模电课件第七章反馈放大电路

1、7反馈放大电路基本要求:1理解反馈的基本概念，4种反馈组态及其特点掌握反馈形式、类型的判断及负反馈对放大电路性能的影响 掌握深度负反馈条件下，负反馈放大电路增益的近似计算 理解负反馈放大电路的稳定工作条件并能应用判断71反馈的基本概1.反馈定义将电子系统输出回路的电量（电压或电流），（一部分或 全部）送回到输入回路的过程。其实质是输出影响输入。开环一无反馈通路闭环一有反馈通路2直流反馈与交流反馈根据反馈到输入端的信号是交流，还是直流，或同时 存在，来进行判别。基本判断方法: 可以通过画交流、直流通路来判断：直流通路中存在的反馈是直流反馈，交流通路中存在的反馈是交流反馈，都存 在的是交直流反馈。

2、取决于反馈通路。如图电容观察法:反馈通路如果存在隔直电容，就是交流反馈; 反馈通路如果存在旁路电容，就是直流反馈; 不存在电容，就是交直流反馈。3.正反馈与负反馈的判断8S：另一角度正反馈:引入反馈后，使净输入量变大了。负反馈：引入反馈后，使净输入量变小了。判别方法：瞬时极性法在电路中9从输入端开始，沿着信号流向，假设W瞬时变化的极性为正（相对于共同端），标出某一时刻有关节点电位的瞬时极性（用 y号表示），或有关支路电流的瞬时流向，以判断反馈信号是增强还是削弱了净输入量。1=瞬时极性的确定依据：各种基本组态放大电路输出与输入信号间的相位关系。从输入端沿着放大通路 找到反馈通路的起点再沿反馈通路

3、回到输入端例亠。cc判断的方法：瞬时极性法(Instantaneous polarities )。在输入端加一瞬时极性或正或牟应豈邑例例从输入端沿着放大通路 找到反馈通路的起点再沿反馈通路回到输入端Rhl II- + Qi片 R)2RjRl kJL净输入信号： = vi -卩打屮吧爲0密已獭魁枭包猛I层讒 V 無基本放左电路A亡二葩E ZAF缨厂丁 xr 反馈卿络1 01rRlS3若畫笛戒繚顷冬fit翳舅卜则O1WI it也梟压若治00使疑-0,可却不随冬消笨也玩明其整样胃输出車压敷L-0桜得-0,兀f却不随之消失，也说明其取岸自输出电电压、电流反馈判断方法:输出信号与反馈信号加在同一个点上，

4、就是电压反馈; 输出信号与反馈信号加在不同点上，就是电流反馈；串联反馈与并联反馈反馈信号在输入端的连接分为串联和并联两种方式。输入信号与反馈信号在输入回路以电压（电流）形式相 加减的称串联（并联）反馈。进一步的，输入信号与反 馈信号从同一端输入的为并联方式，从不同端输入的为串联反馈：反馈网络与基本放大电路串联连接，以实现电压比 较的反馈。并联反馈：反馈网络与基本放大电路并联连接，以实现电流比较的反馈。判断方法:并联：反馈量M和输入量M 接于同一输入端XiX、串联：反馈量乙和输入量 接于不同的输入端具体而根据反馈网络在放大电路输出回路的取样对象判定, 言可以采用输出短路法或输出开路法来判断电压串

5、联反馈根据反馈网络在放大电路输出回路的取样对象判定,具体而言可以采用输出短路法或输出开路法来判断电压并联反馈电流串联反馈 丄U四种反馈组态1）电压串联负反馈首先判断图所示电路的反馈组态，将负载九短路，就相当于输出端接地，这时匕）=0，反馈的原因不存在，所以是电压反馈，从输入端来看，净输入信号等于输入信号叫与反馈信号卩f之差，就是说输入信号与反馈信号 是串联关系，所以该电路的反馈组态是电压串联反馈。使用瞬时极性法判 断正负反馈，各瞬时极性如图所示，可见卩i与*极性相同，净输入信 号小于输入信号，故是负反馈。A图7U 电压串嶽反馈电路四种负反馈组态的特点AZ电压负反馈：稳定输出电压图壮1电压串轍反

