7集成運算放大器7.1放大電路的負反饋7.2集成運算放大器7.3集成運算放大器的應(yīng)用7.1放大電路的負反饋7.1.1反饋的基本概念7.1.2反饋的分類7.1.3負反饋對放大器性能的影響7.1.1反饋的基本概念

將放大電路輸出回路的信號（電壓或電流）的一部分或全部，通過一定形式的電路（或稱作反饋網(wǎng)絡(luò)）回送到輸入回路中，從而影響（增強或削弱）凈輸入信號，這種信號的反送過程稱為反饋（Feedback）。

反饋目的——通過輸出對輸入的影響來改善系統(tǒng)的運行狀態(tài)及控制效果。輸出回路中反送到輸入回路的那部分信號稱為反饋信號。A基本放大器F反饋電路XFXOXiXd輸入信號輸出信號反饋信號凈輸入信號比較環(huán)節(jié)反向傳輸正向傳輸輸出信號的反向傳輸是主要的輸入信號的正向傳輸可忽略輸入信號的正向傳輸A基本放大器F反饋電路XFXOXiXd輸入信號輸出信號反饋信號凈輸入信號（二）組成框圖基本放大器—單級或多級

反饋網(wǎng)絡(luò)—聯(lián)系輸出與輸入回路,R或C組成7.1.2反饋的分類（1）直流反饋與交流反饋反饋信號中只有直流成分，即反饋只對時不變量起作用，就稱為直流反饋；如果只有交流成分，即反饋只對時變量起作用，就稱為交流反饋；如果反饋信號中既有交流分量也有直流分量，則稱為交直流反饋。直流反饋與交流反饋的判斷

通過觀察反饋元件出現(xiàn)在交流通路或直流通路中來判斷，若出現(xiàn)在交流通路中就屬于交流反饋，若出現(xiàn)于直流通路中則屬于直流反饋。直流反饋交流反饋（2）正反饋與負反饋反饋信號使凈輸入信號加強為正反饋；使凈輸入信號減弱為負反饋。由于負反饋具有使輸出信號趨于穩(wěn)定，易控制的特點，故本章主要討論負反饋問題。負反饋衰減正反饋自激反饋類型的判別

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。正反饋與負反饋的判別

通常采用瞬時極性判別法來判別實際電路反饋極性的正、負。首先假定輸入信號在某一瞬時對地而言極性為正，然后由各級輸入、輸出之間的相位關(guān)系分別推出相關(guān)各點的瞬時極性（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了輸入信號還是削弱了輸入信號。加強為正反饋，削弱了為負反饋。++共射組態(tài)倒相共射組態(tài)倒相共集組態(tài)同相–

由第五章的知識，三極管b入c出e公共為共射組態(tài)，具有倒相放大特性，而三極管b入e出c公共為共集電極組態(tài)，具有同相跟隨特性。由這些已知的放大電路性質(zhì)可判斷各點極性。+（3）電壓反饋與電流反饋

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

通過負載短路（uo＝0）法來判斷其反饋信號與電壓還是電流成正比。如果負載短路使得反饋信號是0，說明反饋信號與輸出電壓成正比，為電壓反饋；對應(yīng)當(dāng)uf（＝ieRe）不為0仍存在時，則為電流反饋。uf=0uf≠0電壓反饋電流反饋（4）串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋

反饋信號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；如果反饋信號在放大器輸入端以電流的形式出現(xiàn)，那么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，引入電流量串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋的判斷

反饋信號與輸入信號是串接在基本放大器輸入端則為串聯(lián)反饋；如果反饋信號與輸入信號是并接在基本放大器輸入端，則為并聯(lián)反饋。利用反饋節(jié)點接地法判斷。引入電流量if引入電壓量uf并聯(lián)反饋電流反饋四類基本反饋組態(tài)的識別和分析1.電壓串聯(lián)負反饋輸出電壓uo的一部分被送回第一級放大器輸入端，反饋元件Rf（Cf在交流支路中作用同導(dǎo)線）與Re1組成交流電壓串聯(lián)負反饋電路。交流通路Re1上壓降為反饋信號：ube上壓降為凈輸入信號uf=0,電壓反饋引入電壓量uf，串聯(lián)反饋++–++

輸出短路法判斷為電壓反饋；反饋節(jié)點接地法判斷為串聯(lián)反饋；瞬時極性法判斷正負，uf與ui同相變化大小，而凈輸入ube＝ui－uf，故反饋削弱輸入信號，為負反饋。電壓負反饋具有穩(wěn)定輸出電壓作用，穩(wěn)定過程如下：電壓串聯(lián)負反饋2.電壓并聯(lián)負反饋交流通路反饋元件為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）。無反饋信號，電壓反饋引入電流量if，串聯(lián)反饋++––電壓并聯(lián)負反饋

