模拟电子技术 第5章负反馈与集成运放的线性运用

1、5.1 集成运放的电压传输特性5.1.1 集成运放的电压传输特性集成运放的电压传输特性当差模电压vid很小时，vo与vid存在着线性关系，比例系数就是差模电压增益。称为线性放大区。随着vid增大，输出电压vo向正电源VCC靠近，最终等于+Vom；称为正饱和区。随着vid的减小，vo趋向负电源-VCC，最终等于-Vom。称为负饱和区。图图5-1 集成运放的电压传输特性集成运放的电压传输特性观察图5-1可以得到线性放大区线性放大区正饱和区正饱和区负饱和区负饱和区5.1.2 集成运放的线性输入范围集成运放的线性输入范围线性输入范围线性输入范围omvdidmVAVomCCidmvdvdVVVAA-Vi

2、dmVidm集成运放的线性输入范围CCCCidvdvdVVvAA4.3 差动放大电路高增益，Avd较大集成运放的线性输入范围CCCCidvdvdVVvAA图图5-1 集成运放的电压传输特性集成运放的电压传输特性线性输入范围线性输入范围-VidmVidm电源电压VCC的值有限取典型值VCC=10V，Avd =10 6，得到id10 V10 Vv 集成运放的线性输入范围极窄。且其放大性能指标集成运放的线性输入范围极窄。且其放大性能指标Avd越高，线性越高，线性输入输入范围越窄。范围越窄。 集成运放两个输入端的噪声干扰及等效温漂信号就可以超过线性输入范围。因此，如利用集成运放直接对输入信号进行放大，

3、输入信号的大小将难以控制。信号过小，将被噪声干扰、温漂所淹没。若输入信号稍大，运放又进入正、负饱和状态，产生严重的非线性失真。 因此，高增益的集成运方式不能开环应用于线性放大，必须引入负反馈引入负反馈。5.2 反馈概念与反馈方程式 什么叫做放大电路中的反馈什么叫做放大电路中的反馈？放大电路的反馈是这样一个过程：将放大电路的输出量（电压或电流）通过一定的方式，回送到输入电路，并与原输入信号一起参与对放大器的输入控制，以达到改善放大电路性能的目的。 如何观察放大电路中有无反馈呢？如何观察放大电路中有无反馈呢？只要观察放大电路的输出电路与输入电路之间有无相关联的（公共的）元件。若有，则表明电路中有反

4、馈；若无，则表明电路中无反馈。注意：该方法不适用于寄生反馈。 在图5-3所示电路图中，R1、Rf将放大电路的输出电路与输入电路“关联”在一起，这些元件称为反馈元件。反馈元件上的电流或电压由输入信号和输出信号共同决定，它是输入电路与输出电路的共同元件。图图5-3 集成运放放大电路中的电压反馈集成运放放大电路中的电压反馈5.2 反馈概念与反馈方程式 根据反馈采用对象的不同，反馈可以分为电压反馈和电流反馈电压反馈和电流反馈；根据比较方式的不同，可以分为串联反馈和并联反馈串联反馈和并联反馈；根据调整极性的不同，可分为负反馈负反馈和正反馈和正反馈等。 如图5-3(a)所示电路，反馈电路与放大器的输出端相

5、连，反馈到输入电路的信号与输出电压vo成比例，当vo=0时（RL短路），则反馈信号（电压vf或电流if）消失。这种反馈的采样对象是输出电压，故称为电压反馈电压反馈。5.2.1 反馈的基本概念反馈的基本概念5.2.1.1 电压反馈与电流反馈图图5-3(a) 集成运放放大电路中的电压反馈集成运放放大电路中的电压反馈 电压反馈的连接特点电压反馈的连接特点：反馈电路的采样端（反馈电路与输出电路的连接点）与放大电路的输出端（接负载端）相同。1fo1fRvvRR5.2 反馈概念与反馈方程式 若将负载RL开路，致使iO=0，从而使if=0，即由输出引起的反馈信号消失了。这种反馈的采样对象不是输出电压，而是输