6、馈电路输出电压的计算：由图可得反馈系数FvF严工二 “ %（尺1 +尺2）由于运放的电压放大倍数非常大，在输入端=叫，故有Vd =ViVf = 0从而得到所以输出电压v.R。丄=（1 +）匕FR、V1从此式可以看出，输出电压只与电阻的参数嶠,亠斤*3己亠吟 可见十分稳定，所以电压反馈使输出电压稳定。0711碾串戦殛电路*许也匕Xf由图知基本放大电路 增益（开环增益）X反馈系数卩=亍O因为Xid负反馈放大电路-Xo 增益（闭环增益）F = T 所以如亠玉.idXj Xjd + Xf XJA + XF 1 + AF闭环增益的一般表达式说明引入负反馈后，闭环增益久改变了，大小与1+AF有关。2）电压

7、并联负反馈 L、13图为电压并联负反馈首先判断图所示电路的反馈组态， 将负载甩短路，就相当于输出端接地，这时70=0,反馈 的原因不存在，所以是电压反馈，从输入端来看，输入信号di与反馈信号ff并联在一起，净输入电流信号fd等于输入 电流信号Zi与反馈电流信号df之差，所以该电路的反馈组 态是电压并联反馈。使用彝时极性法判断正负反馈，各瞬 时极性和瞬时电流方向如图所示，可见盘瞬时流向是对,i 分流，使fd减小，净输入信号dd小于输入信号di，故是负 反馈。图电压并联负反馈-v0V貝4dTVqT1输出电压的计算：由图可得反馈系数叫图电压并联负反馈FgRfVo由于运放的电压放大倍数非常大，在输入端

8、vpvN,故有，id = i)_ i丁 a 0 从而得到，ii = ij-所以输出电压 =-=-RfiiFg从此式可以看出，输出电压只与电阻的参数有关，可见十分稳定。所以电压反馈使输出电压稳定O3) 电流串联首先判断图所示电路的反馈组态，将负载汕短路，这时仍有电流 流过皿电阻，产生反馈电压才，所以是电流反馈，从输入端来看，净输入信号闭等于输入信号卩i与反馈信号vf之差，就是输入信号与反馈信号是 串联关系，所以该电路的反馈组态是电流串联反馈。使用瞬时极性法判 断正负反馈，各瞬时极性如图所示，可见诃与vf极性相同，净输入信号小 于输入信号，故是负反馈。输出电流的计算：由图可得反馈系数Fr厂vf-R

9、nF)=Ri1()1()图电流串联负反馈电路汕一卩从而得到由于运放的电压放大倍数非常大，在输入端vpvN, 故有由此式可知输出电流只与电阻阻值 有关，所以非常稳定，就是说电流 反馈稳定输出电流。/ot图电流串联负反馈电路图616电流并联负反馈电路4）电流并联负反馈 首先判断图所示电路的反馈组态，将负 载皿短路，这时仍有电流流过刃电阻，产生 反馈电流ff，所以臭电流反馈，从输入端来 看，输入信号fi与反馈信号df并联在一起， 净输入电流信号等于输入电流信号f i与反 横电流信号之差，所以该电路的反馈组态 是电流并联反馈。使用瞬时极性法判断正负 反馈，各瞬时寂性和瞬时电流方向如图所示， 可见圧瞬时

