电子技术（第5版）课件 第3章 集成运算放大器与反馈

第3章集成运算放大器与反馈2第3章集成运算放大器与反馈3.1集成运算放大器简介3.2放大电路中的负反馈3.3振荡电路中的正反馈第3章集成运算放大器与反馈本章要求1.了解集成运放的基本组成及主要参数的意义2.理解运算放大器的电压传输特性，理解理想运算放大器并掌握其基本分析方法3.理解反馈的概念、负反馈判别方法，了解负反馈对放大电路性能的影响4.了解正弦波振荡电路自激振荡的条件，LC振荡电路和RC振荡电路的工作原理（1）集成运算放大器

是一种具有很高放大倍数的多级直接耦合放大电路，其

发展最早、应用最广泛一种模拟集成电路（2）集成电路

将整个电路的各个元件以及相互之间的联接同时制造在

一块半导体芯片上，

组成一个不可分的整体（3）特点

体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、价格低（4）分类按集成度按导电类型按功能小、中、大和超大规模双、单极性和两种兼容数字和模拟3.1集成运算放大器简介

1.集成电路简介2.集成运算放大器基本结构运算放大器（简称运放）方框图（1）输入级：输入电阻高，都采用带恒流源的

差分放大电路

，利用对称性减小零点漂移、

抑制干扰信号（2）中间级：电压放大倍数高。通常用一级或

多级有源负载的共发射极放大电路构成

（4）偏置电路:

为各级电路提供偏置电

流，合适的静态工作点，一般由

各种恒流源等电路组成（3）输出级：与负载相接，要求输出电

阻低，带负载能力强，一般由互补

功率放大电路或射极输出器构成（5）辅助环节：如电平移动电路、过载

保护电路以及高频补偿环节等3.1集成运算放大器简介

输入级中间级输出级偏置电路u-u+uO3.运放的符号和管脚排列运放符号和管脚排列4.运放主要参数（1）最大输出电压UOM能使输出和输入保

持不失真关系的最大输出电压（2）开环差模电压增益Auo运放没有接反馈

电路时的差模电压放大倍数。Auo愈高，

所构成的运算电路越稳定,运算精度也

越高（3）输入失调电压UIO输入电压为零时，将

输出电压除电压增益，即折算到输入

端的失调电压（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输出端反相输入端同相输入端uo++

u+u–+UCC–UEE–

信号传输方向开环电压放大倍数87651234CF741u-

u+

-UCC+UCCuO3.1集成运算放大器简介

（5）输入偏置电流IIB

运放的输出直流电压

为零时，其两输入端偏置电流平均值（6）开环输入电阻rid开环时输入电压变化

与引起输入电流变化之比。一般106Ω（7）开环输出电阻rio运算放大器输出级的

输出电阻。一般约100Ω（8）共模输入电压范围UICM

运放能承受

的共模输入电压最大值。超出此值，

运放的共模抑制性能下降，甚至造成

器件损坏（9）共模抑制比KCMMR

差分电路对共模信

号的抑制程度，一般100dB（分贝）5.理想运算放大器Auo

rid

ro0

KCMRR

Auo106

rid106Ωro100Ω

KCMRR100dBuo++

u+u–+UCC–UEE–

3.1集成运算放大器简介

uo=f(ui)（1）线性区

uo=Auo(u+–u–)+Uo(sat)–Uo(sat)

u+–u–uo

O

1）差模输入电压约等于0

即

u+=u–，称“虚短”2）输入电流约等于0

即i+=i–0，称“虚断”Auo越大，运放线性范围越小，必须加负反馈才能使其工作于线性区“虚短”和“虚断”是带负反馈的运放工作在线性区的分析依据，也是后续各种运算电路的有效分析方法不存在“虚短”，仍存在“虚断”理想特性实际特性线性区饱和区（2）饱和区

