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1、项目四 温控器的分析 与制作,主编,一、负反馈的基本概念,1.什么是反馈 将放大电路输出量（电压或电流）的一部分或全部，通过某些元器件或网络（称为反馈网络），反向送回到输入端，从而影响原输入量（电压或电流）的过程称为反馈。有反馈的放大电路称为反馈放大电路，其组成框图如图41a所示。,图4-1 反馈放大电路组成 a)反馈放大电路组成框图 b)反馈放大电路,一、负反馈的基本概念,2.反馈极性(正、负反馈) 在反馈放大电路中，反馈量使放大电路净输入量得到增强的反馈称为正反馈，反馈量使净输入量减弱的反馈称为负反馈。 1) 假设输入信号某一瞬时的极性。 2) 根据输入与输出信号的相位关系，确定输出信号和
2、反馈信号的瞬时极性。 3) 再根据反馈信号与输入信号的连接情况，分析净输入量的变化，如果反馈信号使净输入量增强，即为正反馈，反之为负反馈。,一、负反馈的基本概念,图42所示为用瞬时极性法判断反馈极性的几个例子。,图4-2 用瞬时极性法判断反馈极性的例子 a) 电压串联负反馈 b)电压并联负反馈,一、负反馈的基本概念,3.交流反馈与直流反馈 在放大电路中存在有直流分量和交流分量，若反馈信号是交流量，则称为交流反馈，它影响电路的交流性能;若反馈信号是直流量，则称为直流反馈，它影响电路的直流性能，如静态工作点。若反馈信号中既有交流量又有直流量，则反馈对电路的交流性能和直流性能都有影响。图43所示为具
3、有不同反馈的电路。,图4-3 具有不同反馈的电路 a)原电路 b)直流通路 c)交流通路,一、负反馈的基本概念,4.反馈电路的类型 按放大电路反馈在输出端的取样方式的不同，电路中的反馈分为电压反馈和电流反馈；按反馈网络的输出端口与信号源的连接方式的不同，电路中的反馈又分串联反馈与并联反馈。下面分别加以介绍。 (1) 反馈在输出端的取样方式 从输出端看，若反馈信号取自输出电压，则为电压反馈；若反馈信号取自输出电流，则为电流反馈。 在判断电压反馈时，根据电压反馈的定义反馈信号与输出电压成比例，可以假设将负载RL两端短路（uo=0，但io0），判断反馈量是否为零，如果是零，就是电压反馈。图44所示的
4、电压反馈电路正是如此，RL短路，uo=0，uf=0。,一、负反馈的基本概念,图4-4 电压反馈,图4-5 电流反馈,一、负反馈的基本概念,(2) 反馈在输入端的连接方式 在图4-6a中，反馈网络的出口与信号源串联，因此称为串联反馈。,图4-6 串联反馈和并联反馈 a)串联反馈 b)并联反馈,一、负反馈的基本概念,图4-7 负反馈放大电路基本类型 a)电压串联负反馈 b)电流串联负反馈 c)电压并联负反馈 d)电流并联负反馈,由上述分析可以看出，若反馈信号与信号源接在不同的端子上，即为串联反馈。若接在同一个端子上，则为并联反馈。 根据输出端的取样方式和输入端的连接方式，可以组成四种不同类型的负反
5、馈电路，如图4-7所示。,一、负反馈的基本概念, 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。,二、负反馈放大器的四种基本组态,1.电压串联负反馈 (1) 电路及框图 电压串联负反馈电路如图4-8所示。,图4-8 电压串联负反馈电路 a)电路图 b)框图,(2) 反馈极性和类型的判断 由瞬时极性法可判断出该反馈为负反 负反馈放大器中，在输出端取样有电压和电流两种形式，在输入端有串联叠加和并联叠加，在串联叠加中，反馈信号以电压的形式跟原输入电压进行比较得出净输入电压；同理在并联叠加中也一样，为了使闭环增益Af与开环增益A满足Af=A/(1+FA)的关系，应作如下约定：,