6、出电流，故称为电流反馈电流反馈。 电流反馈的连接特点电流反馈的连接特点：反馈电路的采样端不是放大电路的输出端。 判别电压反馈和电流反馈的方法是判别电压反馈和电流反馈的方法是: :若放大器的输出端不是反馈采样端，则若放大器的输出端不是反馈采样端，则为电流反馈；若放大器的输出端就是反馈采样端，则为电压反馈。为电流反馈；若放大器的输出端就是反馈采样端，则为电压反馈。图图5-5 集成运放放大电路中的电流反馈集成运放放大电路中的电流反馈(a)(b)5.2 反馈概念与反馈方程式 如图5-3(a) ，输入电压信号vi加在同相输入端。输出电压通过Rf与Ri所组成的反馈网络（反馈电压vf为vo的一部分）反馈回到

7、反向输入端。vi与vf一起参与对有效输入电压vid的控制。 根据KVL，vi、vid和vf满足图图5-3(a) 集成运放放大电路中的电压反馈集成运放放大电路中的电压反馈5.2.1.2 串联反馈与并联反馈vid=vi-vf(5-1) vi、 vid 和vf构成回路电压的串联关系。因此，称为串联反馈。串联反馈的串联反馈的电路连接特点是：电路连接特点是：信号输入端与反馈信号注入端不是同一个输入端子。1. 串联反馈2. 并联反馈 观察图5-3(b)所示电路。在图中所示的参考方向下，根据KCL，iid、ii和if构成节点电流关系，故称为并联反馈，即iid=ii-if。5.2 反馈概念与反馈方程式图图5-

8、3(b) 集成运放放大电路中的电压反馈集成运放放大电路中的电压反馈 综上所述，从电路连接上判别采样对象和比较方式的方法是：若反馈采样端综上所述，从电路连接上判别采样对象和比较方式的方法是：若反馈采样端与放大器输出端是同一端子，则为电压反馈；否则，为电流反馈；若输入信号端与放大器输出端是同一端子，则为电压反馈；否则，为电流反馈；若输入信号端与反馈信号注入端是同一端，则为并联反馈；否则，则为串联反馈。与反馈信号注入端是同一端，则为并联反馈；否则，则为串联反馈。 观察图5-3(b)所示电路。根据KCL，净输入电流iid、ii和if满足关系iid = ii - if(5-2) ii、 iid 和if构

9、成回路电流的并联关系。因此，称为并联反馈。并联反馈的并联反馈的电路连接特点是：电路连接特点是：信号输入端与反馈信号注入端是同一个输入端子。5.2 反馈概念与反馈方程式 按照采样对象（电压反馈、电流反馈）和比较方式（串联反馈、并联反馈）的不同，放大电路共有四种反馈组态电压串联反馈电压并联反馈电流串联反馈电流并联反馈采样端是否输出端反馈端是否信号输入端是是否否否否是是5.2 反馈概念与反馈方程式思考：判断下列电路是何种反馈组态？电压串联反馈电压并联反馈5.2 反馈概念与反馈方程式 根据反馈调节极性的不同，反馈可分为正反馈和负反馈。在放大器中，如果引入的反馈能够阻碍采样对象（输出量）的变化，则使采样

10、对象（输出量）的变化幅度减小，放大电路增益下降，这种反馈称为负反馈负反馈。反之，若引入的反馈能够增强采样对象（输出量）的变化，则使放大电路增益增大，这种反馈称为正反馈正反馈。5.2.1.3 正反馈与负反馈 从反馈环路中的任意一点开始，假设其瞬时极性为正，若沿反馈环路一从反馈环路中的任意一点开始，假设其瞬时极性为正，若沿反馈环路一周回到该点的瞬时极性为负，则为负反馈；否则为正反馈。周回到该点的瞬时极性为负，则为负反馈；否则为正反馈。123456+ + + 正反馈正反馈负反馈负反馈 - -5.2 反馈概念与反馈方程式Rf1构成电压并联负反馈构成电压并联负反馈Rf2构成电流串联负反馈构成电流串联负反

