuoui+T1T2RfC注：本电路中注：本电路中C1、C2也起到隔直作用。也起到隔直作用。(2-99)增加旁路电容增加旁路电容C后，后，Rf只对直流起反馈作用。只对直流起反馈作用。+C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2CEC3C2+ECuoui+T1T2RfCRE1(2-100)负负反反馈馈交流反馈交流反馈直流反馈直流反馈电压串联负反馈电压串联负反馈电压并联负反馈电压并联负反馈电流串联负反馈电流串联负反馈电流并联负反馈电流并联负反馈稳定静态工作点稳

32、定静态工作点负反馈的分类负反馈的分类改善放大器性能改善放大器性能(2-101)电压串联反馈电压串联反馈电压并联反馈电压并联反馈电流串联反馈电流串联反馈电流并联反馈电流并联反馈AoFAoFAoFAoF反馈的组态反馈的组态(形式形式)(2-102)3.2.2负反馈的分析方法负反馈的分析方法分析步骤：分析步骤：3、是否负反馈？、是否负反馈？4、是负反馈！那么是何种类型的负反馈？、是负反馈！那么是何种类型的负反馈？（判断反馈的组态）（判断反馈的组态）1、找出反馈网络（电阻）。、找出反馈网络（电阻）。2、是交流反馈还是直流反馈？、是交流反馈还是直流反馈？(2-103)瞬时极性法：瞬时极性法：假设放大器输

33、入端电位信号瞬时极性为正，假设放大器输入端电位信号瞬时极性为正，依次经过放大、反馈，再回到输入，标出电路依次经过放大、反馈，再回到输入，标出电路中各点电位的瞬时极性。若反馈信号电位的极中各点电位的瞬时极性。若反馈信号电位的极性使放大器净输入性使放大器净输入Vbe ( = Vb- Ve )减小，则为负减小，则为负反馈。反之为正反馈。反馈。反之为正反馈。判断负反馈的方法：判断负反馈的方法：(2-104)例：判断例：判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态。是否负反馈，若是，判断反馈的组态。ubeuc1ub2uc2此电路是电压串联负反馈，对直流不起作用。此电路是电压串联负反馈，对直流不起作用。+C1

34、RB1RC1RB21RB22RC2RE2RE1CEC3C2+ECuoui+T1T2Rfuf+(2-105)分析中用到了三极管的集电极与基极相位相分析中用到了三极管的集电极与基极相位相反这一性质。反这一性质。(2-106)我们这里分析的是交流信号，不要与直流信我们这里分析的是交流信号，不要与直流信号混淆。号混淆。分析中用到的电压、电流要在电路中标出。分析中用到的电压、电流要在电路中标出。并且注意符号的使用规则。并且注意符号的使用规则。如果反馈对交直流均起作用（本题即是），如果反馈对交直流均起作用（本题即是），可以用全量。可以用全量。瞬时极性法所判断的也是瞬时极性法所判断的也是相位的关系相位的关系

35、。电路。电路中两个信号的相位中两个信号的相位不是同相就是反相不是同相就是反相，因此，因此若两个信号都上升，它们一定同相；若另一若两个信号都上升，它们一定同相；若另一个信号下降而另一个上升，它们一定反相。个信号下降而另一个上升，它们一定反相。(2-107)例：判断例：判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态。是否负反馈，若是，判断反馈的组态。+UCCRCC2C1Rfuiuoiibif电压反馈电压反馈并联反馈并联反馈uoifib=i+ifuo此电路是电压并联负反馈，对直流也起作用。此电路是电压并联负反馈，对直流也起作用。(2-108)+UCCRCC2C1Rfuiuoiibif三极管的静态工作点如何

36、提供？能三极管的静态工作点如何提供？能否在反馈回路加隔直电容？否在反馈回路加隔直电容？不能！Rf为三极管提供静态电流！(2-109)例：判断例：判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态。是否负反馈，若是，判断反馈的组态。uouiiiBiFuFRE2RfRE1RC1RC2+UCCiE2电流反馈电流反馈并联反馈并联反馈iE2uFiFiBuC1uB2uC1uB2iB2iE2(2-110)例：判断例：判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态。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，可以电流并联负反馈。对直流也起作用，可以稳定静态工作点。稳定静态工作点。uouiiiBiFuFR

