运算放大器反馈讲解

7.1反馈的基本概念与分类7.3负反馈放大电路增益的一般表达式7.4负反馈对放大电路性能的影响7.5深度负反馈条件下的近似计算7.2负反馈放大电路的四种组态7.6负反馈放大电路设计7.7负反馈放大电路的频率响应7.8负反馈放大电路的稳定性7.1反馈的基本概念与分类7.1.2直流反馈与交流反馈7.1.3正反馈与负反馈7.1.4串联反馈与并联反馈7.1.1什么是反馈7.1.5电压反馈与电流反馈7.1.1什么是反馈将电子系统输出回路的电量（电压或电流）送回到输入回路的过程。hfeibicvceibvbehrevcehiehoe内部反馈外部反馈输出信号反馈放大电路的输入信号反馈信号基本放大电路的输入信号（净输入信号）7.1.1什么是反馈框图反馈通路——信号反向传输的渠道开环——无反馈通路闭环——有反馈通路判断电路是否存在反馈通路7.1.1什么是反馈反馈通路（本级）反馈通路（本级）反馈通路（级间）7.1.2直流反馈与交流反馈根据反馈到输入端的信号是交流，还是直流，或同时存在，来进行判别。直流反馈交、直流反馈7.1.2直流反馈与交流反馈(a)直流通路(b)交流通路7.1.3正反馈与负反馈正反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变大了。负反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变小了。从输出端看从输入端看正反馈：引入反馈后，使净输入量变大了。负反馈：引入反馈后，使净输入量变小了。净输入量可以是电压，也可以是电流。7.1.3正反馈与负反馈判别方法：瞬时极性法。即在电路中，从输入端开始，沿着信号流向，标出某一时刻有关节点电压变化的斜率（正斜率或负斜率，用“+”、“-”号表示）。净输入量减小净输入量增大负反馈正反馈反馈通路反馈通路级间反馈通路净输入量减小级间负反馈7.1.3正反馈与负反馈7.1.3正反馈与负反馈反馈通路净输入量减小本级负反馈7.1.4串联反馈与并联反馈由反馈网络在放大电路输入端的连接方式判定串联：输入以电压形式求和（KVL）-vi+vid+vf=0即vid=vi-vf并联：输入以电流形式求和（KCL）ii-iid-if=0即iid=ii-if串联并联判断电路中的级间交流反馈是串联反馈还是并联反馈7.1.4串联反馈与并联反馈并联反馈级间反馈通路xf(if)判断电路中的级间交流反馈是串联反馈还是并联反馈7.1.4串联反馈与并联反馈串联反馈级间反馈通路xf(vf)7.1.5电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈由反馈网络在放大电路输出端的取样对象决定电压反馈：反馈信号xf和输出电压成比例，即xf=Fvo电流反馈：反馈信号xf与输出电流成比例，即xf=Fio并联结构串联结构7.1.5电压反馈与电流反馈电压负反馈RLvoxfxidvo电压负反馈稳定输出电压xf=Fvo，xid=xi－xf7.1.5电压反馈与电流反馈电流负反馈RLioxfxidio电流负反馈稳定输出电流xf=Fio，xid=xi－xf7.1.5电压反馈与电流反馈判断方法：负载短路法将负载短路，反馈量仍然存在——电流反馈。将负载短路（未接负载时输出对地短路），反馈量为零——电压反馈。