11、馈+ + +- -+ +- -+ + + +- - -T1T1T2T2T3T3+ + +- - -+ +- -电压并联负反馈电压并联负反馈5.2 反馈概念与反馈方程式1 反馈环路中含有反相放大电路反馈环路中含有反相放大电路5.2 反馈概念与反馈方程式Re构成电流串联负反馈构成电流串联负反馈Re构成电压串联负反馈构成电压串联负反馈(d)(e)2 具有射极元件的单级放大器具有射极元件的单级放大器5.2 反馈概念与反馈方程式3 对于反馈电路有隔直电容的情况对于反馈电路有隔直电容的情况Rf构成交流电压并联负反馈构成交流电压并联负反馈+ + +- -5.2 反馈概念与反馈方程式图图5-9 单环路反馈方框

12、图单环路反馈方框图 总结上述四种反馈组态的电路结构，不难抽象出单环路反馈方框图，如图5-9所示。反馈放大器包括基本放大电路和反馈网络两个组成部分；输出采样环节和输入比较环节两个基本环节。5.2.2 反馈方程式反馈方程式5.2.2.1 单环路反馈方框图Xi 表示输入信号（Vi 或Ii）Xo 表示输出信号（Vo或Io）Xf 表示反馈信号（Vf或If）Xid表示净输入信号（Vid或Iid） 采样环节用一个“点”表示，与此点相连的线都是同一个信号。 比较环节表示三个变量之间的代数和运算关系，连线箭头表示信号的流向。5.2 反馈概念与反馈方程式Xi 表示输入信号（Vi 或Ii）Xo 表示输出信号（Vo或

13、Io）Xf 表示反馈信号（Vf或If）Xid表示净输入信号（Vid或Iid）电压电压串联串联电压电压并联并联电流电流串联串联电流电流并联并联XiViIiViIiXidXoXfVidIidVidIidVfIfVfIfVoVoIoIo反馈组态反馈组态5.2 反馈概念与反馈方程式 利用单环路反馈方框图表示反馈放大器，需要做4条基本基本假设：正向传输完全通过基本放大电路（无反馈的放大电路），不经过反馈网络；反向传输（反馈）完全通过反馈网络，不经过基本放大电路；反馈系数与负载无关；反馈系数与信号源内阻无关。 以上假定与实际反馈放大器的性能一致。5.2.2.2 反馈方程式图图5-9 单环路反馈方框图单环路

14、反馈方框图oidXAX开环增益(5-3)foXFX反馈系数(5-4)ofiXAX闭环增益(5-5)fidXAFX 环路增益(5-6)5.2 反馈概念与反馈方程式oidXAX开环增益foXFX反馈系数ofiXAX闭环增益电压电压串联串联电压电压并联并联电流电流串联串联电流电流并联并联反馈组态反馈组态ovidVAVoridVAIogidIAVoiidIAIovfiVAVorfiVAIogfiIAVoifiIAIfvoVFVfgoIFVfroVFIfioIFI表表5-1 四种反馈组态的增益、输入量、输出量及反馈量的选择四种反馈组态的增益、输入量、输出量及反馈量的选择具有电阻的量纲，称作互阻增益具有电

15、阻的量纲，称作互阻增益具有电阻的量纲，称作互阻系数具有电阻的量纲，称作互阻系数具有电导的量纲，称作互导增益具有电导的量纲，称作互导增益具有电导的量纲，称作互导系数具有电导的量纲，称作互导系数 5.2 反馈概念与反馈方程式图图5-9 单环路反馈方框图单环路反馈方框图oidXAX开环增益(5-3)foXFX反馈系数(5-4)ofiXAX闭环增益(5-5)fidXAFX 环路增益(5-6)oooidfiidffid+11XXXXAAXXXXXAF 闭环增益(5-7) 式(5-7)表明了闭环增益与开环增益、反馈系数的关系，称为反馈方程式反馈方程式。 1+AF称为反馈深度，表明了开环增益与闭环增益的比值

16、。对于基本放大器的中频段和电阻型反馈网络而言，式中的三个变量为实数。1AAF 若1+AF1，闭环增益下降到开环增益的1/D。oidffiidoidid11XXXXXDAFXXXX (5-9)iidXXD 如果引入的反馈能够阻碍输出量的变化，则输出量的变化幅度减小，放大电路增益下降，这种反馈称为负反馈。5.2 反馈概念与反馈方程式oooidfiidffid+11XXXXAAXXXXXAF 闭环增益(5-7) 式(5-11)表明：在深度负反馈条件下，输入信号Xi与反馈信号Xf近似相等，净输入信号近似为零。这些结论是估算深度负反馈放大器闭环增益的基本出发点。1AAF 当1+AF1成立时，即在深度负反

