经济学模拟电子技术 第章 放大电路中的反馈

第七章第七章反馈放大电路反馈放大电路第七章第七章第七章放大电路中的反馈放大电路中的反馈7.1反馈的基本概念反馈的基本概念及判断方法及判断方法7.2负反馈放大电路负反馈放大电路的四种基本组态的四种基本组态7.4深度负反馈放大电路放大倍数分析深度负反馈放大电路放大倍数分析7.6负反馈放大电路的负反馈放大电路的稳定性稳定性7.3负反馈对放大负反馈对放大电路的方框图电路的方框图7.5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童童诗诗白白第第三三版版第七章第七章反馈放大电路7.1.1反馈的基本概念反馈的基本概念一、什么是反馈一、什么是反馈在电子设备中经常采用反馈的在电子设备中经常采用反馈的方法来改善电路的性能，以达方法来改善电路的性能，以达到预定的指标。到预定的指标。放大电路中的放大电路中的反馈反馈，是指将放大，是指将放大电路输出电量电路输出电量(输出电压或输出电输出电压或输出电流流)的一部分或全部，通过一定的的一部分或全部，通过一定的方式，反送回输入回路中。方式，反送回输入回路中。图图7.1.1反馈放大电路的反馈放大电路的方框图方框图-7.1反馈的基本概念反馈的基本概念及判断方法及判断方法第七章第七章反馈放大电路二、正反馈和负反馈二、正反馈和负反馈反馈信号增强了外加输入信号，使放大电路的放反馈信号增强了外加输入信号，使放大电路的放大倍数提高大倍数提高 正反馈正反馈反馈信号削弱了外加输入信号，使放大电路的放反馈信号削弱了外加输入信号，使放大电路的放大倍数降低大倍数降低 负反馈负反馈负反馈负反馈稳定静态工作点稳定静态工作点第七章第七章反馈放大电路三、直流反馈和交流反馈三、直流反馈和交流反馈(a)直流负反馈直流负反馈(b)交流负反馈交流负反馈交流负反馈交流负反馈：反馈量只含有交流量。：反馈量只含有交流量。用以改善放大电路的性能。用以改善放大电路的性能。直流负反馈直流负反馈：反馈量只含有直流量。可稳定静态工作点。：反馈量只含有直流量。可稳定静态工作点。第七章第七章反馈放大电路7.1.2反馈的判断反馈的判断一、有无反馈的判断一、有无反馈的判断是否有联系输入、输出回路的反馈通路；是否有联系输入、输出回路的反馈通路；是否影响放大电路的净输入。是否影响放大电路的净输入。(a)没引入反馈的放大电路没引入反馈的放大电路(b)引入反馈的放大电路引入反馈的放大电路(c)R的接入没引入反馈的接入没引入反馈第七章第七章反馈放大电路反馈极性的判断方法：反馈极性的判断方法：瞬时极性法。瞬时极性法。先假定某一瞬间输入信号的极性，然后按信号先假定某一瞬间输入信号的极性，然后按信号的放大过程，逐级推出输出信号的瞬时极性，最后的放大过程，逐级推出输出信号的瞬时极性，最后根据反馈回输入端的信号对原输入信号的作用，判根据反馈回输入端的信号对原输入信号的作用，判断出反馈的极性。断出反馈的极性。二、反馈极性的判断二、反馈极性的判断对分立元件而言，对分立元件而言，C与与B极性相反，极性相反，E与与B极性相同。极性相同。对集成运放而言，对集成运放而言，uO与与uN极性相反，极性相反，uO与与uP极性相同。极性相同。第七章第七章反馈放大电路例：用瞬时极性法判断电路中的反馈极性。例：用瞬时极性法判断电路中的反馈极性。-因为因为差差模模输入电压等输入电压等于于输入输入电压与电压与反馈反馈电压之电压之差，反馈增强了输入电压，差，反馈增强了输入电压，所以为所以为正反馈正反馈。-反馈信号削弱了输入反馈信号削弱了输入信号，因此为信号，因此为负反馈负反馈。图图 6.1.3(a)正反馈正反馈(b)负反馈负反馈例例vIvO-+RLR2R1(+)(+)(-)(-)(-)净输入量减小净输入量减小vIvO-+RLR2R1(+)(+)(-)(-)净输入量增加净输入量增加a a负反馈负反馈b b正反馈正反馈vO-+R4R5R3-+vIR1R2反馈通路反馈通路反馈通路反馈通路级间反馈通路级间反馈通路(+)(+)(+)(+)(-)(-)净输入量减小净输入量减小级间负反馈级间负反馈反馈通路反馈通路本级反馈通路本级反馈通路第七章第七章反馈放大电路分立元件电路反馈极性的判断分立元件电路反馈极性的判断图图7.1.4分立元件放大电路反馈极性的判断分立元件放大电路反馈极性的判断反馈通路反馈通路净输入量减小净输入量减小电压负反馈电压负反馈第七章第七章反馈放大电路三、直流反馈与交流反馈的判断三、直流反馈与交流反馈的判断直流负反馈直流负反馈：反馈量只含有直流量。