模擬電子技術高吉祥第五章cha課件

1、模擬電子技術高吉祥第五章cha一、集成電路（IC）概述 在半導體制造工藝的基礎上，把整個電路中的元器件制作在一塊硅片上，構成特定功能的電子電路，稱為集成電路。它體積小、性能很好，能完成一定的功能。二、模擬集成電路的分類（三種分類方法） 1、按結構工藝分：半導體集成電路、混合集成電路、電子管集成電路； 2、按集成度分：小規(guī)模集成電路、中規(guī)模集成電路、大規(guī)模集成電路、超大規(guī)模集成電路； 3、按功能分：模擬集成電路、數字集成電路.模擬電子技術高吉祥第五章cha三、模擬集成電路的特點 1.同在一塊硅片上制造，元件參數的一致性很好。 2.電路中電阻元件一般由硅半導體的體電阻構成，阻值范圍為幾十歐20千歐

2、左右，另外電阻值的精度不易控制，誤差在20%30%左右。 3.電路中電容值也不大(幾十PF)。 4.集成電路存在溫漂。 5.電路中的二極管多用作溫度補償或電位移動.運算放大器是由直接耦合多級放大電路集成制造的高增益放大器，它是模擬集成電路最重要的品種，廣泛應用于各種電子電路之中。集成電路中第一級常采用差動電路。(為克服或減小溫漂)模擬電子技術高吉祥第五章cha反饋反饋將電子系統(tǒng)輸出回路的電量（電壓或電將電子系統(tǒng)輸出回路的電量（電壓或電流），以一定的方式送回到輸入回路的過程。流），以一定的方式送回到輸入回路的過程。模擬電子技術高吉祥第五章cha幾個幾個基本概念基本概念1.1.開環(huán)與閉環(huán)開環(huán)與閉環(huán)

3、只有正向傳輸，沒有反向傳輸，稱為開環(huán)狀態(tài)。正向傳輸信號從輸入端到輸出端的傳輸反向傳輸信號從輸出端到輸入端的傳輸既有正向傳輸，又有反饋 稱為閉環(huán)狀態(tài)。uu+f1oi+RRuuo+i信號的正向傳輸信號的正向傳輸反饋傳輸(通路)（反饋網絡）模擬電子技術高吉祥第五章cha直流反饋若電路將直流量反饋到輸入回路，則稱直流反饋。2.2.直流反饋與交流反饋直流反饋與交流反饋 該電路引入直流反饋的目的，是為了穩(wěn)定靜態(tài)工作點Q。交流反饋若電路將交流量反饋到輸入回路，則稱交流反饋。（如去掉電容Ce）交流反饋，影響電路的交流工作性能。直流反饋直流反饋交流反饋交流反饋i ic c+CTRb1CCRb1b2RVL+uoR

4、-u+-ib2CcReCeIC模擬電子技術高吉祥第五章cha 解：根據反饋到輸入端的信號是交流還是直流還是同時存在，來進行判別。例：判斷下圖中有哪些反饋回路，是交流反饋還是直流反饋。uu+1A+RfRoiC22R1C交、直流反交、直流反饋饋交流反饋交流反饋注意電容的“隔直通交”作用！模擬電子技術高吉祥第五章cha+u-TRuLcCCob1+.RCb2Cb1+ViR-beu+-+CTRb1CCRb1b2RVL+uoR-u+-ib2CcReic+u-fbeu+-例：基本放大器，無反饋，凈輸入量ube=ui，電壓放大倍數為：3.3.負反饋與正反饋負反饋與正反饋負反饋輸入量不變時，引入反饋后使凈輸入量

5、減小，放大倍數減小。引入反饋后，凈輸入量ube =ui-uf ，電壓放大倍數為：凈輸入量減小，放大倍數減小，所以是負反饋。正反饋輸入量不變時，引入反饋后使凈輸入量增加，放大倍數增加。ebeLu)(1RrRAbeLurRA模擬電子技術高吉祥第五章cha本級反饋反饋只存在于某一級放大器中級間反饋反饋存在于兩級以上的放大器中例題例題1:1:4.4.本級反饋與級間反饋本級反饋與級間反饋VVfL+VCC+TRbe+e2Rc2c1-O-uRfuRRCb1b1Rb2Cu+-2T1+iu-Re1級間反饋級間反饋本級反饋本級反饋本級反饋本級反饋模擬電子技術高吉祥第五章cha基本放大電路基本放大電路AdX oX

