如差分放大器課件

第四章負(fù)反饋放大器與集成運(yùn)算放大器4.1反饋的基本原理4.2差分放大器4.3集成運(yùn)算放大器4.4集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用習(xí)題第四章負(fù)反饋放大器與集成運(yùn)算放大器

4.1反饋的基本原理主要要求：

掌握反饋的基本概念、反饋的分類及判別掌握四類基本反饋組態(tài)的特點(diǎn)了解負(fù)反饋的對(duì)放大器性能的影響和應(yīng)用4.1反饋的基本原理主要要求：掌一、反饋的基本概念

將放大電路（或某一系統(tǒng)）輸出端的電壓或電流信號(hào)的一部分或全部，通過某種電路（或稱作反饋網(wǎng)絡(luò)）引回到放大電路的輸入端，這種信號(hào)的反送過程稱為反饋（Feedback）。輸出回路中反送到輸入回路的那部分信號(hào)稱為反饋信號(hào)。凈輸入ie圖中輸出電流ie影響了凈輸入信號(hào)ube，有ube=ui-ieRe。舉例一、反饋的基本概念將放大電路（或

反饋網(wǎng)絡(luò)回路信號(hào)疊加符號(hào)反饋方框圖

既可表示電壓量也可表示電流量。其中，稱為開環(huán)增益。反饋放大電路的方框圖反饋網(wǎng)絡(luò)回路信號(hào)疊加符號(hào)反饋方框圖既可

凈輸入uo圖中輸出電壓uo影響了凈輸入信號(hào)ube，有ube=ui-uo。凈輸入uo圖中輸出電壓uo影響了凈輸入信號(hào)ube，有

為實(shí)現(xiàn)反饋，必須有一個(gè)既連接輸出回路又連接輸入回路的中間環(huán)節(jié)，稱為反饋網(wǎng)絡(luò)，一般由電阻電容元件組成。引入反饋的放大電路叫反饋放大器，也叫閉環(huán)放大器；未引入反饋的放大電路稱為開環(huán)放大器，也叫基本放大器。為實(shí)現(xiàn)反饋，必須有一個(gè)既連接輸出回路

二、反饋的分類（1）正反饋與負(fù)反饋反饋信號(hào)加強(qiáng)了原輸入信號(hào)為正反饋；（電壓放大倍數(shù)增加）反饋信號(hào)削弱了原輸入信號(hào)為負(fù)反饋。由于負(fù)反饋具有使輸出信號(hào)趨于穩(wěn)定，易控制的特點(diǎn)，故本章主要討論負(fù)反饋問題。負(fù)反饋衰減正反饋?zhàn)约ざ?、反饋的分類?）正反饋與負(fù)反饋反饋

（2）電壓反饋與電流反饋（輸出端）反饋信號(hào)取自輸出電壓，稱為電壓反饋，其反饋信號(hào)正比于輸出電壓，其取樣的輸出電路為并聯(lián)連接；如果反饋信號(hào)取自輸出電流，稱為電流反饋，其反饋信號(hào)正比于輸出電流，其取樣電路為串聯(lián)連接。輸出并聯(lián)連接輸出串聯(lián)連接（2）電壓反饋與電流反饋（輸出端）反饋信號(hào)取自

（3）串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋（輸入端）反饋信號(hào)在放大器輸入端以電壓的形式出現(xiàn)，那么在輸入端必定與輸入電路相串聯(lián)，稱為串聯(lián)反饋；反饋信號(hào)在放大器輸入端以電流的形式出現(xiàn)，則在輸入端必定與輸入電路相并聯(lián)，稱為并聯(lián)反饋。輸入串聯(lián)連接，引入電壓量輸入并聯(lián)連接，引入電流量（3）串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋（輸入端）反饋信號(hào)在放

綜上所述：負(fù)反饋的基本類型有四種：電壓串聯(lián)負(fù)反饋電壓并聯(lián)負(fù)反饋電流串聯(lián)負(fù)反饋電流并聯(lián)負(fù)反饋綜上所述：負(fù)反饋的基本類型有四種：

三、反饋類型的判別（步驟）1、在判斷反饋的類型之前，首先應(yīng)看放大器的輸出與輸入之間有無電路連接，以便由此確定有無反饋。2、電壓反饋與電流反饋的判斷（輸出端短路法）uf=0電壓反饋uf≠0電流反饋三、反饋類型的判別（步驟）1、在判斷反饋的類型之