：反馈量只含有直流量。交流负反馈交流负反馈：反馈量只含有交流量。：反馈量只含有交流量。图图7.1.5直流反馈与交流反馈的判断（一）直流反馈与交流反馈的判断（一）(a)电路电路(b)直流通路直流通路(c)交流通路交流通路直流反馈直流反馈无交流反馈无交流反馈第七章第七章反馈放大电路7.2.1负反馈放大电路分析要点负反馈放大电路分析要点（3）负反馈的基本作用是将引回的反馈量与输入量相减，）负反馈的基本作用是将引回的反馈量与输入量相减，从而调整电路的净输入量和输出量。从而调整电路的净输入量和输出量。（1）交流负反馈使放大电路的输出量与输入量之间具有）交流负反馈使放大电路的输出量与输入量之间具有 稳定的比例关系，任何因素引起的输出量的变化均得稳定的比例关系，任何因素引起的输出量的变化均得到抑制。由于输入量的变化也同样会受到抑制，因此到抑制。由于输入量的变化也同样会受到抑制，因此交流负反馈使电路的放大能力下降交流负反馈使电路的放大能力下降。（2）反馈量实质上是对输出量的取样，其数值与输出）反馈量实质上是对输出量的取样，其数值与输出量成正比。量成正比。7.2负反馈放大电路负反馈放大电路的四种基本组态的四种基本组态第七章第七章反馈放大电路（2）从输入端看，反馈量与输入量是以电压方）从输入端看，反馈量与输入量是以电压方式相叠加，还是以电流方式相叠加。式相叠加，还是以电流方式相叠加。对于具体的负反馈放大电路，首先应研究下列问题，对于具体的负反馈放大电路，首先应研究下列问题，进而进行定量分析。进而进行定量分析。（1）从输出端看，反馈量是取自于输出电压，）从输出端看，反馈量是取自于输出电压，还是取自于输出电流。还是取自于输出电流。反馈信号取自输出电压，则为反馈信号取自输出电压，则为电压反馈电压反馈反馈信号取自输出电流，则为反馈信号取自输出电流，则为电流反馈电流反馈反馈量与输入量以电压形式求和，为反馈量与输入量以电压形式求和，为串联反馈串联反馈反馈量与输入量以电流形式求和，为反馈量与输入量以电流形式求和，为并联反馈并联反馈第七章第七章反馈放大电路7.2.2四种负反馈组态四种负反馈组态一、电压串联负反馈一、电压串联负反馈图图 7.2.2电压串联负反馈电路电压串联负反馈电路反馈信号与输出电压成反馈信号与输出电压成正比，集成运放的净输入电正比，集成运放的净输入电压等于输入电压与反馈电压压等于输入电压与反馈电压之差，之差，.fi.iUUU.oF11f.URRRU 电压串联、电压并联、电流串联、电流并联电压串联、电压并联、电流串联、电流并联负反馈负反馈第七章第七章反馈放大电路二、电流串联负反馈二、电流串联负反馈图图 7.2.3电流串联负反馈电路电流串联负反馈电路反馈信号与输出电流成正比，反馈信号与输出电流成正比，净输入电压等于外加输入信号净输入电压等于外加输入信号与反馈信号之差与反馈信号之差.fi.iUUU Fo.f.RIU（2）串联负反馈电路的输入电流很小，适用于输入信号为）串联负反馈电路的输入电流很小，适用于输入信号为恒压源或近似恒压源的情况。恒压源或近似恒压源的情况。（1）电压负反馈能够稳定输出电压，电流负反馈能够稳定）电压负反馈能够稳定输出电压，电流负反馈能够稳定输出电流。输出电流。小结小结第七章第七章反馈放大电路三、电压并联负反馈三、电压并联负反馈图图 7.2.4电压并联负反馈电路电压并联负反馈电路反馈信号与输出电压成正比，净输入电流等于外加反馈信号与输出电压成正比，净输入电流等于外加输入电流与反馈电流之差输入电流与反馈电流之差.f.i.iIII F.of.RUI 第七章第七章反馈放大电路四、电流并联负反馈四、电流并联负反馈图图 6.2.5电流并联负反馈电路电流并联负反馈电路 反馈信号与输出电反馈信号与输出电流成正比，净输入电流流成正比，净输入电流等于外加输入信号与反等于外加输入信号与反馈信号之差：馈信号之差：.f.iiIII F33o.f.RRRII 第七章第七章反馈放大电路四种负反馈组态的放大倍数四种负反馈组态的放大倍数电压串联负反馈电路电压串联负反馈电路电流串联负反馈电路电流串联负反馈电路电压并联负反馈电路电压并联负反馈电路电流并联负反馈电路电流并联负反馈电路i.o.UUAuuf电压放电压放大倍数大倍数)(io.IUAuif转移转移电阻电阻 )S(i.o.UIAiuf转移转移电导电导io.IIAiif电流放电流放大倍数大倍数第七章第七章反馈放大电路7.2.3反馈组态的判断反馈组态的判断iX并联：反馈量并联：反馈量和和fX输入量输入量接于同一输入端。