17、馈条件下，(5-10)这时有f11AAAAFAFFfiXX(5-11) 若01+AFA。说明引入的是正反馈。 如果引入的反馈能够增强输出量的变化，则输出量的变化幅度增大，放大电路增益增大，这种反馈称为正反馈。当1+AF0时，Af，将发生自激振荡。振荡频率满足A(j)F(j)=-1。5.2 反馈概念与反馈方程式oooidfiidffid+11XXXXAAXXXXXAF 闭环增益(5-7)1AAF由于反馈方程式是由单环反馈框图得到的，则根据单环反馈框图的基本假定、 ，四种反馈组态的增益形式及输入量、输出量、反馈量必须按表5-1进行选择。5.3 负反馈对放大器性能的影响(5-7)f1AAAF5.3.

18、1 负反馈使放大倍数稳定性提高负反馈使放大倍数稳定性提高设反馈网络为纯电阻网络，反馈系数F为常数。由反馈方程式 f211dAdAAFff221111AAdAdAdAdAAAF AAFAFff11dAdAAAF A(5-12)表明：闭环增益的相对变化等于开环增益相对变化的表明：闭环增益的相对变化等于开环增益相对变化的1/D，即闭环增益的，即闭环增益的 稳定性稳定性提高提高D倍。倍。 在满足深度负反馈条件下（1+AF1），Af1/F，即不管何种原因引起的开环增益A的变化，只要满足深度负反馈条件，闭环增益基本上由反馈系数来决定。只要反馈系数是稳定的，闭环增益总是稳定的闭环增益总是稳定的。(5-12)

19、反馈深度反馈深度D5.3 负反馈对放大器性能的影响思考题：设计一个负反馈放大器，要求闭环增益Af=100，当开环增益变化10%时，Af相对变化在0.5%以内，试确定开环增益A和反馈系数F的值。/0.1120/0.05dA ADAFdAfAf f100 202000AAD由式(5-12)可得中频段反馈深度f1AAAAFD120 10.00952000DFA5.3 负反馈对放大器性能的影响5.3.3 负反馈使输入线性范围扩大，非线性失真减小负反馈使输入线性范围扩大，非线性失真减小 负反馈使闭环增益下降到开环增益的1/D，也使输入信号的线性范围扩大到开环线性输入范围的D倍。如图5-11所示。由图中看

20、出：闭环电压增益Avf小于开环电压增益Av；闭环增益曲线的线性范围大于开环增益曲线的线性范围。图图5-11 负反馈使输入线性范围扩大负反馈使输入线性范围扩大(5-9)iidXXDfAAD(5-7)5.3 负反馈对放大器性能的影响idfididiifidiiii1VVVAFVVRAF RIIII5.3.4 负反馈能够改善放大器的输入电阻和输出电阻负反馈能够改善放大器的输入电阻和输出电阻图5-12(a)给出了串联负反馈的示意图。串联负反馈的开环输入电阻为1. 串联负反馈ididi/RVI其闭环输入电阻为(5-16)对于电压串联负反馈ifvvid1RA FR(5-17)对于电流串联负反馈ifgrid

21、1RA FR(5-18)5.3.4.1 比较方式对输入电阻的影响结论：串联负反馈的闭环输入电阻提高到开环输入电阻的反馈深度倍。结论：串联负反馈的闭环输入电阻提高到开环输入电阻的反馈深度倍。图图5-12(a) 负反馈对输入电阻的影响负反馈对输入电阻的影响5.3 负反馈对放大器性能的影响idiiiifiidfidid1RVVVRAFIIIIAFI5.3.4 负反馈能够改善放大器的输入电阻和输出电阻负反馈能够改善放大器的输入电阻和输出电阻2. 并联负反馈idiid/RVI其闭环输入电阻为(5-19)对于电压并联负反馈idifrg1RRA F(5-20)对于电流并联负反馈idifii1RRAF(5-2