3、串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋若反饋信號(hào)與輸入信號(hào)是串接在基本放大器輸入端則為串聯(lián)反饋；若反饋信號(hào)與輸入信號(hào)是并接在基本放大器輸入端，則為并聯(lián)反饋。引入電壓量uf引入電流量if并聯(lián)反饋串聯(lián)反饋3、串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋若反饋信號(hào)與輸入信號(hào)是串

4、正反饋與負(fù)反饋的判別通常采用瞬時(shí)極性判別法。

首先假定輸入端交流信號(hào)在某一瞬時(shí)對(duì)地而言極性為正，然后根據(jù)放大電路各級(jí)輸入、輸出之間的相位關(guān)系分別推出相關(guān)各點(diǎn)的瞬時(shí)極性（用“+”表示升高，用“—”表示降低），最后判別反映到電路輸入端的作用是加強(qiáng)了輸入信號(hào)還是削弱了輸入信號(hào)。加強(qiáng)為正反饋，削弱了為負(fù)反饋。解釋瞬時(shí)極性4、正反饋與負(fù)反饋的判別通常采用瞬時(shí)

共射組態(tài)倒相共射組態(tài)倒相++共射組態(tài)倒相共射組態(tài)倒相++

四.負(fù)反饋放大電路的舉例1.電流串聯(lián)負(fù)反饋反饋元件為Re，跨接在輸出與輸入回路之間，將放大器的輸出電流的部分轉(zhuǎn)化為電壓以影響凈輸入ube。四.負(fù)反饋放大電路的舉例1.電流串聯(lián)負(fù)反饋反饋

仍有uf≠0，電流反饋引入電壓量uf，串聯(lián)反饋++輸出短路法判斷為電流反饋；反饋節(jié)點(diǎn)接地法判斷為串聯(lián)反饋；瞬時(shí)極性法判斷正負(fù)，uf與ui同相變化，而凈輸入ube＝ui－uf，故反饋削弱輸入信號(hào)，為負(fù)反饋。仍有uf≠0引入電壓量uf，串聯(lián)反饋++輸出短

2.電壓并聯(lián)負(fù)反饋反饋元件為Rf，跨接在輸出與輸入回路之間，將放大器的輸出電壓引入到輸入回路中（晶體管VT的基極）。2.電壓并聯(lián)負(fù)反饋反饋元件為Rf，跨接在輸出與+無反饋信號(hào)，電壓反饋引入電流量if，串聯(lián)反饋+輸出短路法判斷為電壓反饋；反饋節(jié)點(diǎn)接地法判斷為并聯(lián)反饋；瞬時(shí)極性法判斷正負(fù)，if與ui倒相變化，而凈輸入ib＝ii－if，故反饋削弱輸入信號(hào)，為負(fù)反饋。電壓并聯(lián)負(fù)反饋–+–

+無反饋信號(hào)引入電流量if，串聯(lián)反饋+輸出短路法判斷為電壓反五.負(fù)反饋對(duì)放大電路工作性能的影響1.負(fù)反饋放大器的放大倍數(shù)（降低放大倍數(shù)）反饋放大器的方框圖

五.負(fù)反饋對(duì)放大電路工作性能的影響1.負(fù)反饋放大器的放大倍基本電路放大倍數(shù)（F為反饋系數(shù)）（引入反饋后的放大倍數(shù)）基本電路放大倍數(shù)（F為反饋系數(shù)）（引入反饋后的放大倍數(shù)）由此可見，閉環(huán)增益Af是開環(huán)增益A的（1＋AF）分之一，反饋深度表示了反饋影響的程度。

由此可見，閉環(huán)增益Af是開環(huán)增益A的（1＋AF）分之一，反饋2.提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性輸入信號(hào)一定時(shí)，采用電壓負(fù)反饋或電流負(fù)反饋，可穩(wěn)定輸出電壓或輸出電流。

2.提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性輸入信號(hào)一定時(shí)，采用電壓負(fù)反饋或電3.減小非線線性失真負(fù)反饋越深，輸出波形失真越小。4.改變了輸入、輸出電阻輸入、輸出電阻發(fā)生變化，阻值是增加還是減小取決于采用哪種負(fù)反饋形式。

3.減小非線線性失真負(fù)反饋越深，輸出波形失真越小。4.改變了3.2差分放大器主要要求：

掌握基本差分放大器的組成。掌握差分放大器的輸入方式。了解差分放大器的幾種接法。

3.2差分放大器主要要求：掌握基本差分放大器的組在實(shí)際的電子設(shè)備中，為了得到足夠大的放大倍數(shù)或者使輸入電阻和輸出電阻達(dá)到指標(biāo)要求，一個(gè)放大電路往往由多級(jí)組成。多級(jí)放大電路由輸入級(jí)、中間級(jí)及輸出級(jí)組成。

