[电路]第7章 集成运算放大器

1、Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University7.1 7.1 集成运算放大器简介集成运算放大器简介7.2 7.2 放大电路中的反馈放大电路中的反馈7.3 7.3 信号运算电路信号运算电路7.4 7.4 信号检测与处理电路信号检测与处理电路7.5 7.5 集成运放的使用集成运放的使用 Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University7.1集成运算放大器简介集成运算放大器简介7.1.1 集成运算放大器的电路

2、组成集成运算放大器的电路组成 7.1.2集成运算放大器的参数集成运算放大器的参数 7.1.3 集成运算放大器的电压传输特性集成运算放大器的电压传输特性 7.17.1集成运算放大器简介集成运算放大器简介Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University集成运算放大器的组成集成运算放大器的组成特点特点输入级采用差分放大电路，共模抑制比输入级采用差分放大电路，共模抑制比 和和 输入电阻很高。输入电阻很高。中间级多为差分电路和高增益放大器中间级多为差分电路和高增益放大器 ，起电压放大作用。，起电压放大作用。

3、输出级采用互补对称放大电路和射极输出器，输出级采用互补对称放大电路和射极输出器，ro很小，带负很小，带负载能力很强。载能力很强。直接耦合的多级放大电路，电压放大倍数很高。直接耦合的多级放大电路，电压放大倍数很高。7.1.1 集成运算放大器的电路组成集成运算放大器的电路组成7.1.17.1.1集成运放的电路组成集成运放的电路组成Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University简单的运算放大器电路简单的运算放大器电路T1、T2组成差分放大组成差分放大T3、T4组成复合管放大组成复合管放大T5、T6为射极

4、输出器为射极输出器T7、T8组成恒流源组成恒流源R7、D、T9为恒流源为恒流源+-7.1.17.1.1集成运放的电路组成集成运放的电路组成Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University2集成放大器的符号集成放大器的符号 7.1.17.1.1集成运放的电路组成集成运放的电路组成Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University1 输入失调电压输入失调电压产生原因：产生原因： 理想的集成运放，当输入电压为零时

5、，输出电压也应为理想的集成运放，当输入电压为零时，输出电压也应为零（不加调零装置）。但实际上它的差分输入级很难做到完零（不加调零装置）。但实际上它的差分输入级很难做到完全对称，通常在输入电压为零时，存在一定的输出电压。全对称，通常在输入电压为零时，存在一定的输出电压。 计算方法：计算方法：输入电压输入电压UI=0时，输出电压时，输出电压UO折合到输入端的电压的负折合到输入端的电压的负值，即值，即 IIOO0O()/UUUUA 7.1.2集成运算放大器的参数集成运算放大器的参数7.1.27.1.2集成运放的参数集成运放的参数Xian Jiaotong UniversityXian Jiaoton

6、g UniversityXian Jiaotong University2 输入偏置电流输入偏置电流产生原因：产生原因： BJT的集成运放的两个输入端是差分对管的基极，因此的集成运放的两个输入端是差分对管的基极，因此两个输入端总需要一定的输入电流两个输入端总需要一定的输入电流IBN和和IBP。输入偏置电流。输入偏置电流是指集成运放输出电压为零时，两个输入端静态电流的平均是指集成运放输出电压为零时，两个输入端静态电流的平均值。值。 当当UO=0时，输入偏置电流时，输入偏置电流IIB为为 BNBPIB+=2III7.1.27.1.2集成运放的参数集成运放的参数Xian Jiaotong Unive

7、rsityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University3 输入失调电流输入失调电流产生原因：产生原因：如果运算放大器的输入级电路参数是完全对称的，如果运算放大器的输入级电路参数是完全对称的，则差分对管的偏置电流应当相等。但实际输入差分对管则差分对管的偏置电流应当相等。但实际输入差分对管是不可能完全一致的，因此。它们的输入偏置电流必然是不可能完全一致的，因此。它们的输入偏置电流必然会有差异。会有差异。计算方法：计算方法：当输出电压为零时流入放大器两输入端的静态基当输出电压为零时流入放大器两输入端的静态基极电流之差，即极电流之差，即IOBPBNI

8、II越小越好越小越好7.1.27.1.2集成运放的参数集成运放的参数Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University4 温度漂移温度漂移输入失调电压温漂输入失调电压温漂 输入失调电压温漂输入失调电压温漂 UIO/ T是指在规定温度范围内是指在规定温度范围内UIO的温度系数，是衡量电路温漂的重要指标。的温度系数，是衡量电路温漂的重要指标。 UIO/ T不能用外接调零装置的办法来补偿。不能用外接调零装置的办法来补偿。 输入失调电压输入失调电压输入失调电流温漂输入失调电流温漂 输入失调电流温漂输入失调电流