37、E2RfRE1RC1RC2+UCCiE2uC1uB2(2-111)例：判断如图电路中例：判断如图电路中RE1、RE2的负反馈作用。的负反馈作用。RCRB1RB2RE1RE2CEC2C1+UCCuouiubeie电流串联反馈电流串联反馈RE2对交流反馈对交流反馈不起作用不起作用对交流信号：对交流信号：ieueube=ui-ueibieRE1：电流串联负反馈。：电流串联负反馈。(2-112)判断电路中判断电路中RE1、RE2的直流反馈作用。的直流反馈作用。RE1、RE2对对直流均起作直流均起作用，通过反用，通过反馈稳定静态馈稳定静态工作点。工作点。反馈过程：反馈过程：IERCRB1RB2RE1RE

38、2CEC2C1+UCCuouiUBEIEUBUEUE=IE(RE1+RE2)UBE=UBUEIBIE恒恒定定CC2B1B2BBURRRU (2-113)例：判断如图电路中例：判断如图电路中RE3的负反馈作用。的负反馈作用。+UCCT1T2T3RB1RC1RB2RC2RB3RC3RE3uiube1ufie3ie3ufube1=uiufuc1uc2ib3ie3电流串联负反馈，对直流不起作用。电流串联负反馈，对直流不起作用。(2-114)RB+ECRCC1C2RERLuiuo例：判断如图电路中的负反馈。例：判断如图电路中的负反馈。RE ：电压串联负反馈电压串联负反馈。作业：作业：P312 5-1，5

39、-9(2-115)3 负反馈对放大电路的影响负反馈对放大电路的影响基本放大基本放大电路电路AodX oX 反馈回电路反馈回电路FfX iX +dooXXA ofXXF fidXXX 反馈电路的基反馈电路的基本本 方程方程(2-116)1） 对放大倍数的影响：对放大倍数的影响：dooXXA ofXXF fidXXX doofdofdoiofXXXX1XXXXXXXAAo开环放大倍数开环放大倍数Af闭环放大倍数闭环放大倍数FA1AAoof(2-117) FA1AAoof中，中，dfofdoXXXXXXFAo dfXX 、同相，所以同相，所以0FAo 则有：则有：ofAA 负反馈使放大倍数下降。负反

40、馈使放大倍数下降。 FA1AAoof FA11AAdAAdoooff引入负反馈使电路的稳定性提高引入负反馈使电路的稳定性提高。(2-118)若若:1FAo 称为深度负反馈，此时：称为深度负反馈，此时：FFAAAoof11在深度负反馈的情况下，放大倍数只与反在深度负反馈的情况下，放大倍数只与反馈网络有关。馈网络有关。 FA1o反馈深度反馈深度(2-119)2） 改善波形的失真：改善波形的失真：AouiudAouiuoFuduo加反馈前加反馈后(2-120)3） 对输入、输出电阻的影响：对输入、输出电阻的影响：1、串联反馈使电路的输入电阻增加：、串联反馈使电路的输入电阻增加：ioifr )FA1(

41、r 2、并联反馈使电路的输入电阻减小：、并联反馈使电路的输入电阻减小：)FA1(rroiif 3、电压反馈使电路的输出电阻减小：、电压反馈使电路的输出电阻减小：)FA1(rrooof (2-121)4、电流反馈使电路的输出电阻增加：、电流反馈使电路的输出电阻增加：ioifr )FA1(r 4） 对通频带的影响：对通频带的影响：引如负反馈使电路的通频带宽度增加：引如负反馈使电路的通频带宽度增加：oofB)FA1(B (2-122)4 深负反馈放大器的分析计算深负反馈放大器的分析计算1. 放大器的深负反馈条件：放大器的深负反馈条件：当当:1FAo 称为深度负反馈，此时：称为深度负反馈，此时：F1F

42、A1AAoofiofXXA由于：由于：ofXXF有：有：foiofXXXXA对深负反馈放大器有：对深负反馈放大器有：fiXXfidXXX 又因：又因：故：故：0dX即：即：00bbedI0,UX(2-123)2. 广义放大倍数及反馈系数广义放大倍数及反馈系数反馈组态信号:开环放大倍数:Ao闭环放大倍数:Ao反馈系数:F电压串联电压放大倍数电压并联 转移电阻电流串联 转移电导电流并联电流放大倍数 doouiI U A ofdiX ,X X X,ofdiU U U U,doouuU U A dooiuU I A dooiiI I A iofuuU U A iofuiI U A iofiuU I A

