电子线路(线性部分)第五章

1、 开环：除了从输入到输出的通路外，没有其他的开环：除了从输入到输出的通路外，没有其他的 信号流通途径，即：无反馈！信号流通途径，即：无反馈！ 基本放大器基本放大器Avo vi 正常放正常放 大输出大输出 有失真放有失真放 大输出大输出 基本放大器基本放大器A vo vi vf v i 反馈网络反馈网络kf 注意：负反馈只能减小反馈环内的失真，若输入注意：负反馈只能减小反馈环内的失真，若输入 信号本身产生失真，反馈电路无能为力。信号本身产生失真，反馈电路无能为力。 闭环：既有从输入到输出的信号通路，又有闭环：既有从输入到输出的信号通路，又有从输从输 出到输入的信号通路出到输入的信号通路的流通，即

2、：有反馈！的流通，即：有反馈！ 将放大器输出信号的一部分或全部，通过反馈网络回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。回路即反馈放大器。 q 反馈放大器组成框图反馈放大器组成框图 基本放大器基本放大器A 反馈网络反馈网络kf xo xi x i xf 净输入信号净输入信号 fii xxx 输入信号输入信号 反馈信号反馈信号 输出信号输出信号 q 反馈放大器增益一般表达式反馈放大器增益一般表达式 基本放大器基本放大器A 反馈网络反馈网络kf xoxix i xf iof

3、 / xxA 开环增益开环增益 io / xxA 反馈系数反馈系数 off / xxk 闭环增益闭环增益 fi o xx x F A T A Ak A 11 f i i xx xx /1 / f o 反馈深度反馈深度 f 1AkFT1 环路增益环路增益 ff /AkxxT i 反馈深度反馈深度F（或环路增益（或环路增益T）是衡量反馈强弱的一项重要是衡量反馈强弱的一项重要 指标。其值直接影响电路性能。指标。其值直接影响电路性能。 q 反馈性质反馈性质 fii xxx 由于净输入信号由于净输入信号 若若 xf 削弱了削弱了xi，使，使 x i xi正反馈正反馈 说明说明 负反馈具有自动调整作用，可

4、改善放大器性能。负反馈具有自动调整作用，可改善放大器性能。 正反馈使放大器工作不稳定，多用于振荡器中。正反馈使放大器工作不稳定，多用于振荡器中。 q 根据输出端连接方式根据输出端连接方式 电压反馈电压反馈 在输出端，凡反馈网络与基本放大器在输出端，凡反馈网络与基本放大器并接并接，反馈信号取，反馈信号取 自负载上输出电压的反馈称为电压反馈。自负载上输出电压的反馈称为电压反馈。输出量 输出量 xo = vo xi xf x i A kf RL io 在输出端，凡反馈网络与基本放大器在输出端，凡反馈网络与基本放大器串接串接，反馈信号取，反馈信号取 自负载中输出电流的反馈称为电流反馈。自负载中输出电流

5、的反馈称为电流反馈。 电流反馈电流反馈 输出量输出量 xo = io A kf RL + - voxi xf x i q 根据输入端连接方式根据输入端连接方式 串联反馈串联反馈 在输入端，反馈网络与基本放大器在输入端，反馈网络与基本放大器串接串接，反馈信号以电压，反馈信号以电压vf 的形式出现，并在输入端进行电压比较，即的形式出现，并在输入端进行电压比较，即v i= vi- - vf 。 在输入端，反馈网络与基本放大器在输入端，反馈网络与基本放大器并接并接，反馈信号以电流，反馈信号以电流if 的形式出现，并在输入端进行电流比较，即的形式出现，并在输入端进行电流比较，即ii = ii- - if

6、 。 并联反馈并联反馈 A kf RS + - vs + - vi vf v i + - + - xoA kf RS iS ii if ii xo 电压串联负反馈电压串联负反馈 io /vvAv 开环电压增益开环电压增益 电压反馈系数电压反馈系数 offv /vvk 闭环电压增益闭环电压增益)1/( ffvvvv kAAA 电压并联负反馈电压并联负反馈 io /ivAr 开环互阻增益开环互阻增益 互导反馈系数互导反馈系数 offg /vik 闭环互阻增益闭环互阻增益)1/( fgf kAAA rrr Av kfv RS + - vs + - vi vf v i + - + - RL + - v

