負反饋放大電路與集成運算電路PPT學(xué)習教案

1、會計學(xué)1負反饋放大電路與集成運算電路負反饋放大電路與集成運算電路1.反饋反饋 將電路的輸出量將電路的輸出量( (電壓或電流電壓或電流) )的部分或全的部分或全 部，通過一定的元件，以一定的方式回送到輸入回部，通過一定的元件，以一定的方式回送到輸入回 路并影響輸入量路并影響輸入量( (電壓或電流電壓或電流) )和和輸出量的過程。輸出量的過程。本章基本概念本章基本概念第第 4 章負反饋放大電路與基本運算電路章負反饋放大電路與基本運算電路第1頁/共51頁一、反饋的判斷方法一、反饋的判斷方法1. 有無反饋有無反饋2. 正反饋和負反饋正反饋和負反饋主要看信號有無反向傳輸通路。主要看信號有無反向傳輸通路。

2、采用采用瞬時極性法瞬時極性法，看反饋是增強還是削弱凈輸入信號，看反饋是增強還是削弱凈輸入信號。對于對于串聯(lián)負反饋串聯(lián)負反饋，反饋信號與輸入信號，反饋信號與輸入信號極性相同極性相同；對于對于并聯(lián)負反饋并聯(lián)負反饋，反饋信號與輸入信號，反饋信號與輸入信號極性相反極性相反。第第 4 章負反饋放大電路與基本運算電路章負反饋放大電路與基本運算電路第2頁/共51頁二、二、 四種反饋組四種反饋組態(tài)態(tài)電壓和電流反饋：電壓和電流反饋：規(guī)則：規(guī)則：RL 短路，短路，反饋消失則為電壓反饋，反饋消失則為電壓反饋， 反饋存在為電流反饋。反饋存在為電流反饋。規(guī)律：規(guī)律：電壓反饋取自輸出端或輸出分壓端；電壓反饋取自輸出端或輸

3、出分壓端； 電流反饋取自非輸出端。電流反饋取自非輸出端。串聯(lián)和并聯(lián)反饋：串聯(lián)和并聯(lián)反饋：規(guī)則：規(guī)則：串聯(lián)負反饋串聯(lián)負反饋uid = = ui uf并聯(lián)負反饋并聯(lián)負反饋iid = = ii if規(guī)律：規(guī)律：反饋信號反饋信號與輸入信號與輸入信號在不同節(jié)點為串聯(lián)反饋；在不同節(jié)點為串聯(lián)反饋； 反饋信號反饋信號與輸入信號與輸入信號在在同一個節(jié)點為并聯(lián)反饋同一個節(jié)點為并聯(lián)反饋。第第 4 章負反饋放大電路與基本運算電路章負反饋放大電路與基本運算電路第3頁/共51頁四種基本反饋類型四種基本反饋類型AFuiuidufusRSRLuo電壓串聯(lián)負反饋電壓串聯(lián)負反饋AFuiuidufusRSiouoRLio電流串聯(lián)負

4、反饋電流串聯(lián)負反饋FAiiifisiidRSRLuo電壓并聯(lián)負反饋電壓并聯(lián)負反饋FAiiifisiidRSiouoRLio電流并聯(lián)負反饋電流并聯(lián)負反饋第第 4 章負反饋放大電路與基本運算電路章負反饋放大電路與基本運算電路第4頁/共51頁并聯(lián)負反饋使輸入電阻減小并聯(lián)負反饋使輸入電阻減小三、負反饋對放大電路性能的影響三、負反饋對放大電路性能的影響1. 提高增益的穩(wěn)定性提高增益的穩(wěn)定性2. 減少失真和擴展通頻帶減少失真和擴展通頻帶3. 對輸入電阻和輸出電阻的影響對輸入電阻和輸出電阻的影響串聯(lián)負反饋使輸入電阻增大串聯(lián)負反饋使輸入電阻增大電壓反饋使輸出電阻減小電壓反饋使輸出電阻減小( (穩(wěn)定了輸出電壓穩(wěn)

