电子技术基础.ppt

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1、电子技术基础,一、从一个例子说起,输入量：ui、ube、ib,反馈将电子系统输出回路的电量（电压或电流），以一定的方式送回到输入回路的过程。,第五章 反馈与集成运算放大器,输出量：uo、uce、ic,正向传输信号从输入端到输出端的传输,稳定工作点电路：,UB一定,反馈电路的三个环节：,放大：,反馈：,叠加：,输出信号,输入信号,反馈信号,差值信号,直流反馈若电路将直流量反馈到输入回路，则称直流反馈。,直流反馈与交流反馈,该电路引入直流反馈的目的，是为了稳定静态工作点Q。,交流反馈若电路将交流量反馈到输入回路，则称交流反馈。 （如去掉电容Ce）,交流反馈，影响电路的交流工作性能。,直流反馈,交流

2、反馈,例：基本放大器，无反馈，净输入量ube=ui，电压放大倍数为：,负反馈与正反馈,负反馈输入量不变时，引入反馈后使净输入量减小，放大倍数减小。,引入反馈后，净输入量ube =ui- uf ， 电压放大倍数为：,可见，净输入量减小，放大倍数减小，所以是负反馈。,正反馈输入量不变时，引入反馈后使净输入量增加，放大倍数增加。,本级反馈反馈只存在于某一级放大器中,级间反馈反馈存在于两级以上的放大器中,例,本级反馈与级间反馈,级间反馈,本级反馈,本级反馈,交流负反馈的基本组态,负反馈类型有四种组态: 电压串联负反馈 电压并联负反馈 电流串联负反馈 电流并联负反馈,一. 电压串联负反馈,故为串联负反馈

3、。,用“瞬时极性法”判断反馈极性： 假设某一瞬时，在放大电路的输入端加入一个正极性的输入信号，按信号传输方向依次判断相关点的瞬时极性，直至判断出反馈信号的瞬时极性。如果反馈信号的瞬时极性使净输入减小，则为负反馈；反之为正反馈。,反馈电压：,因为反馈量与输出电压成比例，所以称电压反馈。,三极管的集电极与基极相位相反。,三极管的发射极与基极相位相同。,例1：判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态。,ui,uf,ube=ui-uf,uc1,ub2,uc2,ui,此电路是电压串联负反馈，对直流不起作用。,分立电路电压串联负反馈,RL,电压负反馈的特性稳定输出电压,稳定过程：,负载变化时，输出电压稳定

4、输出电阻,ui一定,二.电压并联负反馈,根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电压并联负反馈。,因为反馈量与输出电压成比例，所以是电压反馈。,反馈电流：,故为并联负反馈。,分立电路电压并联负反馈,反馈量与输出电压成比例， 所以是电压反馈。,根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电压并联负反馈,id = ii -if,在输入端有,故为并联负反馈。,因为反馈电流：,例2：判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态。,uo,if,ib=i+if,uo,此电路是电压并联负反馈，对直流也起作用。,三.电流并联负反馈,又因为在输入端有:,反馈电流：,因为反馈量与输出电流成比例，所以是电流反馈。,故为并联负反

5、馈。,分立电路组成的电流并联负反馈,引入电流负反馈的目的稳定输出电流,稳定过程：,负载变化时，输出电流稳定输出电阻,RL ,例3：判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态。,四.电流串联负反馈,反馈电压：uf=ioRf,根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电流串联负反馈,因为反馈量与输出电流成比例，所以是电流反馈。,故为串联负反馈。,分立电路组成的电流串联负反馈电路,引入电流负反馈的目的稳定输出电流,稳定过程：,负载变化时，输出电流稳定输出电阻,RL,例4：判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态。,电流并联负反馈。对直流也起作用，可以稳定静态工作点。,五.反馈类型及判别方法总结,1.直流反

6、馈与交流反馈注意电容的“隔直通交”作用,例题1:试判断下图电路中有哪些反馈支路，各是直流反馈还是交流反馈？,2.反馈极性：正反馈与负反馈,判定方法“瞬时极性法”,例题2:试判断下列电路中反馈支路的反馈极性。,对于串联反馈：输入量与反馈量作用在不同的两点上，若输入量与反馈量的瞬时极性相同为负反馈，瞬时极性相反为正反馈。,对于并联反馈：输入量与反馈量作用在同一点上，若反馈元件两端瞬时极性相反为负反馈，瞬时极性相同为正反馈。,3. 取样方式电压反馈与电流反馈,假设输出端交流短路（RL=0），即uo=0，若反馈信号消失了，则为电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为电流反馈。,电压反馈：反馈信号的大小与输出