接于同一输入端。fXiXfXiX接于不同的输入端。接于不同的输入端。iX串联：反馈量串联：反馈量和和fX输入量输入量fXiXfXiX电流：将电流：将负载负载短路，反馈量仍然存在。短路，反馈量仍然存在。电压：将电压：将负载负载短路，反馈量为零。短路，反馈量为零。第七章第七章反馈放大电路一、电压负反馈与电流负反馈的判断一、电压负反馈与电流负反馈的判断令输出电压为零，反馈电流不存在，所以是令输出电压为零，反馈电流不存在，所以是电压负反馈电压负反馈第七章第七章反馈放大电路令输出电压为零，反馈电流仍存在，所以是令输出电压为零，反馈电流仍存在，所以是电流负反馈电流负反馈第七章第七章反馈放大电路二、串联反馈与并联反馈的判断（略）二、串联反馈与并联反馈的判断（略）例例7.2.1判断反馈的组态。判断反馈的组态。反馈通路：反馈通路：T、R2与与R1交、直流反馈交、直流反馈瞬时极性法判断：瞬时极性法判断：负负反馈反馈输出端看：输出端看：电流电流负反馈负反馈输入端看：输入端看：串联串联负反馈负反馈电路引入交、直流电流串联负反馈电路引入交、直流电流串联负反馈第七章第七章反馈放大电路例例7.2.2判断反馈的组态。判断反馈的组态。图图6.2.9例例6.2.2电路图电路图反馈通路：反馈通路：T3、R4与与R2交、直流反馈交、直流反馈瞬时极性法判断：瞬时极性法判断：负负反馈反馈输出端看：输出端看：电压电压负反馈负反馈输入端看：输入端看：串联串联负反馈负反馈电路引入交、直流电压串联负反馈电路引入交、直流电压串联负反馈第七章第七章反馈放大电路7.3.1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反馈放大电路方框图反馈放大电路方框图.f.o.iXXX，分 别分 别为输入信号、输出信为输入信号、输出信号和反馈信号；号和反馈信号；开环放大倍数开环放大倍数:.A无反馈时放大网络的放大倍数；无反馈时放大网络的放大倍数；因为：因为：i.o.XXA o.f.XXF.f.iiXXX 7.3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第七章第七章反馈放大电路所以：所以：)()(.o.i.f.i.i.oXFXAXXAXAX 闭环放大倍数：闭环放大倍数：:.fAFAAXXA1.i.o.f称为称为闭路增益闭路增益的大小称为的大小称为反馈深度反馈深度.FAFA1F为为反馈系数，反馈系数，A为为开环放大倍数开环放大倍数第七章第七章反馈放大电路7.3.2四种组态电路的方块图四种组态电路的方块图电压串联负反馈电压串联负反馈电流串联负反馈电流串联负反馈电压并联负反馈电压并联负反馈电流并联负反馈电流并联负反馈第七章第七章反馈放大电路表表7.3.1四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组态电路的放大倍数组态电路的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.Uo.Uo.Io.IF.Uf.Uf.If.Iio.UUAuu 电压放电压放大倍数大倍数)(io.IUAui互阻互阻增益增益 )S(io.UIAiu 互导互导增益增益io.IIAii 电流放电流放大倍数大倍数oF.UUFuuS)(of.UIFiu)(o.IUFFuiof.IIFii 第七章第七章反馈放大电路FAAXXA 1.i.o.f若若11 FAFFAAFAAA11.f 深度负反馈深度负反馈结论：深负反馈放大电路的放大倍数主要由反馈网结论：深负反馈放大电路的放大倍数主要由反馈网络的反馈系数决定，能保持稳定。络的反馈系数决定，能保持稳定。