6、反饋網絡反饋網絡FfX 放大：放大：doXXA 迭加：迭加：fidXXX A稱為開環(huán)稱為開環(huán)放大倍數放大倍數iX + 反饋：反饋：ofXXF AF稱為閉環(huán)放大倍數稱為閉環(huán)放大倍數AF=Xo / Xi輸出輸出信號信號輸入信號輸入信號反饋信號反饋信號凈輸入信號凈輸入信號F為反饋系數為反饋系數設設X Xf f與與X Xi i反相反相任何任何反饋電路總可用如下方框圖來表示：反饋電路總可用如下方框圖來表示：負反饋放大器負反饋放大器模擬電子技術高吉祥第五章cha負反饋放大器的一般關系負反饋放大器的一般關系閉環(huán)放大倍數：放大：doXXA 反饋：ofXXF 迭加：fidXXX AF=Xo / Xi =Xo /

7、 (Xd+ Xf)= Xo / ( + XoF) =XoA11A+F=A1+AF模擬電子技術高吉祥第五章cha 當|1+AF|1時，|Af|A|。由于反饋，使進入基本放大電路的輸入信號削弱，反饋電路的電壓放大倍數下降，稱為負反饋。 當|1+AF|A|。由于反饋，使進入基本放大電路的輸入信號加強，反饋電路的電壓放大倍數增大，稱為正反饋。 當|1+AF|=0時，|Af|=。即使沒有輸入信號，也會有輸出信號，稱為放大電路自激。模擬電子技術高吉祥第五章cha負反饋類型有四種組態(tài)負反饋類型有四種組態(tài): :電壓串聯負反饋 電壓并聯負反饋電流串聯負反饋 電流并聯負反饋5.2.1 電壓串聯負反饋放大電路電壓串

8、聯負反饋放大電路VVV-fARi+duu-f-R+u1+uRo反饋電壓：fRRRuu11of因為反饋量與輸出電壓成比例，所以稱電壓反饋。從輸入端看，有：ud = ui -uf故為串聯反饋。模擬電子技術高吉祥第五章cha根據瞬時極性判斷是負反饋，所以該電路為電壓串電壓串聯負反饋。聯負反饋。用“瞬時極性法”判斷反饋極性： 假設某一瞬時，在放大電路的輸入端加入一個正極性的輸入信號，按信號傳輸方向依次判斷相關點的瞬時極性，直至判斷出反饋信號的瞬時極性。如果反饋信號的瞬時極性使凈輸入減小，則為負反饋；反之為正反饋。VVV-fARi+duu-f-R+u1+uRo模擬電子技術高吉祥第五章cha根據瞬時極性判

9、斷是負反饋，所以該電路為電壓串聯負反饋電壓串聯負反饋。id = ii -if從輸入端看有：因為反饋量與輸出電壓成比例,所以是電壓反饋。反饋電流：ffRuRuuioof故為并聯反饋。VCC_CIRCLEVCC_CIRCLE+A+LRRfifid1i1Ruoiu5.2.2 電壓并聯負反饋放大電路電壓并聯負反饋放大電路模擬電子技術高吉祥第五章cha根據瞬時極性判斷是負反饋，所以該電路為電流串聯負反饋電流串聯負反饋。又因為在輸入端有:id = ii -if反饋電流：RRRiifof因為反饋量與輸出電流成比例,所以是電流反饋。故為并聯反饋。uu-1AiiR+i+oidifiofRRLR+-5.2.3 電