6、(2) 反馈极性和类型的判断 由瞬时极性法可判断出该反馈为负反馈，因为ui=ui-uf。 由短路法可判断出该反馈是电压串联反馈。 综上即得，该反馈为电压串联负反馈。 (3) 有关表达式 有关表达式如下：,二、负反馈放大器的四种基本组态,2.电流串联负反馈 开环放大倍数=被取样的/比较产生的=Ag，称为开环互导放大倍数，其单位是西门子。 (1) 电路及框图 电流串联负反馈电路如图4-9所示。,图4-9 电流串联负反馈电路 a)电路图 b)框图,二、负反馈放大器的四种基本组态,(2) 反馈极性和类型的判断 由瞬时极性法可判断出该反馈为负反馈，因为ui=ui-uf。 由短路法可判断出该反馈是电流串联
7、反馈，因为Uf=IeRf。 (3) 有关表达式 有关表达式如下： 开环增益Aiu=,二、负反馈放大器的四种基本组态,3.电压并联负反馈 (1) 电路及框图 电压并联负反馈电路如图4-10所示。,图4-10 电压并联负反馈电路 a)电路图 b)框图,(2) 反馈极性和类型的判断 由瞬时极性法可判断出该反馈为负反馈，因为ii=ii-if。 由短路法可判断出该反馈是电压并联反馈。 (3) 有关表达式 有关表达式如下：,二、负反馈放大器的四种基本组态,4.电流并联负反馈 (1) 电路及框图 电流并联负反馈电路如图4-11所示。,图4-11 电流并联负反馈电路 a)电路图 b)框图,二、负反馈放大器的四
8、种基本组态,(2) 反馈极性和类型的判断 由瞬时极性法可判断出该反馈为负反馈，因为ii=ii-if。 由短路法可判断出该反馈是电流反馈。 (3) 有关表达式 有关表达式如下： 开环增益Aii=,三、负反馈对放大电路性能的影响,1.减小非线性失真 放大电路的非线性失真是由于放大电路内部非线性元器件产生的，引入负反馈后，这种失真将减小。演示电路如图412所示。 2.提高增益的稳定性 放大电路的增益可能由 于元器件参数、环境温度、 电源电压、负载大小等因素 的变化而变得不稳定。,图4-12 演示电路,三、负反馈对放大电路性能的影响,3.扩展通频带 应当指出，由于负反馈的引入，在减小非线性失真的同时，
9、降低了输出幅度。此外，输入信号本身固有的失真是不能用引入负反馈来改善的。,图4-13 开环与闭环的幅频特性,三、负反馈对放大电路性能的影响,4.负反馈对输入电阻的影响 负反馈对输入电阻的影响取决于反馈网络在输入端的连接方式。 (1) 串联负反馈 图4-14a是串联负反馈电路框图。,图4-14 负反馈对输入电阻的影响 a)串联负反馈电路框图 b)并联负反馈电路框图,(2) 并联负反馈 图4-14b是并联负反馈电路框图。,三、负反馈对放大电路性能的影响,5.负反馈对输出电阻的影响 负反馈对输出电阻的影响取决于反馈网络在输出端的取样量。 (1) 电压负反馈 图4-15a是电压负反馈框图。 (2) 电
10、流负反馈 图4-15b是电流负反馈框图。,图4-15 负反馈对输出电阻的影响 a) 电压负反馈框图 b) 电流负反馈框图,四、深度负反馈放大电路的近似计算,在负反馈电路中，若AF1，则称为深度负反馈。通常，只要是多级负反馈放大电路，就可以认为是深度负反馈电路。因为多级负反馈放大电路的开环增益很高，因此都能满足AF1的条件。,四、深度负反馈放大电路的近似计算,例4-1 试估算图4-16a所示串联电压负反馈放大电路的闭环电压增益Auf=Uo/Ui。,图4-16 串联电压负反馈电路 a)电路 b)反馈网络,四、深度负反馈放大电路的近似计算,图4-17 串联电流负反馈电路 a)电路 b)反馈网络,例4
11、-2 求图4-17a所示的串联电流负反馈电路的闭环电压增益Auf=Uo/Ui。,四、深度负反馈放大电路的近似计算,图4-18 并联电流负反馈电路 a)电路 b)反馈网络,例4-3 求图4-18所示的并联电压负反馈电路的源电压闭环增益Ausf=Uo/Us。,图4-19 集成运算放大器外形结构示意图,一、集成运算放大器的识读,常见的集成运算放大器有圆形、扁平形、双列直插式等， 有8脚、14脚等，如图4-19所示。,二、集成运算放大器的组成及其符号,1.差动输入级 集成运算放大器就是将组成电路的各元器件及它们之间的连线制作在一块芯片上的直接耦合放大电路，具有良好的性能，其内部组成原理框图如图4-20