7、o Ar kfg RL + - vo RS iS ii if ii Ag kfr RL io RS + - vs + - vi vf v i + - + - 电流串联负反馈电流串联负反馈 io /viAg开环互导增益开环互导增益 互阻反馈系数互阻反馈系数 off /ivk r 闭环互导增益闭环互导增益)1/( ffrggg kAAA 电流并联负反馈电流并联负反馈 io /iiAi 开环电流增益开环电流增益 电流反馈系数电流反馈系数 off /iik i 闭环互阻增益闭环互阻增益)1/( ffiiii kAAA 注意：不同反馈类型对应不同输入、输出电量，因此不同类注意：不同反馈类型对应不同输入、

8、输出电量，因此不同类 型反馈电路的型反馈电路的A、kf 、Af含义不同含义不同。 RS iS ii if ii Ai kfi RL io A kf xo xi xf x i 1.1. 找出反馈元件找出反馈元件 看电路输出与输入之间是否看电路输出与输入之间是否 接有元件，若有则为反馈电路，接有元件，若有则为反馈电路， 该元件即为反馈元件。该元件即为反馈元件。 Rf为反馈元件为反馈元件。RE为反馈元件为反馈元件。 vi VCC RC Rf vo 例例1 vi VCC RC vo + - + - RE RB1 RB2 例例2 2. 2. 判断反馈类型判断反馈类型- - 短路法短路法 假设输出端交流短

9、路，若反馈信号消失，则为电压反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。馈；反之为电流反馈。 判断电压与电流反馈判断电压与电流反馈 判断串联与并联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。馈；反之为串联反馈。 Av kfv RS + - vs + - vi vf v i + - + - RL + - vo RS iS ii if ii Ai kfi RL io 3. 3. 判断反馈性质判断反馈性质-瞬时极性法瞬时极性法 A kf xo xi xf xi 设设vi 瞬时极性为

10、瞬时极性为 用正负号表示电路中各点电压的瞬时极性，或用箭头表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。示各节点电流瞬时流向的方法称瞬时极性法。 比较比较xf 与与xi 的极性的极性 （ xi = xi- - xf ） 若若xf 与与xi同相，使同相，使xi 减小的，为负反馈；减小的，为负反馈； 若若xf 与与xi反相，使反相，使xi 增大的，为正反馈。增大的，为正反馈。 经经A 判断判断vo ？ ？ 经经kf 判断判断xf ？ ？ 例例1 判断电路的反馈类型和反馈性质。判断电路的反馈类型和反馈性质。 假设输出端交流短路，假设输出端交流短路， Rf

11、引入的反馈消失引入的反馈消失电压反馈。电压反馈。 假设输入端交流短路，假设输入端交流短路， Rf 的反馈作用消失的反馈作用消失并联反馈。并联反馈。 分析：分析： vi VCC RC Rf vo + - - + - -Rf Rf 则则vc为为 - - 假设假设vi瞬时极性为瞬时极性为 + + + + - - 形成的形成的if 方向如图示。方向如图示。 ii if ib 因净输入电流因净输入电流 ib= ii- - if ii负反馈。负反馈。 结论：结论： Rf引入电压并联负反馈引入电压并联负反馈 vi RC vo + - - + - - vi VCC RC vo + - + - RE RB1 R

12、B2 例例2 判断图示电路的判断图示电路的反馈类型和反馈性质反馈类型和反馈性质。 假设输出端交流短路，假设输出端交流短路， RE上的反馈依然存在上的反馈依然存在 电流反馈。电流反馈。 假设输入端交流短路，假设输入端交流短路， RE上的反馈没有消失上的反馈没有消失串联反馈。串联反馈。 分析：分析： 假设假设vi瞬时极性为瞬时极性为 + + 因净输入电压因净输入电压 vbe= vi- - vf vi负反馈。负反馈。 结论：结论： RE引入电流串联负反馈引入电流串联负反馈 vi RC vo + - + - RE RB1 RB2 + + 则则ve（即（即vf ）极性为极性为 + + + + 判断方法归