电压反馈电流反馈反馈通路反馈通路7.1.5电压反馈与电流反馈电压反馈反馈通路end7.2负反馈放大电路的四种组态7.2.2电压并联负反馈放大电路7.2.3电流串联负反馈放大电路7.2.4电流并联负反馈放大电路7.2.1电压串联负反馈放大电路反馈组态判断举例（交流）信号源对反馈效果的影响7.2.1电压串联负反馈放大电路输入以电压形式求和（KVL）：vid=vi-vf稳定输出电压特点：电压控制的电压源RL↓→vo↓→vf↓→vid(=vi－vf)↑vo↑7.2.2电压并联负反馈放大电路输入以电流形式求和（KCL）：iid=ii-if稳定输出电压电流控制的电压源特点：7.2.3电流串联负反馈放大电路输入以电压形式求和（KVL）：vid=vi-vf稳定输出电流电压控制的电流源特点：RLiovf(=ioRf)vi一定时vidio7.2.4电流并联负反馈放大电路输入以电流形式求和（KCL）：iid=ii-if稳定输出电流电流控制的电流源特点：电压负反馈：稳定输出电压，具有恒压特性串联反馈：输入端电压求和（KVL）电流负反馈：稳定输出电流，具有恒流特性并联反馈：输入端电流求和（KCL）特点小结：反馈组态判断举例（交流）(+)(-)(+)(+)级间电压串联负反馈(+)反馈组态判断举例（交流）电压并联负反馈直流反馈交、直流反馈反馈组态判断举例（交流）(+)(+)(-)(+)(+)(+)电流串联负反馈串联负反馈信号源对反馈效果的影响vid=vi-vf则vi最好为恒压源，即信号源内阻Rs越小越好。要想反馈效果明显，就要求vf变化能有效引起vid的变化。信号源对反馈效果的影响并联负反馈iid=ii-if则ii最好为恒流源，即信号源内阻Rs越大越好。要想反馈效果明显，就要求if变化能有效引起iid的变化。end7.3负反馈放大电路增益的一般表达式1.闭环增益的一般表达式2.反馈深度讨论1.闭环增益的一般表达式开环增益idoxxAofxxF反馈系数iofxxA闭环增益因为fiidxxx所以iofxxAfidoxxxFxAxxooo/已知AFA1fidixxx闭环增益的一般表达式即AFAA1f7.3负反馈放大电路增益的一般表达式负反馈放大电路中各种信号量的含义7.3负反馈放大电路增益的一般表达式2.反馈深度讨论一般负反馈称为反馈深度)1(FA时，11)1(FA，FAA时，11)2(FA深度负反馈正反馈时，11)3(FA，FAA自激振荡时，01)4(FA，FA一般情况下，A和F都是频率的函数，当考虑信号频率的影响时，Af、A和F分别用、和表示。fAAF即FAAA1fend7.3负反馈放大电路增益的一般表达式7.4负反馈对放大电路性能的影响7.4.2减小非线性失真7.4.3抑制反馈环内噪声7.4.4对输入电阻和输出电阻的影响7.4.1提高增益的稳定性7.4.1提高增益的稳定性闭环时FAAA1f对A求导得2f)1(1ddAFAA只考虑幅值有AFAA1fAAAFAAd11dff另一方面,在深度负反馈条件下FA1f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。负反馈的组态不同，稳定的增益不同（Avf、Arf、Agf、Aif）即闭环增益相对变化量是开环时的AF117.4.2减小非线性失真闭环时增益减小，线性度变好。只能减少环内放大电路产生的失真，如果输入波形本身就是失真的，即使引入负反馈，也无济于事。1——开环特性2——闭环特性7.4.3抑制反馈环内噪声nsVVNSVVVVVVVVFAAAVFAAAAVV211n2121so11V比原有的信噪比提高了倍2VA电压的信噪比2VA增加一前置级并认为该级为无噪声的2nsVAVVNS新的信噪比7.4.4对输入电阻和输出电阻的影响串联负反馈1.对输入电阻的影响开环输入电阻Ri=vid/ii因为vf=F·xoxo=A·vid闭环输入电阻Rif=vi/ii所以vi=vid+vf=(1+AF)vid闭环输入电阻Rif=vi/iiiiid)1()1(RAFiAFv引入串联负反馈后，输入电阻增加了。7.4.4对输入电阻和输出电阻的影响并联负反馈1.对输入电阻的影响闭环输入电阻AFRR1iif引入并联负反馈后，输入电阻减小了。注意:反馈对输入电阻的影响仅限于环内，对环外不产生影响。例如图中R1不在环内AFRR1iif但是if1ifRRR当R1时，反馈对Rif几乎没有影响。ifR7.4.4对输入电阻和输出电阻的影响2.对输出电阻的影响电压负反馈2.