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下一节:反相放大电路

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理想运算放大器和负反馈课程教案、知识点、字幕

大家好

今天我们开始学习第二章,信号放大电路

在仪器仪表和智能制造等领域

我们会用到各种各样的传感器

而这些传感器产生的信号一般都很小

我们需要将这些信号放大

以便后边信号的变换与处理

所以信号放大电路在信息感知过程中

起着非常重要的作用

由于传感器输出的信号形式

和信号大小各不相同

传感器所处的环境条件

噪声对传感器的影响

也不一样

因此

所采用的放大电路的形式和

性能指标也就各不相同

使得放大电路的种类多种多样

如差动放大电路、高共模抑制比放大电路

高输入阻抗放大电路、电桥放大电路

增益调整放大电路

以及隔离放大电路等

不管哪种类型的放大电路

其原型均是理想放大电路模型

此外

为了输出信号的稳定

一般的放大电路都采用负反馈的形式

使得运算放大电路工作在

放大状态

所以本节我们将先介绍理想运算放大器

和负反馈的基本知识

本节的学习目标为

一、记忆理想运算放大器的

输入输出关系及特点

二、理解正负反馈的概念

并能利用环路极性法判断电路的反馈性质

我们首先来看

理想运算放大器

运算放大器

英文为

Operational Amplifier

简写OA或OPA

中文简称运放

因为由此放大器可以组成比例运算

加减运算、乘除运算和指数运算等

具有运算功能的电路

所以起名叫运算放大器

理想运算放大器如图2.1-3所示

它具有两个差分的输入端

u+和u-

一个单端输出端uo

它们之间具有如下关系

uo=Auo(u+ - u-)

其中Auo称为运算放大器的开环电压增益

A代表增益,u代表电压

o代表open

区别于后面要使用的负反馈

形成的闭环增益Auf

理想运算放大器具有如下主要特点

1)Auo足够大

一般用无穷大表示,它的下限截止频率为0

上限截止频率为∞

2)两个输入端均具有无穷大的输入阻抗

即流进或者流出两个输入端的

电流始终为0

3)输出端输出阻抗为0

4)始终遵循式

uo=Auo(u+ - u-)

接下来我们再看一下反馈的概念

在电学系统中

将输出信号通过某种方式回送到输入环节

和原输入信号合并

形成净输入信号

或者单独作为输入信号

进而影响输入输出性能的举措,称为反馈

图2.1-5是一个理想运算放大器

组成的开环系统

它的输出没有回送到

输入环节

图2.1-6

是一个典型的负反馈电路

它通过两个电阻分压

输出信号的一部分

回送到了输入环节的负输入端

进而达到了整个电路的电压增益

为五十倍的效果

图2.1-7

则是一个没有

输入信号反馈的系统

输出信号经过一个函数处理

可以是放大、衰减或者指数运算

对数运算等等

回送到了运算放大器的正输入端

作为单独的输入信号

反馈呢,分为正反馈和负反馈两种

当输出信号发生某个方向的变化

此称为变化根源

变化根源回送到输入端后

会再次引起输出信号变化

此称为二次变化

如果二次变化与变化根源具有相同的方向

则属于正反馈

如果二次变化与变化根源具有相反的方向

则属于负反馈

正反馈的作用类似于推波助澜

会加速变化过程

负反馈的作用则是起稳定作用

图2.1-8电路中

假设输出的变化为正向

此为变化根源

则分压后

在理想运放的U-端

变化也是正向

一个正向变化的信号加载到理想运放的

u-端

则输出一定会产生负向变化

此为二次变化

即二次变化与变化根源方向相反

它属于负反馈

在2.1-9中

反馈环节为一个函数f

如果这个函数曲线

工作在1、3象限且单调

则函数本身的输入和输出是同向

此电路为正反馈

如果函数曲线工作在2、4象限且单调

那么此电路是负反馈

认识反馈电路,核心在于

发现其中的反馈环路

所谓环路就是从输出到输入

再到输出的电路路径

它是封闭的

环路的存在,客观上诠释了反馈的定义

没有环路就没有反馈

只要有反馈

就一定存在环路

在图2.1-10

和2.1-11当中

绿色的信号路径是输入信号

而红色则是反馈环路

我们可以这么理解

信号刚加载到放大电路中

第一次走的是信号路径

到达输出后

就开始在红色的反馈环路中循环

找寻反馈环路的方法

很简单

先找到输出端

然后向回找

找到回到核心放大器输入端的位置

再由核心放大器找到输出端

形成了环路

认识反馈电路的第二步

就是要准确判断它的反馈极性

它是正反馈还是负反馈

在一个原本开环的电路中,引入负反馈和

引入正反馈效果截然不同

负反馈能够实现更加稳定的放大

使得放大器具有更加优越的性能

广泛应用于放大器

而正反馈

一般用于产生自激振荡

广泛应用于信号发生电路中

在电路中

利用环路极性法可以准确判断反馈的极性

环路极性法的步骤

可概括为以下几步

1)找到反馈环路

2)