9、温漂 I IIOIO/ / T T是指在规定温度范围内是指在规定温度范围内I IIOIO的温度系数，也是对放大器电路漂移的量度。同样的温度系数，也是对放大器电路漂移的量度。同样不能用外接调零装置来补偿。不能用外接调零装置来补偿。 输入失调电流输入失调电流7.1.27.1.2集成运放的参数集成运放的参数Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University5 最大差模输入电压最大差模输入电压差模输入电压是指差动放大电路的两个输入差模输入电压是指差动放大电路的两个输入端上的两个对地的输入信号之差。端上的两个对

10、地的输入信号之差。最大差模输入电压最大差模输入电压Uidmax指的是集成运放的指的是集成运放的反相和同相输入端所能承受的最大电压值。超过反相和同相输入端所能承受的最大电压值。超过这个电压值，运放输入级某一侧的这个电压值，运放输入级某一侧的BJT将出现发将出现发射结的反向击穿，而使运放的性能显著恶化，甚射结的反向击穿，而使运放的性能显著恶化，甚至可能造成永久性损坏。至可能造成永久性损坏。 7.1.27.1.2集成运放的参数集成运放的参数Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University6 6 最大共模输

11、入电压最大共模输入电压 运放输入的共模输入电压超过最大共模输入电运放输入的共模输入电压超过最大共模输入电压压Uicmax时的共模抑制比将显著下降。时的共模抑制比将显著下降。 Uicmax一般指运放在作电压跟随器时，使输出电一般指运放在作电压跟随器时，使输出电压产生压产生1%跟随误差的共模输入电压幅值。跟随误差的共模输入电压幅值。7 7 最大输出电流最大输出电流 最大输出电流最大输出电流Iomax是指运放所能输出的正向或是指运放所能输出的正向或负向的峰值电流。通常给出输出端短路的电流。负向的峰值电流。通常给出输出端短路的电流。 7.1.27.1.2集成运放的参数集成运放的参数Xian Jiaot

12、ong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University8 8 开环差模电压增益开环差模电压增益 开环差模电压增益开环差模电压增益AUO是指集成运放工作在线性是指集成运放工作在线性区，接入规定的负载，无负反馈情况下的直流差模区，接入规定的负载，无负反馈情况下的直流差模电压增益。电压增益。 00uuAuu 其中，其中，U-为反相输入端所加为反相输入端所加电压，电压，U+为同向输入端所加电为同向输入端所加电压。这个参数集中反映了集成压。这个参数集中反映了集成运算放大器对有用信号的放大运算放大器对有用信号的放大能力，这个参数越大越好

13、。能力，这个参数越大越好。7.1.27.1.2集成运放的参数集成运放的参数Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University 值得注意的是，值得注意的是，AUO又是频率的函数，频率又是频率的函数，频率高于某一数值后，高于某一数值后，AUO的数值开始下降。下图的数值开始下降。下图表示表示741型运放型运放AUO的频率特性。的频率特性。7.1.27.1.2集成运放的参数集成运放的参数Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong

14、University9 9 开环带宽开环带宽 开环带宽开环带宽BW又称为又称为3dB带宽，是指开环差模带宽，是指开环差模电压增益下降电压增益下降3dB时对应的频率时对应的频率fH。 7 4 17 4 1 的 带的 带宽为宽为7H7HZ Z7.1.27.1.2集成运放的参数集成运放的参数Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University10 10 单位增益带宽单位增益带宽 单位增益带宽单位增益带宽BWG对应于开环电压增益对应于开环电压增益AUO频率频率响应曲线上其增益下降到响应曲线上其增益下降到AUO=

15、1时的频率时的频率fT，即，即AUO为为0dB时的信号频率时的信号频率fT，是集成运放的重要参数。，是集成运放的重要参数。741型运放的型运放的AUO2 105时，时，它的它的fTAUOfH2 1057Hz1.4MHz。 7.1.27.1.2集成运放的参数集成运放的参数Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University11 11 转换速率转换速率 转换速率转换速率SR是指放大电路在闭环状态下，是指放大电路在闭环状态下，输入为大信号（例如阶跃信号）时，放大电输入为大信号（例如阶跃信号）时，放大电路输出电

