模电 电子线路线性部分第五版 第五章

.,5.2负反馈对放大器性能的影响,5.4深度负反馈,*5.3负反馈放大器的性能分析,5.1反馈放大器的基本概念,第5章放大器中的负反馈,5.5负反馈放大器的稳定性,.,5.1反馈放大器的基本概念,5.1.1反馈放大器的组成,将放大器输出信号的一部分或全部，通过反馈网络回送到电路输入端，并对输入信号进行调整，所形成的闭合回路即反馈放大器。,反馈放大器组成框图,第5章放大器中的负反馈,.,反馈放大器增益一般表达式,开环增益,反馈系数,闭环增益,反馈深度,环路增益,反馈深度F(或环路增益T)是衡量反馈强弱的一项重要指标。其值直接影响电路性能。,第5章放大器中的负反馈,.,反馈极性,由于净输入信号,若xf削弱了xi，使xixi,正反馈,负反馈具有自动调整作用，可改善放大器性能。,例：某原因,正反馈使放大器工作不稳定，多用于振荡器中。,负反馈的自动调整作用是以牺牲增益为代价的。,第5章放大器中的负反馈,.,5.1.2四种类型负反馈放大器,根据输出端连接方式,电压反馈,在输出端，凡反馈网络与基本放大器并接，反馈信号取自负载上输出电压的反馈称为电压反馈。,输出量xo=vo,在输出端，凡反馈网络与基本放大器串接，反馈信号取自负载中输出电流的反馈称为电流反馈。,电流反馈,输出量xo=io,第5章放大器中的负反馈,.,根据输入端连接方式,串联反馈,在输入端，反馈网络与基本放大器串接，反馈信号以电压vf的形式出现，并在输入端进行电压比较，即vi=vi-vf。,在输入端，反馈网络与基本放大器并接，反馈信号以电流if的形式出现，并在输入端进行电流比较，即ii=ii-if。,并联反馈,第5章放大器中的负反馈,.,四种类型负反馈放大器增益表达式,电压串联负反馈,开环电压增益,电压反馈系数,闭环电压增益,电压并联负反馈,开环互阻增益,互导反馈系数,闭环互阻增益,第5章放大器中的负反馈,.,电流串联负反馈,开环互导增益,互阻反馈系数,闭环互导增益,电流并联负反馈,开环电流增益,电流反馈系数,闭环互阻增益,第5章放大器中的负反馈,.,5.1.2反馈极性与类型的判别,判断是否为反馈电路,看电路输出与输入之间是否接有元件，若有则为反馈电路，该元件即为反馈元件。,例1,Rf为反馈元件。,RE为反馈元件。,第5章放大器中的负反馈,.,判断反馈类型采用短路法,假设输出端交流短路，若反馈信号消失，则为电压反馈；反之为电流反馈。,判断电压与电流反馈,判断串联与并联反馈,假设输入端交流短路，若反馈作用消失，则为并联反馈；反之为串联反馈。,第5章放大器中的负反馈,.,判断反馈极性采用瞬时极性法,用正负号表示电路中各点电压的瞬时极性，或用箭头表示各节点电流瞬时流向的方法称瞬时极性法。,比较xf与xi的极性(xi=xi-xf),若xf与xi同相，使xi减小的，为负反馈；,若xf与xi反相，使xi增大的，为正反馈。,第5章放大器中的负反馈,.,用瞬时极性法比较xf与xi极性时：,若是并联反馈：则需根据电压的瞬时极性，标出相关支路的电流流向，然后用电流进行比较(ii=ii-if)。,若是串联反馈：则直接用电压进行比较(vi=vi-vf)。,按交、直流性质分：,直流反馈：,交流反馈：,反馈信号为直流量，用于稳定电路静态工作点。,反馈信号为交流量，用于改善放大器动态性能。,多级放大器中的反馈：,局部反馈：,越级反馈：,反馈由本级输出信号产生，可忽略。,输出信号跨越一个以上放大级向输入端传送的称为级间(或越级)反馈。,第5章放大器中的负反馈,.,例1判断电路的反馈极性和反馈类型。,假设输出端交流短路，,Rf引入的反馈消失,电压反馈。,假设输入端交流短路，,Rf的反馈作用消失,并联反馈。,分析：,形成的if方向如图示。,ii,if,ib,因净输入电流ib=ii-if1或F1称为深度负反馈条件。,串联反馈电路输入电阻：,并联反馈电路输入电阻：,电压反馈电路输出电阻：,电流反馈电路输出电阻：,第5章放大器中的负反馈,.,深度负反馈条件下Avf的估算,根据反馈类型确定kf含义，并计算kf,分析步骤：,若并联反馈：将输入端交流短路,若串联反馈：将输入端交流开路,则反馈系数,确定Afs(=xo/xs)含义，并计算Afs=1/kf,将Afs转换成Avfs=vo/vs,kf=xf/xo,计算此时xo产生的xf,第5章放大器中的负反馈,.,例1图示电路，试在深度负反馈条件下估算Avfs。,该电路为电压串联负反馈放大器。,解：,将输入端交流开路，即将T1管射极断开：,则,因此,第5章放大器中的负反馈,.,例2图示电路，试在深度负反馈条件下估算Avfs。