西安交通大学-赵进全-模拟电子技术基础-第5章教学内容

西安交通大学赵进全模拟电子技术基础第5章使放大元件的输入UBE产生变化抑制输出电流ICQ的变化直流电流负反馈可以稳定输出电流ICQTVCC+RB1I+_UB_RB2RCREICIEIB+UE输入回路输出回路反馈网络以影响放大电路性能。反馈的定义把放大电路的输出量（电压或电流）的一部分或全部，经过反馈网络，返送到输入回路一个反馈量（电压或电流），反馈量与原来的外加输入量进行比较，得到一个净输入量加到某一放大器件的真正的输入端，双极型晶体管——B、E单极型晶体管——G、S双极型晶体管组成的差分放大电路——B1、B2运算放大器——同相、反相输入端放大元件的输入端基本放大电路反馈网络A.F.Xo.+XidXiXf...反馈信号输入信号输出信号净输入信号比较环节X——电压或电流信号•图中反馈电路方框图开环放大电路闭环放大电路闭合环路基本放大电路反馈网络A.F.Xo.+XidXiXf...2．交流反馈与直流反馈(1)直流反馈——反馈作用仅在直流通路中存在直流通路反馈网络T+VCCRB1I+_UBQ_RB2RCREICQIEQIBQ+UEQ+_T+_+++(2)交流反馈——在交流通路中存在的反馈交流通路输入回路输出回路反馈网络+_T+_++++__(1)正反馈——反馈信号加强输入信号的作用，使净输入信号大于原输入信号。3.正反馈与负反馈正反馈往往把放大器转变为振荡器反馈网络基本放大电路A.F.Xo.+XidXiXf...(2)负反馈——反馈信号削弱输入信号的作用，使净输入信号小于原输入信号。负反馈改善放大电路的性能负反馈广泛应用于电子技术、自控等领域之中。基本放大电路A.F.Xo.+XidXiXf...a.在输入端加入对地瞬时极性为正的电压uI。判断方法4.瞬时极性法判断正负反馈⊕b.根据放大电路的工作原理，标出电路中各点电压

的瞬时极性。c.判断反馈信号是增强还是削弱输入信号。A.F.+uIuIduOuF反馈网络基本放大电路d.反馈信号削弱了输入信号(uId<

uI)为负反馈。e.反馈信号增强了输入信号(uId>

uI)为正反馈。⊕A.F.+uIuIduOuF反馈网络基本放大电路净输入信号小于输入信号，所以为负反馈。uI[例1]判断图示电路反馈的极性。[解]假设uI的瞬时极性为正。即uI>0那么uO>0uF>0⊕uO+_R1R2++___+uFuIdFA净输入信号大于输入信号，所以为正反馈。[例2]判断图示电路反馈的极性。[解]假设uI>0那么uO<0uF<0uO_+R1R2uI++___+uFuIdFAa.电压反馈5.1.2负反馈放大电路的四种基本类型1.电压反馈和电流反馈反馈信号与输出电压成正比反馈信号来源于输出电压特点RL反馈网络放大电路XidXfUo•••方框图+–b.电流反馈反馈信号与输出电流成正比反馈信号来源于输出电流特点方框图RL反馈网络放大电路XidXfIo•••c.判断电压和电流反馈的方法a.令输出电压为零（输出短路）若反馈信号Xf=FUo=0,则为电压反馈。...若反馈信号Xf=FUo

0,则为电流反馈。...反馈网络输出短路=0Uo..基本放大电路AF.Xo.+XidXiXf...Io.b.令输出电流为零（输出开路）若反馈信号Xf=FIo=0,则为电流反馈。...若反馈信号Xf=FIo

0,则为电压反馈。...输出开路=0.基本放大电路反馈网络AF.Xo.+XidXiXf...UoIo..2.串联反馈和并联反馈特点反馈网络串联于输入回路反馈信号为电压反馈网络放大电路Uid•Uf•Ui•Xo•方框图a.串联反馈b.并联反馈特点反馈网络并联于输入回路反馈信号为电流方框图反馈网络放大电路Xo•IidIf••Ii•Ui•–+R13.负反馈放大电路的四种基本类型a.电压串联负反馈方框图RLUo•Uid•Uf•Ui•++++••AF____b.电压并联负反馈方框图RLUo•Ui•++••AFR1IidIf••Ii•__c.电流串联负反馈方框图RLUid•Uf•Ui•+++••AFIo•___d.电流并联负反馈方框图RLUi•+••AFR1IidIf••Ii•Io•_电压串联

