模拟电子技术高吉祥第五章cha课件

1、模拟电子技术高吉祥第五章cha一、集成电路（IC）概述 在半导体制造工艺的基础上，把整个电路中的元器件制作在一块硅片上，构成特定功能的电子电路，称为集成电路。它体积小、性能很好，能完成一定的功能。二、模拟集成电路的分类（三种分类方法） 1、按结构工艺分：半导体集成电路、混合集成电路、电子管集成电路； 2、按集成度分：小规模集成电路、中规模集成电路、大规模集成电路、超大规模集成电路； 3、按功能分：模拟集成电路、数字集成电路.模拟电子技术高吉祥第五章cha三、模拟集成电路的特点 1.同在一块硅片上制造，元件参数的一致性很好。 2.电路中电阻元件一般由硅半导体的体电阻构成，阻值范围为几十欧20千欧

2、左右，另外电阻值的精度不易控制，误差在20%30%左右。 3.电路中电容值也不大(几十PF)。 4.集成电路存在温漂。 5.电路中的二极管多用作温度补偿或电位移动.运算放大器是由直接耦合多级放大电路集成制造的高增益放大器，它是模拟集成电路最重要的品种，广泛应用于各种电子电路之中。集成电路中第一级常采用差动电路。(为克服或减小温漂)模拟电子技术高吉祥第五章cha反馈反馈将电子系统输出回路的电量（电压或电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。流），以一定的方式送回到输入回路的过程。模拟电子技术高吉祥第五章cha几个几个基本概念基本概念1.1.开环与闭环开环与闭环

3、只有正向传输，没有反向传输，称为开环状态。正向传输信号从输入端到输出端的传输反向传输信号从输出端到输入端的传输既有正向传输，又有反馈 称为闭环状态。uu+f1oi+RRuuo+i信号的正向传输信号的正向传输反馈传输(通路)（反馈网络）模拟电子技术高吉祥第五章cha直流反馈若电路将直流量反馈到输入回路，则称直流反馈。2.2.直流反馈与交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。直流反馈直流反馈交流反馈交流反馈i ic c+CTRb1CCRb1b2RVL+uoR

4、-u+-ib2CcReCeIC模拟电子技术高吉祥第五章cha 解：根据反馈到输入端的信号是交流还是直流还是同时存在，来进行判别。例：判断下图中有哪些反馈回路，是交流反馈还是直流反馈。uu+1A+RfRoiC22R1C交、直流反交、直流反馈馈交流反馈交流反馈注意电容的“隔直通交”作用！模拟电子技术高吉祥第五章cha+u-TRuLcCCob1+.RCb2Cb1+ViR-beu+-+CTRb1CCRb1b2RVL+uoR-u+-ib2CcReic+u-fbeu+-例：基本放大器，无反馈，净输入量ube=ui，电压放大倍数为：3.3.负反馈与正反馈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

5、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：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。ebeLu)(1RrRAbeLurRA模拟电子技术高吉祥第五章cha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题例题1:1:4.4.本级反馈与级间反馈本级反馈与级间反馈VVfL+VCC+TRbe+e2Rc2c1-O-uRfuRRCb1b1Rb2Cu+-2T1+iu-Re1级间反馈级间反馈本级反馈本级反馈本级反馈本级反馈模拟电子技术高吉祥第五章cha基本放大电路基本放大电路AdX oX

6、反馈网络反馈网络FfX 放大：放大：doXXA 迭加：迭加：fidXXX A称为开环称为开环放大倍数放大倍数iX + 反馈：反馈：ofXXF AF称为闭环放大倍数称为闭环放大倍数AF=Xo / Xi输出输出信号信号输入信号输入信号反馈信号反馈信号净输入信号净输入信号F为反馈系数为反馈系数设设X Xf f与与X Xi i反相反相任何任何反馈电路总可用如下方框图来表示：反馈电路总可用如下方框图来表示：负反馈放大器负反馈放大器模拟电子技术高吉祥第五章cha负反馈放大器的一般关系负反馈放大器的一般关系闭环放大倍数：放大：doXXA 反馈：ofXXF 迭加：fidXXX AF=Xo / Xi =Xo /

7、 (Xd+ Xf)= Xo / ( + XoF) =XoA11A+F=A1+AF模拟电子技术高吉祥第五章cha 当|1+AF|1时，|Af|A|。由于反馈，使进入基本放大电路的输入信号削弱，反馈电路的电压放大倍数下降，称为负反馈。 当|1+AF|A|。由于反馈，使进入基本放大电路的输入信号加强，反馈电路的电压放大倍数增大，称为正反馈。 当|1+AF|=0时，|Af|=。即使没有输入信号，也会有输出信号，称为放大电路自激。模拟电子技术高吉祥第五章cha负反馈类型有四种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5.2.1 电压串联负反馈放大电路电压串