13、纳判断方法归纳 反馈类型：反馈类型： 反馈元件与输出vo的高电位接在同一电极（纯 电阻连接）为电压电压反馈，反之为电流反馈。 反馈元件与输入vi的高电位接在同一电极（纯 电阻连接）为并联反馈，反之为串联反馈。 vi VCC RC Rf vo 例例1 vi VCC RC vo + - + - RE RB1 RB2 例例2 电流串联反馈电流串联反馈 电压并联反馈电压并联反馈 例例3 判断下列电路的反馈类型和反馈性质。判断下列电路的反馈类型和反馈性质。 vi VCC RC1 vo + - + - RE1 RBRC2 RE2 Rf vi VCC RC1 vo + - + - RE1 RBRC2 RE2

14、Rf - + A R1 Rf + - vs vo - + A R1 Rf + - vs vo + + - - - - 电流并联负反馈电流并联负反馈电流串联正反馈电流串联正反馈 + + - - - - - - + + - - 电压并联负反馈电压并联负反馈 电压串联负反馈电压串联负反馈 + + + + + + vi VCC RC1 vo VEE Rf RE2 R1 RC2 RC3 Rs T1T2 T3 例例4 判断下列电路的反馈类型和反馈性质。判断下列电路的反馈类型和反馈性质。 vi VCC RC1 vo VEE RE R1 RC2 RC3 RS T1T2 T3 Rf + + - - - - +

15、+ + + + + 电流串联负反馈电流串联负反馈 + + 电流并联负反馈电流并联负反馈 vi VCC RD1 vo + - + - RS1RG RD2 RS2Rf vi VCC RD1 vo + - + - RS1 RG RD2 RS2Rf 例例4 判断下列电路的反馈类型和反馈性质。判断下列电路的反馈类型和反馈性质。 + + + + + + + + - - 电压并联正反馈电压并联正反馈 - - + + 电压串联负反馈电压串联负反馈 反馈越深，电路增益越小。反馈越深，电路增益越小。 F A Ak A A f f 1 由由得知：得知： SfS S fs 1F A kA A A S 注：当取源增益时

16、，上式依然成立，即注：当取源增益时，上式依然成立，即 A A A A A A A A AA AA S A A f f f f ff / / f 定义定义 f f 1 1 AkA A 由由 2 f f )1 ( 1 AkA A 得得 FAk S A A 1 1 1 f f (2) (1)得得 -(1)-(2) 反馈越深，增益灵敏度越小。反馈越深，增益灵敏度越小。 q 输入电阻输入电阻 串联反馈串联反馈 + - A kf Ri Rs vs + - + - vf vi + - vi ii xo i i if i v R i fii i Akvv FRAk i v if i i )1 ( iii /i

17、vR 基放输入电阻基放输入电阻 fif /AkvvT环路增益环路增益 反馈电路输入电阻：反馈电路输入电阻： i fi i vv 引入串联反馈，反馈越深，输入电阻越大。引入串联反馈，反馈越深，输入电阻越大。结论结论 并联反馈并联反馈 i i if i v R 反馈电路输入电阻：反馈电路输入电阻： 引入并联反馈，反馈越深，输入电阻越小。引入并联反馈，反馈越深，输入电阻越小。结论结论 A kf Ri Rs is if ii + - vi ii xo 基放输入电阻基放输入电阻 i i i i v R 环路增益环路增益 f i f Ak i i T fii i Akii v F R Aki v i fi

18、 i )1 ( 1 fi i ii v q 输出电阻输出电阻 电压反馈电压反馈 Ro ：考虑反馈网络负载：考虑反馈网络负载 效应后，基放输出电阻。效应后，基放输出电阻。 Ast ：负载开路时，基本：负载开路时，基本 放大器源增益。放大器源增益。 令令xs=0 i + - - v 基基 放放 Ro xf xs Ast xs 反馈反馈 网络网络 + - 由定义得由定义得Rof电路模型：电路模型： 由图由图 osst / )(RxAvi vkxx ffs 得得 st o fst o of 1F R kA R i v R 引入电压反馈，反馈越深，输出电阻越小，引入电压反馈，反馈越深，输出电阻越小，vo

