項目4集成運算放大器和反饋§4.1集成電路簡介§4.2集成運算放大器§4.3放大電路中的反饋學習要求1.理解集成運算放大器的結構、技術指標、特點、工作區(qū)域和傳輸特征曲線。2.理解反饋的概念、分類、組態(tài)、判斷方法、負反饋對放大電路性能的影響。重點難點：反饋的概念、負反饋對放大電路性能的影響。4.1集成電路簡介1.概況集成電路是是采用一定的工藝，把一個電路中所需的晶體管、電阻、電容等元件及布線互連一起，制作在一小塊或幾小塊半導體晶片或介質基片上，然后封裝在一個管殼內，成為具有所需電路功能的微型結構。4.1集成電路簡介2．集成電路分類集成電路按導電類型可分為雙極型集成電路和單極型集成電路；根據集成電路功能不同，集成電路可以分為模擬集成電路、數字集成電路和數/?；旌霞呻娐啡箢?，模擬集成電路用來產生、放大和處理各種模擬信號，其輸入信號和輸出信號成比例關系，稱為線性集成電路。4.1集成電路簡介3.集成電路型號命名方法。4.集成電路管腳的辨別方法

運算放大電路是一種具有高放大倍數的直接耦合放大器。在發(fā)展初期,運算放大器主要用于模擬電子計算機中的數學運算,故稱為運算放大器。從電子技術的發(fā)展到集成電路的出現,形成了集成運算放大器,簡稱集成運放。隨著集成工藝的不斷發(fā)展,集成運放的技術指標也在不斷提高,而且應用范圍也越來越廣泛,集成運放除了用于數學運算,還廣泛應用于儀器儀表等電子設備及自動化系統(tǒng)中。集成運算放大電路概況一、集成運放的特點（1）直接耦合方式，充分利用管子性能良好的一致性采用差分放大電路和電流源電路。（2）用復雜電路實現高性能的放大電路，因為電路的復雜化并不帶來工藝的復雜性。（3）用有源元件替代無源元件，如用晶體管取代難于制作的大電阻。（4）采用復合管。

集成運算放大電路，簡稱集成運放，是一個高性能的直接耦合多級放大電路。因首先用于信號的運算，故而得名。4.2集成運算放大器二、集成運放電路的組成兩個輸入端一個輸出端

若將集成運放看成為一個“黑盒子”，則可等效為一個雙端輸入、單端輸出的差分放大電路。集成運放電路四個組成部分的作用輸入級：前置級，多采用差分放大電路。要求Ri大，Ad大，

Ac小，輸入端耐壓高。中間級：主放大級，多采用共射放大電路。要求有足夠的放大能力。輸出級：功率級，多采用準互補輸出級。要求Ro小，最大不失真輸出電壓盡可能大。偏置電路：為各級放大電路設置合適的靜態(tài)工作點。采用電流源電路。幾代產品中輸入級的變化最大！三、集成運放的電壓傳輸特性

由于Aod高達幾十萬倍，所以集成運放工作在線性區(qū)時的最大輸入電壓(uP－uN)的數值僅為幾十～一百多微伏。在線性區(qū)：uO＝Aod(uP－uN)

Aod是開環(huán)差模放大倍數。非線性區(qū)

(uP－uN)的數值大于一定值時，集成運放的輸出不是＋UOM

,

就是－UOM，即集成運放工作在非線性區(qū)。uO=f(uP-uN)四、集成運放的主要性能指標

指標參數F007典型值理想值開環(huán)差模增益Aod106dB∞差模輸入電阻rid2MΩ∞共模抑制比KCMR90dB∞輸入失調電壓UIO1mV

0UIO的溫漂dUIO/dT(℃)幾μV/℃0輸入失調電流IIO(│IB1-IB2│)

20nA0UIO的溫漂dUIO/dT(℃)幾nA/℃0最大共模輸入電壓UIcmax±13V最大差模輸入電壓UIdmax±30V-3dB帶寬fH10Hz∞轉換速率SR(=duO/dt│max)0.5V/μS

∞20lg│Aod│使uO為0在輸入端所加的補償電壓超過此值不能正常放大差模信號超過此值輸入級放大管擊穿五、集成運放的理想化模型1.理想集成運放的各項技術指標為：

（1）開環(huán)差模電壓放大倍數Aod

；

（2）輸入電阻rid

；

（3）輸出電阻ro

0；

（4）共模抑制比KCMRR

；

（5）通頻帶BW

。（6）沒有失調現象，即當輸入信號為零時，輸出信號也為零

五、集成運放的理想化模型2.理想集成運放的工作特點：

（1）在線性區(qū)。因為，Aod

，因此u+=u-，即兩輸入端是等電位點，這種情況稱為“虛短”；又由rid

可知，i+=i-=0，即輸入端無電流輸入，這種情況稱為“虛斷”。工作于線性區(qū)的運放的主要作用是放大和運算，“虛短”和“虛斷”兩個推論是分析電路的依據。（2）在非線性區(qū)。因為輸入電阻rid

