湖北民族学院信息学院

1、湖北民族学院信息学院7.3 负反馈放大电路增益的一般表达式负反馈放大电路增益的一般表达式1. 闭环增益的一般表达式闭环增益的一般表达式2. 反馈深度讨论反馈深度讨论3. 环路增益环路增益湖北民族学院信息学院1. 闭环增益的一般表达式闭环增益的一般表达式开环增益开环增益idoxxA ofxxF 反馈系数反馈系数iofxxA 闭环增益闭环增益因为因为fiidxxx 所以所以iofxxA fidoxxx FxAxxooo/ 已知已知AFA 1fidixxx 闭环增益的一般表达式闭环增益的一般表达式即即AFAA 1f7.3 负反馈放大电路增益的一般表达式负反馈放大电路增益的一般表达式湖北民族学院信息学

2、院负反馈放大电路中各种信号量的含义负反馈放大电路中各种信号量的含义7.3 负反馈放大电路增益的一般表达式负反馈放大电路增益的一般表达式湖北民族学院信息学院2. 反馈深度讨论反馈深度讨论一般负反馈一般负反馈称为反馈深度称为反馈深度)1(FA 时，时， 11 )1( FA， FAA 时，时， 11 )2( FA深度负反馈深度负反馈正反馈正反馈时，时， 11 )3( FA， FAA 自激振荡自激振荡时，时， 01 )4( FA， F A 一般情况下，一般情况下，A和和F都是频率的函数，当考虑信号频率的影都是频率的函数，当考虑信号频率的影响时，响时，Af、A和和F分别用分别用 、 和和 表示。表示。

3、fAAF即即FAAA 1fend7.3 负反馈放大电路增益的一般表达式负反馈放大电路增益的一般表达式湖北民族学院信息学院7.4 负反馈对放大电路负反馈对放大电路性能的影响性能的影响7.4.2 减小非线性失真减小非线性失真7.4.3 抑制反馈环内噪声抑制反馈环内噪声7.4.4 对输入电阻和输出电阻的影响对输入电阻和输出电阻的影响7.4.1 提高增益的稳定性提高增益的稳定性湖北民族学院信息学院7.4.1 提高增益的稳定性提高增益的稳定性闭环时闭环时FAAA 1f对对A求导得求导得2f)1(1ddAFAA 只考虑幅值有只考虑幅值有AFAA 1fAAAFAAd11dff 即闭环增益相对变化量比开环减小

4、了即闭环增益相对变化量比开环减小了1+AF另一方面另一方面, ,在深度负反馈条件下在深度负反馈条件下FA1f 即闭环增益只取决于反馈网络。当反馈网络由稳定的线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。性元件组成时，闭环增益将有很高的稳定性。负反馈的组态不同，稳定的增益不同负反馈的组态不同，稳定的增益不同（Avf 、Arf 、Agf 、Aif）湖北民族学院信息学院7.4.2 减小非线性失真减小非线性失真 闭环时增益减小，线性度变好。闭环时增益减小，线性度变好。 只能减少环内放大电路产生的失真，如果输入波形本身就只能减少环内放大电路产生的失真，如果输入

5、波形本身就是失真的，即使引入负反馈，也无济于事。是失真的，即使引入负反馈，也无济于事。 1开环特性开环特性2闭环特性闭环特性 湖北民族学院信息学院7.4.3 抑制反馈环内噪声抑制反馈环内噪声nsVVNS VVVVVVVVFAAAVFAAAAVV211n2121so1 1 V比原有的信噪比提高了比原有的信噪比提高了 倍倍2VA电压的信噪比电压的信噪比 2VA增加一前置级增加一前置级 并认为该级为无噪声的并认为该级为无噪声的 2nsVAVVNS 新的信噪比新的信噪比 湖北民族学院信息学院7.4.4 对输入电阻和输出电阻的影响对输入电阻和输出电阻的影响 串联负反馈串联负反馈1. 对输入电阻的影响对输

6、入电阻的影响开环输入电阻开环输入电阻 Ri i= =vidid/ /ii i因为因为 vf f= =Fxo o xo o= =Avidid闭环输入电阻闭环输入电阻 Rifif= =vi i/ /ii i所以所以 vi i= =vidid+ +vf f=(1+=(1+AF ) )vidid闭环输入电阻闭环输入电阻 Rifif= =vi i/ /ii iiiid)1()1(RAFiAF v引入串联负反馈后，输入电阻增加了。引入串联负反馈后，输入电阻增加了。湖北民族学院信息学院7.4.4 对输入电阻和输出电阻的影响对输入电阻和输出电阻的影响 并联负反馈并联负反馈1. 对输入电阻的影响对输入电阻的影响