43、 iofiiI I A ofuuU U F ofiuU I F ofuiI U F ofiiI I F ofdiI I I I,ofdiI U U U,ofdiU I I I,(2-124)3. 深负反馈条件下的放大倍数估算深负反馈条件下的放大倍数估算方法：方法：(1) 找出负反馈网络找出负反馈网络(2) 判别反馈组态判别反馈组态(3) 据反馈组态，确定据反馈组态，确定Xf ,Xo的形式（为电压或电流）的形式（为电压或电流）(4) 据反馈电路，计算广义反馈系数据反馈电路，计算广义反馈系数F(5) 据：据： 计算广义闭环放大倍数计算广义闭环放大倍数Af(6) 据题目要求，计算电路其它参数据题目要

44、求，计算电路其它参数F1Af(2-125)+C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2RE1CEC3C2+ECuoui+T1T2Rf例例1：估算电路的闭环电压放大倍数：估算电路的闭环电压放大倍数反馈网络：反馈网络：RE1 ，RE1反馈形式：电压串联负反馈反馈形式：电压串联负反馈ufubefE1E1ofvvofE1E1fRRRVVFVRRRVE1fE1fvvRRRF1A闭环放大倍数：闭环放大倍数：(2-126)+UCCT1T2T3RB1RC1RB2RC2RB3RC3RE3uiube1ufie3例例2：估算电路的闭环电压放大倍数：估算电路的闭环电压放大倍数反馈网络：反馈网络：RE3反馈形式：电流

45、串联负反馈反馈形式：电流串联负反馈E3ofviE3ie3fRIVFRIVE3fivRF1A1E3c3c3fivic3oiofvvRRRAVRIVVA闭环放大倍数：闭环放大倍数：(2-127)uouiiiBiFuFRE2RfRE1RC1RC2+UCCiE2例例3：估算电路的闭环电压放大倍数：估算电路的闭环电压放大倍数反馈网络：反馈网络：RE2 Rf反馈形式：电流并联负反馈反馈形式：电流并联负反馈E2fE2E2fiiE2E2fE2fRRRIIFIRRRIE2fE2fiiRRRF1Aic2E2E2fic2fiiiic2oiofvvrRRRRrRArIRIVVA闭环放大倍数：闭环放大倍数：(2-128

46、)+UCCRCC2C1Rfuiuoiibif例例4：估算电路深反馈条件下的闭环电压放大倍数：估算电路深反馈条件下的闭环电压放大倍数反馈网络：反馈网络：Rf反馈形式：电压并联负反馈反馈形式：电压并联负反馈fofivfofR1VIFRVIffviRF1AififviiioiofvvrRr1ArIVVVA闭环放大倍数：闭环放大倍数：作业：作业： P314 54 57(2-129)理想运放的条件：理想运放的条件： 0A ir0ro )uu(Au0o uu0Ii 放大倍数与负载无关，放大倍数与负载无关，可以分开分析可以分开分析。虚短路虚短路虚开路虚开路理想运算放大器反馈形式理想运算放大器反馈形式运放的开

47、环放大倍数很大，输入电阻高，输出电阻小运放的开环放大倍数很大，输入电阻高，输出电阻小在分析时常将其理想化，在分析时常将其理想化，_+ + u+u-u0净输入信号净输入信号(2-130)_+ + R2R1RPuiuo_+ + R2R1RPuiuo电压串联负反馈电压串联负反馈电压并联负反馈电压并联负反馈+R2+R2(2-131)IO+uoRRLR1ui电流串联负反馈电流串联负反馈电流并联负反馈电流并联负反馈_+ + R2R1RPUsRFRLFIL+RFR2RL+R1RL(2-132)+Vcc（12V）R1R3R52.2k200K5.1kT1T2VIVoR2200KR619kR41k-VCC (-1

48、2V)1260深反馈放大器如图所示。试回答下列问题：1）判别反馈类型及正负反馈。2）计算中频电压放大倍数AVVOVI(2-133) 电路如图所示，试回答下列问题：(1) 分析电路中反馈为何种组态？(2) 估算放大器闭环电压放大倍数AVVf？(3) 信号源为电流源，应采用何种反馈组态？ 电路怎样连接？(4) 改动后放大器闭环电压放大倍数AVVf为多大？(2-134)(2-135)解：解：(1) RfRb2 电压串联负反馈(2) AVVf1Rf/Rb2(3) 应改为电压并联负反馈；运算放大器同、反相输入端位置互换，反馈电阻Rf接到Ub1处(4) AVVfRf/Rb1(2-136) 4.1 .1 运

