放大电路中的反馈方框图表达式深度负反馈放大倍数负反馈影响

1、放大电路中的反馈方框图表达式深 度负反馈放大倍数负反馈影响 注意：上节课相关第六章的部分注意：上节课相关第六章的部分 内 容 做 了 修 正 ， 请 大 家 从内 容 做 了 修 正 ， 请 大 家 从 Blackboard的讲义目录的讲义目录“十一十一 20141121”中重新下载名称为中重新下载名称为“ 修正：修正：ch6放大电路中的反馈放大电路中的反馈-概念概念 及判断及判断-组态组态.ppt”的文件。的文件。 放大电路中的反馈方框图表达式深 度负反馈放大倍数负反馈影响 6.3.1负反馈放大电路的方框图表示法负反馈放大电路的方框图表示法 电路的开环放大倍数电路的开环放大倍数 (未包含反馈

2、通路未包含反馈通路) i o X X A o f X X F . f . o . i XXX，分别为输入信号、分别为输入信号、 输出信号和反馈信号，其中输出信号和反馈信号，其中 fii XXX 6.3负反馈放大电路的方框图及一般表达式负反馈放大电路的方框图及一般表达式 反馈系数反馈系数 电路的闭环放大倍数电路的闭环放大倍数(包含反馈通路包含反馈通路) i o X X Af i f o f i o X X X X X X FA 称为电路的环路放大倍数称为电路的环路放大倍数FA 注：反馈信号与输入信号类型相同，但不一定与输出信号类型相同注：反馈信号与输入信号类型相同，但不一定与输出信号类型相同 放

3、大电路中的反馈方框图表达式深 度负反馈放大倍数负反馈影响 电压电压( (输出电压整体拿出取样，并联输出电压整体拿出取样，并联) ) 串联串联( (局部放进输入电压局部放进输入电压) )负反馈负反馈 电流电流(输出电流整体拿出取样，串联输出电流整体拿出取样，串联) 串联串联(局部放进输入电压局部放进输入电压)负反馈负反馈 电压电压( (输出电压整体拿出取样，并联输出电压整体拿出取样，并联) ) 并联并联( (局部放进输入电流局部放进输入电流) )负反馈负反馈 电流电流(输出电流整体拿出取样，串联输出电流整体拿出取样，串联) 并联并联(局部放进输入电流局部放进输入电流)负反馈负反馈 6.3.2四种

4、组态电路的方块图四种组态电路的方块图 放大电路中的反馈方框图表达式深 度负反馈放大倍数负反馈影响 四种组态负反馈放大电路的比较四种组态负反馈放大电路的比较 输出信号输出信号反馈信号反馈信号电路的开环放大倍数电路的开环放大倍数反馈系数反馈系数 电压串联式电压串联式 电压并联式电压并联式 电流串联式电流串联式 电流并联式电流并联式 o . U o . U o . I o . I f . U f . U f . I f . I i o . . U U Auu 电压放电压放 大倍数大倍数 )( i o . . I U Aui 转移转移 电阻电阻 )S( i o . . U I Aiu 转移转移 电导电

5、导 i o . . I I Aii 电流放电流放 大倍数大倍数 o f . . U U Fuu S)( o f . . U I Fiu )( o f . . I U Fui o f . . I I Fii 电路的闭环放大倍数？电路的闭环放大倍数？ 放大电路中的反馈方框图表达式深 度负反馈放大倍数负反馈影响 FA A XFAX XA XX X X X A 1 ii i fi o i o f 6.3.3负反馈放大电路放大倍数的一般表达式负反馈放大电路放大倍数的一般表达式 闭环放大倍数闭环放大倍数 若若（正反馈情况） 01FA 则则 f A 即电路在输入量为0 时就有输出，称之为自激振荡自激振荡 0

6、1FA 0 i i X X 0 i X 通常所说的负反馈放大电路是指中频段的反馈极性；当信号频通常所说的负反馈放大电路是指中频段的反馈极性；当信号频 率进入低频段或高频段时率进入低频段或高频段时, ,同于附加相移的产生同于附加相移的产生, ,负反馈放大电负反馈放大电 路可能对某一特定频率产生正反馈过程路可能对某一特定频率产生正反馈过程, ,甚至产生自激振荡。甚至产生自激振荡。 i i i fi i f 11 X X X XX X X FA 0111 i i FAFA X X 故负反馈时 0111 i i FAFA X X 故正反馈时 放大电路中的反馈方框图表达式深 度负反馈放大倍数负反馈影响

