实际应用中，一个稳定的系统或多或少存在着自动调节过程。前述基本放大电路能稳定工作的前提是应具有静态工作点自动调节功能。这种自动调节过程，实际上就是负反馈过程。集成电路中，由于采用直接耦合，在构成应用电路时。更需要引入反馈。本章将着重介绍交流负反馈对放大器性能的影响；集成运算放大器组成的应用电路及应用电路中的反馈。

第 8 章 负反馈放大器与集成运算放大器

8.1.1 反馈的基本概念 1 ．概述 在电子电路中，反馈定义为：将放大电路输出信号（电压或电流）的部分或全部通过一定的电路（反馈电路）回送到输入回路的反送过程。一个反馈放大器的框图如图 8.1 所示。 

　　 图 8.1 反馈放大电路的框图

8.1 负反馈放大器

2 ．反馈放大器分类 (1) 根据输出端取样对象分类 可分为电压反馈和电流反馈两类。电压反馈的反馈信号

取自输出电压，反馈量与输出电压成正比。如图 8.2 （ a ）和（ b ）。电流反馈的反馈信号取自输出电流，反馈量与输出电流成正比。如图 8.2 （ c ）和（ d ）。 　　

(2) 根据与输入端的连接方式分类 可分为串联反馈和并联反馈两类。串联反馈是输入信

号与反馈信号两者串联后获得净输入信号，如图 8.2 （ a ）和（ c ）所示。并联反馈是输入信号与反馈信号两者并联后获得净输入信号，如图 8.2 （ b ）和（ d ）。

图 8.2 反馈的分类

　　 (3) 根据反馈极性分类 　 可分为负反馈和正反馈。若反馈信号与原来输入信号

相位相反，削弱原来的输入信号，这种反馈称为负反馈。若反馈信号与原来输入信号相位相同，加强了原输入信号，这种反馈称为正反馈。

　　　 (4) 根据反馈电路组成分类 可分为直流反馈和交流反馈。直流通路中存在的

反馈称为直流反馈。交流通路中存在的反馈称为交流反馈。若两个通路中都存在的反馈称为交、直流反馈。

8.1.2 负反馈放大器的分析方法 1. 瞬时极性法 瞬时极性法主要用来判断放大电路中的反馈是正

反馈还是负反馈。 具体方法是：先假设放大电路输入端信号在某一

瞬间对地的极性为（ + ）或（ - ）；然后根据各级电路输出端与输入端信号的相位关系（同相或反相），标出反馈回路中各点的瞬时极性；再得到反馈端信号的极性；最后，通过比较反馈端信号与输入端信号的极性来判断电路的净输入信号是加强还是削弱，从而确定是正反馈还是负反馈。

2. 框图分析法 框图分析法主要用来确定负反馈放大器的一般表达式。一般表达式为：　　

　　　　　　 (1) 若 |1+AF| >1 则 |Af |<|A| ，加入反馈后闭环

放大倍数变小，属于负反馈。　　　 (2) 若 |1+AF|<1 ，则 |Af| > |A| ，加入反馈后闭环放

大倍数增加，为正反馈。　　　 (3) 若 |1+AF|=0 ，则 Af→∞ 。即没有输入信号时，

也会有输出信号，这种现象称自激振荡。

AFA

AFXXX

XX

XXA

idid

o

fid

o

i

of

1

　 8.1.3 负反馈的四种组态 1 ．电压串联负反馈 电压、电流反馈简易判别方法是：令输出端短路，若反馈电压消失，则为电压反馈，否则为电流反馈。 串联、并联反馈简易判别方法是：输入信号和反馈信号在不同节点引入为串联反馈，在同一节点引入为并联反馈。

图 8.3 电压串联负反馈电路

2 ．电压并联负反馈

图 8.4 电压并联负反馈电路

3 ．电流串联负反馈

图 8.5 电流串联负反馈

4 ．电流并联负反馈 

图 8.6 电流并联负反馈

8.1.4 负反馈对放大器性能的影响 1 ．提高放大倍数的稳定性 2 ． 扩展带宽 3 ． 减小非线性失真 4 ． 负反馈对输入电阻和输出电阻的影响 (1) 负反馈对输入电阻的影响 ① 串联负反馈使输入电阻增大 ② 并联负反馈使输入电阻减小 （ 2 ）负反馈对输出电阻的影响 ① 电压负反馈使输出电阻减小 ② 电流负反馈使输出电阻增大

8.2.1 基本差分放大器差分放大器又称差动放大器，主要用作直流放大的输入级，具有很强的“零点漂移”抑制作用。这里所说的直流是指变化比较缓慢的电信号，如由温度传感器检测出的反映温度变化的电信号等。基本差分放大电路如图 8.8 所示。