在反馈环路中任意确定一个节点A

3)在节点A处假设存在

一个正的变化量

用⊕表示

4)沿着反馈环路让这个变化量依次行进

每过个关键节点

对变化量方向进行判断并标注

用⊕表示正变化量

用㊀表示负变化量

用圈0表示没有变化量

等这个行进过程再次回到A点时

如果变化量仍是⊕

则表明反馈的作用

是赞成初始的变化,起到了推波助澜的作用

属于正反馈

如果变化量为㊀

则表明反馈的作用是反对初始的变化

起到了唱反调的作用

属于

负反馈

如果变化量为圈0

则表明反馈环路被打断

不存在反馈

图2.1-12给出了一些

常见的极性传递情况

用于上述第4步中变化量行进之中

常见的电阻、电容、二极管等无源元件

一般只能实现同相传递

运放和晶体管可以同相传递

也可以反相传递

在晶体管中共射极电路的输入是基极

输出是集电极,两者反相

共集电极电路的输入是基极,输出是发射极

两者是同相的

共基极电路的输入是发射极

输出是集电极

两者是同相的

以下电路中都包含反馈

我们不要求大家对电路的功能全面了解

只希望能够在复杂电路中找到反馈环路

判断出反馈极性

图2.1-13是一个光电感应放大器

图中的二极管是光电二极管

当光线照射强度发生变化时

流经它的电流和它两端的电压

都发生了变化

这就导致场效应管门极电压发生变化

此为待测信号

场效应管组成了一个高输入电阻的

共漏极放大电路

门极输入,源极输出

源极输出电压输入到运放LT6200的

反相输入端

引起运放输出电压变化

图中的Rf

Cf

组成反馈支路

将输出信号回送到了晶体管的门级

然后循环,就形成了如图所示的反馈环路

判断反馈极性方法为

在LT6200输出端

设定一个变化量

信号行进到场效应管门极时

仍为⊕

由于共漏极放大器是同相放大

因此

门级增大

则源极也增大

为⊕

运放负输入端为⊕

输出则为㊀

这样信号又回到了输出端

两个变化方向刚好相反

这属于负反馈

图2.1-14是一个正弦波发生电路

用于产生一个1kHz的

正弦波

包含两个反馈环

绿色的反馈环是一个负反馈

实现了一个同相放大功能

其电压放大倍数为

1+430Ω/灯丝电阻

而红色反馈属于正反馈

此电路中具有关键的正反馈环节

以及必要的选频网络

可以实现自激振荡

进而输出正弦波

正反馈

都用于电路自激振荡产生正弦波

最后对本节进行一下总结

本节主要讲了理想运算放大器的

模型与特点

这是我们后面分析各种运算放大器的基础

请大家牢记

同时

本节讲解了一个重要的概念,反馈

包括正反馈和负反馈

大家要能够利用环路极性法

判断反馈回路的正负

好,本节就讲到这里

再见

测控电路课程列表:

第一章 绪论

-测控电路的功能、要求与组成

-作业 - 绪论

-讨论-模拟电路会被数字电路取代吗?

第二章 信号放大电路

-2.1 理想运算放大器和负反馈

--理想运算放大器和负反馈

--练习题-2.1理想运算放大器和负反馈

-2.2 反相放大电路

--反相放大电路

--作业-2.2反相放大电路

-2.3 同相放大电路

--同相放大电路

--作业-2.3同相放大电路

-2.4 差动放大电路

--差动放大电路

--作业-2.4差动放大电路

-2.5 仪用放大电路

--仪用放大电路

--作业-2.5仪用放大电路

-2.6 可编程增益放大电路

--可编程增益放大电路

--练习题-2.6可编程增益放大电路

-2.7 隔离放大电路

--隔离放大电路

--作业-2.7隔离放大电路

-2.8 电桥放大电路

--电桥放大电路

--作业-2.8电桥放大电路

-反相放大、同相放大、基本差动放大、仪用放大,四种放大电路的优缺点比较。

第三章 信号调制解调电路

-3.1 概述

--概述

--作业-3.1 概述

-3.2 调幅式测量电路

--调幅式测量电路

--作业-3.2 调幅式测量电路

-3.3 包络检波电路

--包络检波电路

--作业-3.3 包络检波电路

-3.4 相敏检波电路

--相敏检波电路

--作业-3.4 相敏检波电路

-3.5 调频式测量电路

--调频式测量电路

--作业-3.5 调频式测量电路

-3.6 调相式测量电路

--调相式测量电路

--作业-3.6 调相式测量电路

-3.7 脉冲调制式测量电路

--脉冲调制式测量电路

--作业-3.7 脉冲调制式测量电路

-脉宽调制(PWM)的应用

第四章 信号分离电路

-4.1 滤波器基本知识

--滤波器基本知识

--作业-4.1 滤波器基本知识

-4.2 基本滤波器

--基本滤波器

--作业-4.2基本滤波器

-4.3 滤波器特性的逼近

--滤波器特性的逼近

--作业-4.3滤波器特性的逼近

-4.4 RC有源滤波器

--RC有源滤波器

--作业-4.4RC有源滤波器

-信号的滤波效果和电路的复杂程度之间的权衡。

第五章 信号运算电路

-5.1 加减法运算电路

--加减法运算电路

--作业-5.1加减法运算电路

-5.2 乘除法运算电路

--乘除法运算电路

--作业-5.2乘除法运算电路

-5.3 绝对值运算电路

--绝对值运算电路

--作业-5.3绝对值运算电路

-5.4 峰值检测电路

--峰值检测电路

--作业-5.4 峰值检测电路

-基于乘除法运算电路还可以获得其他哪些运算电路。

第六章 信号转换电路

-6.1 电压比较电路

--电压比较电路

--作业-6.1 电压比较电路

-6.2 电压电流转换电路

--电压电流转换电路

--作业-6.2 电压电流转换电路

-6.3 AD转换电路

--AD转换电路

--作业-6.3 AD转换电路

-滞回比较电路的滞后电压(回差电压)应该设计的大点还是小点好?

第七章 信号细分与辨向电路

-7.1 细分辨向电路

--细分辨向电路

--作业-7.1细分辨向电路

理想运算放大器和负反馈笔记与讨论

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