7、若若11 FA FFA A FA A A 1 1 . . f 称为深度负反馈称为深度负反馈 结论：深度负反馈放大电路的闭环放大倍数主要由反馈结论：深度负反馈放大电路的闭环放大倍数主要由反馈 网络的反馈系数决定，能保持稳定。网络的反馈系数决定，能保持稳定。 结论：电路引入深度负反馈时结论：电路引入深度负反馈时(多数负反馈放大电路都满多数负反馈放大电路都满 足深度负反馈，特别是集成运放的情况足深度负反馈，特别是集成运放的情况)，闭环放大倍数，闭环放大倍数 几乎仅仅决定于反馈网络且稳定性很高。从深度负反馈几乎仅仅决定于反馈网络且稳定性很高。从深度负反馈 的条件可知，反馈网络的参数确定后，电路开环放大

8、倍的条件可知，反馈网络的参数确定后，电路开环放大倍 数越大，则数越大，则闭环放大倍数闭环放大倍数与与1/ 的近似程度愈好。的近似程度愈好。 放大电路中的反馈方框图表达式深 度负反馈放大倍数负反馈影响 6.4.1 深度负反馈的实质深度负反馈的实质 深度负反馈放大电路的闭环电压放大倍数深度负反馈放大电路的闭环电压放大倍数 F A 1 f o f X X F 而 f o i o X X X X 所所以以得得 fi XX 对于深度串联负反馈：对于深度串联负反馈：深度并联负反馈：深度并联负反馈： fi UU fi II 6.4深度负反馈放大电路放大倍数的分析深度负反馈放大电路放大倍数的分析 深度负反馈的

9、实质是在近似分析中忽略净输入量。深度负反馈的实质是在近似分析中忽略净输入量。 不同组态不同组态, ,可忽略的净输入量将不同。可忽略的净输入量将不同。 放大电路中的反馈方框图表达式深 度负反馈放大倍数负反馈影响 6.4.2 深度负反馈下的闭环放大倍数分析深度负反馈下的闭环放大倍数分析 1、电压串联负反馈、电压串联负反馈 uufi ufuuf FU U U U AA 1 00 闭环放大倍数则为闭环放大倍数则为 闭环电压放大倍数闭环电压放大倍数 2、电流串联负反馈、电流串联负反馈 uifi iuf FU I U I A 1 00 闭环放大倍数闭环放大倍数 为转移电导为转移电导 闭环电压放大倍数闭环电

10、压放大倍数 ui L f L i uf F R U RI U U A 00 一、深度负反馈下四种组态电路方块图的闭环放大倍数分析一、深度负反馈下四种组态电路方块图的闭环放大倍数分析 放大电路中的反馈方框图表达式深 度负反馈放大倍数负反馈影响 3、电压并联负反馈、电压并联负反馈 闭环放大倍数为转移电阻闭环放大倍数为转移电阻 iufi uif FI U I U A 1 00 闭环源闭环源 电压放电压放 大倍数大倍数 并联负反馈电路适用于恒流源或信号源内阻并联负反馈电路适用于恒流源或信号源内阻Rs很大的恒压源(近似恒流源) 由于由于IiIf，Ii趋于零，可以认为趋于零，可以认为Us几乎全部几乎全部

11、降落在电阻降落在电阻Rs上。红点处此时相当于零电位。上。红点处此时相当于零电位。 诺顿定理诺顿定理:含独立源的线性电阻单口网络，可等效为一个电流源和电阻的并联含独立源的线性电阻单口网络，可等效为一个电流源和电阻的并联 。电流源电流等于单口网络从外部短路时的端口电流，并联的电阻是单口网络。电流源电流等于单口网络从外部短路时的端口电流，并联的电阻是单口网络 内全部独立源为零值时所得网络的等效电阻。内全部独立源为零值时所得网络的等效电阻。 并联负反馈电路输入量通常非理想恒流源信号，信并联负反馈电路输入量通常非理想恒流源信号，信 号源一般有内阻号源一般有内阻R Rs s。可用诺顿定理进行。可用诺顿定理

