现代电子线路04反馈放大器（专业教育）

第四章：反馈放大器 本章内容：4.1反馈的基本概念与分类4.2负反馈对放大器性能的改善4.3深度负反馈放大器的分析方法(feedback amplifier)第四章 No.1高等课堂4.1反馈的基本概念与分类一、反馈的基本概念1、什么是反馈在电子电路中，将放大电路的输出量（电压或电流）的一部分或全部，通过一定的方式，反送到输入回路中，从而去影响电路输入量（电压或电流）的措施称为反馈。引入反馈的目的是通过输出对输入的影响来改善系统的运行状况及控制效果。(feedback)第四章 No.2高等课堂2、反馈的一般框图按照反馈放大器各部分电路的功能可将其分为基本放大电路和反馈网络两部分，其一般框图如下：反馈放大器的一般框图基本放大电路反馈网络输入量净输入量反馈量输出量iXdXfXoX开环增益：反馈系数：闭环增益：doXXAofXXFiofXXA定义：(open-loop gain)(closed-loop gain)(feedback factor)AF第四章 No.3高等课堂3、反馈有无的判断依据：反馈通路（反馈网络）的有无。查看输入端与输出端是否构成回路（反馈通路）；输出回路、输入回路的交叉支路一定是反馈通路。uoAuiuoAuiR1RfuoAuiRf无反馈无反馈有反馈(feedback path)第四章 No.4高等课堂1、正反馈与负反馈根据反馈极性（输入量与反馈量如何合成净输入量的方式）的不同，反馈分为正反馈与负反馈两种。正反馈：相加合成，反馈的结果使净输入量增大，即fidXXXFAAXXXXXAfdoiof1负反馈：相减合成，反馈的结果使净输入量减小，即fidXXXFAAXXXXXAfdoiof1(positive feedback)(negative feedback)二、反馈的分类与判别第四章 No.5高等课堂反馈极性的判别瞬时极性法：规定电路输入信号在某一时刻对地的极性，由基本放大电路逐级分析出输出信号的极性；根据输出信号的极性判断出反馈信号的极性；若反馈信号使净输入信号增大，说明引入的是正反馈；若反馈信号使净输入信号减小，说明引入的是负反馈。uoAuiRfR1(+)(-)(-)正反馈负反馈uoAuiR1Rf(+)(+)(-)iiidif第四章 No.6高等课堂2、直流反馈与交流反馈直流反馈：如果反馈量只含有直流量，称为直流反馈，它仅在直流通路中存在，影响电路的直流特性，如静态工作点。交流反馈：如果反馈量只含有交流量，称为交流反馈，它仅在交流通路中存在，影响电路的交流特性，如放大倍数、输入输出电阻等。在很多放大电路中，交、直流反馈往往同时存在。根据反馈量的交、直流性质划分，反馈分为直流反馈与交流反馈。第四章 No.7高等课堂交、直流反馈的判别CuoAuiRfR1CuoAuiRfR1依据：反馈存在于交流通路还是直流通路。直流反馈交流反馈第四章 No.8高等课堂3、电压反馈与电流反馈判别：负载短路法。将负载RL短路，即令uo0，考察反馈信号，如果反馈信号为0，即不存在反馈，则说明反馈信号取自输出端电压，为电压反馈；如果反馈信号不为0，即反馈依然存在，则说明反馈信号取自输出电流，为电流反馈。根据反馈量在放大电路输出端的采样方式划分，反馈分为电压反馈与电流反馈。电压反馈：反馈量取自输出端电压。电流反馈：反馈量取自输出电流。(current feedback)(voltage feedback)第四章 No.9高等课堂4、串联反馈与并联反馈 方法一：将净输入信号和反馈信号表示成电压形式，考察它们的连接方式，串联串馈，并联并馈。方法二：输入端短路法，令ui0，考察反馈信号能否影响净输入信号，如果能，为串联反馈；如果不能，为并联反馈。串联反馈：反馈量与输入量以电压方式叠加；并联反馈：反馈量与输入量以电流方式叠加。(series feedback)(parallel feedback)根据反馈量与输入量在电路输入端的叠加方式划分，反馈分为串联反馈与并联反馈。判别：第四章 No.10高等课堂三、负反馈放大电路的四种组态为便于定量分析，可按照反馈的极性、输入量与输出量的电性来对反馈进行分类。反馈极性正反馈：净输入量增大；负反馈：净输入量减小。输出量电压反馈：反馈量取自输出电压；电流反馈：反馈量取自输出电流。