圖3.2多級(jí)放大電路框圖

在實(shí)際的電子設(shè)備中，為了得到足夠大的放大倍數(shù)或者使輸入電阻和多級(jí)放大電路是將各單級(jí)放大電路連接起來，這種級(jí)間連接方式稱為耦合。要求前級(jí)的輸出信號(hào)通過耦合不失真地傳輸?shù)胶蠹?jí)的輸入端。常見耦合方式阻容耦合、變壓器耦合、直接耦合。直接耦合是將前級(jí)放大電路和后級(jí)放大電路直接相連的耦合方式，這種耦合方式稱為直接耦合，

多級(jí)放大電路是將各單級(jí)放大電路連接起來，這種級(jí)間連接方式稱為（1）靜態(tài)工作點(diǎn)相互影響（2）零點(diǎn)漂移現(xiàn)象由于溫度變化等原因，使放大電路在輸入信號(hào)為零時(shí)輸出信號(hào)不為零的現(xiàn)象稱為零點(diǎn)漂移。產(chǎn)生零點(diǎn)漂移的主要原因是由于溫度變化而引起的。因而，零點(diǎn)漂移的大小主要由溫度所決定。

差動(dòng)式放大電路對(duì)于放大變化非常緩慢的直流信號(hào)時(shí)，必須采用直接耦合。（1）靜態(tài)工作點(diǎn)相互影響（2）零點(diǎn)漂移現(xiàn)象差動(dòng)式一、基本差動(dòng)放大電路的組成完全對(duì)稱

一、基本差動(dòng)放大電路的組成完全對(duì)稱二、電路分析靜態(tài)靜態(tài)時(shí)UI1=UI2=0，輸出電壓Uo=UO1-UO2=0動(dòng)態(tài)（1）抑制零點(diǎn)漂移當(dāng)溫度變化時(shí)，兩個(gè)單管放大電路的工作點(diǎn)都要發(fā)生變動(dòng)，因而產(chǎn)生漂移ΔUO1和ΔUO2。由于電路是對(duì)稱的，所以ΔUO1=ΔUO2。則差動(dòng)放大電路的輸出漂移ΔUO=ΔUO1-ΔUO2，即消除了零點(diǎn)漂移。1、工作原理

二、電路分析靜態(tài)靜態(tài)時(shí)UI1=UI2=0，動(dòng)態(tài)（12、輸入信號(hào)類型及差模電壓放大倍數(shù)

基本差分放大器的輸入信號(hào)可以分為共模信號(hào)和差模信號(hào)兩種。共模輸入：uI1與uI2大小相等、極性相同的部分為共模信號(hào)分量，用uIC表示。而uI1=uI2時(shí)為共模輸入狀態(tài)。共模輸入狀態(tài)2、輸入信號(hào)類型及差模電壓放大倍數(shù)基本差分放大器

因電路對(duì)稱，所以此時(shí)輸出電壓uOC恒為零，這與輸入信號(hào)為零（靜態(tài)）的輸出結(jié)果相同，說明差分放大器對(duì)共模信號(hào)有抑制能力。實(shí)質(zhì)對(duì)零漂的抑制。因電路對(duì)稱，所以此時(shí)輸出電壓uOC恒為零，這與輸

差模輸入：在放大器兩輸入端分別輸入大小相等、方向相反的信號(hào)，即uI1=–uI2。這種輸入方式稱為差模輸入。這種信號(hào)稱為差模信號(hào)。用uID表示。即uI1=uID/2，uI2=?uID/2。差模輸入狀態(tài)差模輸入：在放大器兩輸入端分別輸入大小相等、方向

設(shè)兩管放大倍數(shù)分別為A1、A2，集電極輸出電壓分別為uO1、uO2，有而電路對(duì)稱有A1=A2=A設(shè)兩管放大倍數(shù)分別為A1、A2，集電極輸出電壓分別為u

所以，差模放大倍數(shù)與單管共射放大器的電壓放大倍數(shù)相同。所以，差模放大倍數(shù)與單管共射放大器的電壓放大倍數(shù)相

3.共模抑制比表明差分放大器放大差模信號(hào)、抑制共模信號(hào)的能力，定義為共模抑制比越大，則放大差模信號(hào)的能力越強(qiáng)，抑制共模信號(hào)的能力也越強(qiáng)，理想狀況下KCMR趨于∞，一般為40~60dB。3.共模抑制比表明差分放大器放大差模信號(hào)、抑制共