8、联负反馈放大电路VVV-fARi+duu-f-R+u1+uRo反馈电压：fRRRuu11of因为反馈量与输出电压成比例，所以称电压反馈。从输入端看，有：ud = ui -uf故为串联反馈。模拟电子技术高吉祥第五章cha根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电压串电压串联负反馈。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。VVV-fARi+duu-f-R+u1+uRo模拟电子技术高吉祥第五章cha根据瞬时极性判

9、断是负反馈，所以该电路为电压串联负反馈电压串联负反馈。id = ii -if从输入端看有：因为反馈量与输出电压成比例,所以是电压反馈。反馈电流：ffRuRuuioof故为并联反馈。VCC_CIRCLEVCC_CIRCLE+A+LRRfifid1i1Ruoiu5.2.2 电压并联负反馈放大电路电压并联负反馈放大电路模拟电子技术高吉祥第五章cha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电流串联负反馈。又因为在输入端有:id = ii -if反馈电流：RRRiifof因为反馈量与输出电流成比例,所以是电流反馈。故为并联反馈。uu-1AiiR+i+oidifiofRRLR+-5.2.3 电

10、流串联负反馈放大电路电流串联负反馈放大电路模拟电子技术高吉祥第五章cha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电流串联负反馈。ud = ui -uf又因为在输入端有：因为反馈量与输出电流成比例,所以是电流反馈。故为串联反馈。u-uR+1f-o+LRR+iA+-du+-fuoi5.2.4 电流并联负反馈放大电路电流并联负反馈放大电路模拟电子技术高吉祥第五章cha反馈类型及判别方法总结反馈类型及判别方法总结1.1.直流反馈与交流反馈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？+V+_-+1R5R

11、6RccRO2u4uRi3R7R3CC1C2C4模拟电子技术高吉祥第五章cha2.2.反馈极性：正反馈与负反馈反馈极性：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。模拟电子技术高吉祥第五章chaVVA+2A1uiOu1RR2R3R45RR6VV+A+uOiu1RR2CC+V3RU+VUcc2RR1Ouiuuu+RofA+i1R模拟电子技术高吉祥第五章

12、cha3.3.取样方式取样方式电压反馈与电流反馈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。模拟电子技术高吉祥第五章cha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。+CTRb1CCRb1b2RVL+uoR-u+-ib2CcReic+u-f+R1bCCTCRVRu+-Lo-+uieC2Su+-RSf-u+模拟电子技术高吉祥第五章chaVVA+2A1uiOu1RR2R3R45RR6+_+V-+c

13、ciuuO1RR23RR4R56Ru-uR+1f-o+LRR+iA+-du+-fuoi模拟电子技术高吉祥第五章cha 4. 4.比较方式比较方式串联反馈和并联反馈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。模拟电子技术高吉祥第五章cha对于三极管电路对于三极管电路：T输入量反馈量输入量反馈量T 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

14、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。T输入量反馈量T输入量反馈量模拟电子技术高吉祥第五章cha对于运放电路：对于运放电路： 若反馈信号与输入信号同时加在同相端或反相端为并联反馈。 若反馈信号与输入信号一个加在同相端一个加在反相端则为串联反馈。反馈量+u+uA输入量反馈量u+输入量u+A输入量+A+u反馈量u+uA+u输入量反馈量模拟电子技术高吉祥第五章cha例题4:试判断下列电路中引入的反馈是串联反馈还是并联反馈。VV+A+uOiu1RR2CC+V3R+V-+_+ccuOui1RR23R4R模拟电子技术高吉祥第五章chaVVA+2A1uiOu1RR2R3R45RR6U+V

15、Ucc2RR1Ouiu模拟电子技术高吉祥第五章cha例题5:试判断下列电路中的反馈组态。解:电压串联负反馈。_+VRCCVuTV+R2R2i1TEEIsf1uRRA+o12VVVfARi+uu-f-R+u1+Ro1模拟电子技术高吉祥第五章cha解:电压并联负反馈。例题6:试判断下列电路中的反馈组态。+_V1fI12R12TiR2+uRTRRsR34RCCVVEEuoT3VCC_CIRCLEVCC_CIRCLEuiuRf+Ao1R模拟电子技术高吉祥第五章cha(1)串联反馈5. 5. 信号源对反馈效果的影响信号源对反馈效果的影响ud = ui -uf 所以us应为恒压源，即信号源内阻RS越小越好

