負反饋放大器與集成運算放大器

第一頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五

8.1.1反饋的基本概念

1．概述在電子電路中，反饋定義為：將放大電路輸出信號（電壓或電流）的部分或全部通過一定的電路（反饋電路）回送到輸入回路的反送過程。一個反饋放大器的框圖如圖8.1所示。

圖8.1反饋放大電路的框圖8.1負反饋放大器第二頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五

2．反饋放大器分類

(1)根據(jù)輸出端取樣對象分類可分為電壓反饋和電流反饋兩類。電壓反饋的反饋信號取自輸出電壓，反饋量與輸出電壓成正比。如圖8.2（a）和（b）。電流反饋的反饋信號取自輸出電流，反饋量與輸出電流成正比。如圖8.2（c）和（d）。

(2)根據(jù)與輸入端的連接方式分類可分為串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋兩類。串聯(lián)反饋是輸入信號與反饋信號兩者串聯(lián)后獲得凈輸入信號，如圖8.2（a）和（c）所示。并聯(lián)反饋是輸入信號與反饋信號兩者并聯(lián)后獲得凈輸入信號，如圖8.2（b）和（d）。第三頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五

圖8.2反饋的分類第四頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五

(3)根據(jù)反饋極性分類可分為負反饋和正反饋。若反饋信號與原來輸入信號相位相反，削弱原來的輸入信號，這種反饋稱為負反饋。若反饋信號與原來輸入信號相位相同，加強了原輸入信號，這種反饋稱為正反饋。

(4)根據(jù)反饋電路組成分類可分為直流反饋和交流反饋。直流通路中存在的反饋稱為直流反饋。交流通路中存在的反饋稱為交流反饋。若兩個通路中都存在的反饋稱為交、直流反饋。第五頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五

8.1.2負反饋放大器的分析方法

1.瞬時極性法瞬時極性法主要用來判斷放大電路中的反饋是正反饋還是負反饋。具體方法是：先假設(shè)放大電路輸入端信號在某一瞬間對地的極性為（+）或（-）；然后根據(jù)各級電路輸出端與輸入端信號的相位關(guān)系（同相或反相），標出反饋回路中各點的瞬時極性；再得到反饋端信號的極性；最后，通過比較反饋端信號與輸入端信號的極性來判斷電路的凈輸入信號是加強還是削弱，從而確定是正反饋還是負反饋。第六頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五

2.框圖分析法框圖分析法主要用來確定負反饋放大器的一般表達式。一般表達式為：

(1)若|1+AF|>1則|Af|<|A|，加入反饋后閉環(huán)放大倍數(shù)變小，屬于負反饋。

(2)若|1+AF|<1，則|Af|>|A|，加入反饋后閉環(huán)放大倍數(shù)增加，為正反饋。

(3)若|1+AF|=0，則Af→∞。即沒有輸入信號時，也會有輸出信號，這種現(xiàn)象稱自激振蕩。

第七頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五

8.1.3負反饋的四種組態(tài)

1．電壓串聯(lián)負反饋電壓、電流反饋簡易判別方法是：令輸出端短路，若反饋電壓消失，則為電壓反饋，否則為電流反饋。串聯(lián)、并聯(lián)反饋簡易判別方法是：輸入信號和反饋信號在不同節(jié)點引入為串聯(lián)反饋，在同一節(jié)點引入為并聯(lián)反饋。

圖8.3電壓串聯(lián)負反饋電路

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2．電壓并聯(lián)負反饋圖8.4電壓并聯(lián)負反饋電路第九頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五

3．電流串聯(lián)負反饋圖8.5電流串聯(lián)負反饋第十頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五

4．電流并聯(lián)負反饋

圖8.6電流并聯(lián)負反饋第十一頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五

8.1.4負反饋對放大器性能的影響

1．提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性

2．

擴展帶寬

3．

減小非線性失真

4．

負反饋對輸入電阻和輸出電阻的影響

(1)負反饋對輸入電阻的影響①串聯(lián)負反饋使輸入電阻增大②并聯(lián)負反饋使輸入電阻減小

（2）負反饋對輸出電阻的影響①電壓負反饋使輸出電阻減?、陔娏髫摲答伿馆敵鲭娮柙龃?/p>

第十二頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五8.2.1基本差分放大器差分放大器又稱差動放大器，主要用作直流放大的輸入級，具有很強的“零點漂移”抑制作用。這里所說的直流是指變化比較緩慢的電信號，如由溫度傳感器檢測出的反映溫度變化的電信號等?；静罘址糯箅娐啡鐖D8.8所示。8.2差分放大器第十三頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五

圖8.8基本的差分放大電路第十四頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五

2．工作原理（1）對零點漂移的抑制作用零點漂移(簡稱零漂)指：放大電路輸入信號為零時，輸出信號不為零的現(xiàn)象。①無信號輸入時，由于兩管的特性相同，元件參數(shù)相等，輸出信號為零，避免了零點漂移現(xiàn)象。②當環(huán)境溫度發(fā)生變化或電源電壓出現(xiàn)波動時，將引起三極管參數(shù)的變化，由于兩管特性相同，電路對稱，ΔIC1=ΔIC2；ΔUC1=ΔUC2。于是輸出電壓變化量為：