若若，01 FA则则 fA自激振荡自激振荡7.3.3负反馈放大电路的一般表达式负反馈放大电路的一般表达式闭环放大倍数：闭环放大倍数：AFAAf1在中频段，在中频段，Af、A和和F均为实数均为实数 第七章第七章反馈放大电路7.4.1 深度负反馈的实质深度负反馈的实质放大电路的闭环电压放大倍数：放大电路的闭环电压放大倍数：iofXXA 深度负反馈放大电路的深度负反馈放大电路的闭环电压放大倍数：闭环电压放大倍数：FA1f ofXXF 而而foio XXXX 所以所以得得fiXX 对于串联负反馈：对于串联负反馈：并联负反馈：并联负反馈：fiUU fiII 结论：结论：根据负反馈组态，选择适当的公式；再根据根据负反馈组态，选择适当的公式；再根据放大电路的实际情况，列出关系式后，直接估算闭环电放大电路的实际情况，列出关系式后，直接估算闭环电压放大倍数。压放大倍数。7.47.4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第七章第七章反馈放大电路7.4.2反馈网络的分析反馈网络的分析图图7.4.1反馈网络的分析反馈网络的分析(a)电压串联电压串联2110RRRUUFfuu(b)电流串联电流串联RRRIIUFfui00(c)电压并联电压并联(d)电流并联电流并联RURUUIFfiu10002120RRRIIFfii第七章第七章反馈放大电路7.4.3 放大倍数的分析放大倍数的分析一、电压串联负反馈一、电压串联负反馈uufiufuufFUUUUAA100放大倍数则为放大倍数则为电压放大倍数电压放大倍数二、电流串联负反馈二、电流串联负反馈uifiiufFUIUIA100放大倍数为放大倍数为转移电导转移电导 电压放大倍数电压放大倍数RRRIRIURIUUALLfLiuf0000第七章第七章反馈放大电路三、电压并联负反馈三、电压并联负反馈放大倍数为转移电阻放大倍数为转移电阻iufiuifFIUIUA100源电压放大倍数源电压放大倍数图图7.4.2并联负反馈电路的信号源并联负反馈电路的信号源SiuSfSusfRFRIUUUA1100对于并联负反馈电路，对于并联负反馈电路，信信号源内阻号源内阻是必不可少的。是必不可少的。第七章第七章反馈放大电路四、电流并联负反馈四、电流并联负反馈放大倍数为放大倍数为电流放大倍数电流放大倍数iifiiifFIIIIA100电压放大倍数电压放大倍数SLiiSfLSusfRRFRIRIUUA100小结：小结：（1）正确判断反馈组态；）正确判断反馈组态；（2）求解反馈系数；）求解反馈系数；（3）利用）利用F求解求解,.fA.ufA.uSfA或第七章第七章反馈放大电路例例7.4.1 如图如图7.2.8，已知，已知R110K，R2100 K，R R3 32 2 K，R RL L5 5 K。求解在深度负反馈条件下的。求解在深度负反馈条件下的A AUfUf.图图7.2.8解：解：反馈通路反馈通路：T、R3、R2与与R1电路引入电路引入电流串联负反馈电流串联负反馈032131IRRRRIR10321311RIRRRRRIURf321310RRRRRIUFfui30)(313210RRRRRRFRUUALuiLiuf第七章第七章反馈放大电路例例7.4.2在图在图7.2.9所示电路中，已知所示电路中，已知R210K，R4100 K，求解在深度负反馈条件下的，求解在深度负反馈条件下的A AUFUF图图7.2.9例例7.4.2电路图电路图反馈通路反馈通路：T3、R4与与R2电路引入电压串联负反馈电路引入电压串联负反馈4220RRRUUFfuu1111240RRFUUAuuiuuf电压放大倍数电压放大倍数第七章第七章反馈放大电路 例例7.4.3a7.4.3a 估算深负反馈运放的闭环电压放大倍数。估算深负反馈运放的闭环电压放大倍数。解：解：该电路为电压并联该电路为电压并联 负反馈，在深度负反馈条件负反馈，在深度负反馈条件下：下：fiII，1iiRUI FofRUI 1iFoRURU 得得则闭环电压放大倍数为：则闭环电压放大倍数为：11.0202.2 1FiofRRUUAuu例例 7.4.3a电路电路图图第七章第七章反馈放大电路该电路为电压串联负反馈该电路为电压串联负反馈o323fURRRU 5.22311132f RRFAuuuu323ofRRRUUFuu 故故在深度负反馈条件下在深度负反馈条件下例例 7.4.3(b)电路图电路图 例例7.4.3b7.4.3b：第七章第七章反馈放大电路例例 7.4.4 电路图电路图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：fiII