12、进行( (逆逆) )转换。转换。 S iuSfS usf R FRI U U U A 11 00 RS必不可少，否则恒压源将直接加在基本放大电路输入端，净输入电流仅决定必不可少，否则恒压源将直接加在基本放大电路输入端，净输入电流仅决定 于恒压源电压值及基本放大电路输入电阻，而与反馈无关于恒压源电压值及基本放大电路输入电阻，而与反馈无关，即反馈不起作用。反馈不起作用。 Rs愈大反馈愈明显，若信号源内阻太小，则应外加一个相当于Rs的电阻。 放大电路中的反馈方框图表达式深 度负反馈放大倍数负反馈影响 4、电流并联负反馈、电流并联负反馈 闭环放大倍数为闭环放大倍数为 闭环电流放大倍数闭环电流放大倍数

13、iifi iif FI I I I A 1 00 闭环源电压放大倍数闭环源电压放大倍数 S L iiSf L S usf R R FRI RI U U A 1 00 同理，由于同理，由于IiIf，Ii趋于零，可以认为趋于零，可以认为Us几乎全部降落在几乎全部降落在 电阻电阻Rs上。上。 放大电路中的反馈方框图表达式深 度负反馈放大倍数负反馈影响 A A、理想运放的性能指标、理想运放的性能指标 (1) (1)开环差模增益开环差模增益( (放大倍数放大倍数) )为无穷大；为无穷大； (2) (2)差模输入电阻为无穷大；差模输入电阻为无穷大； (3) (3)输出电阻为零；输出电阻为零； (4) (4

14、)共模抑制比为无穷大；共模抑制比为无穷大； (5) (5)上限截止频率为无穷大；上限截止频率为无穷大； 实际技术指标均为有限值，理想化后必然带来分析误差，但在一实际技术指标均为有限值，理想化后必然带来分析误差，但在一 般工程计算中这些误差是允许的。只有在进行误差分析时，才考般工程计算中这些误差是允许的。只有在进行误差分析时，才考 虑上述理想化指标所带来的影响。虑上述理想化指标所带来的影响。 由集成运放组成的负反馈放大电路中，集成运放工作在线性区。由集成运放组成的负反馈放大电路中，集成运放工作在线性区。 知识穿插：理想运放的性能特点知识穿插：理想运放的性能特点 放大电路中的反馈方框图表达式深 度

15、负反馈放大倍数负反馈影响 B.B.理想运放在线性区的特点理想运放在线性区的特点 当集成运放工作在线性区时，当集成运放工作在线性区时， 输出电压应与输入差模电压成输出电压应与输入差模电压成 线性关系线性关系: :uo=Aod(uP一一uN) 因因u uo o为有限值，而为有限值，而A Aod od为无穷大，因而只能净输入电压 为无穷大，因而只能净输入电压u uP P-u-uN N=0=0，即两，即两 个输入端个输入端“虚短虚短”，两个输入端电位无穷接近但又不是真正短路。，两个输入端电位无穷接近但又不是真正短路。 因为净输入电压为零，且理想运放的输入电阻为无穷大，所以两个因为净输入电压为零，且理想

16、运放的输入电阻为无穷大，所以两个 输入端的输入电流也均为零，即输入端的输入电流也均为零，即I IP P=I=IN N=0=0，从集成运放输入端看进去，从集成运放输入端看进去 相当于断路，称两个输入端相当于断路，称两个输入端“虚断虚断”，两个输入端的电流趋于零，两个输入端的电流趋于零， 但又不是真正断路。但又不是真正断路。 “虚短虚短”( (含含“虚地：一端接地虚地：一端接地”) )和和“虚断虚断”是分析其输入是分析其输入 信号和输出信号关系的两个基本出发点。信号和输出信号关系的两个基本出发点。 放大电路中的反馈方框图表达式深 度负反馈放大倍数负反馈影响 “虚短虚短”和和“虚断虚断” 动画片动画