7、电压成比 例。,判断方法输出短路法：,电流反馈：反馈信号的大小与输出电流成比 例。,例题3:试判断下列电路中引入的反馈是电压反馈还是电流反馈。,4.比较方式串联反馈和并联反馈,串联反馈：反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的两个电极。有：ud = ui -uf,并联反馈：反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的同一个电极。有：id = ii -if,此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。,此时反馈信号与输入信号是电流相加减的关系。,对于三极管电路：,若反馈信号与输入信号同时加在三极管的基极或发射极，则为并联反馈。,若反馈信号与输入信号一个加在基极一个加在发射极则为串联反馈。,负反馈对放大

8、电路性能的影响,提高增益的稳定性,减少非线性失真,扩展频带,改变输入电阻和输出电阻,在放大器中引入负反馈,降低了放大倍数,使放大器的性能得以改善：,一. 提高放大倍数的稳定性,闭环时,则,只考虑幅值有,即闭环增益相对变化量比开环减小了1+AF倍,另一方面:,在深度负反馈条件下,即闭环增益只取决于反馈网络。当反馈网络由稳定的线性元件组成时，闭环增益将有很高的稳定性。,2. 改善放大器的非线性失真,加反馈前,加反馈后,失真,改善,3. 扩展放大器的通频带,放大电路加入负反馈后，增益下降，但通频带却加宽了。,无反馈时放大器的通频带： fbw= f HfL f H 有反馈时放大器的通频带： fbwf=

9、 f HffLf f Hf,可以证明：fbwf = (1+AF) fbw 放大器的一个重要特性：增益与通频带之积为常数。 即： Amf fbwf= Am fbw,4. 负反馈对输入电阻的影响,(1) 串联负反馈使输入电阻增加,无反馈时：,有反馈时：,(2)并联负反馈使输入电阻减小,无反馈时：,有反馈时：,负反馈对输出电阻的影响,电压负反馈稳定输出电压（当负载变化时）恒压源输出电阻小。,(1) 电压负反馈使输出电阻减小,电流负反馈稳定输出电流（当负载变化时）恒流源输出电阻大。,(2) 电流负反馈使输出电阻提高,为改善性能引入负反馈的一般原则,要稳定直流量,引直流负反馈,要稳定交流量,引交流负反馈

10、,要稳定输出电压,引电压负反馈,要稳定输出电流,引电流负反馈,要增大输入电阻,引串联负反馈,要减小输入电阻,引并联负反馈,例：判断是否负反馈，若是，判断反馈的组态。,ib减小,电流并联负反馈,例：判断电路中RE1、RE2的负反馈作用,使ube减小，电流串联负反馈。,例：判断如图电路中RE3的负反馈作用。,使ube1减小，电流串联负反馈，对直流不起作用。,因反馈信号与输入信号在一点相加，为并联反馈。根据瞬时极性法判断，为负反馈，且为电压负反馈。,电压并联负反馈,例 试判断电路的反馈组态,电压,并联,1. 用瞬时极性法判断是正反馈还是负反馈?,正反馈,课堂练习,电压,串联,负反馈,2. 用瞬时极性

11、法判断是正反馈还是负反馈?,例：判断负反馈,RE1 、RE2是本级直流负反馈，RE1是交流负反馈。,使净输入信号ube减小,+VCC,例：判断负反馈,Rf是交、直流负反馈。,使净输入信号ib减小,if,例：判断负反馈,RE1 、RE2是本级直流负反馈，RE1是交流负反馈。,使净输入信号ube减小,+VCC,例：判断负反馈,Rf是交、直流负反馈。,使净输入信号ib减小,if,例：判断是否负反馈，若是，判断反馈的组态。,ib减小,电流并联负反馈,集成运放简介,一. 集成运放的组成,二. 简单的集成运放,原理电路：,集成运算放大器符号,国际符号：,国内符号：,集成运放的特点：,电压增益高,输入电阻大

12、,输出电阻小,2.输入失调电压UIO 输入电压为零时，将输出电压除以电压增益，即为折算到输入端的失调电压。是表征运放内部电路对称性的指标。,集成运算放大器的主要参数,1.开环差模电压放大倍数 Aod ： 无反馈时的差模电压增益。 一般Aod在100120dB左右，高增益运放可达140dB以上。,4.输入失调电流 IIO ： 在零输入时，差分输入级的差分对管基极电流之差，用于表征差分级输入电流不对称的程度。,3.输入偏置电流IIB ： 输入电压为零时，运放两个输入端偏置电流的平均值，用于衡量差分放大对管输入电流的大小。,6.最大差模输入电压Uidmax 运放两输入端能承受的最大差模输入电压，超过

13、此电压时,差分管将出现反向击穿现象。,7.最大共模输入电压Vicmax 在保证运放正常工作条件下，共模输入电压的允许范围。共模电压超过此值时，输入差分对管出现饱和，放大器失去共模抑制能力。,5.最大输出电压 指运放组件在不失真的条件下的最大输出电压,1. 电压传输特性,上页,下页,返回,集成运放的基本特性,UOM,UOM,uo= f ( ui ) , 其中 ui = u u ,翻页,AO,2. 集成运放的理想特性,理想化的条件：,开环电压放大倍数 AO, ;,差模输入电阻 ri,开环输出电阻 rO,共模抑制比 KCMRR, ;,0 ;, ;,上页,下页,返回,翻页,u,u,o,u,AO,3 理