22、1)5.3.4.1 比较方式对输入电阻的影响结论：串联负反馈的闭环输入电阻提高到开环输入电阻的反馈深度分之一。结论：串联负反馈的闭环输入电阻提高到开环输入电阻的反馈深度分之一。图图5-12(b) 负反馈对输入电阻的影响负反馈对输入电阻的影响图5-12(b)给出了并联负反馈的示意图。并联负反馈的开环输入电阻为5.3 负反馈对放大器性能的影响1. 电压负反馈5.3.4.2 采样方式对输出电阻的影响电压负反馈如图(a)所示，其开环输出电阻为ro对如图所示的电压反馈，求输出电阻时Xi=0，故Xid=-Xf，因此i为：idfooovAXvAXvAvFirrr闭环输出电阻为：ooof1vrrvRivAvF

23、AF结论：电压负反馈的闭环输出电阻是开环输出电阻的反馈深度分之一。结论：电压负反馈的闭环输出电阻是开环输出电阻的反馈深度分之一。5.3.4 负反馈能够改善放大器的输入电阻和输出电阻负反馈能够改善放大器的输入电阻和输出电阻(a) 负反馈对输出电阻的影响负反馈对输出电阻的影响idifXXX5.3 负反馈对放大器性能的影响2. 电流负反馈5.3.4.2 采样方式对输出电阻的影响电流负反馈如图所示，其开环输出电阻为ro对如图所示的电流反馈，求输出电阻时Xi=0，故Xid=-Xf，因此i为：idfoovviAXAXrr 上式可写为：foviAXr结论：电流负反馈的闭环输出电阻是开环输出电阻的反馈深度倍。

24、结论：电流负反馈的闭环输出电阻是开环输出电阻的反馈深度倍。5.3.4 负反馈能够改善放大器的输入电阻和输出电阻负反馈能够改善放大器的输入电阻和输出电阻(b) 负反馈对输出电阻的影响负反馈对输出电阻的影响oviAFirofo1vRrAFi因此有：5.3 负反馈对放大器性能的影响5.3.4 负反馈能够改善放大器的输入电阻和输出电阻负反馈能够改善放大器的输入电阻和输出电阻对输入电阻的影响使用串联负反馈，可以使放大电路的输入电阻增加。使用串联负反馈，可以使放大电路的输入电阻增加。使用并联负反馈，可以使放大电路的输入电阻减少。使用并联负反馈，可以使放大电路的输入电阻减少。对输出电阻的影响使用电压负反馈，

25、可以使放大电路的输出电阻减小，使用电压负反馈，可以使放大电路的输出电阻减小，使放大器更像一个电压源，因此电压负反馈可以稳定放大器的输出电压。使用电流负反馈，可以使放大电路的输出电阻增加，使用电流负反馈，可以使放大电路的输出电阻增加，使放大器更像一个电流源，因此电流负反馈可以稳定放大器的输出电流。反馈深度反馈深度D=1+AF5.3 负反馈对放大器性能的影响5.3.5 放大电路引入负反馈的基本原则放大电路引入负反馈的基本原则若要求直流工作点稳定，则引入直流负反馈。若要求抑制温漂和共模干扰，则引入共模负反馈。当负载改变时，若要求输出电压变化不大，带负载能力强，则引入电压负反馈。当负载改变时，若要求负

26、载中的电流变化不大，则引入电流负反馈。若要求放大电路从信号源吸取电流小，则引入串联负反馈。若要求放大电路的输入电阻小，则引入并联负反馈。若信号源的内阻比较小，则引入串联负反馈时，反馈效果显著。若信号源内阻为无限大，则串联反馈作用失效。若信号源的内阻很大，则引入并联负反馈，反馈效果显著。若信号源内阻为零，则并联反馈作用失效。简单的单管共射放大器存在的问题：温度变化、更换三极管等都会引起简单的单管共射放大器存在的问题：温度变化、更换三极管等都会引起值值的变化，从而相应的引起静态工作点的变化。的变化，从而相应的引起静态工作点的变化。 解决方法：射极偏置电路解决方法：射极偏置电路如：如：值升高，值升高