ΔUo=ΔUC1-ΔUC2=0

故“零漂”現(xiàn)象消失。第十五頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五

1．各元件作用

V1、V2是兩只特性相同的三極管，實現(xiàn)電流放大；兩管的集電極電阻RC，實現(xiàn)將集電極電流變化轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電壓變化；兩管的RB1、RB2為三極管提供合適的靜態(tài)工作；輸入端兩個電阻R將輸入信號電壓Ui轉(zhuǎn)化成大小相等，方向（相位）相反的一對輸入信號Ui1和Ui2，分別加到V1和V2的基極。習(xí)慣上稱這對大小相等，方向（相位）相反的輸入信號為差模信號，對應(yīng)的輸入方式稱為差模輸入；RL是負載，接兩管集電極構(gòu)成雙端輸出。第十六頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五（2）對差模信號的放大作用當加到圖8.8所示的放大電路輸入端時，V1、V2的基極獲得一對差模信號、。此時兩管集電極電位不再相等，差分放大電路輸出端有電壓輸出，即,此過程可簡述為：

第十七頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五圖8.9單級微變等效電路第十八頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五

3．動態(tài)性能指標估算（1）差模電壓放大倍數(shù)Aud

差分放大電路對差模信號的電壓放大倍數(shù)與單管電壓放大倍數(shù)相等。單管電壓放大倍數(shù)可由微變等效電路求得。

[例8.1]

在圖8.8電路中，已知三極管，，RB1=220kΩ，RB2=5.1kΩ，RC=18kΩ，RL=39kΩ。求：差模電壓放大倍數(shù)。第十九頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五分析：由于整個差分放大電路的差模放大倍數(shù)Aud等于一個管子的電壓放大倍數(shù)，故可通過單管(比如V1)的微變等效電路求出Aud。在差模輸入時，兩管集電極輸出一增一減，且變化量相等，負載RL的中點電位是不隨信號而變的，該中點可看作等效的交流地，因此單管放大電路的負載為，于是求Aud的微變等效電路如圖8.9所示。第二十頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五解：由圖8.9可知

(2)共模電壓放大倍數(shù)共模信號指：大小相等，方向(相位)相同的一對輸入信號，對應(yīng)的輸入方式稱共模輸入。一般來說，共模輸入信號是一對等效的輸入信號，由環(huán)境溫度變化、電源電壓波動引起輸出端漂移電壓折合到輸入端而獲得；或由差分放大電路兩個輸入端輸入電壓不相等而獲得。實用中，沒有可以用儀表檢測到的，確實獨立存在的共模信號，這一點要特別注意理解。第二十一頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五

[例8.2]在圖8.10所示電路中，已知差分放大電路的輸入信號。試求差模信號和共模信號。

圖8.10[例8.2]的電路第二十二頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五分析：當差分放大電路兩輸入端信號不相等到時，可分離出等效的差模信號和共模信號。其中差模信號為：共模信號為：兩邊輸入的差模信號分別為：

兩邊輸入的共模信號分別為：

第二十三頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五解：由上述分析可得

=說明：實用中，真正能用儀表檢測到的信號只有和，是用儀表檢測不到的。第二十四頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五在共模輸入時，；于是

==

由于電路對稱，三極管特性相同,,故

=0

即：差分放大電路參數(shù)完全對稱時，共模放大倍數(shù)為0。第二十五頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五

(3)共模抑制比KCMR

共模抑制比是用來表明差分放大電路對共模信號抑制能力的一個參數(shù)，定義為差模放大倍數(shù)Aud與共模放大倍數(shù)Auc的比值，用KCMR表示，即

KCMR=||

此值越大，說明差分放大電路分辨差模信號的能力和抑制零點漂移的能力越強，放大電路的性能越好，一般差分放大電路的KCMR=。第二十六頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五

(4)差分放大電路的改進改進的差分放大電路如圖8.11所示。圖8.11改進的差分放大電路第二十七頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五

8.2.2帶恒流源的差分放大器帶恒流源的差分放大電路，如圖8.12所示。圖8.12帶恒流源的差分放大電路第二十八頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五圖中RE越大，對溫度變化引起的零點漂移抑制作用也越大。抑制過程可表示如下：

IC1↑→IE1↑UBE1↓→IB1↓→IC1↓T↑IE↑→IERE=UE↑

IC2↑→IE2

UBE2↓→IB2↓→IC2↓第二十九頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五

1．靜態(tài)分析

(1)

求IE3從恒流源入手先求UB3，然后求UE3、IE3。由圖8.12可知

=

第三十頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五

2．動態(tài)分析恒流源不影響差模輸入時放大電路的工作狀態(tài)，因此動態(tài)分析不變。

[例8.3]

在圖8.13所示電路中，V1、V2、V3均為3DG4C，β為50，RB=10kΩ，RC=30kΩ，R=510Ω，R1=5kΩ，RE3=18kΩ，V4為2CW15，穩(wěn)定電壓為8V。求：10

各管的靜態(tài)工作電壓與電流。

20

差模電壓放大倍數(shù)。

30

當輸入電壓Ui=30mV時的輸出電壓及V1、V2

管的集電極電壓。第三十一頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五

(2)求IC1、IC2

由于電路對稱，故，因此

(3)求IB1、IB2

(4)求UC1、UC2

第三十二頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五圖8.13[例8.3]的電路圖第三十三頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五解:10

求各管的靜態(tài)工作電壓與電流由圖8.13可知

所以

第三十四頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五

20

求差模電壓放大倍數(shù)由于

=

Ω

可得

第三十五頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五

30

Ui=30mV時，由圖8.13可知，差模輸出電壓為

Uo=AudUi=88×30mV=2.64V

由于差分放大電路對稱，故單管輸出電壓為

V

又差模輸入時，V1、V2

集電極電位一升一降，不妨設(shè)下降，上升，則

V