16、压对时间的最大变化速率，即路输出电压对时间的最大变化速率，即 oRmaxd( )du tSt集成运放的频率响应和瞬态响应在大信集成运放的频率响应和瞬态响应在大信号时与小信号时的差别：号时与小信号时的差别： 在大信号输入时，特别是大的阶跃信号加入时，运在大信号输入时，特别是大的阶跃信号加入时，运放将工作到非线性区域，通常它的输入级会产生瞬时饱放将工作到非线性区域，通常它的输入级会产生瞬时饱和或截止现象。和或截止现象。 从频率范围来看，这将使大信号频带宽度总要比小从频率范围来看，这将使大信号频带宽度总要比小信号时窄；而从瞬态响应来看，将使放大电路的输出电信号时窄；而从瞬态响应来看，将使放大电路的输

17、出电压不能即时地跟随阶跃输入电压变化。压不能即时地跟随阶跃输入电压变化。 7.1.27.1.2集成运放的参数集成运放的参数Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University 输出电压变化如下图所示，这就提出了转换输出电压变化如下图所示，这就提出了转换速率的问题。由于转换速率与闭环电压增益有关，速率的问题。由于转换速率与闭环电压增益有关，因此，一般规定用集成运放在单位电压增益、单因此，一般规定用集成运放在单位电压增益、单位时间内输出电压的变化值，来标定转换速率。位时间内输出电压的变化值，来标定转换速率。

18、 11 11 转换速率转换速率7.1.27.1.2集成运放的参数集成运放的参数Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University 转换速率的大小与许多因素有关，其中主要是与运放所转换速率的大小与许多因素有关，其中主要是与运放所加的补偿电容，运放本身各级加的补偿电容，运放本身各级BJT的极间电容、杂散电容，的极间电容、杂散电容，以及放大电路提供的充电电流等因素有关。以及放大电路提供的充电电流等因素有关。 在输入大信号的瞬变过程中，输出电压只有在电路的电在输入大信号的瞬变过程中，输出电压只有在电路的电容被

19、充电后才随输入电压作线性变化，通常要求运放的容被充电后才随输入电压作线性变化，通常要求运放的SR大于信号变化斜率的绝对值。大于信号变化斜率的绝对值。 在运放的输入端加一正弦电压在运放的输入端加一正弦电压ui(t)Uimsint，输出电压，输出电压uo(t)-Uomsint，输出电压的最大变化速率为，输出电压的最大变化速率为maxRd)(dttuSOU Uomomcoscostt0t2 2 fUfUomom 为了使输出电压波形不因为了使输出电压波形不因SR的限制的限制而产生失真，必须使运放的而产生失真，必须使运放的SR为为SR2 fUom 7.1.27.1.2集成运放的参数集成运放的参数Xian

20、 Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University7.1.3 集成运算放大器的电压传输特性集成运算放大器的电压传输特性 集成运算放大器在应用电路中有两个基本集成运算放大器在应用电路中有两个基本工作状态：线性工作状态和非线性工作状态。工作状态：线性工作状态和非线性工作状态。开环应用开环应用( (或正反馈闭环应用或正反馈闭环应用) ) 非线性状态，非线性状态，负反馈闭环应用负反馈闭环应用 线性工作状态。线性工作状态。 7.1.37.1.3集成运放的电压传输特性集成运放的电压传输特性Xian Jiaotong Un

21、iversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University理想运放的特性：理想运放的特性： 差模开环电压增益差模开环电压增益Aud=差模输入电阻差模输入电阻rid = 输出电阻输出电阻ro = 0共模抑制比共模抑制比KCMR = 输入偏置电流输入偏置电流IIB = 0。输出失调电压输出失调电压UIO、失调电流、失调电流IIO及其及其温漂均为零。温漂均为零。单位增益带宽单位增益带宽BWG = 转换速率转换速率SR = 7.1.37.1.3集成运放的电压传输特性集成运放的电压传输特性Xian Jiaotong UniversityXian Ji

22、aotong UniversityXian Jiaotong University理想运算放大器在理想运算放大器在线性工作状态线性工作状态时的时的“虚短虚短”和和“虚断虚断”特性：特性： 虚短：虚短：由于运放的开环电压放大倍数很大（由于运放的开环电压放大倍数很大（80dB80dB以上）。以上）。而输出电压是有限的（而输出电压是有限的（10V10V14V14V）。因此，运放的差模输）。因此，运放的差模输入电压不足入电压不足1mV1mV，两输入端近似等电位，相当于，两输入端近似等电位，相当于“短路短路”。 这一特性称为虚假短路，简称虚短。这一特性称为虚假短路，简称虚短。 7.1.37.1.3集成运