10、流向是对丹分流，使帀减小，净 输入信号fd小于输入信号儿故是负反馈。图所示电流并联负反馈电路 心输出电流的计算：二U二 R + R2二 心由图可得反馈系数用 7O _ _冇弟由于运放的电压放大倍数非常大，在输入端诩，故有，从而得到,所以io =-(l+)/z心4dT图6J6电流并联负反馈电路7.3负反馈放大电路增益的一般表达式7.3.1负反馈放大电路的方框 构成信号的单向化传输 开环时反馈网络的负载效应7.3.2负反馈放大电路增益的一般表达式 表达式推导反馈深度的讨论环路增益负反馈放大电路的方框I1）构成反馈放大电路图中符号基本放大电路的输入信号（净输入信号）输出信号变换网络X +基本放大K叠

11、示电路A示信号X s为信*号F入XiXf是反馈反馈信号，它是信号制信号帧应馈信帰入鏑的反馈网络FXid为净输入信号或有效控A为基本放大电路的增益（开开环增益F为反馈网络的传输系数信号在反馈网络 中的正向传输信号在基本放大电路中的反向传输基本放大/ / 比1 时,af|1时，= 深度负反馈+ AF FAf只取决于反馈系数。因反馈网络通常由无源元件组成，性能 非常稳定，所以深度负反馈放大电路也非常稳定。(4)(4)1+ AF A ,(3)正反馈，使增益增大。自激振荡(4)反馈组态不同，电路中的电量以及增益、反馈系数的具体形式也不同。(1)信号X在四种负反馈组态中的具体形式电压串联电压并联电流串联电

12、流并联X.1(1V.idV. idX1V.1I1 V.1I1AAX0VOVOIoI_0反馈组态不同，电路中的电量以及增益、反馈系数的具体形式也不同。(2) Af及F在四种负反馈组态中的具体形式电压串联电压并联电流串联电流并联VA-df 一 1VAf= rf I.1IAf =4 一人 ， i.1FF =VVVOF /f g V 0oF，= 7o74负反馈对放大电路性能的改善7. 4. 1提高增益的稳定性7.4. 2减少非线性失真7.4.3负反馈对放大电路频率响应的影响7.4.4对输入电阻和输出电阻的影响7.4.1提高增益的稳定性7.4.1提高增益的稳定性闭环时-血只考虑幅值有九為7.4.1提高增

13、益的稳定性dAF (1+ AF AF1dA (1+ AF )2 (1 + AF )2dA 片1 dAAf 1 + AF Ar即闭环增益相对变化量比开环减小了 1+4F倍反馈深度越深，闭环增益的稳定性越好。i=i另一方面在深度负反馈条件下AF 即闭环增益只取决于反馈网络。当反馈网络由稳定的线性元件组成时，闭环增益将有很高的稳定性。引入负反馈后，降低了闭环增益，但提高了增益的稳定性。注意:IE(1)负反馈不能使输出量保持不变，只能使之趋于不变。且只 能减小由开环增益变化引起的闭环增益变化。(2)不同类型的负反馈能稳定的增益也不同。电压串联负反馈，稳定闭环电压增益。 电压并联负反馈，稳定闭环互阻增益

14、。电流串联负反馈，稳定闭环互导增益。电流并联负反馈，稳定闭环电流增益。7.4.2减少非线性失真思考？若输入信号本身是失真的或输入信号含噪走干扰，负反馈能否减小失真或抑制噪声干扰。 7.3.3反馈对放大器频率响应的影响扩展频带CD 1 +JH（前面第3章频率特性）1+仃CD人 /、A（je）Af（W）=1 + FA（沧）1+j 如（1 +妇尸）p207分子漏了如=%（1+ 4/）上限频率扩展1+4/猎BACK!NEXT上限频率扩展1+处HF = H（1+ AMF）7.3.4对输入电阻和输出电阻的影响串联负反馈增大输入电阻-HOME：BACK!NEXTHOME：BACK!NEXT输入电阻HOME：