电压并联

电流串联

电流并联3．四种类型负反馈的表达式A•••••••••••••F•••••••••••••Af•••••••••••••1．电压串联负反馈a.判断反馈网络5.1.3负反馈放大电路举例输入回路输出回路反馈网络寻找输入与输出回路的共有网络+_T+_+++_+_⊕利用瞬时极性法⊕⊕b.判断反馈极性当uI>0时uO>0uF>0uId=uI–uF<uI负反馈+_T+_+++_+_c.负反馈的组态判断(a)反馈网络F与RL并联，属电压反馈。(b)反馈电压uF与输入电压uI串联于电路的输入端，属串联反馈。F电压串联负反馈+_T+_+++_+_d.电压负反馈的作用稳定输出电压的原理Uf

Uid

Ib

Ic

Uo

能够稳定输出电压Uo

(如果)+_T+_+++_+_由运算放大器组成的电压跟随器电路+A+uOuId+F++_____⊕⊕⊕电压串联负反馈2．电压并联负反馈a.判断反馈网络输入回路输出回路反馈网络++++++____⊕利用瞬时极性法b.判断反馈极性当uI>0时uO<0反馈信号的极性也为负削弱了输入信号负反馈++++++____c.负反馈的组态判断(a)F与RL并联于电路的输出端，属电压反馈。反馈网络F(b)反馈电流iF与输入电流iI并联于基本电路的输入端，属并联反馈。电压并联负反馈++++++____If

Iid(=

Ib)

d.电压并联负反馈的作用稳定输出电压稳定输出电压的原理Ic

Uo

Uo

(如果)iC++++++____e.当电阻R1=0时净输入电流的大小与反馈电流iF无关电路无反馈作用++++++____由运算放大器组成的电压并联负反馈电路⊕FRLR2+A+uOuI++R1____3．电流串联负反馈a.判断反馈网络输入回路输出回路反馈网络FiO+A+uO+++RRL_____⊕b.负反馈的判断⊕利用瞬时极性法当uI>0时uO>0uF>0uId=uI–uF<uI负反馈⊕iO+A+uO+++RRL_____c.负反馈的组态判断(a)令uO=0，uF

0，属电流反馈。(b)uF与uI串联于运放的输入回路，属串联反馈。电流串联负反馈FiO+A+uO+++RRL_____稳定输出电流的机理d.电流串联负反馈的作用Io

Uf

Uid

Io

稳定输出电流Uo

iO+A+uO+++RRL_____4．电流并联负反馈输入回路输出回路反馈网络Fa.判断反馈网络RL+A+uOuI++R1R2R3____iO⊕利用瞬时极性法b.判断反馈极性当uI>0时uO<0削弱了输入信号负反馈反馈信号极性为负RL+A+uOuI++R1R2R3____iOc.负反馈的组态判断(a)令uO=0，iF

0，属电流反馈。(b)iF与iI并联作用于运放的输入回路，属并联反馈。电流并联负反馈+A+uOuI++R1R2R3____iO稳定输出电流的机理d.电流并联负反馈的作用Io

If

Iid

稳定输出电流Io

+A+uOuI++R1R2R3____iO图中开环增益A=Xo/Xid···闭环增益Af=Xo/Xi···反馈系数F=Xf/Xo···净输入信号Xid=Xi–Xf···5.1.4负反馈放大电路的一般表达式+A.F.Xo.+XidXiXf..._方框图由以上各式得将Xf=FXo···代入上式得Xo=A(Xi–Xf)····Xo=AXi1+AF·····闭环增益Af=XoXi···A1+AF··=·Xo=A(Xi–FXo)·····AF——环路增益··+A.F.Xo.+XidXiXf..._在图示电路中环路增益AF··的意义Xo=AXid···Xf=AFXid····即反馈信号是净输入信号的AF倍··+A.F.Xo.+XidXiXf..._即电路的闭环放大倍数是开环放大倍数的1/(1+AF)倍。D=1+AF称为反馈深度Af=A1+AF····负反馈放大电路的放大倍数的一般表达式中频时Af=11+AFa.放大倍数下降的原因Xf=FXo=FAXid·······Xid=Xi1+AF···即引入负反馈之后，电路的净输入信号降为原输入信号的1/(1+AF)

。由于Xid=Xi–Xf···故b.对负反馈放大电路放大倍数的一般表达式讨论

Af<A··Af=A1+AF····(a)当>1时1+AF··电路引入负反馈Af>A··b.当<1时1+AF··电路引入正反馈c.当=1时1+AF··Af=A··电路没有反馈d.当>>1时，称为深反馈。1+AF··F·≈1Af=A1+AF····此时闭环放大倍数Af只取决于反馈系数F··a.便于设计、分析和计算放大电路b.提高了闭环放大倍数的稳定性主要特点即电路没有输入，但仍有一定的输出。XoXi==∞··A1+AF···Af=·e.当=0时1+AF··上式成立的条件Xi=0Xo