5、定了輸出電壓) )電流反饋使輸出電阻增大電流反饋使輸出電阻增大( (穩(wěn)定了輸出電流穩(wěn)定了輸出電流) )第第 4 章負反饋放大電路與基本運算電路章負反饋放大電路與基本運算電路第5頁/共51頁四、放大電路引入負反饋的一般原則四、放大電路引入負反饋的一般原則1. 欲穩(wěn)定某個量，則引該量的負反饋欲穩(wěn)定某個量，則引該量的負反饋穩(wěn)定直流，穩(wěn)定直流， 引直流反饋；引直流反饋；穩(wěn)定交流，穩(wěn)定交流， 引交流反饋引交流反饋；穩(wěn)定輸出電壓，穩(wěn)定輸出電壓， 引電壓反饋；引電壓反饋； 穩(wěn)定輸出電流，穩(wěn)定輸出電流， 引電流反饋。引電流反饋。2. 根據(jù)對輸入、輸出電阻的要求選擇反饋類型根據(jù)對輸入、輸出電阻的要求選擇反饋類型

6、欲提高輸入電阻，欲提高輸入電阻， 采用串聯(lián)反饋；采用串聯(lián)反饋；欲降低輸入電阻，欲降低輸入電阻， 采用并聯(lián)反饋；采用并聯(lián)反饋；要求高內(nèi)阻輸出，要求高內(nèi)阻輸出， 采用電流反饋；采用電流反饋；要求低內(nèi)阻輸出，要求低內(nèi)阻輸出， 采用電壓反饋。采用電壓反饋。3. 為使反饋效果強，根據(jù)信號源及負載確定反饋類型為使反饋效果強，根據(jù)信號源及負載確定反饋類型信號源為恒壓源，信號源為恒壓源， 采用串聯(lián)反饋；采用串聯(lián)反饋；信號源為恒流源，信號源為恒流源， 采用并聯(lián)反饋；采用并聯(lián)反饋；要求負載能力強，要求負載能力強， 采用電壓反饋；采用電壓反饋；要求恒流源輸出，要求恒流源輸出， 采用電流反饋。采用電流反饋。第第 4

7、章負反饋放大電路與基本運算電路章負反饋放大電路與基本運算電路第6頁/共51頁第7頁/共51頁6. 基本運算電路基本運算電路（1） 運算電路的兩種基本形式運算電路的兩種基本形式1ffRRAu = =1ff1RRAu = =同相輸入同相輸入反相輸入反相輸入（2） 運算電路的分析方法運算電路的分析方法1) ) 運用運用“虛短虛短”和和“虛斷虛斷”的概念分析電路中各電量間的概念分析電路中各電量間關(guān)系。運放在線性工作時，關(guān)系。運放在線性工作時，“虛短虛短”和和“虛斷虛斷”總是總是同時存在。同時存在。 虛地只存在于同相輸入端接地的電路中。虛地只存在于同相輸入端接地的電路中。2) ) 運用疊加定理解決多個輸

8、入端的問題。運用疊加定理解決多個輸入端的問題。第第 4 章負反饋放大電路與基本運算電路章負反饋放大電路與基本運算電路第8頁/共51頁 判斷反饋的方法判斷反饋的方法瞬時極性法瞬時極性法假設(shè)輸入電壓信號假設(shè)輸入電壓信號ui瞬時極性為正，并用瞬時極性為正，并用 標記標記，然后順著信號的傳輸方向，逐步推出輸出信號，然后順著信號的傳輸方向，逐步推出輸出信號xo和反和反饋信號饋信號xf的瞬時極性（并用的瞬時極性（并用 或或 標記），最后判斷標記），最后判斷反饋信號是增強還是削弱輸入信號，若削弱則為負反饋反饋信號是增強還是削弱輸入信號，若削弱則為負反饋；增強為正反饋。；增強為正反饋。例例：判斷：判斷R Rf