12、所示，它由差动输入级、中间级、输出级和偏置电路等四部分组成。,图4-20 集成运算放大器的内部组成原理框图,二、集成运算放大器的组成及其符号,2.中间级 中间级的主要作用是提供足够大的电压放大倍数， 故而也称电压放大级。 要求中间级本身具有较高的电压增益。 3.输出级 输出级的主要作用是输出足够的电流以满足负载的需要， 同时还需要有较低的输出电阻和较高的输入电阻， 以起到将放大级和负载隔离的作用。 4.偏置电路 偏置电路的作用是为各级提供合 适的工作电流， 一般由各种恒流源电 路组成。,图4-21 集成运算 放大器的符号,三、集成运算放大器的分类,1.按用途分类 集成运算放大器按其用途可分为通
13、用型及专用型两大类。 2.按供电电源分类 集成运算放大器按其供电电源可分为双电源型和单电源型两类。后者采用特殊设计， 在单电源下能实现零输入、零输出。这种放大器进行交流放大时， 失真较小。,三、集成运算放大器的分类,3.按制作工艺分类 集成运算放大器按制作工艺可分为双极型、单极型和双极单极兼容型三类。 4.按运算放大级数分类 按单片封装中的运算放大级数分类，集成运算放大器可分为单级集成运算放大器、双级集成运算放大器、三级集成运算放大器和四级集成运算放大器四类。,四、模拟集成电路的型号命名方法,图4-22 CF0741CT型号命名,我国半导体集成电路的型号命名按照国家标准GB/T 3430198
14、9规定应由五部分组成：,如CF0741CT型号命名如图4-22所示。,五、集成运算放大器的主要参数,1.极限参数 1)供电电压范围(VCC、-EE或US、-US)加到运算放大器上允许的最小和最大安全工作电源电压，称为运算放大器的供电电压范围。 2)功耗PD。 3)工作温度范围。 4)最大差模输入电压Uidmax。 5) 最大共模输入电压Uicmax。,五、集成运算放大器的主要参数,2.电气参数 (1) 开环差模增益Aod Aod表示集成运算放大器工作在线性区时输出电压与两输入端之间的电压之比，即Aod=常用20logAod表示，其单位为分贝(dB)，Aod越大越理想。 (2) 差模输入电阻ri
15、d rid是衡量输入级向差模信号索取电流大小的参数，其值等于差模电压与差模电流之比，即rid=uid/iid，rid越大越理想。 (3) 共模抑制比KCMR KCMR=20log，单位是分贝(dB)。,五、集成运算放大器的主要参数,(4) 输入失调电流Ios和失调电流温漂d/dT() Ios=IB1-IB2，它反映了输入差分管输入电流的不对称情况。 (5) 转换速率SR SR=max用以表明集成运算放大器对放大幅度变化信号的适应能力，它是在单位时间内uo变化的最大值。 (6) 上限频率 fb是使Aod下降到0.707Aod(3dB)时的频率。,六、集成运算放大器的选择,目前国内集成运算放大器的
16、类型很多，即使是同一类型产品，也有多种型号；甚至对于同一型号产品，由于其生产厂家不同，参数也不尽相同。使用时应注意根据用途进行选择。一般情况下，如无特殊要求，应选用通用型运算放大器，既经济又实用。在特殊要求下，应选用某些方面性能特别优秀的特殊型运算放大器，甚至选用专用型芯片。,七、集成运算放大器的基本应用,1.概述 (1)理想集成运算放大器的性能指标 开环电压放大倍数Aod=； 差模输入电阻rid=； 输出电阻ro=0； 共模抑制比KCMR=； 上限频率fH=。 此外，理想集成运算放大器没有失调和失调温漂，且共模抑制比趋于无穷大。尽管理想运算放大器并不存在，但由于集成运算放大器的各项技术指标都比较接近理想值，因此在具体分析时将其理想化是允许的。这种分析所带来的误差一般比较小，可以忽略不计。,七、集成运算放大器的基本应用,(2)集成运算放大器的传输特性 集成运算放大器的输出电压uo与输入电压ui之间