23、放的电压传输特性集成运放的电压传输特性理想运放理想运放两输入端之间相当于两输入端之间相当于“短路短路”Ao,oiouuuuA-+=-=如果如果u+=0，则，则u-=o，“虚地虚地”0iuuuu-u+-uiuoXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University虚断：虚断：运放的差模输入电阻很大，都在运放的差模输入电阻很大，都在1M1M以上。以上。因此，流入运放输入端的电流往往不足因此，流入运放输入端的电流往往不足1A1A，远，远小于输入端外电路的电流。可以把两输入端视为小于输入端外电路的电流。可以把两输

24、入端视为开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。 7.1.37.1.3集成运放的电压传输特性集成运放的电压传输特性对于理想运放对于理想运放ri = 两输入端之间相当于两输入端之间相当于“断路断路”iiuiir-+=0ii+-uiuoi-i+Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University理想运算放大器在理想运算放大器在非线性工作状态非线性工作状态时：时： 其输出电压将随差模信号电压的变化快速地其输出电压将随差模信号电压的变化快速地转变到另一恒定值，其输出电压转变到

25、另一恒定值，其输出电压uO只有两种可只有两种可能能 当当uPuN时，时，uO=UOH；当当uPuN时，时，uO=UOL 7.1.37.1.3集成运放的电压传输特性集成运放的电压传输特性Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University7.2 7.2 放大电路中的反馈放大电路中的反馈7.2.1反馈的基本概念反馈的基本概念 7.2.2 负反馈的组态负反馈的组态 7.2.3负反馈对放大器性能的影响负反馈对放大器性能的影响 7.2.4 放大电路中的正反放大电路中的正反馈馈7.2 7.2 放大电路中的反馈放大电

26、路中的反馈Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University7.2.1反馈的基本概念反馈的基本概念反馈反馈是指把放大电路输出回路中某个电量（电压或电流）是指把放大电路输出回路中某个电量（电压或电流）的一部分或全部，通过一定的电路形式（反馈网络）送的一部分或全部，通过一定的电路形式（反馈网络）送回到放大电路的输入回路，并同输入信号一起参与控制回到放大电路的输入回路，并同输入信号一起参与控制作用，以使放大电路某些性能获得改善的过程。作用，以使放大电路某些性能获得改善的过程。 图中图中xi是输入信号，是输入

27、信号，xf是反馈信号，是反馈信号，xd称为称为净输入信号。且有净输入信号。且有 difxxx7.2.17.2.1反馈的基本概念反馈的基本概念Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University1反馈的极性反馈的极性 分类：分类：按交直流性质反馈分为按交直流性质反馈分为交流反馈、直流反馈和交直流反馈交流反馈、直流反馈和交直流反馈。反馈信号只有交流成分时为交流反馈，反馈信号只有交流成分时为交流反馈，反馈信号只有直流成分时为直流反馈，反馈信号只有直流成分时为直流反馈，既有交流成分又有直流成分时为交直流反馈。既

28、有交流成分又有直流成分时为交直流反馈。实际放大电路中，一般同时存在直流反馈和交流反馈。实际放大电路中，一般同时存在直流反馈和交流反馈。按照反馈对放大电路性能影响的效果，可将反馈分为正按照反馈对放大电路性能影响的效果，可将反馈分为正反馈和负反馈两种极性。反馈和负反馈两种极性。 xixd xixd 正反馈正反馈负反馈负反馈7.2.17.2.1反馈的基本概念反馈的基本概念Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University不同极性的反馈对放大电路性能的影响截然不同：不同极性的反馈对放大电路性能的影响截然不同：

29、 正反馈能提高放大倍数，但同时也加剧了放大电路性正反馈能提高放大倍数，但同时也加剧了放大电路性能的不稳定性，主要用于振荡电路。能的不稳定性，主要用于振荡电路。 负反馈降低了放大倍数，但却换来了放大电路性能的负反馈降低了放大倍数，但却换来了放大电路性能的改善，是反馈讨论的重点改善，是反馈讨论的重点 。 在分析具体反馈电路时，首先要正确地判断出电路中在分析具体反馈电路时，首先要正确地判断出电路中反馈的极性。反馈的极性。判断反馈极性的简便方法是瞬时极性法，具体作法是：判断反馈极性的简便方法是瞬时极性法，具体作法是：（1 1）按中频段考虑，即不考虑电路中所有电抗元件的影）按中频段考虑，即不考虑电路中所