9、 f的反饋的反饋性質(zhì)。性質(zhì)。+UCCRCC2C1Rfuiuoiibif是負反饋是負反饋 第9頁/共51頁例例 4.1.1輸入輸入回路回路輸出輸出回路回路判斷電路是否存在反饋。是正反饋還是負判斷電路是否存在反饋。是正反饋還是負反饋？直反饋還是交流反饋？反饋？直反饋還是交流反饋？+C1RS+ui RERB+VCCC2RL+us+uo+ uid RE 介于輸入輸出回路，有反饋。介于輸入輸出回路，有反饋。反饋使反饋使 uid 減小，為負反饋。減小，為負反饋。既有直流反饋，又有交流反饋。既有直流反饋，又有交流反饋。第第 4 章負反饋放大電路與基本運算電路章負反饋放大電路與基本運算電路第10頁/共51頁4

10、.1.2 負反饋放大電路的基本類型負反饋放大電路的基本類型一、電壓反饋和電流反饋一、電壓反饋和電流反饋電壓反饋電壓反饋 反饋信號取自輸出電壓的部分或全部。反饋信號取自輸出電壓的部分或全部。判別法：判別法：使使 uo = 0 ( (RL 短路短路) )， 若若反饋消失則為電壓反饋反饋消失則為電壓反饋。電流反饋電流反饋 反饋信號取自輸出電流。反饋信號取自輸出電流。判別法：判別法：使使 io = 0( (RL 開路開路) )， 若反饋消失則為電流反饋。若反饋消失則為電流反饋。AFRLuo電壓電壓反饋反饋電流電流反饋反饋iouoFARLio第第 4 章負反饋放大電路與基本運算電路章負反饋放大電路與基本

11、運算電路第11頁/共51頁二、串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋二、串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋串聯(lián)反饋：串聯(lián)反饋：反饋信號與輸入信號以反饋信號與輸入信號以電壓相加減的形式在輸入端出現(xiàn)。電壓相加減的形式在輸入端出現(xiàn)。uid = = ui uf特點：特點：信號源內(nèi)阻越小，信號源內(nèi)阻越小， 反饋效果越明顯。反饋效果越明顯。并聯(lián)反饋：并聯(lián)反饋：反饋信號與輸入信號以反饋信號與輸入信號以電流相加減的形式在輸入端出現(xiàn)。電流相加減的形式在輸入端出現(xiàn)。iid = = ii if特點：特點：信號源內(nèi)阻越大，信號源內(nèi)阻越大， 反饋效果越明顯。反饋效果越明顯。AFiiifisiidRSRSAFuiuidufus第第 4 章負反饋放大電路與基

12、本運算電路章負反饋放大電路與基本運算電路第12頁/共51頁4.1.3 負反饋放大電路分析負反饋放大電路分析例例 4.1.2 uo 經(jīng)經(jīng) Rf 與與 R1 分壓反饋到輸入回路，故有反饋。分壓反饋到輸入回路，故有反饋。AF 反饋使凈輸入電壓反饋使凈輸入電壓 uid 減小，為負反饋。減小，為負反饋。RL = 0，無反饋，故為電壓反饋。，無反饋，故為電壓反饋。uf = uoR1/(R1 + Rf) 也說明是電壓反饋。也說明是電壓反饋。uid = ui uf 故為串聯(lián)反饋。故為串聯(lián)反饋。電壓串聯(lián)電壓串聯(lián)負負反饋反饋第第 4 章負反饋放大電路與基本運算電路章負反饋放大電路與基本運算電路第13頁/共51頁例

13、例 4.1.3 Rf 為輸入回路和輸出回路的公共電阻，故有反饋為輸入回路和輸出回路的公共電阻，故有反饋。 反饋使凈輸入電壓反饋使凈輸入電壓 uid 減小，為負反饋。減小，為負反饋。RL = 0，反饋存在，故為電流反饋。，反饋存在，故為電流反饋。uf = ioRf ，也說明是電流反饋。，也說明是電流反饋。uid = ui uf 故為串聯(lián)反饋。故為串聯(lián)反饋。AF電流串聯(lián)負反饋電流串聯(lián)負反饋第第 4 章負反饋放大電路與基本運算電路章負反饋放大電路與基本運算電路第14頁/共51頁例例 4.1.4 Rf 為輸入回路和輸出回路的公共電阻，故有反饋。為輸入回路和輸出回路的公共電阻，故有反饋。反饋使凈輸入電流