0电路产生了自激振荡5.2负反馈对放大电路性能的影响由负反馈放大电路的一般表示式对A求微分得5.2.1提高放大倍数的稳定性或其相对变化量为即Af相对变化量，仅为A的相对变化量的1/(1+AF)。Am——中频区的开环放大倍数

fH——上限截止频率式中已知高频区电路开环放大倍数·5.2.2扩展通频带引入负反馈后高频区闭环放大倍数为···设反馈系数为实数F（为分析方便）·将代入上式得··式中fHf为引入负反馈后的电路上限截止频率同理可证，引入负反馈后的电路下限截止频率引入负反馈后电路的通频带由于开环电路的通频带故常数放大电路通频带的扩展是以牺牲放大倍数来换取的但增益带宽积（注：上式只适合一阶惯性环节的放大电路）5.2.3减小非线性失真输入信号输出信号开环放大电路减小非线性失真原理0iB的波形图非线性失真AxI闭环放大电路xOxId=xI信号传输方向反馈信号xOxIdxIxF++AF_xId=xI–

xF5.2.4抑制反馈环内的干扰和噪声tuoO无反馈时信号与噪声的输出波形tOuo提高输入信号幅度后的输出波形tOuo有反馈时信号与噪声的输出波形1．对输入电阻的影响(1)串联负反馈基本放大电路的输入电阻负反馈放大电路的输入电阻5.2.5对输入电阻和输出电阻的影响方框图Ii+–Uid+-Ri+-RifAUiXo••••••••F•由于故输入电阻Ii+–Uid+-Ri+-RifAUiXo••••••••F•串联负反馈增大输入电阻Ii+–Uid+-Ri+-RifAUiXo••••••••F•(2)并联负反馈基本放大电路的输入电阻负反馈放大电路输入电阻方框图••+-Us•R1RifUi+-•RiA•Xo•IiIid•••If•F•由于故••+-Us•R1RifUi+-•RiA•Xo•IiIid•••If•F•并联负反馈使输入电阻减小••+-Us•R1RifUi+-•RiA•Xo•IiIid•••If•F•2．对输出电阻的影响(1)电压负反馈根据输出电阻的定义画出求输出电阻的等效电路方框图图中•••+-IAoXid+-UARofF=0Ro++-XidXiXf•••••••••I1•由图可知+-IAoXid+-UARofF=0Ro++-XidXiXf•••••••••I1•忽略电流I1•由以上各式得故输出电阻电压负反馈使输出电阻减小+-IAoXid+-UARofF=0Ro++-XidXiXf•••••••••I1•(2)电流负反馈求输出电阻的等效电路图中••••+-Rof=0RO++-XidXi••Xf•IAoXidUAF•••••+-U1•那么••+-Rof=0RO++-XidXi••Xf•IAoXidUAF••••+-U1•忽略电压U1•由此可得•+-Rof=0RO++-XidXi••Xf•IAoXidUAF••••+-U1•故电流负反馈使输出电阻增大•+-Rof=0RO++-XidXi••Xf•IAoXidUAF••••+-U1•5.2.6正确引入反馈减小信号源的负载、提高输出端的负载能力。正确引入应考虑的两个主要问题a.选择合适的负反馈类型选择负反馈类型应该考虑b.正确选用各元件参数对于电压——电流变换器对于电流——电压变换器对于电压放大器对于电流放大器选择电压串联负反馈选择电流并联负反馈选择电流串联负反馈选择电压并联负反馈选择元件参数的依据反馈深度（1+AF）设计放大电路大多都选用集成运算放大器，在运放选定后，Au、Ro、Ri即被确定，剩下的工作就是估算反馈系数F。正确选用各元件参数1.对于高内阻、低内阻的信号源，应该分别选择何种类型的负反馈电路？思考题2.由于负反馈可以展宽频带，所以只要反馈深度足够深，就可以用低频管代替高频管组成放大电路来放大高频信号。这种说法是否正确？负反馈放大电路的分析计算常用方法a.等效电路法5.3负反馈放大电路的分析及近似计算等效电路法分离法近似计算法把放大器中的非线性器件用线性电路等效，然后根据电路理论求解各项指标。(b)分别求出基本放大电路的A、Ri、Ro、fH和fL等指标及反馈网络的反馈系数F。(c)分别求出Af、Rid、Rof、fHf和fLf等指标。(a)分负反馈放大电路为基本放大电路和反馈网络两部分。分离法的基本思想b.分离法由于集成运算放大器和多级放大电路的放大倍数一般都比较大，很容易使放大电路满足深度负反馈的条件。放大电路满足深度负反馈的条件5.3.1深度负反馈放大电路近似计算的一般方法1.采用近似计算的条件在深度负反馈（AF>>1）的条件下··XoXi·XoXf≈·F·≈1Af=A1+AF·······F=XfXo代入上式得将XoXi··Af=·3.近似计算的原理·Xid≈0··XoXi·XoXf≈·由得(1)当电路引入串联负反馈时·Uf·Ui≈·Uid≈0(称为虚短)·Xf·Xi≈(2)当电路引入并联负反馈时·If·Ii≈·Iid≈0(称为虚断）由于基本放大电路的电压放大倍数也很大，条件·Uid≈0也同时成立。1．电压串联负反馈（同相输入比例放大器）5.3.2电压模运放组成的反馈电路+A+Uid+F++UfUiUoRLR2R1••••_____根据电路在深度负反馈条件下的分析依据有Uid≈0(虚短)·U+≈U–··+A+Uid+F++UfUiUoRLR2R1••••_____由于U+≈Ui·····+A+Uid+F++UfUiUoRLR2R1••••_____故电路的闭环电压放大倍数·····+A+Uid+F++UfUiUoRLR2R1••••_____Rif≈∞闭环输入电阻