30、有电抗元件的影响。响。（2 2）用正负号（或箭头）表示电路中各点电压（电位）用正负号（或箭头）表示电路中各点电压（电位）的瞬时极性（或瞬时变化）。的瞬时极性（或瞬时变化）。7.2.17.2.1反馈的基本概念反馈的基本概念Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University（3 3）假设输入信号在某一瞬时的极性为正（标为）假设输入信号在某一瞬时的极性为正（标为“”），），然后遵从放大电路的输出与输入信号间的相位关系，逐级然后遵从放大电路的输出与输入信号间的相位关系，逐级标出电路中各有关点电位的瞬时极性，以

31、确定从输出到输标出电路中各有关点电位的瞬时极性，以确定从输出到输入的反馈信号的瞬时极性，最后判断该信号是削弱还是增入的反馈信号的瞬时极性，最后判断该信号是削弱还是增强了净输入信号。如果是削弱，则为负反馈；反之，则为强了净输入信号。如果是削弱，则为负反馈；反之，则为正反馈。正反馈。 2 2反馈放大电路的一般表达式反馈放大电路的一般表达式 带有反馈的放大电路是由基本带有反馈的放大电路是由基本放大电路放大电路A和反馈网路和反馈网路F构成的构成的一个闭环系统，故常称之为闭一个闭环系统，故常称之为闭环放大电路，而称无反馈的放环放大电路，而称无反馈的放大电路为开环放大电路。大电路为开环放大电路。7.2.1

32、7.2.1反馈的基本概念反馈的基本概念Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University注意：注意：这里的基本放大电路是指考虑了反馈网络对放大电路这里的基本放大电路是指考虑了反馈网络对放大电路输入和输出回路的负载效应，但又将反馈网络分离出去后的输入和输出回路的负载效应，但又将反馈网络分离出去后的电路，它可以是单级或多级电路，而且往往还存在着局部反电路，它可以是单级或多级电路，而且往往还存在着局部反馈。馈。 odXAX基本放大电路的放大倍数基本放大电路的放大倍数 反馈网络的传输系数反馈网络的传输系数fo

33、XFX称为反馈系称为反馈系数数7.2.17.2.1反馈的基本概念反馈的基本概念Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University为了突出反馈的实质，忽略次要因素，简化分析过程，通为了突出反馈的实质，忽略次要因素，简化分析过程，通常又假定：常又假定：（1 1）信号从输入端到输出端的传输只通过基本放大电路，）信号从输入端到输出端的传输只通过基本放大电路，而不通过反馈网络；而不通过反馈网络；（2 2）信号从输出端反馈到输入端只通过反馈网络而不通过）信号从输出端反馈到输入端只通过反馈网络而不通过基本放大电路。

34、也就是说，信号传输具有单向性。符合这基本放大电路。也就是说，信号传输具有单向性。符合这种假定的方框图称为理想方框图。种假定的方框图称为理想方框图。 odXAXdifXXXfoXFXofi1XAAXAF7.2.17.2.1反馈的基本概念反馈的基本概念Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University式中，（式中，（1+AF）称为反馈深度，用）称为反馈深度，用D表示，负反馈对放大表示，负反馈对放大电路性能改善程度均与电路性能改善程度均与D有关。当有关。当ofi1XAAXAF11AFFA1f可得：可得：称为

35、深度称为深度反馈反馈放大倍数仅与反馈系数有关放大倍数仅与反馈系数有关7.2.17.2.1反馈的基本概念反馈的基本概念Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University7.2.2 负反馈的组态负反馈的组态 反馈网络在放大电路输出端的取样方式有两种：反馈网络在放大电路输出端的取样方式有两种：一种是电压取样，称为一种是电压取样，称为电压反馈电压反馈；另一种是电流取样，称为另一种是电流取样，称为电流反馈电流反馈。 判断方法判断方法：输出短路法输出短路法 即假设负载短路（即假设负载短路（RL= 0），使输出电压

36、），使输出电压uo= 0，看反馈信号，看反馈信号是否还存在，若反馈信号不存在了是否还存在，若反馈信号不存在了(Xf = 0)，则说明反馈信，则说明反馈信号与输出电压成比例，是电压反馈；号与输出电压成比例，是电压反馈； 若反馈信号还存在若反馈信号还存在(Xf 0)，则说明反馈信号不是与输出电，则说明反馈信号不是与输出电压成比例，而是与输出电流成比例，是电流反馈。压成比例，而是与输出电流成比例，是电流反馈。7.2.2 7.2.2 负反馈的组态负反馈的组态Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University按