輸出短路法判斷為電壓反饋；反饋節(jié)點接地法判斷為并聯(lián)反饋；瞬時極性法判斷正負，if與ui倒相變化，而凈輸入ib＝ii－if，故反饋削弱輸入信號，為負反饋。

電壓負反饋之所以能穩(wěn)定輸出電壓，是因為反饋元件在輸出回路取樣的信號類型是電壓量。3.電流串聯(lián)負反饋交流通路

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。仍有uf≠0，電壓反饋引入電壓量uf，串聯(lián)反饋+++電流串聯(lián)負反饋輸出短路法判斷為電流反饋；反饋節(jié)點接地法判斷為串聯(lián)反饋；瞬時極性法判斷正負，uf與ui同相變化，而凈輸入ube＝ui－uf，故反饋削弱輸入信號，為負反饋。電流負反饋具有穩(wěn)定輸出電流作用，穩(wěn)定過程如下：4.電流并聯(lián)負反饋交流通路Rf是反饋元件，它將第二級VT2的輸出與第一級VT1的輸入回路聯(lián)系起來，構(gòu)成反饋。由交流通路，可知反饋信號與輸出電流之間的關(guān)系：

輸出短路法判斷為電流反饋；反饋節(jié)點接地法判斷為并聯(lián)反饋；瞬時極性法判斷正負，if與ui倒相變化，而凈輸入ib＝ii－if，故反饋削弱輸入信號，為負反饋。

電流負反饋之所以能穩(wěn)定輸出電流，是因為反饋元件在輸出回路取樣的信號類型是電流量。仍有if≠0，電壓反饋引入電流量if，并聯(lián)反饋++––––電流并聯(lián)負反饋7.1.3負反饋對放大器性能的影響1.負反饋放大器的放大倍數(shù)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。2.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

當(dāng)元件老化或更換、電源不穩(wěn)、負載變化及環(huán)境溫度變化時，都會引起一般放大器的放大倍數(shù)發(fā)生變化，通常要加入負反饋以提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性。即可得可見，相對開環(huán)增益的變化量dA/A，閉環(huán)增益dAf/Af只變化了（1+AF）分之一，雖然增益倍數(shù)下降至1/（1+AF），但穩(wěn)定性卻提高了（1+AF）倍。（2）減小非線性失真

非線性失真是放大器件的非線性引起的。一個無反饋的放大器雖然設(shè)置了合適的靜態(tài)工作點，但當(dāng)輸入信號較大時會產(chǎn)生非線性失真。例如標準正弦波輸入會輸出前半周大、后半周小的失真波形（a圖）。

引入負反饋后，就可以利用負反饋的自動調(diào)整作用將非線性失真減小。具體來說，開環(huán)增益前半周高，反饋信號就強，負反饋使前半周增益明顯降低；而開環(huán)后半周增益小，反饋信號也弱，凈輸入下降得也少，使得輸出前后半周趨于一致。（3）改善頻率響應(yīng)

由于電路中電抗元件的存在，如耦合電容、旁路電容及三極管本身的結(jié)電容等，放大器的放大倍數(shù)會隨頻率而變化。實驗證明，放大電路在高頻區(qū)和低頻區(qū)的電壓放大倍數(shù)比中頻區(qū)低。當(dāng)輸入等幅不同頻的信號時，高、低頻段的輸出信號比中頻段的小。因此，反饋信號也小，所以高、低頻段的放大倍數(shù)減小程度比中頻段的小，類似于頻率補償作用。（4）改變輸入電阻和輸出電阻①對輸入電阻的影響串聯(lián)負反饋時：

圖中ri為無反饋時輸入電阻，rif為加入負反饋后的輸入電阻。并聯(lián)負反饋時：②對輸出電阻的影響

電壓負反饋具有穩(wěn)定輸出電壓的作用，即是電壓負反饋放大器具有恒壓源的性質(zhì)，因此引入電壓負反饋后的輸出電阻rof要比無反饋時的輸出電阻ro小。

同理，電流負反饋具有穩(wěn)定輸出電流的作用，即是電流負反饋放大器具有恒壓流的性質(zhì)，因此rof要比ro大。

負反饋類型電阻類別電壓串聯(lián)電壓并聯(lián)電流串聯(lián)電流并聯(lián)輸入電阻增大減小增大減小輸出電阻減小減小增大增大7.2集成運算放大器7.2.1集成運算放大器的組成7.2.2集成運算放大器的技術(shù)指標7.2.1集成運算放大器的組成301.什么是集成電路