Rof≈0闭环输出电阻RifRof+A+Uid+F++UfUiUoRLR2R1••••_____2．电压并联负反馈（反相输入比例放大器）

在深度负反馈条件下RL•+A+UoUsF+R1R2IiIidIf••••___由Iid≈0(虚断)知·Ii≈If••RL•+A+UoUsF+R1R2IiIidIf••••___由Uid≈0(虚短)知···RL•+A+UoUsF+R1R2IiIidIf••••___········而RL•+A+UoUsF+R1R2IiIidIf••••___故闭环互阻增益···RL•+A+UoUsF+R1R2IiIidIf••••___闭环电压放大倍数···RL•+A+UoUsF+R1R2IiIidIf••••___输入电阻RifRL•+A+UoUsF+R1R2IiIidIf••••___输出电阻RofRL•+A+UoUsF+R1R2IiIidIf••••___3．电流串联负反馈——电压电流变换器由于····+A+Uid+++UfUiUoRLR••••Io•F_____故电路的闭环互导增益·······+A+Uid+++UfUiUoRLR••••Io•F_____闭环电压放大倍数······+A+Uid+++UfUiUoRLR••••Io•F_____输入、输出电阻RifRof+A+Uid+++UfUiUoRLR••••Io•F_____4．电流并联负反馈——电流放大器在深度负反馈的条件下Ii≈If··Ui≈0·+A+UoUi+F+R1R2R3•••••••____RL输入电流··反馈电流··+A+UoUi+F+R1R2R3•••••••____RL闭环电流放大倍数·······+A+UoUi+F+R1R2R3•••••••____RL闭环电压放大倍数······+A+UoUi+F+R1R2R3•••••••____RL输入、输出电阻RifRof+A+UoUi+F+R1R2R3•••••••____RL1．电压串联负反馈5.3.3分立元件组成的反馈电路F++–+VCCT1++T2+++–+––+⊕⊕⊕(1)负反馈的判断F++–+VCCT1++T2+++–+––+(2)闭环电压放大倍数··由于F++–+VCCT1++T2+++–+––+·····F++–+VCCT1++T2+++–+––+(3)输入电阻RifF++–+VCCT1++T2+++–+––+(4)输出电阻RofF++–+VCCT1++T2+++–+––+2．电流并联负反馈++VCCT1+T2+F–+++––⊕(1)负反馈的判断++VCCT1+T2+F–+++––由于反馈电流iF来自于输出级晶体管T2集电极电流iC2故电路稳定的是iC2，而不是负载电流iOiC2iE2iO++VCCT1+T2+F–+++––(2)闭环电流放大倍数·····FiC2iE2iO++VCCT1+T2+–+++––(3)闭环电压放大倍数······iC2iE2iO++VCCT1+T2+F–+++––(4)输入电阻RifR'ifiC2iE2iO++VCCT1+T2+F–+++––(5)输出电阻从T2集电极看进去的闭环输出电阻从负载看进去的输出电阻RofR'ofiC2iE2iO++VCCT1+T2+F–+++––5.3.4电流模运放的闭环特性电流模运放同相输入放大电路Ui•+1RiIi•RZCZ+1Ii•Uo•R1R2I2•Uf•+–低频闭环电压放大倍数在深度负反馈的条件下Ui•+1RiIi•RZCZ+1Ii•Uo•R1R2I2•Uf•+–分析电路的高频特性Ui•+1RiIi•RZCZ+1Ii•Uo•R1R2I2•Uf•+–由图可知·······Ui•+1RiIi•RZCZ+1Ii•Uo•R1R2I2•Uf•+–······Ui•+1RiIi•RZCZ+1Ii•Uo•R1R2I2•Uf•+–由以上各式得电路的高频闭环特性···由于···当Auf0Ri<<R2时··由式得电路的闭环上限截止频率为结论(1)fHf仅与CZ、R2有关，而与R1无关。(2)电流模运放的闭环电压放大倍数增大时，带宽增益积有所增加。电流模运放幅频特性.dB/||lg20fuAlg20R1R2R1+OfHfflg20R2+电压模运放幅频特性电压模运放带宽增益积等于常数.dB/||lg20fuAlg20R1R2R1+0fHfflg20R2+5.4.1