4.3集成運(yùn)算放大器主要要求：

了解集成運(yùn)算放大器了解集成運(yùn)算放大器的內(nèi)部電路組成。4.3集成運(yùn)算放大器主要要求：了解集

將晶體管、二極管、電阻的元件及連線全部幾種制造在同一塊半導(dǎo)體基片上，成為一個(gè)完整的固體電路，通稱為集成電路。與分立器件相比具有以下特點(diǎn)：在同一硅片上采用相同工藝制造，特別適用于制造對(duì)稱性高的電路（如差分放大器）。電阻元件阻值范圍受到局限，制造過高或過低阻值電阻困難較大，一般采用恒流源代替所需高值電阻。難于制造幾十皮法以上電容，更難于制造電感元件，常常利用直接耦合方式可以減少或避免使用大電容、電感。二極管利用集電極和基極短接的三極管代替，主要是因?yàn)榕c其他三極管ube溫度系數(shù)相近，溫度補(bǔ)償性較好。將晶體管、二極管、電阻的元件及連線全部幾種制造在同一

集成電路的常見外形主要有以下三種：集成電路按功能的不同，可以分為模擬集成電路和數(shù)字集成電路。模擬集成電路中集成運(yùn)算放大器是應(yīng)用最為廣泛的器件，簡(jiǎn)稱集成運(yùn)放。集成電路的常見外形主要有以下三種：集成電路按功能

一、集成運(yùn)算放大器的內(nèi)部組成集成運(yùn)算放大器內(nèi)部組成原理框圖一、集成運(yùn)算放大器的內(nèi)部組成集成運(yùn)算放大器內(nèi)部

1.輸入級(jí)輸入級(jí)是提高運(yùn)算放大器質(zhì)量的關(guān)鍵部分,要求其輸入電阻高,為了能減小零點(diǎn)漂移和抑制共摸干擾信號(hào)。采用具有恒流源的差動(dòng)式放大電路。2.中間級(jí)中間級(jí)的主要作用是提供足夠大的電壓放大倍數(shù)，故又稱為電壓放大級(jí)。3.輸出級(jí)輸出級(jí)的主要作用是輸出足夠的電流以滿足負(fù)載的需要，同時(shí)還需要有較高的輸入電阻和較低的輸出電阻，以起到將放大級(jí)和負(fù)載隔離的作用。輸出級(jí)一般由射級(jí)輸出器組成，以降低輸出電阻，從而提高電路的帶負(fù)載能力。4.偏置電路偏置電路的作用是為各級(jí)提供合適的工作電流，一般由各種恒流源電路組成。1.輸入級(jí)

偏置電路輸出級(jí)中間級(jí)輸入級(jí)國(guó)產(chǎn)F007運(yùn)放電路原理圖舉例偏置電路輸出級(jí)中間級(jí)輸入級(jí)國(guó)產(chǎn)F007運(yùn)放電路原理圖舉例

它有兩個(gè)輸入端：同相端標(biāo)為“+”，其信號(hào)極性與輸出信號(hào)相同；反相端標(biāo)為“–”，其信號(hào)極性與輸出信號(hào)相反。引腳因型號(hào)各異。二、集成運(yùn)放的符號(hào)集成運(yùn)放符號(hào)它有兩個(gè)輸入端：同相端標(biāo)為“+”，其信號(hào)極性與輸出信

三、集成運(yùn)放的主要性能指標(biāo)1.開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)AodAod是集成運(yùn)放在開環(huán)時(shí)（無外加反饋時(shí)）輸出電壓與輸入差模信號(hào)電壓之比，常用分貝（dB）表示，目前最高可達(dá)140dB。2.差模輸入電阻ridrid是集成運(yùn)放兩輸入端之間的動(dòng)態(tài)電阻，以rid＝ΔuID/ΔiI表示，是衡量信號(hào)源索取電流大小的標(biāo)志，一般為M?數(shù)量級(jí)。以場(chǎng)效應(yīng)晶體管為輸入級(jí)的可達(dá)106M?。3.輸出電阻roro是運(yùn)放開環(huán)工作時(shí)，從輸出端等效的電阻，表明帶負(fù)載能力。值越小帶負(fù)載能力越強(qiáng)。三、集成運(yùn)放的主要性能指標(biāo)1.開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Ao4.共模抑制比KCMRKCMR是差模電壓放大倍數(shù)與共模電壓放大倍數(shù)之比，即KCMR＝|Aod/Aoc|,一般以分貝表達(dá)，KCMR＝20lg(|Aod/Aoc|)，高質(zhì)量的運(yùn)放可達(dá)160dB。