19、越稳定。越稳定。结论结论 基基 放放 Ro xf xs Ast xs 反馈反馈 网络网络 + - RL xs vo + - - 电流反馈电流反馈 Ro ：考虑反馈网络负载：考虑反馈网络负载 效应后，基放输出电阻。效应后，基放输出电阻。 Asn ：负载短路时，基：负载短路时，基 本放大器源增益。本放大器源增益。 由定义得由定义得Rof电路模型：电路模型： 由图由图 ossn )(RxAiv ikxx ffs 得得 snofstoof )1 (FRkAR i v R 引入电流反馈，反馈越深，输出电阻越大，引入电流反馈，反馈越深，输出电阻越大，io越稳定。越稳定。结论结论 基放基放 Ro xs xf

20、 xs io Asn xs RL 反馈反馈 网络网络 令令xs=0 i + - - v 基放基放 Ro xf xs Asn xs 反馈反馈 网络网络 由于负反馈降低了电路增益灵敏度，因此放大器可在更由于负反馈降低了电路增益灵敏度，因此放大器可在更 宽的通频带范围内维持增益不变。宽的通频带范围内维持增益不变。 单极点系统引入负反馈后，反馈越深，上限角频率越大、单极点系统引入负反馈后，反馈越深，上限角频率越大、 增益越小，但其增益带宽积维持不变。增益越小，但其增益带宽积维持不变。 设基放为单极点系统：设基放为单极点系统： P I /1 )( s A sA PH 则则 若反馈网络反馈系数为：若反馈网

21、络反馈系数为： f k 则闭环系统：则闭环系统： Pf fI f f /1)(1 )( )( s A ksA sA sA 其中：其中： F A kA A A I fI I fI 1 F)(1 HfIHHfPf kA 注意：通频带的扩展是以降低增益为代价的。注意：通频带的扩展是以降低增益为代价的。 基本放大器基本放大器 vo vi vf v i 例如：一基本放大器，例如：一基本放大器， 引入负反馈引入负反馈 反馈网络反馈网络 注意：负反馈只能减小反馈环内的失真，若输入注意：负反馈只能减小反馈环内的失真，若输入 信号本身产生失真，反馈电路无能为力。信号本身产生失真，反馈电路无能为力。 输入正弦信号

22、时，输出产生失真。输入正弦信号时，输出产生失真。 vo失真减小。失真减小。 同减小非线性失真一样，引入负反馈可减小噪声。同减小非线性失真一样，引入负反馈可减小噪声。 注意：注意：负反馈在减小噪声的同时，有用信号以同样的倍数负反馈在减小噪声的同时，有用信号以同样的倍数 在减小，其信噪比不变。在减小，其信噪比不变。 因此，引入负反馈放大器噪声性能不变。因此，引入负反馈放大器噪声性能不变。 综上所述，综上所述，负反馈对放大器性能影响主要表现为：负反馈对放大器性能影响主要表现为： 降低增益降低增益 减小增益灵敏度（或提高增益稳定性）减小增益灵敏度（或提高增益稳定性） 改变电路输入、输出电阻改变电路输入

23、、输出电阻 减小频率失真（或扩展通频带）减小频率失真（或扩展通频带） 减小非线性失真减小非线性失真 噪声性能不变噪声性能不变 在电路输出端在电路输出端 基本放大器引入负反馈的原则基本放大器引入负反馈的原则 若要求电路若要求电路vo稳定或稳定或Ro小小 应引入电压负反馈。应引入电压负反馈。 若要求电路若要求电路io稳定或稳定或Ro大大 应引入电流负反馈。应引入电流负反馈。 在电路输入端在电路输入端 若要求若要求Ri大或从信号源索取的电流小大或从信号源索取的电流小引入串联负反馈。引入串联负反馈。 若要求若要求Ri小或从信号源索取的电流大小或从信号源索取的电流大引入并联负反馈。引入并联负反馈。 反馈