输入量串联反馈：反馈量与输入量以电压方式合成；并联反馈：反馈量与输入量以电流方式合成。AFoUAFoIAFiUdUfUAFiIdIfI第四章 No.11高等课堂三种分类法排列组合，可得八种反馈类型，这里只讨论负反馈得四种类型，它们是：电压串联负反馈：doUUUAofUUUFUUUUFFAAA1电压并联负反馈：doGUIAofRIUFRGGGFFAAA1电流串联负反馈：doRIUAofGUIFGRRRFFAAA1电流并联负反馈：doIIIAofIIIFIIIIFFAAA1第四章 No.12高等课堂1、电压串联负反馈uoAuiRfR1(+)(+)(+)uduf1ofUuuFfofURRRuuF11VCCuiuo(+)(+)(+)(-)(-)(+)(+)ufud+第四章 No.13高等课堂2、电压并联负反馈uoAuiR1Rf(+)(+)(-)iiidiffofGRuiF1fofGRuiF1VCCui(+)(+)(-)uoidifiiRf+第四章 No.14高等课堂3、电流串联负反馈只有直流反馈，无交流反馈fofRRIuFuoAuiRLRf(+)(+)(+)udufioVCCuiuo(+)(+)(+)(-)(-)ufudRfIofofRRiuF+第四章 No.15高等课堂4、电流并联负反馈iiidifuoAuiR1Rf(+)(-)RLio(-)VCCuiuo(+)(+)(-)(-)(+)(+)iiidifio(-)R1RfffofIRRRiiF1ffofIRRRiiF1+第四章 No.16高等课堂4.2负反馈对放大器性能的改善一、反馈条件与假定1、条件：串馈用压源，并馈用流源。2、假定、反馈网络的正向传递可以忽略；理由：F网络的正向传递远小于A网络的正向传递。、基本放大电路的内馈可以忽略；理由：内馈系数远小于反馈系数。、反馈网络为线性网络，且与Rs、RL无关；、放大器工作在中频区。为实数、FA第四章 No.17高等课堂二、稳定放大倍数闭环放大倍数ADAAFAAF1定义反馈深度：AFD1D表示引入负反馈的强度。上式对A求导，2)1(1AFdAdAFAdAAFAdAFF11可见，闭环放大倍数的相对变化良为开环的1/D，亦即闭环放大倍数的稳定性提高了D倍。第四章 No.18高等课堂HMHffjAA1式中AM为中频增益，AH为高频增益。则HFMFHMMHMHMHHHFffjAffjFAAFffjAffjAFAAA1 11111式中，FAAAMMMF1)1(FAffMHHF三、扩展通频带可见，闭环的fHF比开环增大了D倍，同理可得，闭环的fLF比开环减小了D倍。第四章 No.19高等课堂引入负反馈后，通频带扩展了D倍。另外，对比引入负反馈前后，有BWMBWFMFfAfA说明在引入负反馈前后，放大器的增益带宽积保持不变，由此可知要使放大电路具有更大的带宽，必须引入较强的负反馈，但这是以牺牲放大器的放大倍数为代价的。BWMHMHFLFHFBWFfFAfFAffff)1()1(第四章 No.20高等课堂AFxixoxfxixfxifiixxx设经放大后xo产生失真，xf与xo的失真情况相同，则闭环后xf与xi叠加得到xi如图，xi经过A放大后得到的xo上的失真将有所改善。四、减小非线性失真第四章 No.21高等课堂五、改变输入、输出电阻1、对输入电阻Ri的影响串馈入阻增，并馈入阻减。串馈入阻增，并馈入阻减。指对基本放大电路Ri的影响、串联反馈AFuiudufRiRifiiidiiuR ifdiiifiuuiuRidUUdiuFAu 压馈idRGdiuFAu 流馈DRi串联反馈输入电阻增大D倍。第四章 No.22高等课堂、并联反馈AFuiRiRifiidiiiuR dfiiiifiiuiuRdGRdiiFAiu压馈DRi/idifdIIdiiFAiu流馈并联反馈输入电阻减小D倍。第四章 No.23高等课堂2、对输出电阻Ro的影响压馈出阻减，流馈出阻增。压馈出阻减，流馈出阻增。、电压反馈AF0ixfdxxofFux uoioRoAsoxdRof计算输出电阻时，将输入信号源关闭，保留内阻。将无负载时的基本放大电路的开环增益记为Aso。ooofiuR而odsoooRxAuioosooRFuAu 第四章 No.24高等课堂ooUUsooRuFAu 串馈DRuoooosoooRFuAuiooGRsooRuFAu 并馈DRiuRoooof电压反馈输出电阻减小D倍。