49、算放大器的电路模型运算放大器的电路模型运算放大器（简称运放）：是一种用集成电路工艺制成的多端元件。运算放大器（简称运放）：是一种用集成电路工艺制成的多端元件。将整个电路的各个元件做在一个半导体基片上。将整个电路的各个元件做在一个半导体基片上。运算放大器运算放大器NE5532P和和HA17339的封装图的封装图 T3T4T5T1T2IS集成运放的基本结构集成运放的基本结构优点优点:工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。分类分类:模拟集成电路、数字集成电路模拟集成电路、数字集成电路小、中、大、超大规模集成电路小、中、大、超大规模集成电路(2-137

50、)运放符号：运放符号：运放的符号和特点运放的符号和特点u+称称同相输入端同相输入端。当电压由此引脚接入时，输出电压与输入电压。当电压由此引脚接入时，输出电压与输入电压极性相同。极性相同。uo称（电压）称（电压）输出端输出端 u称称反相输入端反相输入端。当电压由此引脚接入时，输出电压与输入电。当电压由此引脚接入时，输出电压与输入电压极性相反压极性相反运放内部含有晶体管，需外施电压源才能工作。但分析工作原理运放内部含有晶体管，需外施电压源才能工作。但分析工作原理时，电源接入端一般不画出。时，电源接入端一般不画出。(2-138)运放的电路模型运放的电路模型1、实际运放的输入输出特性：、实际运放的输入

51、输出特性：duuu)(uuAuo2、实际运放的电路模型、实际运放的电路模型运放在线性区工作时，可用电运放在线性区工作时，可用电压控制电压源电路等效（压控制电压源电路等效（VCVS）A称运放的开环放大倍数称运放的开环放大倍数Ri称运放的输入电阻称运放的输入电阻Ro称运放的输出电阻称运放的输出电阻)(uuAuo有：有：(2-139)运算放大器电路模型中参数的典型取值范围运算放大器电路模型中参数的典型取值范围 运放的开环增益非常大，一个微小的输入电压就足以使运运放的开环增益非常大，一个微小的输入电压就足以使运放工作到饱和区。因此，为使运放工作在线性区，必须引放工作到饱和区。因此，为使运放工作在线性区

52、，必须引入入负反馈负反馈。这里所谓负反馈是将输出电压或输出电压的一。这里所谓负反馈是将输出电压或输出电压的一部分回馈到反相输入端。部分回馈到反相输入端。 (2-140)3 3、理想运放的模型、理想运放的模型理想化条件：理想化条件：1）无穷大的开环增益）无穷大的开环增益 2）无穷大的输入电阻）无穷大的输入电阻 3）输出电阻为零。）输出电阻为零。 理想运放的符号理想运放的符号_+ + u+u-u0iR0oRA理想运放的特性理想运放的特性1 、因为输入电阻为无穷大，所以、因为输入电阻为无穷大，所以输入电流为零输入电流为零0Ii iI相当于输入开路相当于输入开路，称为，称为虚断虚断。2 、因为开环增益

53、为无穷大，输出、因为开环增益为无穷大，输出电压为有限值，所以输入电压电压为有限值，所以输入电压 uu)(uuAuo电压相等，相当于短路，称为电压相等，相当于短路，称为虚短虚短。(2-141)理想运放的电路模型理想运放的电路模型+_uAud+_u0VCVS+_u)(uuAuo理想运放为理想运放为: 受受ud（uu）电压控制的受控电压源电压控制的受控电压源 5.2 .2 含有运算放大器的电阻电路分析方法含有运算放大器的电阻电路分析方法利用运放输入的利用运放输入的“虚断虚断”、“虚短虚短”特点，建立输入、输特点，建立输入、输出关系。出关系。(2-142)1 反相放大器反相放大器 根据输入根据输入“虚

54、断虚断”有：有： 1fii根据输入根据输入“虚短虚短”有：有： 1100ioffuuiiRR得输入、输出电压关系得输入、输出电压关系 foiiRuuR 注：输出电压与输入电压成正比，极性注：输出电压与输入电压成正比，极性相反，因此称为反相放大器。相反，因此称为反相放大器。 (2-143)用反相放大器实现电流控制电压源用反相放大器实现电流控制电压源 1offfuR iR i 共模输入电压：共模输入电压：02uu 0uu 输入电阻小、共模电压为输入电阻小、共模电压为0以及以及“虚地虚地”是反相输入的特点。是反相输入的特点。(2-144)2 同相放大器同相放大器 输入电压加在运放的同相输入输入电压加