7、闭环输入电阻闭环输入电阻AFRR 1iif 引入并联负反馈后，引入并联负反馈后，输入电阻减小了。输入电阻减小了。注意注意: : 反馈对输入电阻的影响仅限于环内，对环外不反馈对输入电阻的影响仅限于环内，对环外不产生影响。产生影响。湖北民族学院信息学院例如例如图中图中R1 1不在环内不在环内AFRR 1iif但是但是ifiifRRR 当当R1 1 时，反馈对时，反馈对Rif几乎没有影响。几乎没有影响。ifR 湖北民族学院信息学院7.4.4 对输入电阻和输出电阻的影响对输入电阻和输出电阻的影响2. 对输出电阻的影响对输出电阻的影响 电压负反馈电压负反馈湖北民族学院信息学院2. 对输出电阻的影响对输出

8、电阻的影响闭环输出电阻闭环输出电阻TTofiRv 电压负反馈电压负反馈而而 Xid= - Xf= - FvT idooTTXARi v忽略反馈网络对忽略反馈网络对iT的分流的分流FARiRooTTof1 vTooTTvvFARi 所以所以 引入电压负反馈后，输引入电压负反馈后，输出电阻减小了。出电阻减小了。湖北民族学院信息学院7.4.4 对输入电阻和输出电阻的影响对输入电阻和输出电阻的影响2. 对输出电阻的影响对输出电阻的影响 电流负反馈电流负反馈闭环输出电阻闭环输出电阻oTTof)1(RFAiRs v 引入电流负反馈后，输引入电流负反馈后，输出电阻增大了。出电阻增大了。注意注意: : 反馈对

9、输出电阻的影响仅限于环内，对环外不产生影响。反馈对输出电阻的影响仅限于环内，对环外不产生影响。湖北民族学院信息学院 负反馈对放大电路性能的改善，是以牺牲增负反馈对放大电路性能的改善，是以牺牲增益为代价的，且仅对环内的性能产生影响。益为代价的，且仅对环内的性能产生影响。串联负反馈串联负反馈 并联负反馈并联负反馈 电压负反馈电压负反馈 电流负反馈电流负反馈 特别注意表特别注意表7.4.1的内容的内容增大输入电阻增大输入电阻减小输入电阻减小输入电阻减小输出电阻，稳定输出电压减小输出电阻，稳定输出电压增大输出电阻，稳定输出电流增大输出电阻，稳定输出电流7.4.4 对输入电阻和输出电阻的影响对输入电阻和

10、输出电阻的影响end湖北民族学院信息学院7.5 深度负反馈条件下深度负反馈条件下的近似计算的近似计算1. 深度负反馈的特点深度负反馈的特点2. 举例举例湖北民族学院信息学院1. 深度负反馈的特点深度负反馈的特点即，深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈网络有关即，深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈网络有关 11 FA由于由于FAAA 1f则则FFAA1 又因为又因为iofXXA ofXXF 代入上式代入上式ifXX 得得（也常写为（也常写为 xf f xi i）0fiid XXX净输入量近似等于零净输入量近似等于零由此可得深度负反馈条件下，基本放大电路由此可得深度负反馈条件下，基本放大电路“两虚两

11、虚”的概念的概念输入量近似等于反馈量输入量近似等于反馈量（xidid 0 ）湖北民族学院信息学院1. 深度负反馈的特点深度负反馈的特点串联负反馈，输入端电压求和串联负反馈，输入端电压求和0iidid riv深度负反馈条件下深度负反馈条件下 xidid= = xi i - - xf f 0 虚短虚短虚断虚断虚短虚短虚断虚断并联负反馈，输入端电流求和并联负反馈，输入端电流求和vidid= = vi i - - vf f 0iidid= = ii i - - if f 0vidid= = iidid ri i 0湖北民族学院信息学院2. 举例举例 电压串联负反馈电压串联负反馈反馈系数反馈系数ofvv

12、v F 实际上该电路就是第实际上该电路就是第2 2章介绍的同相比例放大电路，该章介绍的同相比例放大电路，该结果与第结果与第2 2章所得结构相同章所得结构相同 设电路满足深度负反馈条件，试设电路满足深度负反馈条件，试写出该电路的闭环电压增益表达式。写出该电路的闭环电压增益表达式。 解：解： 根据根据虚短虚短、虚断虚断f11RRR 闭环增益闭环增益（就是闭环电压增益）（就是闭环电压增益）iofvvv AvF1 1f1RR 湖北民族学院信息学院2. 举例举例 (例例7.5.1) 电压串联负反馈电压串联负反馈 设电路满足深度负反设电路满足深度负反馈条件，试写出该电路的馈条件，试写出该电路的闭环电压增益