17、片 放大电路中的反馈方框图表达式深 度负反馈放大倍数负反馈影响 C.C.集成运放工作在非线性区的电路特征集成运放工作在非线性区的电路特征 由于由于A Aod od为无穷大，即使两个输入端之间加微小电压，输出电 为无穷大，即使两个输入端之间加微小电压，输出电 压都将超出其线性范围，不是压都将超出其线性范围，不是+U+UOM OM就是 就是-U-UOM OM。 。 只有电路引入负反馈，使净输入量趋于零，才能保证集成运放只有电路引入负反馈，使净输入量趋于零，才能保证集成运放 工作在线性区。工作在线性区。换个角度考虑，可以通过电路是否引入了负反换个角度考虑，可以通过电路是否引入了负反 馈，来判断运放是

18、否工作在线性区。馈，来判断运放是否工作在线性区。 若理想运放处于开环状态若理想运放处于开环状态( (即无反馈即无反馈) )或仅引入正反馈，则工作或仅引入正反馈，则工作 在非线性区。在非线性区。 当当u uP PuuN N时，时， U UO O=+U=+UOM OM 当 当u uP PuuN N时，时， U UO O=-U=-UOM OM 注意：注意： 理想运放工作在非线性区的输入电流也等于零，理想运放工作在非线性区的输入电流也等于零， 即虚断此时也成立即虚断此时也成立 0 NP ii 放大电路中的反馈方框图表达式深 度负反馈放大倍数负反馈影响 二、求解深度负反馈下闭环电压放大倍数的步骤和实例分

19、析二、求解深度负反馈下闭环电压放大倍数的步骤和实例分析 （1）正确判断深度负反馈组态，选择适当的表达公式；）正确判断深度负反馈组态，选择适当的表达公式； （2）根据放大电路实际情况，利用已知条件灵活变通（可）根据放大电路实际情况，利用已知条件灵活变通（可 以跳过反馈系数的计算），列出关系式后求解以跳过反馈系数的计算），列出关系式后求解 , . f A . uf A . uSf A或 放大电路中的反馈方框图表达式深 度负反馈放大倍数负反馈影响 例例1. 已知已知R1=10K，R2=100K，R3=2 K，RL=5K。求解在深。求解在深 度负反馈条件下的度负反馈条件下的AUf 反馈通路：反馈通路：

20、 T、R3、 R2与与R1；电路引入电流串联深度负反馈；电路引入电流串联深度负反馈 0 321 3 1 I RRR R I R fi uf U U U U A 00 28 31 321 RR RRRR A L uf )( 11 RIU Rf 10 321 3 RI RRR R U f f L U RI0 放大电路中的反馈方框图表达式深 度负反馈放大倍数负反馈影响 例例2. 在图所示电路中，已知在图所示电路中，已知R2=10K，R4=100K，求解在深，求解在深 度负反馈条件下的度负反馈条件下的A AUF UF 反馈通路反馈通路: T3、R4与与R2 电压串联负反馈电压串联负反馈 fi uuf

21、U U U U A 00 在深度负反馈条件下：在深度负反馈条件下： 111 2 4 2 42 R R R RR 放大电路中的反馈方框图表达式深 度负反馈放大倍数负反馈影响 例例3.3.估算深度负反馈运放的闭环电压放大倍数。估算深度负反馈运放的闭环电压放大倍数。 fi II ， 1 i i R U I F o f R U I 1 i F o R U R U 得得 则闭环电压放大倍数为：则闭环电压放大倍数为： 11. 0 20 2 . 2 1 F i o f R R U U Auu 解：该电路为电压并联负反馈解：该电路为电压并联负反馈 在深度负反馈条件下：在深度负反馈条件下： 放大电路中的反馈方框

22、图表达式深 度负反馈放大倍数负反馈影响 为电压串联负反馈为电压串联负反馈 在深度负反馈条件下在深度负反馈条件下 例例4 4 估算深度负反馈运放的闭环电压放大倍数。估算深度负反馈运放的闭环电压放大倍数。 f o i o f U U U U A uu 5 . 2 2 3 11 3 2 3 32 R R R RR 放大电路中的反馈方框图表达式深 度负反馈放大倍数负反馈影响 该电路为电流并联负反馈，该电路为电流并联负反馈， 在深度负反馈条件下：在深度负反馈条件下： fi II F3 3 L o F3 3o f RR R R U RR RI I 1 i i R U I 故：故： 1 i F3 3 L o