F33LoF33ofRRRRURRRII 1iiRUI 故：故：1iF33LoRURRRRU 闭环电压放大倍数为：闭环电压放大倍数为：9.51.51)101.5(2)(1 3F3LiofRRRRRUUAuu 例例7.4.47.4.4第七章第七章反馈放大电路7.5.1稳定放大倍数稳定放大倍数引入负反馈后，在输入信号一定的情况下，当电路引入负反馈后，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，参数变化、电源电压波动或负载发生变化时，负反馈使负反馈使放放大电路输出信号的波动减小，即放大倍数的稳定性提高。大电路输出信号的波动减小，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。FAAA 1.f在中频范围内，在中频范围内，AFAA 1fAAAFAAd11dff 放大倍数的相对变化量：放大倍数的相对变化量：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)倍。倍。7.57.5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第七章第七章反馈放大电路例：例：在电压串联负反馈放大在电压串联负反馈放大电路中，电路中，k18k210F15RRA，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；fA 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的相对变化量等于多少？少？解：解：反馈系数反馈系数1.01822F11of RRRUUF反馈深度反馈深度45101.01011 FA第七章第七章反馈放大电路 闭环放大倍数闭环放大倍数101010145.f FAAA Af 的相对变化量的相对变化量%001.010%10d11d4ff AAAFAA 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 0.000 1%，而稳定性，而稳定性提高了一万倍。提高了一万倍。第七章第七章反馈放大电路7.5.2改变输入电阻和输出电阻改变输入电阻和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iiiIUR iiiifiiiifIUFAUIUUIUR得：得：iif)1(RFAR 结论：引入结论：引入串联负反馈串联负反馈后，后，输入电阻增大输入电阻增大为无反馈为无反馈时的时的 倍。倍。)1(FA 图图 7.5.1注意：在某些负反馈放大电路中，有些电阻不在反馈内，如注意：在某些负反馈放大电路中，有些电阻不在反馈内，如图图6.4.3中的中的Rb1,反馈对它不产生影响。反馈对它不产生影响。-只针对串联负反馈。只针对串联负反馈。第七章第七章反馈放大电路2.并联负反馈减小输入电阻并联负反馈减小输入电阻.fiiIII iiiIUR iiifiiiiifIFAIUIIUIUR FARR 1iif得：得：结论：引入结论：引入并联负反馈并联负反馈后，后，输入电阻减小输入电阻减小为无负反为无负反馈时的馈时的 1/)1(FA 图图 7.5.3并联负反馈对并联负反馈对 Ri 的影响的影响第七章第七章反馈放大电路二、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Li,0ooofRXIURoffiiUFXXXX放大电路的输出电放大电路的输出电阻定义为：阻定义为：时时当当0i XoooiooUFARIXARIU得：得：FARIUR1oooof结论：引入结论：引入电压负反馈电压负反馈后，放大电路的后，放大电路的输出电阻减小输出电阻减小到无反馈时的。到无反馈时的。)1(1FA 图图 7.5.4fiXXRof第七章第七章反馈放大电路2.电流负反馈增大输出电阻电流负反馈增大输出电阻图图 7.5.5offiiIFXXXXooooiooooIFARUXARUI 结论：引入结论：引入电流负反馈电流负反馈后，放大电路的后，放大电路的输出电阻增输出电阻增大大到无反馈时的到无反馈时的 倍。倍。)