u+>u-时，uo=+Uo（sat）u+<u-时，uo=-Uo（sat）3.1集成运算放大器简介

6.运放电压传输特性3.1集成运算放大器简介

6.运放电压传输特性例题1：图（a）所示运放电路工作在线性区。试求输出电压uO与输入电压uI的关系uORFuIR2R1++––++

–

iFiIi–i+解：因虚断，i+=i–=0

，

所以

iI

iF

注意：（3）因虚短,所以u–=u+=0，称反相输入端“虚地”—反相输入的重要特点（1）以后如不加说明，电路中仅可能减少

画出地（

）符号，如图（b）所示（2）因要求静态时u+、u–

对地电阻相同，

故平衡电阻R2=R1//RF图（a）uORFuIR2R1++++

–

iFiIi–i+图（b）3.2放大电路中的负反馈

1.反馈基本概念（1）反馈将电路（或系统）中的输出信号(电压或电流)的一部分或全部通过某种电

路（反馈电路或系统）引回（馈送）到输入端输出信号输入信号反馈信号净输入信号反馈电路F–基本放大电路A+∑反馈电子电路框图3.2放大电路中的负反馈

1.反馈基本概念（2）反馈放大电路的环节基本放大电路放大倍数比较环节反馈电路反馈系数净输入信号比较的结果使净输入信号减小，因而输出信号也减小，称为负反馈比较的结果使净输入信号增大，因而输出信号也增大，称为正反馈净输入信号（3）判别交流或直流反馈（2）用瞬时极性法判别正、负反馈（4）若负反馈要判别类型（组态）（1）找反馈网络（一般为电阻、电容）连接在输入与输出间的元件为输入与输出电路共有元件RB1RCC1C2RB2RERL+++UCCuiuo++––RSuS–+–ubeuFＣE+–uf+–uduoRFuiR2R1+++

–

+–RL

++-++-++

-3.2放大电路中的负反馈

2.反馈类型判别步骤（1）直流反馈：反馈直流分量（反馈电路（支路）不含电容C）

作用：稳定静态工作点（3）负反馈：反馈削弱净输入信号，使放大倍数降低（2）交流反馈：反馈交流分量（反馈电路（支路）含有电容C）作用：改善放大电路性能注意：放大电路通常引入负反馈，否则会出现自激振荡，影响正常工作

振荡电路通常引入正反馈，以产生自激振荡（波形）（4）正反馈：反馈增强净输入信号，使放大倍数提高（5）电压、电流反馈：根据反馈所采样的信号判别（由输出电路判别）电压反馈：反馈信号取自输出电压电流反馈：反馈信息取自输出电流3.2放大电路中的负反馈

3.反馈分类和作用（5）电压、电流反馈：根据反馈所采样的信号判别（由输出电路判别）电压反馈：反馈信号取自输出电压作用：稳定输出电压、减小输出电阻电流反馈：反馈信息取自输出电流作用：稳定输出电流、增大输出电阻（6）串联、并联反馈：根据反馈信号与输入信号比较形式（由输入电路判别）串联反馈：反馈与输入信号串联，即反馈与输入信号以电压形式作比较作用：增大电路的输入电阻并联反馈：反馈与输入信号并联，即反馈与输入信号以电流形式作比较作用：减小电路的输入电阻3.2放大电路中的负反馈

3.反馈分类和作用3.2放大电路中的负反馈

4.放大电路中负反馈分析放大电路中的负反馈按连接方式分四种类型（组态）AF+–+–+–+–uouFuIuD电压串联负反馈AF+–uOiO+–uIiDiIiF电流并联负反馈AF+–+–+–+–uOuFuIuDiO串联电流负反馈并联电压负反馈AF+–+–uOuIiDiIiF（1）电压并联负反馈i1iF