10、流串聯負反饋放大電路電流串聯負反饋放大電路模擬電子技術高吉祥第五章cha反饋電壓：uf=ioRf根據瞬時極性判斷是負反饋，所以該電路為電流串聯負反饋電流串聯負反饋。ud = ui -uf又因為在輸入端有：因為反饋量與輸出電流成比例,所以是電流反饋。故為串聯反饋。u-uR+1f-o+LRR+iA+-du+-fuoi5.2.4 電流并聯負反饋放大電路電流并聯負反饋放大電路模擬電子技術高吉祥第五章cha反饋類型及判別方法總結反饋類型及判別方法總結1.1.直流反饋與交流反饋直流反饋與交流反饋注意電容的“隔直通交”作用例題1:試判斷下圖電路中有哪些反饋支路，各是直流反饋還是交流反饋？+V+_-+1R5R

11、6RccRO2u4uRi3R7R3CC1C2C4模擬電子技術高吉祥第五章cha2.2.反饋極性：正反饋與負反饋反饋極性：正反饋與負反饋判定方法“瞬時極性法”例題2:試判斷下列電路中反饋支路的反饋極性。對于串聯反饋：輸入量與反饋量作用在不同的兩點上，若輸入量與反饋量的瞬時極性相同為負反饋，瞬時極性相反為正反饋。對于并聯反饋：輸入量與反饋量作用在同一點上，若反饋元件兩端瞬時極性相反為負反饋，瞬時極性相同為正反饋。模擬電子技術高吉祥第五章chaVVA+2A1uiOu1RR2R3R45RR6VV+A+uOiu1RR2CC+V3RU+VUcc2RR1Ouiuuu+RofA+i1R模擬電子技術高吉祥第五章

12、cha3.3.取樣方式取樣方式電壓反饋與電流反饋電壓反饋與電流反饋假設輸出端交流短路(RL=0），即uo=0，若反饋信號消失了，則為電壓反饋；若反饋信號仍然存在,則為電流反饋。電壓反饋：反饋信號的大小與輸出電壓成比例。判斷方法“輸出短路法”電流反饋：反饋信號的大小與輸出電流成比例。模擬電子技術高吉祥第五章cha例題3:試判斷下列電路中引入的反饋是電壓反饋還是電流反饋。+CTRb1CCRb1b2RVL+uoR-u+-ib2CcReic+u-f+R1bCCTCRVRu+-Lo-+uieC2Su+-RSf-u+模擬電子技術高吉祥第五章chaVVA+2A1uiOu1RR2R3R45RR6+_+V-+c

13、ciuuO1RR23RR4R56Ru-uR+1f-o+LRR+iA+-du+-fuoi模擬電子技術高吉祥第五章cha 4. 4.比較方式比較方式串聯反饋和并聯反饋串聯反饋和并聯反饋串聯反饋：反饋信號與輸入信號加在放大電路輸入回路的兩個電極。有：ud = ui -uf 并聯反饋：反饋信號與輸入信號加在放大電路輸入回路的同一個電極。有：id = ii -if 此時反饋信號與輸入信號是電壓相加減的關系。此時反饋信號與輸入信號是電流相加減的關系。模擬電子技術高吉祥第五章cha對于三極管電路對于三極管電路：T輸入量反饋量輸入量反饋量T 若反饋信號與輸入信號同時加在三極管的基極或發(fā)射極，則為并聯反饋。 若

14、反饋信號與輸入信號一個加在基極一個加在發(fā)射極則為串聯反饋。T輸入量反饋量T輸入量反饋量模擬電子技術高吉祥第五章cha對于運放電路：對于運放電路： 若反饋信號與輸入信號同時加在同相端或反相端為并聯反饋。 若反饋信號與輸入信號一個加在同相端一個加在反相端則為串聯反饋。反饋量+u+uA輸入量反饋量u+輸入量u+A輸入量+A+u反饋量u+uA+u輸入量反饋量模擬電子技術高吉祥第五章cha例題4:試判斷下列電路中引入的反饋是串聯反饋還是并聯反饋。VV+A+uOiu1RR2CC+V3R+V-+_+ccuOui1RR23R4R模擬電子技術高吉祥第五章chaVVA+2A1uiOu1RR2R3R45RR6U+V