16、。 要想反馈效果明显，就要求uf变化能有效引起ud的变化。uu-+uf-1R+uLd-R+o+AfR-u+S-i+uRs模拟电子技术高吉祥第五章cha(2)并联反馈id = ii -if 所以is应为恒流源，即信号源内阻RS越大越好。 要想反馈效果明显，就要求if变化能有效引起id的变化。uuAs-R+oRR+Lf+isiidifi模拟电子技术高吉祥第五章cha1.估算的依据深度负反馈：即，深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈系数有关。 11 FA由FAAA1F得FFAA1 11 FA方法一：一一. . 估算电压增益估算电压增益模拟电子技术高吉祥第五章cha方法二：FAAA1F根据FFAA1将i

17、oFXXAofXXF代入上式得即：输入量近似等于反馈量净输入量近似等于零 由此可得深度负反馈条件下，基本放大电路“虚短”、“虚断”的概念或ifXX 0fid XXX模拟电子技术高吉祥第五章cha深度负反馈条件下：Xd=Xi-Xf0u+=u-（运放电路）ue=ub（三极管电路）(1)“(1)“虚短虚短”u ud d00(2)“(2)“虚断虚断”i id d00ii+=ii-=0 （运放电路）ib=0（三极管电路）“虚短虚短”与与“虚断虚断”-u-R+fu+R-u+1fAd+i+-u+fui+-TfR+u-du+A+ifRiifiii+i-i+T-i+ufRiiibif模拟电子技术高吉祥第五章ch

18、a(1)电压串联负反馈例1.分立电路电压串联负反馈2.举例 解：用方法一。求反馈系数：求闭环电压放大倍数：feeofuuRRRuuF11e1fe1uuiouf1RRRFuuAVVfL+VCC+TRbe+e2Rc2c1-O-uRfuRRCb1b1Rb2Cu+-2T1+iu-Re1模拟电子技术高吉祥第五章cha例2.运放组成的电压串联负反馈电路解：用方法二。利用虚短和虚断的概念得知：闭环电压增益00idiu11foioUFRRRuuuuAf11RRf则fOfiRRRuuu11VVV+A+-R1RfuiuuRf+d-uo-模拟电子技术高吉祥第五章cha(2)(2)电流并联负反馈放大器电流并联负反馈放

19、大器反馈系数：闭环增益：闭环电压增益：解：用方法一。se2e2fifsic2sousfRRRRRRRiRiuuALL)(e2fe2c2fRRRiie2fe2c2fiiRRRiiFe2e2fiifc2iifRRRFiiA1例1.分立电路电流并联负反馈Rc1c2R+Vc2i-ROsR-ff12+uTisRRTiCCibiuLe2模拟电子技术高吉祥第五章cha闭环电压增益：利用虚短和虚断可知例2. 运放组成的电流并联负反馈放大器ofiRRRif1fRiRiLo122RRRRRLf解：用方法二。11iusfRiRiuuALooui=ii R1 ii=ifu-uR+1f-ofo+LiRRRi+idAii

20、i模拟电子技术高吉祥第五章chasf+uTi+VbiCCusRiOiRRRL-f-+c（3 3）电压并联负反馈）电压并联负反馈例1.分立电路电压并联负反馈闭环增益：闭环电压增益：解：用方法一。反馈系数:f1RuiFofiuffRuRuuiiooffiuiouifRFiuA1)(ifsiosousfRRiuuuAssioRRRiuf模拟电子技术高吉祥第五章cha例2.运放组成的电压并联负反馈利用虚短和虚断可知u+=u-=0ii=if1f1iffioufRRRiRiuuAVCC_CIRCLEVCC_CIRCLE+A+LRRfifid1i1Ruoiu模拟电子技术高吉祥第五章cha闭环增益：闭环电压增

21、益：例1.分立元件组成的电流串联负反馈ebeLc)1 ()/(RrRRAu解：用方法一。反馈系数:eofuiRiuFeuiioiufRFuiA11eLciLcoioufRRRuRRiuuA/)/(由第二章知，该电路闭环电压增益:（4 4）电流串联负反馈）电流串联负反馈+-b2TRcVi-Cb2b1+uouRCCf-RC+Lb1RuioReeofRiu模拟电子技术高吉祥第五章cha例2.运放组成的电流串联负反馈闭环电压增益:利用虚短和虚断可知:ifuuuufoioufuuuuA11RRRiRiLoLo解：用方法二。VVVO+fAuR-1RL-R+oiuu-+i模拟电子技术高吉祥第五章cha二二.