23、 R U RR R R U 闭环电压放大倍数为：闭环电压放大倍数为： 9 . 5 1 . 51 )101 . 5(2)( 1 3 F3L i o f RR RRR U U Auu 例例5 5 估算深度负反馈运放的闭环电压放大倍数。估算深度负反馈运放的闭环电压放大倍数。 放大电路中的反馈方框图表达式深 度负反馈放大倍数负反馈影响 一、一、 反馈系数分析反馈系数分析 (注意：虚断、虚地注意：虚断、虚地) 电压串联电压串联 21 1 0 RR R U U F f uu 电流串联电流串联 R I RI I U F f ui 0 0 0 电压并联电压并联 R U R U U I F f iu 1 0 0

24、 0 21 2 0 RR R I I F f ii 由于反馈量仅决定于输出量由于反馈量仅决定于输出量, ,因此反馈系数仅决定于反馈因此反馈系数仅决定于反馈 网络网络, ,而与放大电路的输入、输出特性及负载电阻无关。而与放大电路的输入、输出特性及负载电阻无关。 电流并联电流并联(设并联点设并联点 ) . o U 图图6.4.1 6.4.3 基于理想运放的放大倍数分析基于理想运放的放大倍数分析 放大电路中的反馈方框图表达式深 度负反馈放大倍数负反馈影响 二、闭环放大倍数分析（注意二、闭环放大倍数分析（注意“虚地虚地”）P282 电压串联电压串联 电压并联电压并联 电流并联电流并联 1 2 1 R

25、R Auf 电流串联电流串联 f uifRA S f usf R R A R Aiuf 1 R R A L uf )( 1 2 1 R R Aiif S L usf R R R R A )( 1 2 1 与前面基于深度负反馈计算的放大倍数相比，虽然理想运放的负反馈也属于与前面基于深度负反馈计算的放大倍数相比，虽然理想运放的负反馈也属于 深度负反馈，但由于参数理想化，放大倍数表达式中的深度负反馈，但由于参数理想化，放大倍数表达式中的“”变为变为“= =”。 放大电路中的反馈方框图表达式深 度负反馈放大倍数负反馈影响 6.5负反馈对放大电路性能的影响负反馈对放大电路性能的影响 6.5.1提高放大倍

26、数稳定性提高放大倍数稳定性 引入负反馈后，在输入信号一定的情况下，当电路参数变化、引入负反馈后，在输入信号一定的情况下，当电路参数变化、 电源电压波动或负载发生变化时，放大电路输出信号的波动减电源电压波动或负载发生变化时，放大电路输出信号的波动减 小，即放大倍数的稳定性提高。小，即放大倍数的稳定性提高。 放大倍数稳定性提高的程度与反馈深度有关。放大倍数稳定性提高的程度与反馈深度有关。 FA A A 1 . . f 在中频范围内，在中频范围内， AF A A 1 f A A AFA Ad 1 1d f f 结论：引入负反馈后放大倍数的稳定性提高了结论：引入负反馈后放大倍数的稳定性提高了(1+AF

27、) 倍。倍。 放大电路中的反馈方框图表达式深 度负反馈放大倍数负反馈影响 例：在电压串联负反馈放大电路中，例：在电压串联负反馈放大电路中， k18 k210 F 1 5 R RA， 估算反馈系数和反馈深度估算反馈系数和反馈深度F ；)1(FA 估算放大电路的闭环电压放大倍数估算放大电路的闭环电压放大倍数； f A 如果开环差模电压放大倍数如果开环差模电压放大倍数A的相对变化量为的相对变化量为10%， 此时闭环电压放大倍数此时闭环电压放大倍数 Af 的相对变化量等于多少？的相对变化量等于多少？ 解：解： 反馈系数反馈系数1 . 0 182 2 F1 1 o f RR R U U F 反馈深度反馈