15、Ucc2RR1Ouiu模擬電子技術高吉祥第五章cha例題5:試判斷下列電路中的反饋組態(tài)。解:電壓串聯負反饋。_+VRCCVuTV+R2R2i1TEEIsf1uRRA+o12VVVfARi+uu-f-R+u1+Ro1模擬電子技術高吉祥第五章cha解:電壓并聯負反饋。例題6:試判斷下列電路中的反饋組態(tài)。+_V1fI12R12TiR2+uRTRRsR34RCCVVEEuoT3VCC_CIRCLEVCC_CIRCLEuiuRf+Ao1R模擬電子技術高吉祥第五章cha(1)串聯反饋5. 5. 信號源對反饋效果的影響信號源對反饋效果的影響ud = ui -uf 所以us應為恒壓源，即信號源內阻RS越小越好

16、。 要想反饋效果明顯，就要求uf變化能有效引起ud的變化。uu-+uf-1R+uLd-R+o+AfR-u+S-i+uRs模擬電子技術高吉祥第五章cha(2)并聯反饋id = ii -if 所以is應為恒流源，即信號源內阻RS越大越好。 要想反饋效果明顯，就要求if變化能有效引起id的變化。uuAs-R+oRR+Lf+isiidifi模擬電子技術高吉祥第五章cha1.估算的依據深度負反饋：即，深度負反饋條件下，閉環(huán)增益只與反饋系數有關。 11 FA由FAAA1F得FFAA1 11 FA方法一：一一. . 估算電壓增益估算電壓增益模擬電子技術高吉祥第五章cha方法二：FAAA1F根據FFAA1將i

17、oFXXAofXXF代入上式得即：輸入量近似等于反饋量凈輸入量近似等于零 由此可得深度負反饋條件下，基本放大電路“虛短”、“虛斷”的概念或ifXX 0fid XXX模擬電子技術高吉祥第五章cha深度負反饋條件下：Xd=Xi-Xf0u+=u-（運放電路）ue=ub（三極管電路）(1)“(1)“虛短虛短”u ud d00(2)“(2)“虛斷虛斷”i id d00ii+=ii-=0 （運放電路）ib=0（三極管電路）“虛短虛短”與與“虛斷虛斷”-u-R+fu+R-u+1fAd+i+-u+fui+-TfR+u-du+A+ifRiifiii+i-i+T-i+ufRiiibif模擬電子技術高吉祥第五章ch

18、a(1)電壓串聯負反饋例1.分立電路電壓串聯負反饋2.舉例 解：用方法一。求反饋系數：求閉環(huán)電壓放大倍數：feeofuuRRRuuF11e1fe1uuiouf1RRRFuuAVVfL+VCC+TRbe+e2Rc2c1-O-uRfuRRCb1b1Rb2Cu+-2T1+iu-Re1模擬電子技術高吉祥第五章cha例2.運放組成的電壓串聯負反饋電路解：用方法二。利用虛短和虛斷的概念得知：閉環(huán)電壓增益00idiu11foioUFRRRuuuuAf11RRf則fOfiRRRuuu11VVV+A+-R1RfuiuuRf+d-uo-模擬電子技術高吉祥第五章cha(2)(2)電流并聯負反饋放大器電流并聯負反饋放

19、大器反饋系數：閉環(huán)增益：閉環(huán)電壓增益：解：用方法一。se2e2fifsic2sousfRRRRRRRiRiuuALL)(e2fe2c2fRRRiie2fe2c2fiiRRRiiFe2e2fiifc2iifRRRFiiA1例1.分立電路電流并聯負反饋Rc1c2R+Vc2i-ROsR-ff12+uTisRRTiCCibiuLe2模擬電子技術高吉祥第五章cha閉環(huán)電壓增益：利用虛短和虛斷可知例2. 運放組成的電流并聯負反饋放大器ofiRRRif1fRiRiLo122RRRRRLf解：用方法二。11iusfRiRiuuALooui=ii R1 ii=ifu-uR+1f-ofo+LiRRRi+idAii