iduoRFuiR2R1+–++

–

RL－

削弱了净输入电流—负反馈特点：输入电阻低、输出电阻低（2）电压串联负反馈+–uF+–uduoRFuiR2R1++

–

+–RL

削弱了净输入电压—负反馈特点：输入电阻高、输出电阻低差值电流id=i1–

iF反馈与输入信号以电流形式比较—并联反馈差值电压ud=ui–

uF，取自输出电压—电压反馈，取自输出电压—电压反馈反馈与输入信号以电压的形式比较—串联反馈3.2放大电路中的负反馈

4.放大电路中负反馈分析uouiR2RL++

–

ioR+–uF–+ud

特点：输出电流io与负载电阻RL无关，电路可称为

同相输入恒流源电路或电压-电流变换电路（3）电流串联负反馈差值电压ud=ui–

uF---负反馈反馈电压取自输出电流—电流反馈uF=Rio反馈与输入信号在输入端以电压比较-串联反馈3.2放大电路中的负反馈

4.放大电路中负反馈分析RFR1uiR2RL++

–

ioRi1iFid－

特点：输出电流io与负载电阻RL无关，电路可称为反相输入恒流源电路（4）电流并联负反馈差值电流id=i1–

iF---负反馈反馈电流---电流反馈反馈与输入信号在输入端以电流比较—并联反馈3.2放大电路中的负反馈

4.放大电路中负反馈分析（5）运算放大电路反馈判别方法1）反馈电路直接从输出端引出---电压反馈，

从负载电阻RL的靠近“┴”端引出为---电流反馈2）输入信号和反馈信号分别加在两个输入端（同相和反相）上---串联反馈；加在同一个输入端（同相或反相）上为---并联反馈3）对串联反馈，输入信号和反馈信号的极性相同---负反馈；极性相反时---正反馈4）对并联反馈，净输入电流等于输入电流和反馈电流之差时---负反馈；否则---正反馈3.2放大电路中的负反馈

4.放大电路中负反馈分析uF+–uo1uiRF++

–

uo++

–

RLA1A2－

例题1：试判别下图放大电路中RF

引入何种类型反馈反馈电路直接从运算放大器A2的输出端引出---电压反馈输入、反馈信号分别在反相、同相输入端上---串联反馈解：先在图中标出各点的瞬时极性及反馈信号（5）运算放大电路反馈判别方法－输入、反馈信号极性相同，且在不同输入端---负反馈RF---电压串联负反馈3.2放大电路中的负反馈

4.放大电路中负反馈分析例题2：试判别下图放大电路中RF

引入级间何种类型反馈RF---电压串联负反馈

－

uo1uiRF++

–

uo++

–

RLA1A2

i1iFid解：

反馈电路是从运放A2的负载电

阻RL的靠近“地”端引出---电流反馈

输入信号和反馈信号均加在同相输入端上---并联反馈

净输入电流id等于输入电流和反馈电流之差---负反馈（5）运算放大电路反馈判别方法3.2放大电路中的负反馈

4.放大电路中负反馈分析（6）晶体管（分立元件）放大电路反馈判别方法①设“地”点电位为零，某点对“地”电压（即电位）的正半

周，该点交流电位的瞬时极性为正；在负半周则为负②设基极瞬时极性为正，根据集电极与基极相反、发射极（接

有发射极电阻而无旁路电容时）瞬时极性与基极相同的原则，

标出相关各点的瞬时极性1）利用瞬时极性法判断负反馈++－+3.2放大电路中的负反馈

4.放大电路中负反馈分析1）瞬时极性法判断负反馈③

若反馈信号与输入信号加在同一电极上,

两者极性

相反为负反馈;相同为正反馈④

若反馈信号与输入信号加在两个电极上，两

者极性

相同为负反馈;

相反为正反馈－

－

++（6）晶体管（分立元件）放大电路反馈判别方法3.2放大电路中的负反馈

4.放大电路中负反馈分析2）判别串、并联反馈反馈到基极为并联反馈反馈到发射极为串联反馈ib=ii–iFibiiiFube=ui–uf++–ui–ube+–uf（6）晶体管（分立元件）放大电路反馈判别方法3.2放大电路中的负反馈

4.放大电路中负反馈分析3）判别电压、电流反馈集电极引出为电压反馈从发射极引出为电流反馈uoRL+–RLioiE（共发射极电路）（6）晶体管（分立元件）放大电路反馈判别方法集出为压射出为流基入为并射入为串反馈类型口诀3.2放大电路中的负反馈

4.放大电路中负反馈分析例题3：试判别图示放大电路为何种类型反馈+uF–+–RB1RCC1C2RB2RERL++UCCuiuo++––RSuS+–ieube解：净输入信号ube

=ui-uF---负反馈反馈电压uF削弱了净输入电压uF

=ieRE

icRCuF正比于输出电流---电流反馈RE---电流串联负反馈uF

icRCUbe

=Ui-UFIc

Uf

Ube

ib

Ic

反馈过程：（6）晶体管（分立元件）放大电路反馈判别方法

电流负反馈具有稳定输出电流的作用3.2放大电路中的负反馈

4.放大电路中负反馈分析例题

4：试判别图示放大电路为何种类型反馈+UCCRCC1RF++––RS+–C2++RLuSuiuoiiibiF解：净输入信号ib=ii-iF

ii

正半周时，iF也是正半周，即两者同相

Ib=

Ii-IFii与iF并联，以电流形式比较---并联反馈iF与uo反相---负反馈

因Ib

<Ii,反馈电流IF削弱了净输入电流

iF

正比于输出电压—电压反馈RF--电压并联负反馈

反馈过程：Uo

iF

ib

ic

Uo

电压负反馈具有稳定输出电压的作用（6）晶体管（分立元件）放大电路反馈判别方法3.2放大电路中的负反馈

4.放大电路中负反馈分析解:RE2---直流反馈（稳定Q2点）RE1—本级电流串联负反馈RE1、RF---直流反馈（稳定Q1点）例题5：试判别图示放大电路为何种类型反馈（6）晶体管（分立元件）放大电路反馈判别方法RB1RC1C1RB2RE1++–RS+–RFRC2CE2C2RE2RL++UCC+–T1T2usuiuo3.2放大电路中的负反馈