37、输入端的连接方式反馈分为按输入端的连接方式反馈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加在放大电路输入回路的同一个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上，则为并联反馈。电极上，则为并联反馈。 反之，加在放大电路输入回路的两个电极上，则为串反之，加在放大电路输入回路的两个电极上，则为串联反馈。联反馈。判断方法判断方法： 对于三极管来说，对于三极管来说，Xf与与Xi同时加在输入三极管的基极或发射同时加在输入三极管的基极或发射极，则为并联反馈；一个加在基极，另一个加在发射极则为串极，则为并联反馈；一个加在基极，另一个加在发射极则为串联反馈。对于运放而言，联反馈。对

38、于运放而言，Xf与与Xi同时加在同相输入端或反相输同时加在同相输入端或反相输入端，则为并联反馈；一个加在同相输入端，另一个加在反相入端，则为并联反馈；一个加在同相输入端，另一个加在反相输入端则为串联反馈。输入端则为串联反馈。 7.2.2 7.2.2 负反馈的组态负反馈的组态Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University负反馈的四种组态负反馈的四种组态串联电压反馈串联电压反馈串联电流反馈串联电流反馈并联电压反馈并联电压反馈并联电流反馈并联电流反馈7.2.2 7.2.2 负反馈的组态负反馈的组态Xia

39、n Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University电路中电阻电路中电阻Rf和起着串联电压负反馈作用和起着串联电压负反馈作用7.2.2 7.2.2 负反馈的组态负反馈的组态ui+-uo+-Rf+UCCuf+-+-uddifi()uuuu=-Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong Universityu-R1R2_+RLuL+ui_Rfuoiiifid电路中电阻电路中电阻Rf引入的反馈是并联电压负反馈。引入的反馈是并联电压负反馈

40、。 difi()iiii=-1时时FAFAAFAA11fAf较稳定较稳定（2）当（）当（1+AF）1时时 AfA 闭环放大倍数闭环放大倍数Af仅是开环放大倍数仅是开环放大倍数A的（的（1+AF）分之）分之一，故引入负反馈后放大电路的放大倍数降低。一，故引入负反馈后放大电路的放大倍数降低。 （3）当（）当（1+AF）A 即引入的反馈为正反馈。即引入的反馈为正反馈。 (4）当（）当（1+AF）=0时时 Af = 这种现象称为自激振荡。这种现象称为自激振荡。7.2.3 负反馈对放大器性能的影响负反馈对放大器性能的影响7.2.37.2.3负反馈对放大器性能的影响负反馈对放大器性能的影响Xian Jia

41、otong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University2提高放大倍数的稳定性提高放大倍数的稳定性FA1f深度负反馈时深度负反馈时 因而闭环增益是比较稳定的。一般情况下，为了从数因而闭环增益是比较稳定的。一般情况下，为了从数量上说明增益的稳定程度，常用有、无反馈时增益的相对量上说明增益的稳定程度，常用有、无反馈时增益的相对变化量的大小来衡量。由负反馈放大电路的一般表达式得变化量的大小来衡量。由负反馈放大电路的一般表达式得 2f)1 (1ddAFAA2f)1 (ddAFAA上式两边分别除以上式两边分别除以AFAA1f则得相对

42、变化量形式则得相对变化量形式 AAAFAAd11dff闭环增益的相对稳定度提高了。闭环增益的相对稳定度提高了。 7.2.37.2.3负反馈对放大器性能的影响负反馈对放大器性能的影响Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University3展宽通频带展宽通频带引入负反馈后闭环下限频率为引入负反馈后闭环下限频率为 LLFM1ffA F闭环上限频率为闭环上限频率为 HFMH(1)fA F f即通频带扩展到无反馈时的即通频带扩展到无反馈时的(1+AMF)倍倍 放大倍数随频率而变，放大电路通频带比较窄。而引入负放大倍

43、数随频率而变，放大电路通频带比较窄。而引入负反馈是展宽通频带的有效措施之一。深度负反馈此时放大器反馈是展宽通频带的有效措施之一。深度负反馈此时放大器的倍数只与反馈网络参数有关。如果反馈网络里不含的倍数只与反馈网络参数有关。如果反馈网络里不含L、C等电抗元件，是纯电阻电路，则可近似认为反馈放大器的放等电抗元件，是纯电阻电路，则可近似认为反馈放大器的放大倍数为一常数，即可使频带增宽。大倍数为一常数，即可使频带增宽。 7.2.37.2.3负反馈对放大器性能的影响负反馈对放大器性能的影响Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaot

44、ong Universityufuiuiuo负反馈负反馈改善了波形失真改善了波形失真A加入加入负反馈负反馈无负反馈无负反馈FAuoud7.2.37.2.3负反馈对放大器性能的影响负反馈对放大器性能的影响Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University5影响输入电阻和输出电阻影响输入电阻和输出电阻（1 1）对输入电阻的影响）对输入电阻的影响在分析负反馈对输入电阻的影响时，只需画出输入回路的连在分析负反馈对输入电阻的影响时，只需画出输入回路的连接方式。图中接方式。图中ri是基本放大电路的输入电阻（开环输