24、效果与信号源内阻反馈效果与信号源内阻RS的关系的关系 若电路采用若电路采用RS较小的电压源激励较小的电压源激励应引入串联负反馈应引入串联负反馈 若电路采用若电路采用RS较大的电流源激励较大的电流源激励应引入并联负反馈应引入并联负反馈 反馈效果与反馈效果与RS关系的说明：关系的说明： 串联负反馈串联负反馈 采用电压源激励时，若采用电压源激励时，若RS0 0 则则 fsfii vvvvv 由于由于vS恒定，则恒定，则vf 的变化的变化 量全部转化为量全部转化为vi 的变化量，的变化量， 此时反馈效果最强。此时反馈效果最强。 采用电流源激励时，若采用电流源激励时，若RS 由于由于iS恒定，恒定，vi

25、 固定不变，固定不变， 结果导致反馈作用消失。结果导致反馈作用消失。 + - A kf RiRs vs + - + - vf vi + - vi xo （电压源激励）（电压源激励） is + - A kf Ri Rs + - vf vi + - vi xo （电流源激励）（电流源激励） 则则 isi Riv 恒定恒定 if ii ii A kf Ri xo Rs vs + - vi + - （电压源激励）（电压源激励） if ii ii A kf Ri xo is Rs （电流源激励）（电流源激励） 并联负反馈并联负反馈 采用电压源激励时，若采用电压源激励时，若RS0 0 则则 fsfii i

26、iiii 由于由于iS恒定，则恒定，则if 的变化量的变化量 全部转化为全部转化为ii 的变化量，此时的变化量，此时 反馈效果最强。反馈效果最强。 采用电流源激励时，若采用电流源激励时，若RS 由于由于vi 固定不变，结果导致固定不变，结果导致 反馈作用消失。反馈作用消失。 则则 si vv 恒定恒定 q 深度负反馈条件深度负反馈条件 当电路满足深度负反馈条件当电路满足深度负反馈条件时：时： 1T1F或或称深度负反馈条件称深度负反馈条件 将将 串联反馈电路输入电阻：串联反馈电路输入电阻： FRR iif 并联反馈电路输入电阻：并联反馈电路输入电阻： 0/ iif FRR 电压反馈电路输出电阻：

27、电压反馈电路输出电阻： 电流反馈电路输出电阻：电流反馈电路输出电阻： snoof FRR 0/ stoof FRR ff f 1 1kAk A A ffs s fs 1 1kkA A A 增益：增益：或或 q 深度负反馈条件下深度负反馈条件下Avf 的估算的估算 根据反馈类型确定根据反馈类型确定kf含义，并计算含义，并计算kf 分析步骤分析步骤: : 若并联反馈：将输入端交流短路若并联反馈：将输入端交流短路 若串联反馈：将输入端交流开路若串联反馈：将输入端交流开路 则反馈系数则反馈系数 确定确定Afs(= xo / xs)含义，并计算含义，并计算Afs = 1 / kf 将将Afs转换成转换成

28、 Avfs= vo / vs kf = xf / xo 计算此时计算此时xo产生的产生的xf vs RC1 vo + - + - RE1 RLRC2 Rf RS T1 T2 + - vf 例例1 图示电路，试图示电路，试在深度负反馈条件下估算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。该电路为电压串联负反馈放大器。解：解： 将输入端交流开路，即将将输入端交流开路，即将T1管射极断开：管射极断开： 则则 fE1 E1 o f f RR R v v k v 因此因此 E1fff /1/1RRkA vsv 例例2 图示电路，试图示电路，试在深度负反馈条件下估算在深度负反馈条件下估算

29、Avfs 该电路为电流并联负反馈放大器。该电路为电流并联负反馈放大器。解：解： 将输入端交流短路，即将将输入端交流短路，即将T1管基极交流接地：管基极交流接地： 则则 fE2 E2 o f f RR R i i k i 因此因此 E2 f f f 1 1 R R k A i si is RC1 vo + - RLRC2 Rf RS T1 T2 if RE2 io s L E2 f s L f ss LC2oo f )1 ( )/( R R R R R R A Ri RRi v v A si s sv 例例3 3 图示电路，试在深度负反馈条件下估算图示电路，试在深度负反馈条件下估算Avfs 该电