20、i模擬電子技術高吉祥第五章chasf+uTi+VbiCCusRiOiRRRL-f-+c（3 3）電壓并聯負反饋）電壓并聯負反饋例1.分立電路電壓并聯負反饋閉環(huán)增益：閉環(huán)電壓增益：解：用方法一。反饋系數:f1RuiFofiuffRuRuuiiooffiuiouifRFiuA1)(ifsiosousfRRiuuuAssioRRRiuf模擬電子技術高吉祥第五章cha例2.運放組成的電壓并聯負反饋利用虛短和虛斷可知u+=u-=0ii=if1f1iffioufRRRiRiuuAVCC_CIRCLEVCC_CIRCLE+A+LRRfifid1i1Ruoiu模擬電子技術高吉祥第五章cha閉環(huán)增益：閉環(huán)電壓增

21、益：例1.分立元件組成的電流串聯負反饋ebeLc)1 ()/(RrRRAu解：用方法一。反饋系數:eofuiRiuFeuiioiufRFuiA11eLciLcoioufRRRuRRiuuA/)/(由第二章知，該電路閉環(huán)電壓增益:（4 4）電流串聯負反饋）電流串聯負反饋+-b2TRcVi-Cb2b1+uouRCCf-RC+Lb1RuioReeofRiu模擬電子技術高吉祥第五章cha例2.運放組成的電流串聯負反饋閉環(huán)電壓增益:利用虛短和虛斷可知:ifuuuufoioufuuuuA11RRRiRiLoLo解：用方法二。VVVO+fAuR-1RL-R+oiuu-+i模擬電子技術高吉祥第五章cha二二.

22、 . 估算輸入輸出電阻估算輸入輸出電阻在深度負反饋條件下：注：表中的輸入、輸出電阻均指反饋環(huán)中的輸入、輸出電阻。模擬電子技術高吉祥第五章cha 提高增益的穩(wěn)定性 減少非線性失真 擴展頻帶 改變輸入電阻和輸出電阻在放大器中引入負反饋降低了放大倍數降低了放大倍數使放大器的性能得以改善：使放大器的性能得以改善：模擬電子技術高吉祥第五章cha5.4.1 提高放大倍數的穩(wěn)定性提高放大倍數的穩(wěn)定性閉環(huán)時FAAA1F則：2F)1 (1AFdAdA只考慮幅值有AFAA1FAdAAFAdA11FF即閉環(huán)增益相對變化量比開環(huán)減小了1+AF倍另一方面:在深度負反饋條件下：FA1F 即閉環(huán)增益只取決于反饋網絡。當反饋

23、網絡由穩(wěn)定的線性元件組成時，閉環(huán)增益將有很高的穩(wěn)定性。模擬電子技術高吉祥第五章cha5.4.2 改善放大器的非線性失真改善放大器的非線性失真Auiufuiuoud加反饋前加反饋前加反饋后加反饋后AF+ 失真失真改善改善uouo模擬電子技術高吉祥第五章cha5.4.3 擴展放大器的通頻帶擴展放大器的通頻帶 放大電路加入負反饋后，增益下降，但通頻帶卻加寬了。無反饋時放大器的通頻帶： fbw= f HfL f H有反饋時放大器的通頻帶： fbwf= f HffLf f Hf可以證明：fbwf = (1+AF) fbw放大器的一個重要特性：增益與通頻帶之積為常數。即： Amf fbwf= Am fbw

24、31020lg|A|（dB）F（Hz） Am fL fH fLf fHf Amf模擬電子技術高吉祥第五章cha5.4.4 負反饋對輸入電阻的影響負反饋對輸入電阻的影響(1)串聯負反饋使輸入電阻增加無反饋時：有反饋時：idiii=iuiuR)(1iAFRiiif=iuRifd=iuu iod=iFuu idd=iAFuu id)1 (=iAFu+RiuooR-Riu+-+duii+o-uLRAi+Ro+oLiuiA+ouRu-dRiu+-RRfu-f+R1ifi模擬電子技術高吉祥第五章cha(2)并聯負反饋使輸入電阻減小無反饋時：有反饋時：diiii=iuiuRiiif=iuRfdi=iiuFu