27、，Q点上移点上移b2bCCb1b2RVVRRICIEReVbeIBICICIEReVbeIBIC2.6 放大电路交流模型分析法2 射极偏置电路（射极偏置电路（p59: 无射极旁路电容无射极旁路电容Ce的共射放大电路）的共射放大电路）射极偏置电路的原理图射极偏置电路的原理图5.3 负反馈对放大器性能的影响思考题：由集成运放A及三极管T1、T2组成的放大电路如图所示，试按下列要求将信号源vs、电阻Rf正确接入该电路。(1) 引入电压串联负反馈； (2) 引入电流并联负反馈。 +-vsvoR4R3+VCC-VEEghefcdabijR1R2Rf+ + +- - - -5.3 负反馈对放大器性能的影响

28、思考题：由集成运放A及三极管T1、T2组成的放大电路如图所示，试按下列要求将信号源vs、电阻Rf正确接入该电路。(1) 引入电压串联负反馈； (2) 引入电流并联负反馈。 + + + +- -+ +5.4 负反馈放大器的近似估算分析与设计5.4.2 深度负反馈条件下的电压增益的近似估算深度负反馈条件下的电压增益的近似估算5.4.2.1 深度负反馈条件下的两条重要结论 当负反馈放大器满足深度负反馈条件1+AF1时，闭环增益f1AF(5-10) (5-22)ooifXXXX(5-23)ifXX(5-24)id0X(5-25) 即 在深度负反馈条件下，反馈信号近似等于输入信号。只要放大器工作于线性状

29、态，且满足深度负反馈条件，则vid、iid都必然等于零，即vid0，iid0。vid0称为虚短路；称为虚短路；iid0称为虚断路。称为虚断路。虚短路和虚断路是放大器深度负反虚短路和虚断路是放大器深度负反馈条件下的两条重要结论。馈条件下的两条重要结论。5.4 负反馈放大器的近似估算分析与设计5.4.2.2 分析举例例5.2 由BJT管组成的两级反馈放大电路的交流通路如图5-14(a)所示。(1) 试分析反馈组态；(2) 估算深度负反馈条件下的闭环增益Avf。图图5-14 (a)(1) 分析反馈类型+ + + +- -电压串联负反馈。(2) 若满足深度负反馈条件，则根据虚短路和虚断路，vbe0，i

30、b0成立。因此vivfE1foE1fRvvRR(5-26) ooE1ffvfifE1E11vvRRRAvvRR 闭环增益Avf为(5-27) vo5.4 负反馈放大器的近似估算分析与设计5.4.2.2 分析举例例5.2 由BJT管组成的两级反馈放大电路的交流通路如图5-14(a)所示。(1) 试分析反馈组态；(2) 估算深度负反馈条件下的闭环增益Avf。图图5-14 (a)+ +- -+ +图图5-14 (b)vo若将图(a)中的基本放大电路用一个运放符号来表示，可以等效为图(b)的形式。5.4 负反馈放大器的近似估算分析与设计5.4.2.2 分析举例例5.3 由BJT管组成的两级反馈放大电路

31、的交流通路如图5-15(a)所示。(1) 试分析反馈组态；(2) 估算深度负反馈条件下的闭环电压源增益Avsf。图图5-15 (a)(1) 分析反馈类型电压并联负反馈(2) 若满足深度负反馈条件，则vbe10，ib10成立。因此iiifsosfvvRRofvsfssvRAvR 闭环电压源增益Avsf为(5-28) RS5.4 负反馈放大器的近似估算分析与设计5.4.2.2 分析举例例5.3 由BJT管组成的两级反馈放大电路的交流通路如图5-15(a)所示。(1) 试分析反馈组态；(2) 估算深度负反馈条件下的闭环电压源增益Avsf。图图5-15 (a)图图5-15 (b)(2) 若将图(a)中