13、表达式。闭环电压增益表达式。 解：解： 根据根据虚短虚短、虚断虚断ofb2b2fvvRRR 闭环电压增益闭环电压增益iofvvv Ab2f1RR ifvv 湖北民族学院信息学院2. 举例举例 (例例7.5.4) 电流并联负反馈电流并联负反馈 设电路满足深度负反馈条设电路满足深度负反馈条件，试写出该电路的闭环增益件，试写出该电路的闭环增益和闭环源电压增益表达式。和闭环源电压增益表达式。 解：解： 根据根据虚短虚短、虚断虚断RRRffii- 闭环增益闭环增益ioifii A)1(fRR ifii 所以闭环电压增益所以闭环电压增益sofvvv AsisRiv 0pn vvLooRiv sLf)1(R

14、RRR siLoRiRi- 注意：若注意：若io o参考方向不同，将影响闭环增益的结果参考方向不同，将影响闭环增益的结果 oRfiii 又因为又因为iR湖北民族学院信息学院解解: :（3 3） 闭环增益闭环增益fiorfRiv Aifii 例例7.5.5 （3 3）求大环反馈的闭环增益以及对信号源的闭环电）求大环反馈的闭环增益以及对信号源的闭环电压增益；压增益； 电压并联负反馈电压并联负反馈根据根据虚短虚短、虚断虚断ffoR-iv 0V0V2. 举例举例end湖北民族学院信息学院7.6 负反馈放大电路设计负反馈放大电路设计7.6.1 设计负反馈放大电路的一般步骤设计负反馈放大电路的一般步骤7.

15、6.2 设计举例设计举例湖北民族学院信息学院7.6.1 设计负反馈放大电路的一般步骤设计负反馈放大电路的一般步骤1. 1. 选定需要的反馈类型选定需要的反馈类型2. 2. 确定反馈系数的大小确定反馈系数的大小3. 3. 适当选择反馈网络中的电阻阻值适当选择反馈网络中的电阻阻值4. 4. 通过仿真分析，检验设计是否满足要求通过仿真分析，检验设计是否满足要求信号源性质信号源性质对输出信号的要求对输出信号的要求对输入、输出电阻的要求对输入、输出电阻的要求对信号变换的要求（对信号变换的要求（V-VV-V、V-IV-I、I-VI-V、I-II-I ）FA1f 深度负反馈时深度负反馈时尽量减小反馈网络对基

16、本放大电路的负载效应尽量减小反馈网络对基本放大电路的负载效应湖北民族学院信息学院7.6.2 设计举例设计举例例例7.6.2 设计一个带负反馈的光电隔离器的驱动电路。设设计一个带负反馈的光电隔离器的驱动电路。设vs的变化范围为的变化范围为05V，内阻，内阻Rs=500。要求。要求LED的的io1=10-3vs(A)。已知运放的。已知运放的Avo=104，Ri=5k，Ro=100。设计后仿真检验发光二极管的电流。设计后仿真检验发光二极管的电流。 解解: :驱动电路需要将电压驱动电路需要将电压vs s转换为电流转换为电流io1o1已知已知LED的光强度的光强度流过流过LED的电流的电流io1o1线线

17、性性电压信号电压信号vs s线线性性选用电流串联负反馈电路选用电流串联负反馈电路光电隔离器光电隔离器湖北民族学院信息学院解解: :选用电流串联负反馈电路选用电流串联负反馈电路 k110001gfsrAF所以所以 Rf=1k A/V103so1gfs viA又因为根据又因为根据虚断虚断有有FA1f 深度负反馈时深度负反馈时fo1frRiF v7.6.2 设计举例设计举例例例7.6.2 设计一个带负反馈的光电隔离器的驱动电路。设设计一个带负反馈的光电隔离器的驱动电路。设vs的变化范围为的变化范围为05V，内阻，内阻Rs=500。要求。要求LED的的io1=10-3vs(A)。已知运放的。已知运放的

18、Avo=104，Ri=5k，Ro=100。设计后仿真检验发光二极管的电流。设计后仿真检验发光二极管的电流。 湖北民族学院信息学院解解: : 仿真电路仿真电路io1与与vs的呈线性关系，的呈线性关系， io1=10-3vs，放大电路满足设计要求。放大电路满足设计要求。end7.6.2 设计举例设计举例例例7.6.2 设计一个带负反馈的光电隔离器的驱动电路。设设计一个带负反馈的光电隔离器的驱动电路。设vs的变化范围为的变化范围为05V，内阻，内阻Rs=500。要求。要求LED的的io1=10-3vs(A)。已知运放的。已知运放的Avo=104，Ri=5k，Ro=100。设计后仿真检验发光二极管的电