4.放大电路中负反馈分析例题6：试判别图示放大电路为何种类型反馈（6）晶体管（分立元件）放大电路反馈判别方法RB1RC1C1RB2RE1++–RS+–RFRC2CE2C2RE2RL++UCC+–T1T2usuiuo

解：

RE2---直流反馈（稳定Q2点）RE1—本级电流串联负反馈RE1、RF---直流反馈（稳定Q1点）因VE1升高，使Ube1减小---负反馈

反馈从T2集电极引出---电压反馈反馈电压引到T1发射极---串联反馈RE1、RF---级间串联电压负反馈3.2放大电路中的负反馈

4.放大电路中负反馈分析例题7：若将接C2和RL之间，试判别图示放大电路

为何种类型反馈（6）晶体管（分立元件）放大电路反馈判别方法RB1RC1C1RB2RE1++–RS+–RFRC2CE2C2RE2RL++UCC+–T1T2usuiuo

解：RE2---直流反馈（稳定Q2点）RE1—本级电流串联负反馈RE1、RF---直流反馈（稳定Q1点）因VE1升高，使Ube1减小---负反馈

RE1、RF---级间串联电压负反馈×因电容C2的隔直流作用，则RE1、RF仅引入交流反馈3.2放大电路中的负反馈

4.放大电路中负反馈分析例题8：图示电路中RF的另一端不接在T1的发射极，而是接在其基极，

两者有何不同，是否会变成正反馈？解：T2集电极

反馈到T1基极，交流电位vbe1升高，使Ube1增大，故为正反馈RE1、RF---级间正反馈RB1RC1C1RB2RE1++–RS+–RFRC2CE2C2RE2RL++UCC+–T1T2usuiuo

（6）晶体管（分立元件）放大电路反馈判别方法3.2放大电路中的负反馈

4.放大电路中负反馈分析（1）降低放大倍数

负反馈使放大倍数下降则有：同相，所以AF是正实数负反馈时，|1+AF|称为反馈深度，其值愈大，负反馈作用愈强，AF也就愈小射极输出器、不带旁路电容的共射放大电路的电压放大倍数较低就是因为电路中引入了负反馈3.2放大电路中的负反馈

5.负反馈对放大电路性能影响引入负反馈使放大倍数的稳定性提高放大倍数下降至1/(1+AF)倍，其稳定性提高1+AF倍若AF>>1，称为深度负反馈，此时：在深度负反馈的情况下，闭环放大倍数仅与反馈电路的参数有关例：A=300，F=0.01。（2）提高放大倍数稳定性3.2放大电路中的负反馈

5.负反馈对放大电路性能影响AuIuFuD加反馈前加反馈后uO大略小略大略小略大负反馈是利用失真的波形来改善波形的失真，因此只能减小失真，而不能完全消除失真uOAF小接近正弦波正弦波uI（3）改善波形失真3.2放大电路中的负反馈

5.负反馈对放大电路性能影响∑引入负反馈使电路的通频带宽度增加BWFBWf|Au|O3.2放大电路中的负反馈

5.负反馈对放大电路性能影响（4）通频带展宽无负反馈有负反馈uiubeib++––在同样的ib下，ui=ube+uf

>ube，所以rif

提高。1）

串联负反馈无负反馈时：有负反馈时：uf+–使电路的输入电阻提高3.2放大电路中的负反馈

5.负反馈对放大电路性能影响（5）对输入输出电阻影响无负反馈时：有负反馈时：使电路的输入电阻降低ifubeib+–ii在同样的ube下，ii

=ib+if>ib，所以rif

降低2）

并联负反馈3.2放大电路中的负反馈

5.负反馈对放大电路性能影响（5）对输入输出电阻影响正弦波振荡电路用来产生一定频率和幅值的正弦交流信号。其频率范围很广，可以从一赫以下到几百兆以上；输出功率可以从几毫瓦到几十千瓦；输出的交流电能是从电源的直流电能转换而来的常用的正弦波振荡电路LC振荡电路:输出功率大、频率高RC振荡电路:输出功率小、频率低石英晶体振荡电路：频率稳定度高应用：无线电通讯、广播电视，工业上的高频感应炉、超声波发生器、正弦