8.2 差分放大器

图 8.8 基本的差分放大电路

2 ．工作原理 （ 1 ）对零点漂移的抑制作用 零点漂移 ( 简称零漂 ) 指：放大电路输入信号为零时，输出信号不为零的现象。 ① 无信号输入时，由于两管的特性相同，元件参数相等，输出信号为零，避免了零点漂移现象。 ② 当环境温度发生变化或电源电压出现波动时，

将引起三极管参数的变化，由于两管特性相同，电路对称， ΔIC1=ΔIC2 ； ΔUC1=ΔUC2 。于是输出电压变化量为：

ΔUo=ΔUC1-ΔUC2=0

故“零漂”现象消失。

1 ．各元件作用 V1 、 V2 是两只特性相同的三极管，实现电流放

大；两管的集电极电阻 RC ，实现将集电极电流变化转变为相应的电压变化；两管的 RB1 、 RB2 为三极管提供合适的静态工作；输入端两个电阻 R 将输入信号电压Ui 转化成大小相等，方向（相位）相反的一对输入信号 Ui1 和 Ui2 ，分别加到 V1 和 V2 的基极。习惯上称这对大小相等，方向（相位）相反的输入信号为差模信号，对应的输入方式称为差模输入； RL 是负载，接两管集电极构成双端输出。

（ 2 ）对差模信号的放大作用 当 加到图 8.8 所示的放大电路输入端时， V1 、

V2 的基极获得一对差模信号 、 。此时两管集电极电位不再相等，差分放大电路输出端有电压输出，即 , 此过程可简述为：

　　　　　　　　　

idU1idU 2idU

021 CCod UUU

1111 21

CCBidid UIIUU

idU odU 021 CC UU

2222 21

CCBidid UIIUU

　　　　　　　图 8.9 单级微变等效电路

3 ．动态性能指标估算 （ 1 ）差模电压放大倍数 Aud

差分放大电路对差模信号的电压放大倍数与单管电压放大倍数相等。单管电压放大倍数可由微变等效电路求得。

[例 8.1] 在图 8.8 电路中，已知三极管 ，

， RB1=220kΩ ， RB2=5.1 kΩ ， RC=18 kΩ ， R

L=39 kΩ 。 求：差模电压放大倍数。

5021

krbe 0.1

　　　分析：由于整个差分放大电路的差模放大倍数 Aud

等于一个管子的电压放大倍数，故可通过单管 ( 比如 V

1) 的微变等效电路求出 Aud 。在差模输入时，两管集电极输出一增一减，且变化量相等，负载 RL 的中点电位是不随信号而变的，该中点可看作等效的交流地，因此单管放大电路的负载为，于是求 Aud 的微变等效电路如图 8.9 所示。

　 解：由图 8.9 可知

　　 (2) 共模电压放大倍数 共模信号指：大小相等，方向 ( 相位 ) 相同的一对输入信号，对应的输入方式称共模输入。一般来说，共模输入信号是一对等效的输入信号，由环境温度变化、电源电压波动引起输出端漂移电压折合到输入端而获得；或由差分放大电路两个输入端输入电压不相等而获得。实用中，没有可以用仪表检测到的，确实独立存在的共模信号，这一点要特别注意理解。