第四章 No.25高等课堂、电流反馈AF0ixfdxxofFux uoioRoAsoxdRofooofiuRosooodsooooFiARuxARuioUUsoooiFARu串馈oGRsoooiFARu并馈DRRoof电流反馈输出电阻增大D倍。第四章 No.26高等课堂电压串联 电流串联 电压并联 电流并联负反馈放大器的主要特性表类型特性doUuuA UUUUFFAAA1ofUuuF FAAF1FAofRifRUUFA1RGFA1GRFA1IIFA1RGGGFFAAA1GRRRFFAAA1IIIIFFAAA1doGuiA ofRiuF doRiuA ofGuiF doIiiA ofIiiF)1(UUiFAR)1(RGiFAR)1/(GRiFAR)1/(IIiFAR)1/(UUSooFAR)1/(GRSooFAR)1(RGSooFAR)1(IISooFAR第四章 No.27高等课堂六、负反馈放大器的自激与校正*1、负反馈放大器的自激FAAAF1由知，若01FA，则FA此时即便没有输入信号，输出也可能不为零自激。01FA1FA)12(nFA(n=0,1,2)相移基本放大和反馈网络的附加相移达到了180，负反馈变成了正反馈，从而产生了自激振荡（频率很高）。第四章 No.28高等课堂2、负反馈放大器稳定工作条件01FA要使负反馈放大器稳定工作，必须使放大器远离自激条件，即1FAFA或1FAFA通常要保证电路稳定工作，还需要电路具有一定的稳定裕度。稳定裕度幅值裕度dBFAGffm10lg200相位裕度45180cffFAm其中f0为使的频率，fc为使0lg20FA的频率。FA第四章 No.29高等课堂3、负反馈放大器自激振荡的消除方法滞后补偿A1A2C加补偿电容C，使幅频特性提前下降，牺牲带宽。超前补偿uoAuiR2R1C在反馈回路中加补偿电容C，使相位超前，破坏自激振荡条件。第四章 No.30高等课堂4.3深度负反馈放大器的分析方法一、深度负反馈放大电路的近似估算法AFAAF1在中，若深度负反馈条件：11AFD11 AF，则FAFAAFAAF11而，ofioFxxFxxA ，0 dfixxx，可见，深度负反馈的实质是计算中忽略净输入量。对于串联反馈，忽略净输入电压；对于并联反馈，忽略净输入电流。(strong negative feedback)第四章 No.31高等课堂二、分析深度负反馈的一般步骤1、判断反馈类型（压串、流串、压并、流并）；2、计算反馈系数F（FU、FR、FG、FI）；3、由F计算AF（AUF、ARF、AGF、AIF）；AF1/F4、再由AF求出AUF、AUSF。找出电路的输出、输入电阻，将AF的分子、分母表示成电压形式。第四章 No.32高等课堂电压串联 电流串联 电压并联 电流并联类型特性ofRifR0000深度负反馈下反馈环路的输出、输入电阻分析电路的输出、输入电阻时，对于深度负反馈，反馈环路的输出、输入电阻可按下表近似。第四章 No.33高等课堂例1、设图示电路满足深反馈条件，计算AUF。解：反馈类型：电流串联负反馈。uoAuiR1R2RL+VCCR3ioufi2i3k10k100k2k53213112RRRRRiRiiuFoofR313211RRRRRFARGF则：30)/(31321LofLGFioUFRRRRRRRRAvuA第四章 No.34高等课堂例2、设图示电路满足深反馈条件，计算AUF。R1R3T1T2+VCC-VEER2R4uiIR5uoT3k10k100解：反馈类型：电压串联负反馈。422RRRuuFofU111242RRRFAUUF则：第四章 No.35高等课堂例3、设图示电路满足深反馈条件，计算AUF。解：反馈类型：电压并联负反馈。uoAuiR1RfiiidifFofGRuiF1根据虚地条件：0uuFGRFRFA1111)(RRRRARRiuuuAFifRFifioioUF第四章 No.36高等课堂例4、设图示电路满足深反馈条件，计算AUSF。解：反馈类型：电流并联负反馈。FeeofIRRRiiF22211eFIIFRRFASLCeFifSiofLCoSoUSFRRRRRRRiRRRiuuA/)1()()/(222RC1RfT1+VCCuiifusRsuoRe2Re1RC2RLioii第四章 No.37高等课堂