14、反饋使凈輸入電流 iid 減小，為負反饋。減小，為負反饋。RL = 0，無反饋，故為電壓反饋。，無反饋，故為電壓反饋。iid = ii if ，故為并聯(lián)反饋。，故為并聯(lián)反饋。AF電壓并聯(lián)電壓并聯(lián)負負反饋反饋第第 4 章負反饋放大電路與基本運算電路章負反饋放大電路與基本運算電路第15頁/共51頁例例 4.1.5 Rf 介于輸入回路和輸出回路，故有反饋。介于輸入回路和輸出回路，故有反饋。 反饋使凈輸入電流反饋使凈輸入電流 iid 減小，為負反饋。減小，為負反饋。RL = 0，反饋存在，故為電流反饋。，反饋存在，故為電流反饋。iid = ii if ，故為并聯(lián)反饋。，故為并聯(lián)反饋。AF電流并聯(lián)電流并

15、聯(lián)負負反饋反饋第第 4 章負反饋放大電路與基本運算電路章負反饋放大電路與基本運算電路第16頁/共51頁 電流串聯(lián)負反饋電流串聯(lián)負反饋電壓串聯(lián)負反饋電壓串聯(lián)負反饋 RE 引入本級電流串聯(lián)負反饋；引入本級電流串聯(lián)負反饋；引入級間電流并聯(lián)負反饋。引入級間電流并聯(lián)負反饋。例例 4.1.6 例例 4.1.7 反饋信號反饋信號與輸入信號與輸入信號在不同節(jié)點為串在不同節(jié)點為串聯(lián)反饋，在聯(lián)反饋，在同一個節(jié)點為并聯(lián)反饋。同一個節(jié)點為并聯(lián)反饋。反饋取自輸出端或輸出分壓端為電壓反反饋取自輸出端或輸出分壓端為電壓反饋，反饋取自非輸出端為電流反饋。饋，反饋取自非輸出端為電流反饋。規(guī)規(guī) 律：律：第第 4 章負反饋放大電路

16、與基本運算電路章負反饋放大電路與基本運算電路第17頁/共51頁4.2.3 改變放大電路的輸入和輸出電阻改變放大電路的輸入和輸出電阻一、對輸入電阻的影響一、對輸入電阻的影響1. 串聯(lián)負反饋使輸入電阻增大串聯(lián)負反饋使輸入電阻增大RifiididifidiiifiAFuuiuuiuR = = = = = )1(i ifRAFR = =深度負反饋：深度負反饋： ifR2. 并聯(lián)負反饋使輸入電阻減小并聯(lián)負反饋使輸入電阻減小Rifididif idiiifAFiiuiiuiuRi=AFRR = =1i if深度負反饋：深度負反饋：0ifRii A FuiuidufRiAFuidifiidii A FuiR

17、iAFiid第第 4 章負反饋放大電路與基本運算電路章負反饋放大電路與基本運算電路第18頁/共51頁二、對輸出電阻的影響二、對輸出電阻的影響1. 電壓負反饋電壓負反饋 F 與與 A 并聯(lián)，使輸出電阻減小。并聯(lián)，使輸出電阻減小。AFRoRofFARR = =1o ofA 為負載開路時的源電壓放大倍數(shù)為負載開路時的源電壓放大倍數(shù)。深度負反饋：深度負反饋：0ofR2. 電流負反饋電流負反饋 F 與與 A 串聯(lián)，使輸出電阻增大串聯(lián)，使輸出電阻增大AFRoRof )1(o ofRFAR = =A 為負載短路時的源電壓放大倍數(shù)。為負載短路時的源電壓放大倍數(shù)。深度負反饋：深度負反饋： ofR第第 4 章負反

18、饋放大電路與基本運算電路章負反饋放大電路與基本運算電路第19頁/共51頁第第 4 章負反饋放大電路與基本運算電路章負反饋放大電路與基本運算電路第20頁/共51頁深度負反饋電路性能的估算：深度負反饋電路性能的估算：( (1) )電壓串聯(lián)負反饋電壓串聯(lián)負反饋8uiC1R1uoR2Rfuiduf0id u虛短虛短fi uu f11of RRRuu = =fLfoiof1RRuuuuAu = = = =Rif,if RR if,2ifRR= = Rof0of= =R 例例 1 第第 4 章負反饋放大電路與基本運算電路章負反饋放大電路與基本運算電路第21頁/共51頁 例例 2 0id ufi uu 1f