45、入电是基本放大电路的输入电阻（开环输入电阻），阻），rif是负反馈放大电路的输入电阻（闭环输入电阻）。是负反馈放大电路的输入电阻（闭环输入电阻）。 引入串联负反馈后，输入电阻引入串联负反馈后，输入电阻rif将增加，是开环输入电阻将增加，是开环输入电阻ri的的（1+AF）倍。）倍。 7.2.37.2.3负反馈对放大器性能的影响负反馈对放大器性能的影响Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University引入并联负反馈后，闭环输入电阻是开环输引入并联负反馈后，闭环输入电阻是开环输入电阻的入电阻的1/(1+AF

46、)倍。倍。7.2.37.2.3负反馈对放大器性能的影响负反馈对放大器性能的影响Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University（2 2）对输出电阻的影响）对输出电阻的影响 因为取样对象就是稳定对象，因此分析负反馈对放大电路输因为取样对象就是稳定对象，因此分析负反馈对放大电路输出电阻的影响，只要看它是稳定输出信号电压还是稳定输出出电阻的影响，只要看它是稳定输出信号电压还是稳定输出信号电流即可。信号电流即可。 电压负反馈使输出电阻减小电压负反馈使输出电阻减小 电流负反馈使输出电阻增加电流负反馈使输出电阻

47、增加 负反馈对放大电路输入电阻和输出电阻的影响，可归负反馈对放大电路输入电阻和输出电阻的影响，可归纳成以下两点：纳成以下两点：放大电路引入负反馈后，串联负反馈使放大电路引入负反馈后，串联负反馈使输入电阻增加，并联负反馈使输入电阻减小，增加和减小输入电阻增加，并联负反馈使输入电阻减小，增加和减小的程度取决于反馈深度。的程度取决于反馈深度。放大电路引入负反馈以后，电放大电路引入负反馈以后，电压负反馈使输出电阻减小，电流负反馈使输出电阻增加，压负反馈使输出电阻减小，电流负反馈使输出电阻增加，增加和减小的程度决定于反馈深度。增加和减小的程度决定于反馈深度。7.2.37.2.3负反馈对放大器性能的影响负

48、反馈对放大器性能的影响Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University7.3 7.3 信号运算电路信号运算电路7.3.1基本运算电路基本运算电路7.3.2积分与微分电路积分与微分电路7.3.3 对数与指数电路对数与指数电路7.3 7.3 信号运算电路信号运算电路Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University1比例运算电路比例运算电路 （1 1）反相比例运算电路）反相比例运算电路0uui0i 1fiifo

49、1iRuRui1fouRRu电路的电压电路的电压放大倍数为放大倍数为 1fioufRRuuA7.3.1 基本运算电路基本运算电路7.3.1 7.3.1 基本运算电路基本运算电路若令若令Rf = R1，则有，则有Auf = -1，称为反相器。，称为反相器。 Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University（2 2）同相比例运算电路）同相比例运算电路 7.3.1 7.3.1 基本运算电路基本运算电路1fiii1110uuiRR oiofffuuuuiRRiuuuioi1fuuuRRfoi1(1)RuuR

50、所以有：所以有：Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University7.3.1 7.3.1 基本运算电路基本运算电路foi1(1)RuuR当当Rf=0，R1=时则时则有：有：oiuu同相跟随同相跟随Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University2加法运算电路加法运算电路oi1i2fi1i2f12ffi1i212()()()uiiRuuRRRRRuuRR 当当R1=R2=Rf时，输出等于两时，输出等于两输入之

51、和的反相输入之和的反相)(i2i1ouuu7.3.1 7.3.1 基本运算电路基本运算电路ii1ii2Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong Universityi111uuiRofuuiRf2i323uRRRu uuoi11fuuuuRRoi11fuuuuRR1fii以及以及7.3.1 7.3.1 基本运算电路基本运算电路3减法运算电路减法运算电路Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University当当R1=Rf，R2

52、=R3 时时减法电路减法电路3ffoi2i11231(1)RRRuuuRRRRffoi111(1)RRuuuRR3ffi2i11231(1)RRRuuRRRRoi11fuuuuRRoi2i1uuu7.3.1 7.3.1 基本运算电路基本运算电路Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University例例1电路如图所示，试求出电路如图所示，试求出电路输出电压电路输出电压uo的值。的值。解：解：A1的输出电压的输出电压uo1f1o1i11RuuR f 2f 2oi2o122(1)RRuuuRR)2 . 1(10