19、流。设计后仿真检验发光二极管的电流。 湖北民族学院信息学院7.7 负反馈放大电路的频率响应负反馈放大电路的频率响应7.7.2 增益一带宽积增益一带宽积7.7.1 频率响应的一般表达式频率响应的一般表达式湖北民族学院信息学院7.7.1 频率响应的一般表达式频率响应的一般表达式基本放大电路的高频响应基本放大电路的高频响应比开环时增加了比开环时增加了HMHj1ffAA 为基本放大电为基本放大电路通带增益路通带增益MAHfMfHHHfj11ffAFAAA 根据闭环增益表达式有根据闭环增益表达式有（设反馈网络为纯阻网络）（设反馈网络为纯阻网络）通带通带闭环增益闭环增益MfA其中其中同理可得同理可得闭环上

20、限频率闭环上限频率HMHf)1(fFAf 比开环时减小了比开环时减小了闭环下限频率闭环下限频率FAffMLLf1 引入负反馈后，放大电路的通频带展宽了引入负反馈后，放大电路的通频带展宽了f HLfHfffffBW 湖北民族学院信息学院7.7.1 频率响应的一般表达式频率响应的一般表达式例例7.7.1的波特图的波特图 湖北民族学院信息学院7.7.2 增益一带宽积增益一带宽积放大电路的增益放大电路的增益- -带宽积为常数带宽积为常数 HHHff11AffAFAFAfA 闭环增益闭环增益- -带宽积带宽积开环增益开环增益- -带宽积带宽积end湖北民族学院信息学院7.8 负反馈放大电路的稳定性负反馈

21、放大电路的稳定性*7.8.2 频率补偿频率补偿7.8.1 自激振荡及稳定工作的条件自激振荡及稳定工作的条件湖北民族学院信息学院7.8.1 自激振荡及稳定工作的条件自激振荡及稳定工作的条件1. 自激振荡现象自激振荡现象 在不加任何输在不加任何输入信号的情况下，入信号的情况下，放大电路仍会产生放大电路仍会产生一定频率的信号输一定频率的信号输出。出。2. 产生原因产生原因 在高频区或低频区产生的在高频区或低频区产生的附加相移附加相移达到达到180180 ，使中，使中频区的负反馈在高频区或低频区变成了正反馈，当满足了一频区的负反馈在高频区或低频区变成了正反馈，当满足了一定的幅值条件时，便产生自激振荡。

22、定的幅值条件时，便产生自激振荡。FA和和湖北民族学院信息学院7.8.1 自激振荡及稳定工作的条件自激振荡及稳定工作的条件3. 自激振荡条件自激振荡条件自激振荡自激振荡反馈深度反馈深度时，时， 01 FA即即1 FA为为环环路路增增益益）（ FA又又)()()()(fa FAFA得自激振荡条件得自激振荡条件1)()(kk FA 180)12()()(kfkan 幅值条件幅值条件相位条件相位条件（附加相移）（附加相移）FAAA 1f闭环增益闭环增益湖北民族学院信息学院7.8.1 自激振荡及稳定工作的条件自激振荡及稳定工作的条件4. 稳定工作条件稳定工作条件破坏自激振荡条件破坏自激振荡条件1 FA

23、180)12(fan 1 FA 180fa 或或0lg20m GFA 180)12(fan 0lg20 FA 180mfa 当反馈网络为纯电阻网络时，当反馈网络为纯电阻网络时， f = 0 。其中其中 Gm幅值裕度幅值裕度，一般要求，一般要求Gm - 10dB m相位裕度相位裕度，一般要求，一般要求 m 45 （保证可靠稳定，（保证可靠稳定，留有余地）留有余地）写成等式，且幅值用分贝数表示时写成等式，且幅值用分贝数表示时湖北民族学院信息学院7.8.1 自激振荡及稳定工作的条件自激振荡及稳定工作的条件用波特图表示用波特图表示或或Gm -10dB 或或 m 45 4. 稳定工作条件稳定工作条件0lg20m GFA 180)12(fan 0lg20 FA 180mfa 湖北民族学院信息学院7.8.1 自激振荡及稳定工作的条件自激振荡及稳定工作的条件5. 负反馈放大电路稳定性分析负反馈放大电路稳定性分析FAFA1lg20lg20lg20 环路增益的幅频响应写为环路增益的幅频响应写为一般一般与频率无关，与频率无关，F则则F1lg20的幅频响应是一条水平线的幅频响应是一条水平线利用波特图