19、oiof = =uuuuAuR if,if RRif,BifRR= = R0f0of R 例例 3 fi uu 1Effoiof1RRuuuuAu = = = =第第 4 章負反饋放大電路與基本運算電路章負反饋放大電路與基本運算電路第22頁/共51頁( (2) )電壓并聯(lián)負反饋電壓并聯(lián)負反饋運算放大器在線性應(yīng)用運算放大器在線性應(yīng)用時同時存在虛短和虛斷時同時存在虛短和虛斷0 ii虛斷虛斷f i ii 0 = = uu虛地虛地1f1iffiofRRRiRiuuAu = = = =0 id i虛斷虛斷f 1 ii b0 = =u虛地虛地sfsi ff sosfRRRiRiuuAu = = = = 例

20、例 1 例例 2 第第 4 章負反饋放大電路與基本運算電路章負反饋放大電路與基本運算電路第23頁/共51頁( (3) )電流串聯(lián)負反饋電流串聯(lián)負反饋0id u虛短虛短0 i虛虛斷斷 fi uu foRi fLoRRu= =fLiofRRuuAu= = =0be id = =uu虛短虛短 fi uu E1oRi= = Loo Riu = =E1LiofRRuuAu = = =94. 251. 03/3 = = = 例例 1 例例 2 第第 4 章負反饋放大電路與基本運算電路章負反饋放大電路與基本運算電路第24頁/共51頁( (4) )電流并聯(lián)負反饋電流并聯(lián)負反饋 例例 1 0 = = uu虛地虛

21、地1if i Ruii= = L3fffLoo)(RRRiiRiu = = =L31f3iof)(RRRRRuuAu = = =第第 4 章負反饋放大電路與基本運算電路章負反饋放大電路與基本運算電路第25頁/共51頁比例運算比例運算一、反相比例運算一、反相比例運算運算放大器在線性應(yīng)用運算放大器在線性應(yīng)用時同時存在虛短和虛斷時同時存在虛短和虛斷0 ii虛斷虛斷F 1 ii 0 =uu虛地虛地fFORiu=1f11fFiofRRRiRiuuAu=為使兩輸入端對地直流電阻相等：為使兩輸入端對地直流電阻相等：R2 = R1 / R f平衡電阻平衡電阻特點：特點：1. .為深度電壓并聯(lián)負反饋，為深度電壓

22、并聯(lián)負反饋，Auf = Rf / R 12. 輸入電阻較小輸入電阻較小RifR ifR if = R13. uIC = 0 ，對，對 KCMR 的要求低的要求低u+ = u = 0虛地虛地第第 4 章負反饋放大電路與基本運算電路章負反饋放大電路與基本運算電路第26頁/共51頁二、同相比例運算二、同相比例運算 I uuu=F 1 ii ，fIO1IRuuRu=I1fO)1(uRRu=1ff1RRAu=Auf = 1跟隨器跟隨器當當 R1 = ，Rf = 0 時，時， 特點：特點：1. 為深度電壓為深度電壓串聯(lián)串聯(lián)負反饋負反饋，Auf = 1 + Rf /R12. 輸入電阻大輸入電阻大 R if

23、= 3. ，對，對 KCMR 的要求高的要求高uIC = u iu+ = u = uI第第 4 章負反饋放大電路與基本運算電路章負反饋放大電路與基本運算電路第27頁/共51頁加法與減法運算加法與減法運算一、加法運算一、加法運算1. 反相加法運算反相加法運算R3 = R1 / R2 / RfiF i1 + i22I21I1fORuRuRu=)(2I21I1fORuRuRu=若若 Rf = R1= R2 則則 uO = (uI1+ uI2)第第 4 章負反饋放大電路與基本運算電路章負反饋放大電路與基本運算電路第28頁/共51頁 R2 / R3 / R4 = R1/ Rf=uRRu)1(1fO)/)