28、深度45 101 . 01011 FA 放大电路中的反馈方框图表达式深 度负反馈放大倍数负反馈影响 闭环放大倍数闭环放大倍数 10 10 10 1 4 5 . . f FA A A Af 的相对变化量的相对变化量 %001. 0 10 %10d 1 1d 4 f f A A AFA A 结论：当开环差模电压放大倍数变化结论：当开环差模电压放大倍数变化 10% 时，时， 电压放大倍数的相对变化量只有电压放大倍数的相对变化量只有 0.001%，而稳定性，而稳定性 提高了一万倍。提高了一万倍。 放大电路中的反馈方框图表达式深 度负反馈放大倍数负反馈影响 6.5.2改变输入电阻和输出电阻改变输入电阻和

29、输出电阻 不同类型的负反馈，对输入电阻、输出电阻的影响不同。不同类型的负反馈，对输入电阻、输出电阻的影响不同。 一、对输入电阻的影响一、对输入电阻的影响 1. 串联负反馈增大输入电阻串联负反馈增大输入电阻 iif )1(RFAR 引入串联负反馈后，输入电阻增大为无反馈时的引入串联负反馈后，输入电阻增大为无反馈时的 倍倍)1(FA 注意：在某些串联负反馈放大电路中，有些电阻不在反馈注意：在某些串联负反馈放大电路中，有些电阻不在反馈 环内，如环内，如p285图图6.5.2中的中的Rb，反馈对它不产生影响。确切，反馈对它不产生影响。确切 说，引入串联负反馈的支路的等效电阻增大到基本放大电说，引入串联

30、负反馈的支路的等效电阻增大到基本放大电 路的路的(1 + A F)倍。倍。 结论：结论： 放大电路中的反馈方框图表达式深 度负反馈放大倍数负反馈影响 2. 并联负反馈减小输入电阻并联负反馈减小输入电阻 FA R R 1 i if 结论：引入并联负反馈后，输入电阻减小为无负反馈时结论：引入并联负反馈后，输入电阻减小为无负反馈时 的的 1/ 。)1 (FA 放大电路中的反馈方框图表达式深 度负反馈放大倍数负反馈影响 二、负反馈对输出电阻的影响二、负反馈对输出电阻的影响 1. 电压负反馈减小输出电阻电压负反馈减小输出电阻 FA R R 1 o of 结论：引入电压负反馈后，放大电路的输出电阻减小到无

31、结论：引入电压负反馈后，放大电路的输出电阻减小到无 反馈时的。反馈时的。 )1 (1FA 放大电路中的反馈方框图表达式深 度负反馈放大倍数负反馈影响 2. 电流负反馈增大输出电阻电流负反馈增大输出电阻 结论：引入电流负反馈后，放大电路的输出电阻增大到结论：引入电流负反馈后，放大电路的输出电阻增大到 无反馈时的无反馈时的 倍。倍。)1 (FA oof )1 (RFAR 注意：在某些电流负反馈放大电路中，有些电阻不在反注意：在某些电流负反馈放大电路中，有些电阻不在反 馈环内，如馈环内，如p279图图6.4.4中的中的Rc2，反馈对它所在支路没，反馈对它所在支路没 有影响。确切说，电流负反馈仅仅稳定

32、了引出反馈的支有影响。确切说，电流负反馈仅仅稳定了引出反馈的支 路的电流，并使该支路的等效电阻增大到基本放大电路路的电流，并使该支路的等效电阻增大到基本放大电路 的的(1 + A F)倍。倍。 放大电路中的反馈方框图表达式深 度负反馈放大倍数负反馈影响 综上所述综上所述 (1). 反馈信号与外加输入信号的求和方式只对放大反馈信号与外加输入信号的求和方式只对放大 电路的输入电阻有影响：串联负反馈使输入电阻增大；电路的输入电阻有影响：串联负反馈使输入电阻增大； 并联负反馈使输入电阻减小。并联负反馈使输入电阻减小。 (2). 反馈信号在输出端的采样方式只对放大电路的反馈信号在输出端的采样方式只对放大电路的 输出电阻有影响：电压负反馈使输出电阻减小；电流负输出电阻有影响：电压负反馈使输出电阻减小；电流负 反馈使输出电阻增大。反馈使输出电阻增大。 (3). 串联负反馈只增大反馈环路内的输入电阻；电串联负反馈只增大反馈环路内的输入电阻；电 流负反馈只增大反馈环路内的输出电阻。