，因此i+=i-=0；但在非線性區(qū)電路處于飽和狀態(tài)，由于

，不存在u+=u-

，即這時理想運放只有“虛斷”特點，沒有“虛短”的結論，而且當u+>u-時，uo=+UOM；當u+<u-時，uo=-UOM；u+=u-為+UOM

與-UOM轉折點。工作于非線性區(qū)時，集成運放主要作電壓比較器使用。

反饋基本要求會判：判斷電路中有無反饋及反饋的性質會算：估算深度負反饋條件下的放大倍數會引：根據需求引入合適的反饋會判振消振：判斷電路是否能穩(wěn)定工作，會消除自激振蕩。負反饋概況

反饋是改善放大電路性能的重要手段,也是自動控制系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié),在實際應用電路中幾乎都要引入各種各樣的反饋。直流負反饋可以穩(wěn)定電路的靜態(tài)工作點,交流負反饋可以改善放大電路的性能。分壓式射極偏置電路穩(wěn)定靜態(tài)工作點的措施就是為電路引入直流負反饋,大大提高了電路的穩(wěn)定性?！?.3放大電路中的反饋一、反饋的基本概念二、交流負反饋的四種組態(tài)三、反饋的判斷1.什么是反饋

放大電路輸出量的一部分或全部通過一定的方式引回到輸入回路，影響輸入，稱為反饋。一、反饋的基本概念要研究哪些問題？怎樣引回是從輸出電壓還是輸出電流引出反饋多少怎樣引出

反饋放大電路可用方框圖表示。影響放大電路的輸入電壓還是輸入電流

反饋的含義：放大器中的反饋是指將放大電路的輸出量(電壓或電流)的一部分或全部,通過一定的電路形式(稱為反饋網絡)回送到輸入電路中,用來影響其輸入量(電壓或電流),這種信號的反送過程稱為反饋。2.正反饋和負反饋

從反饋的結果來判斷，凡反饋的結果使輸出量的變化減小的為負反饋，否則為正反饋；引入反饋后其變化是增大？還是減?。恳敕答伜笃渥兓窃龃?？還是減小？

或者，凡反饋的結果使凈輸入量減小的為負反饋，否則為正反饋。3.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。引入交流負反饋引入直流負反饋4.局部反饋和級間反饋

只對多級放大電路中某一級起反饋作用的稱為局部反饋，將多級放大電路的輸出量引回到其輸入級的輸入回路的稱為級間反饋。通過R3引入的是局部反饋通過R4引入的是級間反饋通常，重點研究級間反饋或稱總體反饋。二、交流負反饋的四種組態(tài)

將輸出電壓的一部分或全部引回到輸入回路來影響凈輸入量的為電壓反饋，即

將輸出電流的一部分或全部引回到輸入回路來影響凈輸入量的為電流反饋，即

描述放大電路和反饋網絡在輸出端的連接方式，即反饋網絡的取樣對象。1.電壓反饋和電流反饋2.串聯反饋和并聯反饋

描述放大電路和反饋網絡在輸入端的連接方式，即輸入量、反饋量、凈輸入量的疊加關系。--串聯負反饋--并聯負反饋+_負反饋3.四種反饋組態(tài)：注意量綱電壓串聯負反饋電流串聯負反饋電壓并聯負反饋電流并聯負反饋

為什么在并聯負反饋電路中不加恒壓源信號？為什么在串聯負反饋電路中不加恒流源信號？三、反饋的判斷（最難、一般要求）

“找聯系”：找輸出回路與輸入回路的聯系，若有則有反饋，否則無反饋。有反饋嗎？將輸出電壓全部反饋回去無反饋1.有無反饋的判斷即在輸入回路又在輸出回路2.直流反饋和交流反饋的判斷“看通路”，即看反饋是存在于直流通路還是交流通路。設以下電路中所有電容對交流信號均可視為短路。僅有直流反饋僅有交流反饋交、直流反饋共存僅有直流反饋3.正、負反饋（反饋極性）的判斷“看反饋的結果”，即凈輸入量是被增大還是被減小。瞬時極性法：給定的瞬時極性，并以此為依據分析電路中各電流、電位的極性從而得到的極性；的極性→的極性→、、的疊加關系－－正反饋－－負反饋正文反饋極性的判斷：瞬時極性法反饋極性的判斷,通常采用瞬時極性法來判斷。這種方法是首先假定輸入信號在某一瞬間對地而言極性為正,然后由各級輸入、輸出之間的相位關系,分別推導出電路其他有關各點的瞬時極性(用“+”表示升高,用“-”表示降低),最后判別反饋到電路輸入端的信號是加強了輸入信號還是削弱了輸入信號。加強了即為正反饋,削弱了即為負反饋。3.正、負反饋的判斷反饋量是僅僅決定于輸出量的物理量。

在判斷集成運放構成的反饋放大電路的反饋極性時，凈輸入電壓指的是集成運放兩個輸入端的電位差，凈輸入電流指的是同相輸入端或反相輸入端的電流。反饋量反饋電流反饋量僅決定于輸出量凈輸入電流減小，引入了負反饋凈輸入電流增大，引入了正反饋4.電壓反饋和電流反饋的判斷電路引入了電壓負反饋