波信号发生器、半导体接近开关等3.2振荡电路中的正反馈

1.正弦波振荡电路（1）自激振荡

放大电路在无输入信号的情况下，就能输出一定频率和幅值的交流信号的现象

开关合在“1”无反馈放大电路21S

开关合在“2”有反馈放大电路开关合在“2”时，去掉ui

仍有输出。反馈信号代替了放大电路的输入信号1.正弦波振荡电路A1S2AFF自激振荡状态3.2振荡电路中的正反馈

1）幅度条件：2）相位条件：n

是整数相位条件意味着振荡电路必须是正反馈幅度条件表明反馈放大器要产生自激振荡，还必须有足够的反馈量（可以通过调整放大倍数A

或反馈系数F达到）

自激振荡的条件（2）自激振荡条件1.正弦波振荡电路3.2振荡电路中的正反馈

设：Uo

是振荡电路输出电压的幅度，B是要求达到的输出电压幅度起振时Uo

0，达到稳定振荡时Uo

=B起振过程中Uo

<B，要求

AuF

>

1稳定振荡时Uo

=B，要求

AuF

=

1从

AuF

>

1到

AuF

=

1，就是自激振荡建立的过程可使输出电压的幅度不断增大使输出电压的幅度得以稳定起始信号的产生：在电源接通时，会在电路中激起一个微小的扰动信号，它是个非正弦信号，含有一系列频率不同的正弦分量（3）起振和稳幅振荡过程1.正弦波振荡电路3.2振荡电路中的正反馈

1）放大电路:放大信号2）反馈网络:必须是正反馈，反馈信号即是放大电路的输入信号3）选频网络:

保证输出为单一频率的正弦波即使电路只在某一特定频率下满自激振

荡条件4）稳幅环节:

使电路能从

AuF

>1，过渡到

AuF

=1，从而达到稳幅振荡（4）正弦波振荡电路组成1.正弦波振荡电路3.2振荡电路中的正反馈

放大信号3）用正反馈信号uf作为输入信号

选出单一频率的信号uf–+R++∞RFR1CRC–uO+（1）电路组成2.RC振荡电路3.2振荡电路中的正反馈

1）RC选频网络正反馈网络同相比例电路选频网络2）同相比例电路。。RCRC。+–+–。选频网络（2）传输系数式中

：分析上式可知：仅当

=o时，达最大值，且u2与u1同相，即网络具有选频特性，fo决定于RC2.RC振荡电路3.2振荡电路中的正反馈

（2）传输系数R++∞RFR1CRC–uO+（3）带稳幅环节的电路（1）将RF用热敏电阻替代，故具有负温度系数，利用它的非线性可以自动稳幅起振时，由于uO很小，流过RF电流也很小，则发热少，阻值高，使RF>2R1；即

AuF

>1。随着振荡幅度不断加强，uO增大，流过RF

电流也增大，RF受热而降低其阻值，使得Au下降，直到RF=2R1时，稳定于

AuF

=1，

振荡稳定

RF自动稳幅过程uotRFAu（1）电路组成3.LC振荡电路3.2振荡电路中的正反馈

正反馈（2）振荡频率

LC并联电路的谐振频率uf+–LC+UCCRLC1RB1RB2RECE－－

放大电路选频电路反馈网络

在调节变压器反馈式振荡电路中，试解释下列现象：

（1）对调反馈线圈的两个接头后就能起振

（2）调RB1、RB2或RE的阻值后即可起振

（3）改用β较大的晶体管后就能起振

（4）适当增加反馈线圈的圈数后就能起振

（5）适当增加L值或减小C值后就能起振

（6）反馈太强，波形变坏

（7）调整RB1、RB2或RE的阻值后可使波形变好

（8）负载太大不仅影响输出波形，有时甚至不能起振例题9：3.LC振荡电路3.2振荡电路中的正反馈

LC+UCCRLC1RB1RB2RECE（2）调RB1、RB2或RE的阻值后即可起振

原反馈线圈接反，对调两个接头后满足相