1(oFA oof)1(RFAR注意：在某些负反馈放大电路中，有些电阻不在反馈内注意：在某些负反馈放大电路中，有些电阻不在反馈内第七章第七章反馈放大电路综上所述综上所述(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。流负反馈只增大反馈环路内的输出电阻。(4).负反馈对输入电阻和输出电阻的影响程度，与负反馈对输入电阻和输出电阻的影响程度，与反馈深度有关。反馈深度有关。第七章第七章反馈放大电路xf负反馈负反馈减小了波形失真减小了波形失真 加入加入负反馈负反馈无负反馈无负反馈FxfAxixoxo大大小小xiA接近正弦波接近正弦波预失真预失真+ix 7.5.4减小非线性失真和抑制干扰减小非线性失真和抑制干扰同样道理，负反馈可抑制放大电路内部噪声。同样道理，负反馈可抑制放大电路内部噪声。图图 7.5.7第七章第七章反馈放大电路放大电路中引入负反馈的一般原则放大电路中引入负反馈的一般原则负反馈对放大电路性能方面的影响，均与反馈深度有关。负反馈对放大电路性能方面的影响，均与反馈深度有关。负反馈放大电路的分析以定性分析为主，定量分析为辅。负反馈放大电路的分析以定性分析为主，定量分析为辅。定性分析常用定性分析常用EWB软件（软件（PSPICE）进行分析。）进行分析。电路设计时，引入负反馈的一般原则电路设计时，引入负反馈的一般原则（1）为了稳定静态工作点为了稳定静态工作点，应引入直流负反馈；，应引入直流负反馈；为了改善电路的动态性能为了改善电路的动态性能，应引入交流负反馈。，应引入交流负反馈。（2）根据信号源的性质引入串联负反馈，或者并联负反馈根据信号源的性质引入串联负反馈，或者并联负反馈。当信号源为恒压源或内阻较小的电压源时，为增大放大电路当信号源为恒压源或内阻较小的电压源时，为增大放大电路的输入电阻，以减小信号源的输出电流和内阻上的压降，应的输入电阻，以减小信号源的输出电流和内阻上的压降，应引入引入串联负反馈串联负反馈。第七章第七章反馈放大电路（4）根据四种组态反馈电路的功能，）根据四种组态反馈电路的功能，在需要进行信号变换时，在需要进行信号变换时，选择合适的组态选择合适的组态。例如，若将电流信号转换成电压信号，应。例如，若将电流信号转换成电压信号，应在放大电路中引入在放大电路中引入电压并联负反馈电压并联负反馈；若将电压信号转换成电；若将电压信号转换成电流信号，应在放大电路中引入流信号，应在放大电路中引入电流串联负反馈电流串联负反馈当信号源为恒流源或内阻较大的电压源时，为减小电路的输当信号源为恒流源或内阻较大的电压源时，为减小电路的输入电阻，使电路获得更大的输入电流，应引入入电阻，使电路获得更大的输入电流，应引入并联负反馈并联负反馈。（3）根据负载对放大电路输出量的要求根据负载对放大电路输出量的要求，即负载对其信号源，即负载对其信号源的要求，决定引入电压负反馈或电流负反馈。的要求，决定引入电压负反馈或电流负反馈。电路设计时，引入负反馈的一般原则电路设计时，引入负反馈的一般原则第七章第七章反馈放大电路例例7.5.1 电路如图电路如图6.5.8所示，为了达到下列目的，分别说明应所示，为了达到下列目的，分别说明应 引入哪种组态的负反馈以及电路如何连接。引入哪种组态的负反馈以及电路如何连接。（3）将输入电流）将输入电流iI转换成稳定的输出电压转换成稳定的输出电压uO。（1）减小放大电路从信号源索取的电流并增强带负载能力。）减小放大电路从信号源索取的电流并增强带负载能力。（2）将输入电流）将输入电流i1转换成与之成稳定线性关系的输出电流转换成与之成稳定线性关系的输出电流io。第七章第七章反馈放大电路(2)应引入电流并联负反馈。应引入电流并联负反馈。电路中将电路中将与与、与与、与与分别连接。分别连接。(3)应引入电压并联负反馈。应引入电压并联负反馈。电路中应将电路中应将与与、与与、与与分别连接。分别连接。(1)应引入电压串联负反馈。应引入电压串联负反馈。电路中将电路中将与与、与与、与与分别连接。分别连接。第七章第七章反馈放大电路对于多级放大电路，如果引入过深的负反馈，可能引对于多级放大电路，如果引入过深的负反馈，可能引起自激振荡。起自激振荡。7.6.1负反馈放大电路自激振荡产生的原因和条件负反馈放大电路自激振荡产生的原因和条件放大电路的闭环放大倍数为：放大电路的闭环放大倍数为：FAAA 1f一、自激振荡产生的原因一、自激振荡产生的原因01 FA，fA当当 时说明，此时放大电路没有输入信号，时说明，此时放大电路没有输入信号，但仍有一定的输出信号，因此产生了自激振荡。