电工电子学集成运算放大器

(2) i+= i– 0,仍存在“虚断”现象
9.2 放大电路中的负反馈
9.2.1 反馈的基本概念
反馈：将放大电路输出端的信号(电压或电流)的 一部分或全部通过某种电路引回到输入端。
RB1 C1+ + ui RB2
–
RC 将+C通输2过出+UR电EC流C
反馈到输入
+
RB C1 +
RE
RL
uoRS
– es+–
3. 输入失调电压 UIO 4. 输入失调电流 IIO 愈小愈好 5. 输入偏置电流 IIB 6. 共模输入电压范围 UICM 运放所能承受的共模输入电压最大值。超出此值， 运放的共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。
2. 电压传输特性 uo= f (ui)
+Uo(sat) uo
实际特性
线性区
u+– u–
(1)根据反馈所采样的信号不同，可以分为电压 反馈和电流反馈。
如果反馈信号取自输出电压，叫电压反馈。 如果反馈信号取自输出电流，叫电流反馈。 (2)根据反馈信号在输入端与输入信号比较形式 的不同，可以分为串联反馈和并联反馈。 反馈信号与输入信号串联，即反馈信号与输入信 号以电压形式作比较，称为串联反馈。 反馈信号与输入信号并联，即反馈信号与输入信 号以电流形式作比较，称为并联反馈。
反馈信号与输入信号串联，即反馈信号与输入信 号以电压形式作比较，称为串联反馈。
反馈信号与输入信号并联，即反馈信号与输入信 号以电流形式作比较，称为并联反馈。
3. 负反馈放大电路的一般表达式
+
A
–
F
开环
闭环
放大倍数 反馈放大电路的基本方程 放大倍数
反馈系数 净输入信号
负反馈时，
同相，所以 AF 是正实数
须加负反馈才能使 其工作于线性区。
理想运放工作在饱和区的特点
电压传输特性
uo +Uo(sat)
饱和区
O
u+– u–
–Uo(sat)
(1) 输出只有两种可能, +Uo(sat) 或–Uo(sat) 当 u+> u– 时， uo = + Uo(sat) u+< u– 时， uo = – Uo(sat) 不存在 “虚短”现象
可分解成: ui1 = 8 mV + 2 mV ui2 = 8 mV － 2 mV
例2: ui1 =20 mV, ui2 = 16 mV 可分解成: ui1 = 18 mV + 2 mV
ui2 = 18 mV － 2 mV
放大器只 放大两个 输入信号 的差值信 号—差动 放大电路。
这种输入常作为比较放大来应用，在自动控制 系统中是常见的。
u– u+
i– – i+
+
∞ +
因为 uo = Auo(u+– u– ) uo 所以(1) 差模输入电压约等于 0
即 u+= u– ,称“虚短”
电压传输特性
(2) 输入电流约等于 0
uo +Uo(sat)
即 i+= i– 0 ,称“虚断”
线性区
O
u+– u–
Auo越大，运放的 线性范围越小，必
–Uo(sat)
表示)；反之为负(用－表示)。
3. 若反馈信号与输入信号加在不同输入端(或 两个电极)上，两者极性相同时，净输入电压减小, 为 负反馈；反之，极性相反为正反馈。
4. 若反馈信号与输入信号加在同一输入端(或同 一电极)上，两者极性相反时，净输入电压减小, 为 负反馈；反之，极性相同为正反馈。
（2）反馈方式的判别
并联反馈
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串联反馈
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反馈信号与输入
反馈信号与输入
信号if 串联，即反馈 信号并联，即反馈
i电i 压信号与输入信 号电压i比b 较的，称
u+ i电 号流 电信 流+u号比bue+f–与较输,称入为信
为串联输反入馈信。号
– 并联反馈–。
净输入信号
反馈信号 输入信号 反馈信号
ib= ii - if
RB
+UCC +
差模信号ui1 是有用信–号
RE
ui2
+–EE
–
(2) 差模信号 ui1 = – ui2 大小相等、极性相反
uid = ui1 – ui2 两管集电极电位一减一增，呈等量异向变化，
uo= (VC1－VC1 )－(VC2 + VC１ ) =－2 VC1 即对差模信号有放大能力。
(3) 比较输入 ui1 、ui2 大小和极性是任意的。 例1: ui1 = 10 mV, ui2 = 6 mV