30、路为电压并联负反馈。该电路为电压并联负反馈。 (1)解：解： 将反相输入端交流接地：将反相输入端交流接地： 则则 foff /1/Rvik g fff /1RkA gsr 因此因此 1 f 1 f 1s oo f R R R A Ri v v v A sr s sv 该电路为电压串联负反馈。该电路为电压串联负反馈。 (2)解：解： 将反相输入端交流开路：将反相输入端交流开路： 则则 f1 1 o f f RR R v v k v 因此因此 1fff /1/1RRkA vsv - + A R1 Rf + - vs vo if （图（图1） - + A R1 Rf + - vs vo - - +

31、vf （图（图2） 实际上，放大器在中频区施加负反馈时，有可能因实际上，放大器在中频区施加负反馈时，有可能因Akf在高在高 频区的附加相移使负反馈变为正反馈，引起电路自激。频区的附加相移使负反馈变为正反馈，引起电路自激。 反馈放大器频率特性：反馈放大器频率特性： )(j1 )(j )(j f T A A 若在某一频率上若在某一频率上1)(jT放大器自激放大器自激 自激振幅条件自激振幅条件 1)(jT 1)(T )( T 自激相位条件自激相位条件 说明说明 自激时，即使自激时，即使xi=0，但由于，但由于xi = xf ，因此反馈，因此反馈 电路在无输入时，仍有信号输出。电路在无输入时，仍有信号

32、输出。 q 不自激条件不自激条件 1)(T )( T 当当或或 dB0)(T 时，时， 1)(T )( T 或当或当 dB0)(T 时，时，或或 注意：只要设法破坏自激的振幅条件或相位条件之一，注意：只要设法破坏自激的振幅条件或相位条件之一， 放大器就不会产生自激。放大器就不会产生自激。 q 稳定裕量稳定裕量 要保证负反馈放大器稳定工作，还要保证负反馈放大器稳定工作，还需需使使它它远离自激状态，远离自激状态， 远离程度可用稳定裕量表示。远离程度可用稳定裕量表示。 1)( g T当当时，相位裕量时，相位裕量 o gT o 45)(180 )( T 当当时，增益裕量时，增益裕量 dB0)(lg20

33、)dB( g T g g增益交界角频率；增益交界角频率； 相位交界角频率。相位交界角频率。 q 相位裕量图解分析法相位裕量图解分析法 假设假设放大器施加的是电阻性反馈，放大器施加的是电阻性反馈，kf为实数：为实数： )/1lg(20)(lg20 fg kA得得1)()( fgg kAT由由 在在A( )或或T( )波特图上波特图上找找 g 在在A( )波特图上，作波特图上，作1/1/kf (dB)的水平线，交点即的水平线，交点即 g g 在在T( )波特图上，与水平轴波特图上，与水平轴 T( )=0=0dB 的交点，即的交点，即 g g 根据根据 g在相频曲线上在相频曲线上找找 T( g) 判

34、断相位裕量判断相位裕量 o gT o 45)(180 若若放大器稳定工作放大器稳定工作 o gT o 45)(180 若若放大器工作不稳定放大器工作不稳定 注：注：1/1/kf (dB)的水平线称增益线。的水平线称增益线。 例例1 已知已知A(j )波特图，判断电路是否自激。波特图，判断电路是否自激。 (1/(1/kf )dB g g T( g) （1 1）在）在A( )波特图上作波特图上作1/1/kf (dB)的水平线。的水平线。 分析：分析： （2 2）找出交点，即）找出交点，即 g g （3 3）在在 T( )波特图上，找出波特图上，找出 T( g g) （4 4） o 45 因此电路稳定工作，不自激。因此电路稳定工作，不自激。由于由于 A( )/dB o T( ) o - -180o - -90o 例例2 已知已知T(j )波特图，判断电路是否自激。波特图，判断电路是否自激。 T( g) （1 1）由）由T( )波特图与横轴的交点，找出波特图与横轴的交点，找出 g g 分析：分析： （2 2）由）由 g g在在 T( )波特图上，找出波特图上，找出 T(