32、的基本放大电路用一个运放符号来表示，可以等效为图(b)的形式。RS+ +- -+ +- -5.4 负反馈放大器的近似估算分析与设计5.4.3 深度负反馈放大器的设计举例5.4.3.2 集成运放简化模型的四种形式5.4.3.1 负反馈放大器的设计步骤VCVSCCVSVCCSCCCSv idr idA vAiidrvvididvAAA Riv idgidoA vA v RgvoAARv idi idoA vAi Ridvidividoo1vA RAAiRR5.4 负反馈放大器的近似估算分析与设计5.4.3.3 设计举例例5.6：设计一个音频负反馈放大器，输入信号为麦克风输出信号，麦克风输出电阻为R

33、s=5k，Vi=10mV，要求输出电压Vo=0.5V，闭环输入电阻大于1M，闭环输出电阻小于10.设运放参数为AV=104，Rid=10k，Ro=100。闭环输入电阻1Movfi0.5500.01VAV闭环输出电阻1M闭环输出电阻10输入电阻10k输出电阻100电压串联负反馈5.4 负反馈放大器的近似估算分析与设计5.4.3.3 设计举例例5.7：设计一个提供电流增益的负反馈放大器。已知信号源内阻RS为10k，负载电阻RL=50。要求闭环电流增益Aif=10，输入电阻小于5，输出电阻大于1M。运放参数同例5.6。AV=104，Rid=10k，Ro=100。闭环输入电阻1M输入电阻10k输出电阻

34、100电流并联负反馈1AAF6if110.1 100.1FAAf1o1fiRiRR所以，只需要选择满足条件 即可 f19RR 若选择R1=1k，Rf=9k 。 446vidi2o10 101010A RAR-+ioidifRfRLR1ii5.4 负反馈放大器的近似估算分析与设计5.4.3.3 设计举例例5.7：设计一个提供电流增益的负反馈放大器。已知信号源内阻RS为10k，负载电阻RL=50。要求闭环电流增益Aif=10，输入电阻小于5，输出电阻大于1M。运放参数同表5-3。5ifi/10k/100.1RRD-+ioidifRfRLR1ii验算闭环输入电阻和输出电阻 反馈深度1+AF = 1+

35、106 0.1105 闭环输入电阻闭环输出电阻5ofo100 1010MRDR闭环输入电阻1M输入电阻10k输出电阻100电流并联负反馈5.5 集成运放基本运算电路5.5.2 集成运放基本运算电路集成运放基本运算电路图5-22(a)为反相输入的比例运算电路。foi1RvvR 5.5.2.1 比例运算电路1 反相比例运算电路(5-29) 若 Rp为静态输入平衡电阻。静态时(vi=0)，输出电压vo=0。为了保证两输入端对地电阻平衡，应满足Rp=R1/Rf。图图5-22(a) 反相比例运算电路反相比例运算电路根据虚短路、虚开路oi1f00vvRRf1RR 则oivv 反相器电压并联负反馈电路电压并

36、联负反馈电路5.5 集成运放基本运算电路 反相比例运算电路可以推广到如图5-23(a)所示的一般情况。其中，A、B为二端口线性网络。为了表示一般性，输入信号量和输出信号量采用复数向量形式表示。iAiIYV图图5-23 反相比例运算电路的推广反相比例运算电路的推广(a)(b)设YA为网络A的短路转移导纳，则设YB为网络B的短路转移导纳，则fBoIYV 因为虚断路，所以 ，故ifIIoAiBVYVY (5-30)(5-31)(5-32)5.5 集成运放基本运算电路3iAi12323/ZIYVZZZZZ图图5-23 反相比例运算电路的推广反相比例运算电路的推广(b)(5-34)6fBo54646/Z

37、IYVZZZZZ 546463oAiB123136/ZZZZZZVYVYZZZZZZ (5-33)(5-35)5.5 集成运放基本运算电路图5-24(a)为同相比例运算电路。2 同相比例运算静态输入平衡电阻Rp=R1/Rf。图图5-24(a) 同相比例运算电路同相比例运算电路foo11RvvRf10Ror R 若oivv 则电压跟随器电压跟随器图图5-24(b) 电压跟随器电压跟随器(5-36)电压串联负反馈电路电压串联负反馈电路oi1f0ivvvRR5.5 集成运放基本运算电路5.5.2.2 加法运算电路1 反相加法运算电路图图5-25 反相加法运算电路反相加法运算电路111iviR0 00