22、 . 估算输入输出电阻估算输入输出电阻在深度负反馈条件下：注：表中的输入、输出电阻均指反馈环中的输入、输出电阻。模拟电子技术高吉祥第五章cha 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降低了放大倍数使放大器的性能得以改善：使放大器的性能得以改善：模拟电子技术高吉祥第五章cha5.4.1 提高放大倍数的稳定性提高放大倍数的稳定性闭环时FAAA1F则：2F)1 (1AFdAdA只考虑幅值有AFAA1FAdAAFAdA11FF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：FA1F 即闭环增益只取决于反馈网络。当反馈

23、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。模拟电子技术高吉祥第五章cha5.4.2 改善放大器的非线性失真改善放大器的非线性失真Auiufuiuoud加反馈前加反馈前加反馈后加反馈后AF+ 失真失真改善改善uouo模拟电子技术高吉祥第五章cha5.4.3 扩展放大器的通频带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= f HfL f H有反馈时放大器的通频带： fbwf= f HffLf f Hf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

24、31020lg|A|（dB）F（Hz） Am fL fH fLf fHf Amf模拟电子技术高吉祥第五章cha5.4.4 负反馈对输入电阻的影响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：idiii=iuiuR)(1iAFRiiif=iuRifd=iuu iod=iFuu idd=iAFuu id)1 (=iAFu+RiuooR-Riu+-+duii+o-uLRAi+Ro+oLiuiA+ouRu-dRiu+-RRfu-f+R1ifi模拟电子技术高吉祥第五章cha(2)并联负反馈使输入电阻减小无反馈时：有反馈时：diiii=iuiuRiiif=iuRfdi=iiuFu

25、iuodi=AFiiuddi=)1 (=diAFiuAFR1=i+ARu-Li+uoRiR-Rd+-+diuoifouiRffii+uoLiRu-uiuAo+Rid-R+-oi+Rdii模拟电子技术高吉祥第五章cha5.4.5 负反馈对输出电阻的影响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模拟电子技术高吉祥第五章cha为改善性能引入负反馈的一般原则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

26、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模拟电子技术高吉祥第五章cha5.5.1 产生自激振荡的原因及条件产生自激振荡的原因及条件1.自激振荡现象 在不加输入信号的情况下，放大电路仍会产生一定频率的信号输出。+iL+u-+u放大器放大器-oR 模拟电子技术高吉祥第五章chafidXXX 基本放大电路基本放大电路AdX oX 反馈网络反馈网络FfX iX +2.产生自激振荡的原因 中频时： |idXX 高频或低频时,放大器产生附加相移达到180时.为负反馈。 |idXX 变为正反馈。 此时，若满足|dfXX 则Xi=0,仍会有输出信号。

27、模拟电子技术高吉祥第五章cha3.3.自激振荡的条件自激振荡的条件1FA幅值条件180) 12(fan相位条件(附加相移)基本放大电路基本放大电路AdX oX 反馈网络反馈网络FfX iX + fdXX 0ddXFAX 自激振荡条件：自激振荡条件：1 FA分解为幅值条件与相位条件：由以上分析知：模拟电子技术高吉祥第五章cha5.5.2 利用环路增益波特图判别是否产生自激振荡利用环路增益波特图判别是否产生自激振荡方法一：方法一：则放大器稳定。否则自激。则放大器稳定。否则自激。0 0 )dB(lg20FA0 0-90-90 - -180180FA m mGdB0lg20 FA 180fa 满足：满

28、足：同理，为了切实保证稳定，要留有同理，为了切实保证稳定，要留有-10dB-10dB的余量，称为的余量，称为幅值裕度幅值裕度mG方法二：方法二：dB0lg20FA 180fa 满足：满足：则放大器稳定。否则自激。则放大器稳定。否则自激。为了切实保证稳定，要留有为了切实保证稳定，要留有4545余量，称为余量，称为相位裕度相位裕度m 模拟电子技术高吉祥第五章cha5.5.3 自激振荡的消除方法自激振荡的消除方法 如果 在0dB线以上只有一个转折频率，则无论反馈深度如何,电路都能稳定工作，对吗？思考思考Alg20 0dB线以上只有一个转折频率，则 在0dB线以上的斜率为-20dB/十倍频程。Alg2

29、0 无论反馈深度如何,相交点都交在 的-20dB/十倍频程处，放大电路是稳定的。Alg20 因此，消除自激振荡的指导思想是，人为地降低第一个极点的频率，拉大它与第二个极点频率之间的距离，确保相交点出现在第一、二极点频率之间，即相交在-20dB/十倍频程处。模拟电子技术高吉祥第五章cha1.滞后补偿滞后补偿简单的滞后补偿 换句话说， 负反馈放大电路自激振荡的消除就是要设法使电路不存大f0，或存大f0时，满足fcf0，这时电路必然稳定。常用的补偿方法有滞后补偿和超前补偿。在多级放大电路的前两级之间并联上补偿电容C ，如图(a)所示，调频等效电路如图(b)所示。模拟电子技术高吉祥第五章cha设前级的输出电阻为Ro1，后级的输入电阻为Ri2，后级的输入电容为Ci