15、BACK!NEXTHOME：BACK!NEXT并联负反馈减小输入电阻-HOME：BACK!NEXTHOME：BACK!NEXT增大输出电输出电阻电压负反馈一减小输出电阻电流负反馈 阻1对输入电阻的影响串联负反馈使输入电阻增大开环输入电阻:HOME：BACK!NEXTHOME：BACK!NEXT闭环输入电阻:HOME：BACK!NEXTHOME：BACK!NEXTu. u + u分二十=一=(1+FA)=(1+FA),HOME：BACK!NEXT并联负反馈使输入电阻减小UjUjr =U171I + I fI. + FAI .11J111I,11U 1=(1 + FA I1+ FA 2.对输出电阻

16、的影响由圧伤反馈伸输出由阳减小U0因为：Xi = O Xi-XfJ-X”。=UoFAoj U； - AX Uo + UOA(F = Uo(l+AoF)roGuof电流负反馈使输出电阻增大.UI = AX . + OIroAX - AX f/ = - FAI +ooro(1+ AF)Io =roU；rOfU- = (1 + AF )rJ z oo7.5深度负反馈条件下的近似计算小结-为改善性能引入负反馈的_般原则 梵要稳定直流量（Q点）引直流负反馈7.5深度负反馈条件下的近似计算7.5深度负反馈条件下的近似计算要稳定交流量引交流负反馈要稳定输出电压要稳定输出电流要增大输入电阻要减小输入电阻引电压

17、负反馈 引电流负反馈 引串联负反馈 引并联负反馈7.5深度负反馈条件下的近似计算7.5深度负反馈条件下的近似计算要减小输出电阻引电压负反馈要增大输出电阻引电流负反馈BACKNEXT大多数负反馈，特别是集成运放构成的放大电路都能满 足深度负反馈的条件。1）深度负反馈的特点由于 1 + AF 1即，深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈网络有关又因为弋代入上式得Xf Xx输入量近似等于反馈量= xid =0 净输入量近似等于零由此可得深度负反馈条件下，基本放大电路“两虚”的概念7.5深度负反馈条件下的近似计算7.5深度负反馈条件下的近似计算1）深度负反馈的特点深度负反馈条件下x.d = x.-ifo

18、串联负反馈，输入端电压求和。vid = vi 0 虚短人=Jo 虚断 r.并联负反馈，输入端电流求和。匕r id = a - a o 虚断1 Vid = Zidr 0 虚短匕7.5深度负反馈条件下的近似计算利用“两虚”的概念，可以快速地估算负反馈电路的闭环增益或闭环电压增益。2 各种反馈组态的近似计算步骤：1）求反馈放大电路的反馈系数F（Fv、R、Fg、Fr） 根据“两虚”的概念分析求解2)求Af (Ayf Ajf Arf Agf) 根据Af=1/F3)求 Ay由 Ajf、Arf Agf = Ayf2 各种反馈组态的近似计算(1)电压串联负反馈V7.5深度负反馈条件下的近似计算Rs+RidpR

19、l VoO利用虚短的概念有2 各种反馈组态的近似计算(2)电流并联负反馈 利用虚短和虚断可知vN=vp = o则-iRf =(it-io)R -if(Rt+R) = _ioR反馈系数为 户if RF1 = r=闭环电流增益Zo1Rf Vs =皿A = J = 1 + 人厲R闭环电压增益匕IR7.5深度负反馈条件下的近似计算7.5深度负反馈条件下的近似计算2 各种反馈组态的近似计算(3)电压并联负反馈利用虚短和虚断可知4 =P =0 则反馈系数为F =-G V RO闭环互阻增益闭环电压增益A =叫VFVRRss7.5深度负反馈条件下的近似计算心闭环互导增益2 各种反馈组态的近似计算(4)电流串联