55、在运放的同相输入端，而在反相输入端引入负反端，而在反相输入端引入负反馈馈 根据虚短和根据虚短和KVLoffiuR iu11/iiuR根据虚断根据虚断1fii获得输出电压与输入电压的关系获得输出电压与输入电压的关系 1(1)foiRuuR注：注：1、同相放大器是增益大于、同相放大器是增益大于1的电压控制电压源的电压控制电压源,输出电压与输输出电压与输入电压极性相同入电压极性相同 。2、若令、若令Rf=0，R1= 此时电路变此时电路变为电压跟随器。为电压跟随器。(2-145)1(1)foiRuuRoiuu注：注：1、同相放大器是增益大于、同相放大器是增益大于1的电压控制电压源的电压控制电压源,输出

56、电压与输入输出电压与输入电压极性相同电压极性相同 。2、若令、若令Rf=0，R1= 此时电路变为电压跟随器。此时电路变为电压跟随器。共模输入电压：共模输入电压：iouuuu iuuu2 电路是电压串联负反馈，输入电路是电压串联负反馈，输入电阻大，输出电阻小，作用与分离电阻大，输出电阻小，作用与分离元件的射极输出器相同，但是电压元件的射极输出器相同，但是电压跟随性能好。跟随性能好。(2-146)3. 加法器加法器 根据虚短特性根据虚短特性312123123,uuuiiiRRR根据虚断特性和根据虚断特性和KCL123fiiiii根据欧姆定律和根据欧姆定律和KVL求得输出电压和输入电压的关系求得输出

57、电压和输入电压的关系123112233123fffoffRRRuR iuuuk uk uk uRRR (2-147)123112233123fffoffRRRuR iuuuk uk uk uRRR 123fRRRR若若123ouuuu 则则)(3210uuuu(2-148)4. 差动放大器差动放大器 412234nnRuuuRR进一步求得电流进一步求得电流 i1 和和 i211122111nnuuuuiiRR应用应用KVL求得输出电压与输入电压的关系求得输出电压与输入电压的关系 21222 22211341(1/)(1/)onRRRRuR iuuuRRRR 根据虚短和虚断的性质，利用根据虚短和

58、虚断的性质，利用分压公式，求得节点分压公式，求得节点、电压电压(2-149)特别的：特别的：3124RRARR21222 22211341(1/)(1/)onRRRRuR iuuuRRRR 输出电压与两输入电压之差成正比输出电压与两输入电压之差成正比 )(1212uuRRuo(2-150)_+ + R2R1R1ui2uoR2ui1差动信号放大差动信号放大了两个信号的了两个信号的差，但是它的差，但是它的输入电阻不高输入电阻不高（2R1）, 这是这是由于反相输入由于反相输入造成的。造成的。(2-151)R3uoR4ui2R1-+N1R2ui1R3uoR4ud/2R1-+N1R2ud/2uic对共模

59、信号：差动放大器两个信号为任意时：差动放大器两个信号为任意时：对差动信号：R3uoR4R1-+N1R2uic参数适当可只对差模信号进行放大，参数适当可只对差模信号进行放大，输出信号中无共模信号成分输出信号中无共模信号成分(2-152) 5、同相求和运算：、同相求和运算：此电路如果以此电路如果以u+为输为输入入 ，则输出为：，则输出为： u)RR1(u1F0u+ ui1 、ui2？2i2221211i222122uRRRuRRRu R1RF+u i1+_uoR21R22ui2-据叠加原理据叠加原理：(2-153)所以：所以：)uRRRuRRR)(RR1(u2i1211111i1211121F 请

60、特别注意，同相求和电路的两个请特别注意，同相求和电路的两个输入信号共同放大倍数，不能单独调整。输入信号共同放大倍数，不能单独调整。(2-154)以上电路的比较归纳：以上电路的比较归纳：1.它们都引入电压负反馈，因此输出电阻都它们都引入电压负反馈，因此输出电阻都比较小比较小 。2.关于输入电阻：关于输入电阻：反相输入的输入电阻小，同相输入的输入反相输入的输入电阻小，同相输入的输入电阻高。电阻高。3. 同相输入的共模电压高，反相输入的共模同相输入的共模电压高，反相输入的共模电压小。电压小。(2-155)6-1、交流反相放大电路Kf= R2 / R1R3= R2 C1：隔直电容C3：旁路电容，防止振