对输出电阻的影响闭环输出电阻ttofiRv电压负反馈而Xid=-Xf=-FvtidoottXARiv忽略反馈网络对it的分流FARiRoottof1vtoottvvFARi所以引入电压负反馈后，输出电阻减小了。7.4.4对输入电阻和输出电阻的影响2.对输出电阻的影响电流负反馈闭环输出电阻osttof)1(RFAiRv引入电流负反馈后，输出电阻增大了。注意:反馈对输出电阻的影响仅限于环内，对环外不产生影响。负反馈对放大电路性能的改善，是以牺牲增益为代价的，且仅对环内的性能产生影响。串联负反馈——并联负反馈——电压负反馈——电流负反馈——特别注意表7.4.1的内容增大输入电阻减小输入电阻减小输出电阻，稳定输出电压增大输出电阻，稳定输出电流7.4.4对输入电阻和输出电阻的影响end7.5深度负反馈条件下的近似计算1.深度负反馈的特点2.举例1.深度负反馈的特点即，深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈网络有关11FA由于FAAA1f则FFAA1又因为iofXXAofXXF代入上式ifXX得（也常写为xfxi）0fiidXXX净输入量近似等于零由此可得深度负反馈条件下，基本放大电路“两虚”的概念输入量近似等于反馈量（xid0）1.深度负反馈的特点串联负反馈，输入端电压求和0iididriv深度负反馈条件下xid=xi-xf0虚短虚断虚短虚断并联负反馈，输入端电流求和vid=vi-vf0iid=ii-if0vid=iidri02.举例电压串联负反馈反馈系数ofvvvF实际上该电路就是第2章介绍的同相比例放大电路，该结果与第2章所得结果相同设电路满足深度负反馈条件，试写出该电路的闭环电压增益表达式。解：根据虚短、虚断f11RRR闭环增益（就是闭环电压增益）iofvvvAvF11f1RR2.举例(例7.5.1)电压串联负反馈设电路满足深度负反馈条件，试写出该电路的闭环电压增益表达式。解：根据虚短、虚断ofb2b2fvvRRR闭环电压增益iofvvvAb2f1RRifvv2.举例(例7.5.4)电流并联负反馈设电路满足深度负反馈条件，试写出该电路的闭环增益和闭环源电压增益表达式。解：根据虚短、虚断RRRiiff-闭环增益iofiiiA)1(fRRifii所以闭环电压增益sofvvvAsisRiv0pnvvLooRivsLf)1(RRRRsiLoRiRi-注意：若io参考方向不同，将影响闭环增益的结果ofiiiR又因为iR解:（3）闭环增益fiofRivrAifii例7.5.5…（3）求大环反馈的闭环增益以及对信号源的闭环电压增益；…电压并联负反馈根据虚短、虚断ffoR-iv0V2.举例end7.6负反馈放大电路设计7.6.1设计负反馈放大电路的一般步骤7.6.2设计举例7.6.1设计负反馈放大电路的一般步骤1.选定需要的反馈类型2.确定反馈系数的大小3.适当选择反馈网络中的电阻阻值4.通过仿真分析，检验设计是否满足要求信号源性质对输出信号的要求对输入、输出电阻的要求对信号变换的要求（V-V、V-I、I-V、I-I）FA1f深度负反馈时尽量减小反馈网络对基本放大电路的负载效应7.6.2设计举例例7.6.2设计一个带负反馈的光电隔离器的驱动电路。设vs的变化范围为0～5V，内阻Rs=500Ω。要求LED的io1=10-3vs(A)。已知运放的Avo=104，Ri=5kΩ，Ro=100Ω。设计后仿真检验发光二极管的电流。解:驱动电路需要将电压vs转换为电流io1已知LED的光强度——流过LED的电流io1线性——电压信号vs线性选用电流串联负反馈电路光电隔离器解:选用电流串联负反馈电路k110001fsgrAF所以Rf=1kΩS103so1fsviAg又因为根据虚断有FA1f深度负反馈时fo1fRiFrv7.6.2设计举例例7.6.2设计一个带负反馈的光电隔离器的驱动电路。设vs的变