,该电路为电流并联负反馈放大器。,解：,将输入端交流短路，即将T1管基极交流接地：,则,因此,第5章放大器中的负反馈,.,例3图示电路，试在深度负反馈条件下估算Avfs。,该电路为电压并联负反馈。,(1)解：,将反相输入端交流接地：,则,因此,该电路为电压串联负反馈。,(2)解：,将反相输入端交流开路：,则,因此,第5章放大器中的负反馈,.,5.5负反馈放大器的稳定性,实际上，放大器在中频区施加负反馈时，有可能因Akf在高频区的附加相移使负反馈变为正反馈，引起电路自激。,5.5.1判别稳定性的准则,反馈放大器频率特性：,若在某一频率上T(j)=-1,放大器自激,自激时，即使xi=0，但由于xi=xf，因此反馈电路在无输入时，仍有信号输出。,第5章放大器中的负反馈,.,不自激条件,注意：只要设法破坏自激的振幅条件或相位条件，放大器就不会产生自激。,稳定裕量,要保证负反馈放大器稳定工作，还需使它远离自激状态，远离程度可用稳定裕量表示。,g增益交界角频率；相位交界角频率。,第5章放大器中的负反馈,.,相位裕量图解分析法,假设放大器施加的是电阻性反馈，kf为实数：,由,在A()或T()波特图上找g,在A()波特图上，作1/kf(dB)的水平线，交点即g。,在T()波特图上，与水平轴T()=0dB的交点，即g。,根据g在相频曲线上找T(g),判断相位裕量,注：1/kf(dB)的水平线称增益线。,第5章放大器中的负反馈,.,例1已知A(j)波特图，判断电路是否自激。,g,(1)在A()波特图上作1/kf(dB)的水平线。,分析：,(2)找出交点，即g。,(3)在T()波特图上，找出T(g)。,(4)由于45，因此电路稳定工作，不自激。,第5章放大器中的负反馈,.,例2已知T(j)波特图，判断电路是否自激。,(1)由T()波特图与横轴的交点，找出g。,分析：,(2)由g在T()波特图上，找出T(g)。,(3)由于45,p2=10p1，p3=10p2,第5章放大器中的负反馈,.,p2=10p1，将p3靠近p2。,由于|T(p2)|,则g落在p1与p2之间时，放大器依然稳定工作。,第5章放大器中的负反馈,.,结论：在多极点的低通系统中，若p310p2，则只要g落在斜率为(-20dB/10倍频)的下降段内，或g落在p1与p2之间，放大器必稳定工作。,将p2靠近p1，,由于|T(p2)|上述结论不成立。,第5章放大器中的负反馈,.,5.5.2集成运放的相位补偿技术,解决方法：采用相位补偿技术。,在中频区，反馈系数kf越大，反馈越深，电路性能越好。,在高频区，kf越大，相位裕量越小，放大器工作越不稳定。,在中频增益AI基本不变的前提下，设法拉长p1与p2之间的间距，或加长斜率为“-20dB/10倍频”线段的长度，使得kf增大时，仍能获得所需的相位裕量。,相位补偿基本思想：,第5章放大器中的负反馈,.,滞后补偿技术,简单电容补偿,降低p1,补偿方法：将补偿电容C并接在集成运放产生第一个极点角频率的节点上，使p1降低到d。,p1降低到d反馈增益线下移稳定工作允许的kf增大。,第5章放大器中的负反馈,.,d与kf之间的关系：,整理得,kfvd反馈电路稳定性，但H。,kfv=1时，,此时，kfv无论取何值，电路均可稳定工作。,第5章放大器中的负反馈,.,例1一集成运放AvdI=105，fp1=200Hz，fp2=2MHz，fp3=20MHz，产生fp1节点上等效电路R1=200k，接成同相放大器，采用简单电容补偿。试求：,解：,(1)求未补偿前，同相放大器提供的最小增益？,根据题意，可画出运放的幅频渐近波特图。,未补偿前，为保证稳定工作：,Avfmin=104,即,第5章放大器中的负反馈,.,解：,(2)若要求Avf=10，求所需的补偿电容C=？,由Avf=10，得kfv=0.1,则,由,得,由,得,(3)若要求Avf=1，求所需的补偿电容CS=？,解：,由Avf=1，得kfv=1,则,第5章放大器中的负反馈,.,密勒电容补偿,降低p1、增大p2,补偿方法：将补偿电容C跨接在三极管B极与C极之间，利用密勒倍增效应，使p1降低、P2增大，拉长p1与P2之间的间距。这种补偿方法又称极点分离术。(分析略),简单电容补偿缺点：,补偿电容C数值较大(F量级)，集成较困难。,密勒电容补偿优点：,用较小的电容(pF量级)，即可达到补偿目的。,第5章放大器中的负反馈,.,超前补偿技术,引入幻想零点,补偿思路：在p2附近，引入一个具有超前相移