38、 0222iviR333iviRoffviRf123iiiifffoi1i2i3123RRRvvvvRRR foi1i2i3RvvvvR p123f/RRRRR静态平衡电阻(5-37)(5-38)电压并联负反馈电路电压并联负反馈电路5.5 集成运放基本运算电路5.5.2.2 加法运算电路1 反相加法运算电路图图5-25 反相加法运算电路反相加法运算电路0 00 0fffoi1i2i3123RRRvvvvRRR f13RRp12f/50kRRRR设计一个反相求和电路，实现vo= -(3vi1+2vi2 ) 。要求所选电阻在100k1M之间。(5-37)(5-38)f22RR1100kR 2150

39、kR 300kfR 电压并联负反馈电路电压并联负反馈电路运放的共模分量为运放的共模分量为？+-ic02vvv5.5 集成运放基本运算电路5.5.2.2 加法运算电路2 同相加法运算电路图图5-26 同相加法运算电路同相加法运算电路i1i212i1i2A12312123/111vvRRvvvRRRRRRRR同相端输入电压(5-37)(5-38)反相端输入电压BoBfvvvRRBofRvvRR电压串联负反馈电路电压串联负反馈电路弥尔曼定理弥尔曼定理SGVVG5.5 集成运放基本运算电路5.5.2.2 加法运算电路2 同相加法运算电路图图5-26 同相加法运算电路同相加法运算电路i1i2123ABo

40、12f/vvRRRRvvvRRRR根据虚短路(5-39)解 得fi1i2o123121/RvvvRRRRRR为使运放两输入端口对地静态电阻平衡123f/RRRRR运放的共模分量为运放的共模分量为？ABicA2vvvv对运放的共模抑对运放的共模抑制比要求较高。制比要求较高。电阻阻值较难选择。电阻阻值较难选择。5.5 集成运放基本运算电路5.5.2.3 减法运算电路图图5-27 差动输入型减法运算电路差动输入型减法运算电路134oi1124RRRvvRRR 思路：利用叠加原理，分别计算出思路：利用叠加原理，分别计算出vi1和和vi2单独作用时的输出响应单独作用时的输出响应vo和和vo，最后得，最后

41、得到总的输出响应到总的输出响应vo=vo+vo。vi1单独作用时4i124RvRR0 0o130vvvRR13o3RRvvR v-5.5 集成运放基本运算电路5.5.2.3 减法运算电路图图5-27 差动输入型减法运算电路差动输入型减法运算电路134oi1124RRRvvRRR vi1单独作用时0 02o1300ivvRR3o21iRvvR 0 00 0vi2单独作用时3o21iRvvR 分别计算出分别计算出vi1和和vi2单独作用时的单独作用时的输出响应输出响应vo和和vo，最后得到总的，最后得到总的输出响应输出响应vo=vo+vo。1334oi1i21241RRRRvvvRRRR(5-41

42、)5.5 集成运放基本运算电路思考题：如图所示的电路中，运放是理想运放，求输出电压的表达式。-+voRfR3v3R2R4v2R1v180k50k20k60k100k5.5 集成运放基本运算电路-+voRfR3v3R2R4v2R1v180k50k20k60k100kfo111111001.2580RvvvvR 思路：利用叠加原理。思路：利用叠加原理。 只考虑只考虑v10 00 00 0反相比例运算电路反相比例运算电路5.5 集成运放基本运算电路-+voRfR3v3R2R4v2R1v180k50k20k60k100kfo22222100250RvvvvR 思路：利用叠加原理。思路：利用叠加原理。 只考虑只考虑v20 00 00 0反相比例运算电路反相比例运算电路5.5 集成运放基本运算电路-+voRfR3v3R2R4v2R1v180k50k20k60k100ko312f0/vvvRRR思路：利用叠加原理。思路：利用叠加原理。 只考虑只考虑v30 00 00 0v+v+fo3121/RvvRR4334RvvRRf4o333123410060113.1980 50/20608050RRvvvRRRR得到减法运算电路减法运算电路5.5 集成运放基本运算电路思考题：如图所示的电路中，运放是理