24、(1(I242342I1432431fOuRRRRRuRRRRRRRu=I242342I143243/uRRRRRuRRRRRu=若若 R2 = R3 = R4，則則 uO = uI1+ uI2 Rf = 2R1 2. 同相加法運算同相加法運算第第 4 章負反饋放大電路與基本運算電路章負反饋放大電路與基本運算電路第29頁/共51頁法法 1：利用疊加定理：利用疊加定理uI2 = 0 uI1 使：使：I11fO1uRRu=uI1 = 0 uI2 使：使：=uRRu)1(1fO22If1f1f2O)1(uRRRRRu = =一般一般R1 = R 1； Rf = R fuO = uO1 + uO2 =

25、 Rf / R1( uI2 uI1 )法法 2：利用虛短、虛斷：利用虛短、虛斷f1fI1f11ORRRuRRRuu=f1fI2RRRuu= = = uuo = Rf /R1( uI2 uI1 )減法運算實際是差分電路減法運算實際是差分電路二、減法運算二、減法運算第第 4 章負反饋放大電路與基本運算電路章負反饋放大電路與基本運算電路第30頁/共51頁微分與積分運算微分與積分運算tuCiddI11=R2 = Rf 0 =u虛地虛地foFRui=F 1 ii 虛斷虛斷tuCRRiuddI1ffFO=RfC1 = 時間常數(shù)時間常數(shù)微分電路輸出電壓：微分電路輸出電壓：一、微分運算一、微分運算 第第 4

26、章負反饋放大電路與基本運算電路章負反饋放大電路與基本運算電路第31頁/共51頁二、積分運算二、積分運算1I1Rui =tuCiddoF=)0(d1oIf1CutuCRu = = 當當 uI = UI 時，時，f1IoCRtUu=設(shè)設(shè) uC(0) = 0 時間常數(shù)時間常數(shù) = R1Cf積分電路輸出電壓：積分電路輸出電壓：tuIOtuOO第第 4 章負反饋放大電路與基本運算電路章負反饋放大電路與基本運算電路第32頁/共51頁習題習題 4.3電壓串聯(lián)電壓串聯(lián)交、直流負反饋交、直流負反饋電流串聯(lián)電流串聯(lián)直流負反饋直流負反饋正反饋正反饋第第 4 章負反饋放大電路與基本運算電路章負反饋放大電路與基本運算電

27、路第33頁/共51頁 A2 ： 本級交、直流本級交、直流 電壓并聯(lián)負反饋電壓并聯(lián)負反饋R2 ：級間負反饋級間負反饋R3 ：電壓并聯(lián)交直流負反饋電壓并聯(lián)交直流負反饋R7 ：電壓串聯(lián)交直流負反饋電壓串聯(lián)交直流負反饋R4 ：級間電壓并聯(lián)交流負反饋級間電壓并聯(lián)交流負反饋 R2 ： 電壓串聯(lián)電壓串聯(lián)直流負反饋直流負反饋第第 4 章負反饋放大電路與基本運算電路章負反饋放大電路與基本運算電路第34頁/共51頁習題習題 4.4 電壓串聯(lián)負反饋電壓串聯(lián)負反饋 電流并聯(lián)負反饋電流并聯(lián)負反饋 電流串聯(lián)負反饋電流串聯(lián)負反饋 電流并聯(lián)負反饋電流并聯(lián)負反饋 電壓并聯(lián)負反饋電壓并聯(lián)負反饋電壓并聯(lián)負反饋電壓并聯(lián)負反饋第第 4 章負反饋放大電路與基本運算電路章負反饋放大電路與基本運算電路第35頁/共51頁五、深度負反饋放大電路電壓放大倍數(shù)的計算舉例五、深度負反饋放大電路電壓放大倍數(shù)的計算舉例ui+VCCRCuoufRC VEEI18I2RBRBRf fi uu Bfoiof1RRuuuuAu = = = =電壓串聯(lián)負反饋電壓串聯(lián)負反饋IIui+VCCuoRE8R1RfRIF1ifiRuII= = 1fif foRRuRIu = = = =1ffRRAu = =電壓并聯(lián)負反饋電