负反馈放大电路的自激振荡条件··即··将上式写成5.4

负反馈放大电路的自激振荡及消除相位条件幅度条件——基本放大电路在高频或低频区内产生的附加相移——反馈网络高频或低频区内产生的附加相移式中相位条件幅度条件对于负反馈电路1.在中频区，反馈信号与输入信号反相，即2.高频或低频区，放大电路与反馈网络，因电路中的电容而产生附加相位移

A、

F。反馈电压信号和输入电压信号同相当时负反馈变为正反馈(1)这时如果AF≥1，产生自激振荡。电路中存在b.放大电路内部元器件的热噪声电压a.开启电源时的瞬间冲击电压由于噪声和冲击电压具有很宽的频谱，其中必有某一种频率分量满足自激振荡的条件，即使无输入信号，也有一定的信号输出。输出信号在不断的减小,不会产生自激振荡。(2)如果AF<1结论相位条件是产生自激振荡的必要条件幅度条件是产生自激振荡的充分条件a.电路包含一或二个惯性环节时，附加相移最大不会超过180°，不会产生自激振荡。5.4.2负反馈放大电路的稳定性b.电路的级数愈多，附加相移愈大，愈容易产生自激振荡。

c.反馈系数F愈大，愈容易产生自激振荡。

(1)找相位临界频率fc

电路不稳定1．判断放大电路是否稳定的方法即满足的频率点fc

b.如果电路稳定a.如果≥1电路1电路2稳定不稳定OOdBAF/lg20||••OOdBAF/lg20||••(2)找幅度条件临界频率f0

a.如果电路稳定b.如果电路不稳定f0

为满足条件的频率00dBAF/lg20||••电路1电路2稳定不稳定00dBAF/lg20||••(3)根据fc

和f0的位置判断a.当

fc＜f0

时电路不稳定b.当fc＞f0

时电路稳定00dBAF/lg20||••00dBAF/lg20||••2．稳定裕度(1)幅度裕度Gm(dB)≤-10(dB)(2)相位裕度

m>45°要求要求O0-90

-180

mGmf0fffcf0fc在放大电路中加入RC相位补偿网络，使其具有足够的幅度裕度Gm和相位裕度φm。

相位补偿的思想：相位补偿方法5.4.3消除自激振荡的方法——相位补偿滞后补偿超前补偿1．滞后补偿在多级放大电路中的上限截止频率最低的一级放大电路中加入RC相位补偿网络。R+CC1C+RCREC1VCC(1)补偿方法补偿电容C补偿网络等效电路补偿后补偿前(2)补偿前后，该级电路的上限截止频率C+RCREC1VCCR+CC1由于电容的并入使滞后的附加相移更加滞后，所以称为滞后补偿。(3)补偿效果幅频特性补偿前补偿后不稳定稳定2040600fH3f0ffH2fH1/dBlg20A•2.超前补偿在反馈网络中加入补偿电容C，使

F>0，以补偿滞后附加相移

A(

A<0)。使(1)补偿方法(2)补偿电路(3)反馈系数&&&补偿电路+–A+uI+uF+uOR1R2CRL–––由于式中·反馈放大电路具有超前附加相移+–A+uI+uF+uOR1R2CRL–––练习题[例1]某一负反馈放大电路的开环电压放大倍数|A|=300，反馈系数|F|=0.01。试问(1)闭环电压放大倍数|Af|为多少？(2)如果|A|发生20%的变化，则|Af|的相对变化为多少？[解](1)闭环电压放大倍数(2)当已知A的相对变化率来计算Af的相对变化率时，应根据A的相对变化率的大小采用不同的方法。本例中A已有20%的变化，应采用