但仍有一定的输出信号，因此产生了自激振荡。7.67.6负反馈放大电路的稳定性负反馈放大电路的稳定性第七章第七章反馈放大电路二、自激振荡的平衡条件二、自激振荡的平衡条件01 FA即：即：1 FA1 FA)210()12(arg，nnFA幅值条件幅值条件相位条件相位条件自激振荡过程如下：自激振荡过程如下：0XiX0XfX第七章第七章反馈放大电路例：单管阻容耦合共射放大电路的频率响应例：单管阻容耦合共射放大电路的频率响应 270ouA0.707AumAumfLfHBWffOO 90o 180ofLfH7.6.2负反馈放大电路稳定性的定性分析负反馈放大电路稳定性的定性分析第七章第七章反馈放大电路可见，在低、高频段，放大电路分别产生了可见，在低、高频段，放大电路分别产生了 0 +90 和和 0 -90 的附加相移。的附加相移。两级放大电路将产生两级放大电路将产生 0 180 附加相移；三级放大附加相移；三级放大电路将产生电路将产生 0 270 的附加相移。的附加相移。对于多级放大电路，如果某个频率的信号产生的附加对于多级放大电路，如果某个频率的信号产生的附加相移为相移为 180o，而反馈网络为纯电阻，则：，而反馈网络为纯电阻，则：180argFA满足自激振荡的相位条件，如果同时满足自激振荡的满足自激振荡的相位条件，如果同时满足自激振荡的幅值条件，放大电路将产生自激振荡。幅值条件，放大电路将产生自激振荡。第七章第七章反馈放大电路但但三级放大电路三级放大电路，在深度负反馈条件下，对于，在深度负反馈条件下，对于某某个频率个频率的信号，既满足相位条件，也满足幅度条的信号，既满足相位条件，也满足幅度条件，可以产生件，可以产生自激振荡自激振荡。结论：结论：单级放大电路不会产生自激振荡；单级放大电路不会产生自激振荡；两级放大电路当频率趋于无穷大或趋于零时，虽两级放大电路当频率趋于无穷大或趋于零时，虽然满足相位条件，但不满足幅度条件，所以也不然满足相位条件，但不满足幅度条件，所以也不会产生自激振荡；会产生自激振荡；第七章第七章反馈放大电路一、判断方法一、判断方法利用负反馈放大电路回路增益的波特图，分析利用负反馈放大电路回路增益的波特图，分析是否同时满足自激振荡的幅度和相位条件。是否同时满足自激振荡的幅度和相位条件。FA7.6.3负反馈放大电路稳定性的判断负反馈放大电路稳定性的判断满足满足自激振荡的幅度自激振荡的幅度条件频率为条件频率为fC满足满足自激振荡的相位自激振荡的相位条件频率为条件频率为fO因为存在因为存在fO，且，且fO fC，则电路不稳定。则电路不稳定。第七章第七章反馈放大电路判断方法判断方法虽然存在虽然存在fO，但但fO fC，则电路稳定，不产生自激振荡。则电路稳定，不产生自激振荡。判断方法小结如下：判断方法小结如下：（1）若不存在）若不存在fO，则电路稳定则电路稳定（2）若存在若存在fO，且，且fO fC，则电路不稳定，必然产生自激振荡。则电路不稳定，必然产生自激振荡。若存在若存在fO，但但fO fC，则电路稳定，不产生自激振荡。则电路稳定，不产生自激振荡。第七章第七章反馈放大电路例例1：某负反馈放大电路的波特图为：某负反馈放大电路的波特图为：FAf/HZf/HZfofo60dB/lg20FA402000 90 180 AF(a)产生自激产生自激由波特图中的相频特由波特图中的相频特性可见，当性可见，当 f=f0 时，相时，相位移位移 AF=-180，满足相满足相位条件；位条件；1 FA结论：当结论：当 f=f0 时，电路同时满足自激振荡的相位条时，电路同时满足自激振荡的相位条件和幅度条件，将产生自激振荡。件和幅度条件，将产生自激振荡。此频率对应的对数幅此频率对应的对数幅频特性位于横坐标轴之上，频特性位于横坐标轴之上，即：即：第七章第七章反馈放大电路结论：该负反馈放大电路不会产生自激振荡，能够稳结论：该负反馈放大电路不会产生自激振荡，能够稳定工作。定工作。