20、负反馈 利用虚短和虚断可知= 0则反馈系数为7.5深度负反馈条件下的近似计算7.5深度负反馈条件下的近似计算闭环电压增益T7?例1:电路如图所示，近似计算它的电 压增益 4.=冬解：反馈类型：电流并联负反馈在深度负反馈条件下，利用虚短和虚断可知J=VP =0UiRf则反馈系数为巧=匕=&o R F + R3闭环增益a/f闭环电压增益“計苛筈佥例.2：大环组态; 三级间反馈极性；二、(3)深度负反馈下大环的闭环电压增益。(4)Ri、Ro解：(1)Rf：电压并联负反馈(2) R1： 丁2本级电流串联负反馈R1、R2:T2和T3级间电流串联正反馈例7.5.5电路(3)在深度负反馈条件下，利用虚短和虚

21、断可知vBEo /bIo则反馈系数为Fg=- = -O闭环增益闭环电压增益avf=7VOVSRs 一 Rss7.8负反馈放大电路的稳定问题7.8.1自激及稳定工作条件7.8负反馈放大电路的稳定问题7.8.1自激及稳定工作条件4XfE +Ed基本函大 电路A反馈网络F7.8.1自激及稳定工作条件1) 自激振荡现象在不加任何输入信号 的情况下，放大电路仍会 产生一定频率的信号输出。2) 产生原因中频段:工与匕同相，即(pa +(pf = 2htt (n = 0,1,2,-)Xd =Xi-Xf l 负反馈高频或低频段：AF将产生附加相移，使X,与X/之间存在相位差当(pa+(pf =+(2n + l

22、)7r (n = 0,l,2,)时与云/反相Xd =Xt +Xf Xt I = 正反馈当满足了一定的幅值条件时，便产生自激振荡。3）自激振荡条件闭环增益yo反馈深度|x + af| = o时, 自激振荡反馈网络F基本放大电路A（AF为环路增益）又 AF =人（血）户（d）Z0a（d） +得自激振荡条件r人他）户他）=1幅值条件t化（叭）+久（） = （2+ 1）x180。相位条件（附加相移）注：输入端求和的相位（-D不包含在内7.负反馈放大电路的稳定问题7.8.1自激及稳定工作条件3）自激振荡条件闭环增益反馈深度|x + af| = o时, 自激振荡反馈网络F基本放大电路A（AF为环路增益）又

23、 AF = A(o) - F Z.(pa(a) +得自激振荡条件r A(fik)-F(tok) = 1幅值条件L(pa (fik) +(pf (k) = (2/i + 1) X 180 相位条件(附加相移)7.8负反馈放大电路的稳定问题7.8.1自激及稳定工作条件7.8负反馈放大电路的稳定问题7.8.1自激及稳定工作条件5）负反馈放大电路稳定性分析 利用波特图分析环路增益的幅频响应写为20 lg AF = 20 lg A -20 lg般F与频率无关，则20 lg -F的幅频响应是一条水平线水平线201g4与201嗣 的交点为201弔即该点满足 IafI = i20 lg A关键作出开环增益A的

24、幅频响应和相频响应波特图20 lg - 与20lgA在同一坐标平面上7.8负反馈放大电路的稳定问题7.8.1自激及稳定工作条件5)负反馈放大电路稳定性分析判断稳定性方法(1) 作出A的幅频响应和相频响应波特图(2) 作201g|i|水平线(3) 判断是否满足相位裕度(pm 45在水平线201g|与201駆|的交点作垂线交相频响应曲线的一点 若该点久135。满足相位裕度，稳定；否则不稳定。或 在相频响应= -135点处作垂线交201g|A|于P点 若P点在201斜 水平线之下，稳定；否则不稳定。7.8负反馈放大电路的稳定问题7.8.1自激及稳定工作条件例如：Avo=100dE三个极点频率，相差20lg 1 /.IF|AF|=10d10倍，碩为主极点 当 20 lg l= 90dB OdB 点 P1= |(pa|=|-90o| P点在OdB点下 所以稳定Gm=0-|60-90|=-30dB (pm=-180o+(-90o)=90 当 20lg = 50dB 不稳定)100 2/ 1 1= 9Oi F 80 -1 60 - 20lg 1= 50 品F 4U200-45?-18(f-