14、想运放的分析特点,理想运放,对于理想运放,上页,下页,返回,+,i-,ui,uO,+,_,i+,翻页,当u+ u-时，u0=UO+,ii,uO,+,rid,+,输出电压u0只有两种可能：,当u+ u-时，u0= UO,上页,下页,返回,集成运放的理想电压传输特性,UO+,理想运放,上页,下页,返回,Uo+,U0 -,Uim,Uim,实际运放,翻页,UO-,上页,下页,返回,集成运放在模拟信号运算方面的应用,1 比例运算电路,2 加、减运算电路,3 积分、微分运算电路,1 比例运算电路,1、反相输入比例运算电路,u,i,u,o,i1,if,i,Rf,R1,R2,Rf引入深度负反馈,并联电压负反馈

15、,R1输入电阻,Rf反馈电阻,R2平衡电阻,上页,下页,返回,i,反相输入运算关系,u,i,u,o,i1,if,i-,Rf,R1,R2,反相比例,当Rf=R1=R时,反相器,上页,下页,返回,输入电阻低,反相比例器引入并联电压负反馈,输出电阻低,反相比例器的特点,上页,下页,返回,if,2、同相输入比例运算电路,Rf,R1,R2,u,i1,if,同相比例运算电路,故有：,同相输入比例器,u,上页,下页,id,u+,u_,返回,id 0,例 ：电路如下图所示，已知 R1= 10 k ，RF = 50 k 。 求 (1)、Auf 、R2 ； (2)、若 R1不变，要求Au f为 10，则RF 、

16、R2 应为 多少？,解：1、 Au f = RF R1 = 50 10 = 5,R2 = R1 RF =10 50 10+50 = 8.3 k,2、 Au f = RF R1 = RF 10 = 10 RF = Auf R1 = 10 10 = 100 R2 = 10 100 10 +100 = 9. 1 k,同相输入比例器的特点,同相输入比例器属于电压串联负反馈电路。,输入电阻高,在理想运放的情况下，输入电阻：ri,输出电阻低,在理想运放的情况下，ro0,上页,下页,返回,电压跟随器,当R1=或 Rf=0时,uo = ui,上页,下页,返回,2 加、减 运算电路,1、加法运算电路,f,u,o

17、,b,ui1,ui3,ui2,i1,i2,i3,if,上页,下页,返回,i-,即,u_,上页,下页,返回,运算关系,上页,下页,返回,上页,下页,2、减法运算电路,返回,ui1,ui2,u,o,R1,R2,R3,ui2,ui1,Rf,当R1=Rf=R2=R3时,u0 = ui2ui1,减法运算电路,上页,下页,返回,R,11,u,i1,21,13,22,N2,N1,u,o,f1,u,R,R,R,R,R,R,i2,f2,上页,下页,返回,翻页,例1设计运算电路。要求实现y=2X1+5X2+X3的运算。 解此题的电路模式为Uo=2Ui1+5Ui2+Ui3，是三个输入信号的加法运算。由式可知各个系数

18、由反馈电阻Rf与各输入信号的输入电阻的比例关系所决定，由于式中各系数都是正值，而反相加法器的系数都是负值，因此需加一级变号运算电路。实现这一运算的电路如图所示。,输出电压和输入电压的关系如下：,Rf1/R1=2、Rf1/R2=5、Rf11/R3=1 取Rf1=Rf2=R4=10k， 则 R15k，R22k，R3=10k，R1=R1R2R3Rf1，R2=R4Rf2=Rf2/2。,例 设计一个加减法运算电路，使其实现数学运算， Y=X1+2X2-5X3-X4。,解 此题的电路模式应为Uo=Ui1+2Ui2-5Ui3-Ui4，利用两个反相加法器可以实现加减法运算，电路如图所示。上图中，,如果取Rf1

19、=Rf2=10k，则R110k，R25k ，R32k，R410k，R1=R1R2Rf1、R2 =R3R4Rf2/2。,由于两级电路都是反相输入运算电路，故不存 在共模误差。,R,1,i1,u,i,C,if,依据 u-=u+ 虚地,R2,i1=if ，,上页,下页,3 积分、微分 运算电路,返回,输入为阶跃电压时积分器的输入输出波形,上页,下页,返回,翻页,R,1,i1,u,i,C,R2,u,uO,i,C,uo,ui,2,f,输入与输出 的关系式为,若输入为方波,则输出波形为,上页,下页,返回,应用举例：PID调节器,Cf,2,1,u,o,C1,f,依据虚断和虚短原则,if = i1+ic,上页,下页,返回,