1 FA例例2：由 负 反 馈 放 大 电 路由 负 反 馈 放 大 电 路 的波特图可见，当的波特图可见，当 f=f0，相位移相位移 AF=-180 时时FAf/HZf/HZf0f060dB/lg20FA4020OO 90 180 AFfcfc利用波特图来判断自激振荡利用波特图来判断自激振荡(b)不产生自激不产生自激第七章第七章反馈放大电路Gm二、稳定裕度二、稳定裕度当环境温度、电路参数及电源电压等在一定范围内变当环境温度、电路参数及电源电压等在一定范围内变化时，为保证放大电路也能满足稳定条件，要求放大电路化时，为保证放大电路也能满足稳定条件，要求放大电路要有一定的要有一定的稳定裕度稳定裕度。1.幅值裕度幅值裕度 Gmf/HZf/HZfofo60dB/lg20FA4020OO 90 180 AFfcfc)dB(lg200mffFAG 对于稳定的负反馈放大对于稳定的负反馈放大电路，电路，Gm 为负值。为负值。Gm 值愈值愈负，负反馈放大电路愈稳定。负，负反馈放大电路愈稳定。一般要求一般要求 Gm -10 dB。第七章第七章反馈放大电路2.相位裕度相位裕度 m 180AF 当当 f =fc 时，时，0lg20 FAcAFm180ff 负反馈放大电路稳定负反馈放大电路稳定对于稳定的负反馈放大电路，对于稳定的负反馈放大电路，m 为正值。为正值。m 值愈值愈大，负反馈放大电路愈稳定。大，负反馈放大电路愈稳定。一般要求一般要求 m 45 f/Hzf/Hzfofo60dB/lg20FA402000 90 180 AFfcfc mGm图图 5.4.2第七章第七章反馈放大电路7.6.4负反馈放大电路自激振荡的消除方法负反馈放大电路自激振荡的消除方法为保证放大电路稳定工作，对于三级或三级以上的为保证放大电路稳定工作，对于三级或三级以上的负反馈放大电路，需采取适当措施破坏自激振荡的幅度负反馈放大电路，需采取适当措施破坏自激振荡的幅度条件和相位条件。条件和相位条件。最简单的方法是最简单的方法是减小反馈系数减小反馈系数或反馈深度，使得在或反馈深度，使得在满足相位条件时不满足幅度条件。满足相位条件时不满足幅度条件。但是，由于反馈深度下降，不利于放大电路其他性但是，由于反馈深度下降，不利于放大电路其他性能的改善，因此通常采用接入电容或能的改善，因此通常采用接入电容或 RC 元件组成元件组成校正网校正网络络，以消除自激振荡。，以消除自激振荡。第七章第七章反馈放大电路1.简单滞后补偿简单滞后补偿 比较简单的消振措施是在负反馈放大电路的适当地比较简单的消振措施是在负反馈放大电路的适当地方接入一个电容。方接入一个电容。图图 6.6.4电容校正网络电容校正网络一、滞后补偿一、滞后补偿 接入的电容相当于并联在前一级的负载上，在中、接入的电容相当于并联在前一级的负载上，在中、低频时，容抗很大，所以这个电容基本不起作用。低频时，容抗很大，所以这个电容基本不起作用。第七章第七章反馈放大电路 高频时，容抗减小，使前一级的放大倍数降低，高频时，容抗减小，使前一级的放大倍数降低，从而破坏自激振荡的条件，使电路稳定工作。从而破坏自激振荡的条件，使电路稳定工作。简单滞后补偿前后基本简单滞后补偿前后基本放大电路的幅频特性放大电路的幅频特性虚线为补偿前的幅频特性虚线为补偿前的幅频特性实线为补偿后的幅频特性实线为补偿后的幅频特性当当 f=fC 时，时，)(FA趋于趋于-1350，即，即fO fC，并，并具有具有450的相位裕度，所以的相位裕度，所以电路一定不会产生自激振荡。电路一定不会产生自激振荡。图图6.6.3简单滞后补偿前后基本放大简单滞后补偿前后基本放大电路的幅频特性电路的幅频特性135)(FA第七章第七章反馈放大电路2.RC滞后补偿滞后补偿 除了电容校正以外，还可以利用电阻、电容元件串除了电容校正以外，还可以利用电阻、电容元件串联组成的联组成的 RC 校正网络来消除自激振荡。校正网络来消除自激振荡。利用利用 RC 校正网络代替电容校正网络，将使通频带变校正网络代替电容校正网络，将使通频带变窄的程度有所改善。窄的程度有所改善。图图 6.6.5RC 校正网络校正网络第七章第七章反馈放大电路3.密勒效应补偿密勒效应补偿二、超前补偿二、超前补偿利用密勒效应将补利用密勒效应将补偿电容、或补偿电偿电容、或补偿电阻和电容跨接放大阻和电容跨接放大电路的输入端和输电路的输入端和输出端。出端。若改变负反馈放大电路在环若改变负反馈放大电路在环路增益为路增益为0dB点的相位，使点的相位，使之超前，也能破坏其自激振之超前，也能破坏其自激振荡条件，使荡条件，使fo fc。通常将通常将补偿电容加在反馈回路补偿电容加在反馈回路。