53、0508 . 0)100501 (1.8 V0.6Vui1uo1Rf1R150k100kA1uoui2Rf2R2R333k50k100k0.8VA21000.61.2 V50 7.3.1 7.3.1 基本运算电路基本运算电路Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University例例2已知电路中，已知电路中，R1=R2=10k，R3=R4=20k，Rf=50k，ui1=0.5V，ui2=0.5V，ui3=1V。试求输出电压试求输出电压uo。解：解：i1if11 i1RuuioffuuiR1fiioi11fu

54、uuuRRV5 . 021201201101201105 . 011143233i22iRRRRuRuuffoi1115050(1)(1)0.562.51010RRuuuuuRR uuV5 . 05 . 25 . 06ou7.3.1 7.3.1 基本运算电路基本运算电路Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University例例3已知电路中运放为理想元件，求该电路的输出与输入的已知电路中运放为理想元件，求该电路的输出与输入的关系和输入电阻。关系和输入电阻。解：解：i1i21i1Rui 2o2Rui21ii

55、ii1221o212o2)(22uuRRRRuRRui1iii111iii111RRRRRRiuriiii12ouRRuuo2o2ii1uuuRRiiii11211()uuuuRRRR7.3.1 7.3.1 基本运算电路基本运算电路Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University1积分运算电路积分运算电路Ruiii21即是电容即是电容C 的充电电流的充电电流 ddddiCouuuCCRtt oi11ddCCuuitutCRC 当输入信号当输入信号ui是阶跃信号是阶跃信号UI，且电容，且电容C 初始电

56、压为初始电压为零，则当零，则当t0时时 IoCi1dUuuuttRCRC 7.3.2 7.3.2 积分与微分电路积分与微分电路Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University2微分运算电路微分运算电路io21dduuRiRiRCt 7.3.2 7.3.2 积分与微分电路积分与微分电路Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University1对数运算电路对数运算电路图中三极管图中三极管T接在反馈支路中，因为反相运算

57、电路中组件的接在反馈支路中，因为反相运算电路中组件的反相输入端反相输入端N为为“虚地虚地”点，所以三极管的集电极实质上与点，所以三极管的集电极实质上与基极相连，相当于接成了二极管形式。基极相连，相当于接成了二极管形式。 TBETBE/ES/ESEC) 1(UuUueIeIiiESTCTESCTBElnlnlnIUiUIiUu由由ii = iC = ui/R1，uo =uCE =uBE，得，得 1iToESTBEESCexpexpRuUuIUuIiEST1iT1ESiTolnlnlnIURuURIuUu7.3.3 对数与指数电路对数与指数电路7.3.3 7.3.3 对数与指数电路对数与指数电路X

58、ian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University2指数运算电路指数运算电路 由于由于uBE ui ，利用集电极电，利用集电极电流与发射结电压的关系，可流与发射结电压的关系，可得得 RuieIiUuoF/ESETBETi/ESFoUueRIRiu 输出电压与输入电压成反对数关系，即实现了反对数输出电压与输入电压成反对数关系，即实现了反对数运算。此时，运算。此时，ui必须为正值；同对数运算电路一样，为了必须为正值；同对数运算电路一样，为了消除温度对运算电路产生的误差，也需要采用温度补偿。消除温度对运算电路

59、产生的误差，也需要采用温度补偿。 7.3.3 7.3.3 对数与指数电路对数与指数电路Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University7.47.4信号检测与处理电路信号检测与处理电路 7.4.1信号检测中的放大器信号检测中的放大器 7.4.2有源滤波器有源滤波器7.4.3采样保持电路采样保持电路7.4.4 电压比较器电压比较器7.4 7.4 信号检测与处理电路信号检测与处理电路 Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong

60、 University7.4.1 信号检测中的放大器信号检测中的放大器 信号检测中的放大器被称为数据放大器。它是一种高输入信号检测中的放大器被称为数据放大器。它是一种高输入电阻、高共模抑制比、高增益的直接耦合放大器，具有差动输电阻、高共模抑制比、高增益的直接耦合放大器，具有差动输入、单端输出的形式，通常用于放大传感器输出的信号。入、单端输出的形式，通常用于放大传感器输出的信号。 uui1和和ui2为差模输入信号为差模输入信号 uuo1和和uo2也是差模信号也是差模信号 uRG的中点为交流零电位的中点为交流零电位 i1G2o1)2/1 (uRRui2G2o2)2/1 (uRRu)(21 (i1i