1011//2201.5

)2

39//18(50

//

)2

//(

121

11

beBB

LC

id

odudud rRR

RR

UU

AA

[例 8.2] 在图 8.10 所示电路中，已知差分放大电路的输入信号 。试求差模信号和共模信号。

图 8.10 [例 8.2] 的电路

VUVU ii 525.5 21 ，

分析：当差分放大电路两输入端信号 不相等到时，可分离出等效的差模信号和共模信号。其中

差模信号为： 共模信号为： 两边输入的差模信号分别为：

两边输入的共模信号分别为：

21 ii UU ，

21 iiid UUU

)(21

21 iiic UUU

)(21

21

211 iiidid UUUU

)(21

21

212 iiidid UUUU

)(21

2121 iiicic UUUU

解：由上述分析可得

　　　　　 =

　　　说明：实用中，真正能用仪表检测到的信号只有　　　和　　　，　　是用仪表检测不到的。

V25.00.525.521 iiid UUU

V125.021

1 idid UU

V125.021

2 idid UU

icU

V125.5)0.525.5(21)(

21

21 ii UU

1iU 2iU

icU

在共模输入时， ；于是 =

=

　由于电路对称，三极管特性相同 , ,

故 = 0

即：差分放大电路参数完全对称时，共模放大倍数为0 。

icuicuC UAUAU 1111icuicuC UAUAU 2222

21 CCoc UUU

icuicu UAUA 21

icuu UAA )( 21

21 uu AA

ic

ocuc U

UA 21 uu AA

(3) 共模抑制比 KCMR

共模抑制比是用来表明差分放大电路对共模信号抑制能力的一个参数，定义为差模放大倍数 Aud 与共模放大倍数 Auc 的比值，用 KCMR 表示，即

KCMR=| |

此值越大，说明差分放大电路分辨差模信号的能力和抑制零点漂移的能力越强，放大电路的性能越好，一般差分放大电路的 KCMR= 。

uc

ud

AA

63 10~10

(4) 差分放大电路的改进　　改进的 差分放大电路如图 8.11 所示。

图 8.11 　改进的差分放大电路

8.2.2 带恒流源的差分放大器 带恒流源的差分放大电路，如图 8.12 所示。

图 8.12 带恒流源的差分放大电路

图中 RE越大，对温度变化引起的零点漂移抑制作用也越大。抑制过程可表示如下：

 

　 IC1↑→IE1↑ UBE1↓→ IB1↓→ IC1↓

T↑ IE↑→IERE=UE↑

　 IC2↑→ IE2 UBE2↓→ IB2↓→IC2↓

　　 1 ．静态分析 (1)    求 IE3

　　 从恒流源入手先求 UB3 ，然后求 UE3 、 IE3 。由图 8.

12 可知　　　　 =

7.02)]([21

23

EECCB UU

RRR

U

4.1)(21

2 EECC UU

RRR

333 BEBE UUU

3

3

3

33

)(

E

EEE

E

EEEE R

UUR

UUI

2 ．动态分析 恒流源不影响差模输入时放大电路的工作状态，因此动态分析不变。　　　 [例 8.3] 在图 8.13 所示电路中， V1 、 V2 、 V3

均为 3DG4C ， β 为 50 ， RB=10kΩ ， RC=30kΩ ， R=5

10Ω ， R1=5kΩ ， RE3=18kΩ ， V4 为 2CW15 ，稳定电压为 8V 。

求： 10 各管的静态工作电压与电流。 20 差模电压放大倍数。 30 当输入电压 Ui=30mV 时的输出电压及 V1 、

V2 管的集电极电压。

(2) 求 IC1 、 IC2

由于电路对称，故 ，因此

(3) 求 IB1 、 IB2

(4) 求 UC1 、 UC2

321 21

EEE III

3121 21

EECC IIII

21

21CC

BBII

II

CCCCCCCCC RIURIUUU 2121

图 8.13 [例 8.3] 的电路图

解 : 10 求各管的静态工作电压与电流 由图 8.13 可知

所以

V3.77.08333 BEBE UUU

mA4.018

3.7

3

33

E

EE R

UI

mA2.021

321 ECC III

V6302.012221 CCCCCC RIUUU

20 求差模电压放大倍数 由于

= 　　　　　　　　　　　　　　　 　Ω

可得

1

mV26)1(300E

be Ir

k93.6mA2.0mV26)501(300

8893.610

350

beB

Cud rR

RA

30 Ui= 30mV 时，由图 8.13 可知，差模输出电压为

Uo=AudUi =88×30 mV = 2.64V

由于差分放大电路对称，故单管输出电压为 V

又差模输入时， V1 、 V2 集电极电位一升一降，不妨设 下 降， 上升，则

V

V

1Cu 2Cu

32.121

21 ooo UUU

68.432.16111 oCC UUu

32.732.16222 oCC UUu

8.2.3 差分放大器的输入、输出方式 1. 单端输入、单端输出 在单端输入的差分放大电路中，虽然信号是从一个

管子的输入端加入，但另一个管子仍然有信号输入。与双端输入、双端输出差分放大电路比较，输入信号一样，但输出信号只是从一个管子的集电极输出。所以，输出信号减小一半，因而电压放大倍数也减小了一半。也就是说，单端输入、单端输出电路的电压放大倍数只是单管电压放大倍数的一半。

单端输出不能抑制温度变化，元件老化等因素引起的零点漂移，因而，必须采取工作点稳定措施，保证差分放大电路的正常工作。

(a) 反相输出 　　　　 (b) 同相输出 图 8.14 单端输入、单端输出的差分放大电路

2. 单端输入，双端输出 图 8.15 所示的电路是单端输入、双端输出的差分放大电路，它的电压放大倍数与双端输入、双端输出的差分放大电路相同，且具有抑制温度、元件老化等因素引起的零点漂移。

图 8.15 　单端输入、双端输出的差分放大电路

　 2. 双端输入、单端输出 图 8.16 所示电路是双端输入，单端输出的差分放大电路，这种电路的电压放大倍数与单端输入、单端输出差分放大电路相同，且也要采取工作点稳定措施。 

图 8.16 双端输入、单端输出差分放大电路