令輸出電壓為0，若反饋量隨之為0，則為電壓反饋；若反饋量依然存在，則為電流反饋。4.電壓反饋和電流反饋的判斷電路引入了電流負反饋反饋電流

引入電壓負反饋穩(wěn)定輸出電壓，引入電流負反饋穩(wěn)定輸出電流！僅受基極電流的控制5.串聯反饋和并聯反饋的判斷

在輸入端，輸入量、反饋量和凈輸入量以電壓的方式疊加，為串聯反饋；以電流的方式疊加，為并聯反饋。引入了并聯反饋引入了串聯反饋分立元件放大電路中反饋的分析

圖示電路有無引入反饋？是直流反饋還是交流反饋？是正反饋還是負反饋？若為交流負反饋，其組態(tài)為哪種？3.

若在第三級的射極加旁路電容，且在輸出端和輸入端跨接一電阻，則反饋的性質有何變化？+__+++_uF

1.

若從第三級射極輸出，則電路引入了哪種組態(tài)的交流負反饋？

2.

若在第三級的射極加旁路電容，則反饋的性質有何變化？引入了電流串聯負反饋作用？分立元件放大電路中的凈輸入量和輸出電流在判斷分立元件反饋放大電路的反饋極性時，凈輸入電壓常指輸入級晶體管的b-e（e-b）間或場效應管g-s（s-g）間的電位差，凈輸入電流常指輸入級晶體管的基極電流（射極電流）或場效應管的柵極（源極）電流。在分立元件電流負反饋放大電路中，反饋量常取自于輸出級晶體管的集電極電流或發(fā)射極電流，而不是負載上的電流；此時稱輸出級晶體管的集電極電流或發(fā)射極電流為輸出電流，反饋的結果將穩(wěn)定該電流。負反饋放大電路的分析斷開反饋，且考慮反饋網絡的負載效應決定反饋量和輸出量關系的所有元件所組成的網絡負反饋放大電路的基本放大電路反饋網絡方框圖中信號是單向流通的?；痉糯箅娐返姆糯蟊稊捣答佅禂捣答伔糯箅娐返姆糯蟊稊等?、深度負反饋的實質凈輸入量忽略不計環(huán)路放大倍數深度負反饋條件下四種組態(tài)負反饋放大電路的電壓放大倍數反饋組態(tài)電壓串聯電壓并聯電流串聯電流并聯與負載無關與總負載成線性關系五、基于理想運放的電壓放大倍數的計算方法1.理想運放參數特點：Aod＝∞，rid＝∞，ro＝0，fH＝∞，所有失調因素、溫漂、噪聲均為零。2.理想運放工作在線性區(qū)的電路特征：引入交、直流負反饋因為uO為有限值，Aod＝∞，所以uN－uP＝0，即uN＝uP－－虛短路因為rid＝∞，所以

iN＝iP＝0－－虛斷路求解放大倍數的基本出發(fā)點無源網絡3.理想運放工作在線性區(qū)的特點利用“虛短”、“虛斷”求解電路利用“虛短”、“虛斷”求解電路?！?.3.2

交流負反饋對放大電路性能的影響一、提高放大倍數的穩(wěn)定性二、改變輸入電阻和輸出電阻三、展寬頻帶四、減小非線性失真五、引入負反饋的一般原則一、提高放大倍數的穩(wěn)定性在中頻段，放大倍數、反饋系數等均為實數。說明放大倍數減小到基本放大電路的，放大倍數的穩(wěn)定性是基本放大電路的倍。二、改變輸入電阻和輸出電阻1.對輸入電阻的影響引入串聯負反饋時

對輸入電阻的影響僅與反饋網絡和基本放大電路在輸入端的接法有關，即決定于是串聯反饋還是并聯反饋。引入并聯負反饋時串聯負反饋增大輸入電阻，并聯負反饋減小輸入電阻。2、對輸出電阻的影響

對輸出電阻的影響僅與反饋網絡和基本放大電路在輸出端的接法有關，即決定于是電壓反饋還是電流反饋。引入電壓負反饋時引入電流負反饋時

電壓負反饋穩(wěn)定輸出電壓，使輸出具有恒壓特性，因而輸出電阻減小。

電流負反饋穩(wěn)定輸出電流，使輸出具有恒流特性，因而輸出電阻增大。三、展寬頻帶：設反饋網絡是純電阻網絡引入負反饋后的幅頻特性可推導出引入負反饋后的截止頻率、通頻帶fLfHfLffHf四、減小非線性失真

由于晶體管輸入特性的非線性，當b-e間加正弦波信號電壓時，基極電流的變化不是正弦波。

可以設想，若加在b-e之間的電壓正半周幅值大于負半周的幅值，則其電流失真會減小，甚至為正弦波。非正弦波近似正弦波四、減小非線性失真

設基本放大電路的輸出信號與輸入信號同相。

可以證明，在引入負反饋前后輸出量基波幅值相同的情況下，非線性失真減小到基本放大電路的1/(