25、iuodi=AFiiuddi=)1 (=diAFiuAFR1=i+ARu-Li+uoRiR-Rd+-+diuoifouiRffii+uoLiRu-uiuAo+Rid-R+-oi+Rdii模擬電子技術高吉祥第五章cha5.4.5 負反饋對輸出電阻的影響負反饋對輸出電阻的影響電壓負反饋穩(wěn)定輸出電壓（當負載變化時）恒壓源輸出電阻小。(1)電壓負反饋使輸出電阻減小電流負反饋穩(wěn)定輸出電流（當負載變化時）恒流源輸出電阻大。(2)電流負反饋使輸出電阻提高模擬電子技術高吉祥第五章cha為改善性能引入負反饋的一般原則為改善性能引入負反饋的一般原則 要穩(wěn)定直流量引直流負反饋 要穩(wěn)定交流量引交流負反饋 要穩(wěn)定輸出電

26、壓引電壓負反饋 要穩(wěn)定輸出電流引電流負反饋 要增大輸入電阻引串聯負反饋 要減小輸入電阻引并聯負反饋模擬電子技術高吉祥第五章cha5.5.1 產生自激振蕩的原因及條件產生自激振蕩的原因及條件1.自激振蕩現象 在不加輸入信號的情況下，放大電路仍會產生一定頻率的信號輸出。+iL+u-+u放大器放大器-oR 模擬電子技術高吉祥第五章chafidXXX 基本放大電路基本放大電路AdX oX 反饋網絡反饋網絡FfX iX +2.產生自激振蕩的原因 中頻時： |idXX 高頻或低頻時,放大器產生附加相移達到180時.為負反饋。 |idXX 變?yōu)檎答仭?此時，若滿足|dfXX 則Xi=0,仍會有輸出信號。

27、模擬電子技術高吉祥第五章cha3.3.自激振蕩的條件自激振蕩的條件1FA幅值條件180) 12(fan相位條件(附加相移)基本放大電路基本放大電路AdX oX 反饋網絡反饋網絡FfX iX + fdXX 0ddXFAX 自激振蕩條件：自激振蕩條件：1 FA分解為幅值條件與相位條件：由以上分析知：模擬電子技術高吉祥第五章cha5.5.2 利用環(huán)路增益波特圖判別是否產生自激振蕩利用環(huán)路增益波特圖判別是否產生自激振蕩方法一：方法一：則放大器穩(wěn)定。否則自激。則放大器穩(wěn)定。否則自激。0 0 )dB(lg20FA0 0-90-90 - -180180FA m mGdB0lg20 FA 180fa 滿足：滿

28、足：同理，為了切實保證穩(wěn)定，要留有同理，為了切實保證穩(wěn)定，要留有-10dB-10dB的余量，稱為的余量，稱為幅值裕度幅值裕度mG方法二：方法二：dB0lg20FA 180fa 滿足：滿足：則放大器穩(wěn)定。否則自激。則放大器穩(wěn)定。否則自激。為了切實保證穩(wěn)定，要留有為了切實保證穩(wěn)定，要留有4545余量，稱為余量，稱為相位裕度相位裕度m 模擬電子技術高吉祥第五章cha5.5.3 自激振蕩的消除方法自激振蕩的消除方法 如果 在0dB線以上只有一個轉折頻率，則無論反饋深度如何,電路都能穩(wěn)定工作，對嗎？思考思考Alg20 0dB線以上只有一個轉折頻率，則 在0dB線以上的斜率為-20dB/十倍頻程。Alg2

29、0 無論反饋深度如何,相交點都交在 的-20dB/十倍頻程處，放大電路是穩(wěn)定的。Alg20 因此，消除自激振蕩的指導思想是，人為地降低第一個極點的頻率，拉大它與第二個極點頻率之間的距離，確保相交點出現在第一、二極點頻率之間，即相交在-20dB/十倍頻程處。模擬電子技術高吉祥第五章cha1.滯后補償滯后補償簡單的滯后補償 換句話說， 負反饋放大電路自激振蕩的消除就是要設法使電路不存大f0，或存大f0時，滿足fcf0，這時電路必然穩(wěn)定。常用的補償方法有滯后補償和超前補償。在多級放大電路的前兩級之間并聯上補償電容C ，如圖(a)所示，調頻等效電路如圖(b)所示。模擬電子技術高吉祥第五章cha設前級的輸出電阻為Ro1，后級的輸入電阻為Ri2，后級的輸入電容為Ci