集成電路——集元器件、電路、系統(tǒng)為一體的新型電子器件。

優(yōu)點：體積小、功耗低、可靠性高、成本低。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算放大器是應(yīng)用最為廣泛的器件，簡稱集成運放。集成運放符號它有兩個輸入端：同相端標為“+”，其信號極性與輸出信號相同；反相端標為“–”，其信號極性與輸出信號相反。引腳因型號各異。

集成運放的內(nèi)部電路組成國產(chǎn)F007運放電路原理圖輸入級中間級輸出級偏置電路典型實例13一月2026F007運放結(jié)構(gòu)框圖F007（μA741）共有9個引腳，2、3為輸入端，6為信號輸出端，7、4為正負電源端，1和5為調(diào)零電位器接線端，8、9為消除自激補償端。F007的引腳一般的運放都由輸入級、中間級、偏置電路和輸出級四部分組成。最大輸出電壓是指在不失直的條件下的最大輸出電壓的峰峰值。CF741的為±13V～±14V。7.2.2集成運算放大器的技術(shù)指標1.開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)AodAod是集成運放在開環(huán)時（無外加反饋時）輸出電壓與輸入差模信號電壓之比，常用分貝（dB）表示，目前最高可達140dB。2.最大輸出電壓3.輸入失調(diào)電壓UIO及其溫漂dUIO/dT一般運放輸入電壓為0時輸出并不為0，即零漂現(xiàn)象，若在輸入端外加一個適當(dāng)?shù)难a償電壓使輸出為0V，則此外加電壓稱之為輸入失調(diào)電壓UIO。4.輸入失調(diào)電流IIOIIO用于表征輸入級差分對管的電流不對稱所造成的影響，以IIO＝|IB1-IB2|表示。IIO也隨溫度變化。5.最大差模輸入電壓UIDMUIDM是指同相輸入端“+”和反相輸入端“?”之間所能承受的最大電壓值。所加電壓若超過UIDM則可能使輸入級的晶體管反相擊穿而損壞。6.最大共模輸入電壓UICMUICM是集成運放在線性工作范圍內(nèi)所能承受的最大共模輸入電壓。若超過此值會出現(xiàn)KCMR下降，失去差模放大能力的問題。高質(zhì)量的運放可達正負十幾伏。7.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)只比，即KCMR＝|Aod/Aoc|,一般以分貝表達，KCMR＝20lg(|Aod/Aoc|)，高質(zhì)量的運放可達160dB。8.輸出電阻roro是運放開環(huán)工作時，從輸出端等效的電阻，標明帶負載能力。值越小帶負載能力越強。9.差模輸入電阻ridrid是集成運放兩輸入端之間的動態(tài)電阻，以rid＝ΔuID/ΔiI表示，是衡量信號源索取電流大小的標志，一般為M?數(shù)量級。以場效應(yīng)晶體管為輸入級的可達106M?。除上述指標外，還有最大輸出電壓幅值、帶寬、轉(zhuǎn)換速率、信噪比等參數(shù)。7.3集成運算放大器的應(yīng)用7.3.1理想集成運算放大器7.3.2集成運算放大器的應(yīng)用7.3.1理想集成運算放大器在分析集成運放組成的各種電路時，將實際運放作為理想運放來處理。集成運放有兩種工作狀態(tài)：線性與非線性。1.理想集成運算放大器開環(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=∞失調(diào)電壓、失調(diào)電流及它們的溫漂均為0帶寬fh=∞2.集成運放的線性區(qū)與非線性區(qū)（1）線性區(qū)為了使運放工作在線性區(qū)，集成運放外圍都接有深度負反饋，以減小其凈輸入電壓，從而使其輸出電壓不超出線性范圍。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。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。（2）非線性區(qū)由于開環(huán)增益Aod很大，當(dāng)集成運放處于開環(huán)狀態(tài)或接有正反饋時，只要有差模輸入，哪怕很微小都使輸出立即達到正向飽和電壓Uom或負向飽和電壓–Uom，數(shù)值上接近正、負電源電壓。也有兩條基本結(jié)論：非線性狀態(tài)也滿足“虛斷”，因為此時運放仍然理想，rid趨于∞。7.3.2集成運算放大器的應(yīng)用1.反相比例運算運算電路故R2上無電流，由歐姆定律，R2上無壓降，u+=0V，u–=u+=0V，有“虛地”現(xiàn)象?！疤摰亍笔侵阜聪喽恕皑C”也為地電位，但并未真正接地，即無瀉電流。此為反相比例運算的重要特征。運算電路“-”端0V，虛地由虛斷概念，iI–=0，有當(dāng)Rf=R1=R時，Auf=?1，這種電路成為反相器。R2電阻是為了保持運放輸入級差放的靜態(tài)平衡而設(shè)置的。靜態(tài)下輸入輸出都為零，R1與Rf相當(dāng)于并聯(lián)接地，而R2=R1//Rf時電路平衡