3. 零点漂移的抑制
RB +
RC + uo – RC T1 RP T2
RB
+UCC +
ui1
RE
ui2
–
+–EE
–
静态时，ui1 = ui2 = 0 uo= VC1 － VC2 = 0 当温度升高时ICVC （两管变化量相等） uo= (VC1 + VC1 ) － (VC2 + VC2 ) = 0
共模抑制比 差模放大倍数
共模放大倍数
KCMR越大，说明差放分辨 差模信号的能力越强，而抑制
共模信号的能力越强。
若电路完全对称，理想情况下共模放大倍数
输出电压
Ac = 0 uo = Ad （ui1 － ui2 ） = Ad uid
若电路不完全对称，则 Ac 0， 实际输出电压 uo = Ac uic + Ad uid
则有：
负反馈使放大倍数下降
| 1+AF| 称为反馈深。度，其值愈大，负反馈作用
愈强，Af也就愈小。
射极输出器、不带旁路电容的共射放大电路的
电压放大倍数较低就是因为电路中引入了负反馈
。若|AF| >>1，称为深度负反馈，此时：
在深度负反馈的情况下，闭环放大倍数仅与反馈 电路的参数有关。
放大电路中不同类型的负反馈
电工电子学集成运算放 大器
2020年7月21日星期二
第9章 集成运算放大器
本章要求
1. 了解集成运放的基本组成及主要参数的意义； 2. 理解运算放大器的电压传输特性，理解理想
运算放大器并掌握其基本分析方法； 3. 理解用集成运放组成的比例、加减、微分和
积分运算电路的工作原理，了解有源滤波器 的工作原理； 4. 理解电压比较器的工作原理和应用。
对称差分放大电路对两管所产生的同向漂移都有 抑制作用。
4. 输入和输出方式
RB +
RC + uo – RC T1 RP T2
RB
+UCC +
ui1
RE
ui2
–
+–EE
–
双端输入双端输出
双端输入单端输出 单端输入双端输出 单端输入单端输出
5. 共模抑制比 (Common Mode Rejection Ratio) 全面衡量差动放大电路放大差模信号和抑制共模 信号的能力。
RB
+UCC +
共模信号ui1 需要抑制–
RE
ui2
+–EE
–
(1) 共模信号 ui1 = ui2 = uic 大小相等、极性相同 两管集电极电位呈等量同向变化，所以输出
电压为零，即对共模信号没有放大能力。 差动电路抑制共模信号能力的大小，反映了它
对零点漂移的抑制水平。
2. 信号输入 RB
+
RC + uo – RC T1 RP T2
若 Xd > Xi ，即反馈信号起了增强净输入信号的 作用则为正反馈。
2. 反馈的分类 （1） 正反馈与负反馈
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负反馈：反馈信号削弱净输入信号，
使放大倍数降低。
正反馈：反馈信号增强净输入信号，
使放大倍数提高。 在振荡器中引入正反馈，用以产生波形。
在放大电路中，出现正反馈将使放大器 产生自激振荡，使放大器不能正常工作。
电压串联负反馈
交流反馈 负 反 馈
电压并联负反馈 电流串联负反馈 电流并联负反馈
直流反馈 稳定静态工作点
9.2.2 负反馈放大电路的分析
（1） 反馈极性的判别 利用瞬时极性法判别负反馈与正反馈的步骤：
1.设接“地”参考点的电位为零。 2. 若电路中某点的瞬时电位高于参考点(对交流 为电压的正半周)，则该点电位的瞬时极性为正(用
按功能 数字和模拟
9.1.1 集成运放的组成
1. 元器件参数的一致性和对称性好； 2. 电阻的阻值受到限制，大电阻常用三极管恒流 源代替，电位器需外接； 3. 电容的容量受到限制，电感不能集成，故大电 容、电感 和变压器均需外接； 4. 二极管多用三极管的发射结代替。
各类型号集成芯片
输入级 中间级 输出级
ube= ui - uf
净输入信号
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例1 ：
+ u–i
RF
–
uf+
R1
u–d
+
R2
– +
+
+ u–o
设输入电压 ui 为正， 各电压的实际方向如图
差值电压 ud =ui – uf uf 减小了净输入电压( 差值电压) ——负反馈
例2 ：+ ui
+ ui
–
通过R+EUCC
将输出电压
反+馈C2到输入
+
RE
RL uo