4.共模抑制比KCMRKCMR是差模電壓放大倍數(shù)與共模電壓放思考題：1、直接耦合放大電路能否放大交流信號(hào)？2、什么是零點(diǎn)漂移？產(chǎn)生零點(diǎn)漂移的主要因素是什么？3、差分放大電路的特點(diǎn)是什么？4、集成運(yùn)算放大器的內(nèi)部組成是由幾部分組成的？思考題：1、直接耦合放大電路能否放大交流信號(hào)？

4.4集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用掌握理想集成運(yùn)算放大器及其分析方法掌握集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用。主要要求：

4.4集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用掌握理想集成運(yùn)算放大器及

運(yùn)算放大器的應(yīng)用廣泛，從工作狀態(tài)來分，可分為負(fù)反饋應(yīng)用、開環(huán)和正反饋應(yīng)用。負(fù)反饋應(yīng)用：引入負(fù)反饋，電路一般工作在線性區(qū)內(nèi)，所以稱為線性應(yīng)用。開環(huán)和正反饋應(yīng)用：電路多數(shù)工作于非線性狀態(tài)，稱為非線性應(yīng)用。在分析集成運(yùn)放組成的各種電路時(shí)，為了便于分析與計(jì)算，常把實(shí)際運(yùn)放作為理想運(yùn)放來處理，以簡(jiǎn)化計(jì)算。集成運(yùn)放有兩種工作狀態(tài)：線性與非線性。

運(yùn)算放大器的基本應(yīng)用電路運(yùn)算放大器的應(yīng)用廣泛，從工作狀態(tài)來分，可分一、理想運(yùn)算放大器

把理想化的運(yùn)算放大器稱作理想運(yùn)算放大器理想化條件：開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aod=∞輸入電阻rid=∞輸出電阻ro=0共模抑制比KCMR=∞一、理想運(yùn)算放大器把理想化的運(yùn)算放大器稱作理想運(yùn)算放

當(dāng)運(yùn)算放大器工作于線性狀態(tài)時(shí)，即可視為一個(gè)理想的電壓放大器。有兩條基本結(jié)論：稱之為“虛短”現(xiàn)象，即同相端“+”與反相端“–”電位相同，但并非真正短路，即兩端之間無電流導(dǎo)通。結(jié)論一當(dāng)運(yùn)算放大器工作于線性狀態(tài)時(shí)，即可視為一個(gè)理想的電壓放大器

稱之為“虛斷”現(xiàn)象，即同相端“+”與反相端“–”輸入趨于零，但并非真正斷路，即兩端之間可能無壓差。結(jié)論二運(yùn)算放大器一般工作于線性范圍內(nèi)，就是用電阻、電容、二極管等元件跨接于輸出端和反相輸入端之間引入深度電壓負(fù)反饋。集成運(yùn)放工作在線性區(qū)的必要條件是采用負(fù)反饋稱之為“虛斷”現(xiàn)象，即同相端“+”與反相端“–

1.反相輸入式運(yùn)算電路二、基本運(yùn)算放大電路外接電阻反饋電阻平衡電阻1.反相輸入式運(yùn)算電路二、基本運(yùn)算放大電路外接電阻反R2上無電流，由歐姆定律，R2上無壓降，則u+=0V，u–=u+=0V，有“虛地”現(xiàn)象。說明反相端雖然沒有直接接地，但其電位端為地電位，但并未真正接地，稱為“虛地”。（或反相輸入端電位接近“零”的現(xiàn)象）此為反相輸入式放大電路的重要特征。（1）虛地的概念不接地的虛地點(diǎn)

R2上無電流，由歐姆定律，R2上無壓降，說明反相端雖然沒有直（2）電壓放大倍數(shù)

（2）電壓放大倍數(shù)

當(dāng)Rf=R1=R時(shí)，Auf=?1，這種電路成為反相器。當(dāng)Rf=R1=R時(shí)，Auf=?1，這種電路成為反（3）輸入輸出電阻輸入電阻（虛地）輸出電阻

（3）輸入輸出電阻輸入電阻（虛地）輸出電阻例1已知：R1=10K?，Rf=500K?，求電壓放大倍數(shù)Auf，輸入電阻rif和平衡電阻R2。[解]

例1已知：R1=10K?，Rf=500K?，求電壓放大倍數(shù)A2、同相輸入式“+”端電位為uI電流通路由R1、Rf組成負(fù)反饋，R2電阻是平衡電阻，R2=R1//Rf。

2、同相輸入式“+”端電位為uI電流通路由R1、Rf組成負(fù)反當(dāng)Rf=0或R1=∞時(shí)，Auf=1，這種電路稱為電壓跟隨器，又因?yàn)槭请妷捍?lián)負(fù)反饋，有rif