模拟电子技术第六章讲义课件

1第六章第六章 反馈反馈261 反馈的基本概念及基本方程反馈的基本概念及基本方程611 什么是反馈什么是反馈就是将放大器的输出量（就是将放大器的输出量（输出输出电流或输出电流或输出电压）的一部分或全部通过一定的网络，回送到电压）的一部分或全部通过一定的网络，回送到放大器的输入回路，用来影响其输入量（放大器的输入回路，用来影响其输入量（输入输入电电流或输入电压）的措施，称为反馈。流或输入电压）的措施，称为反馈。正反馈：正反馈：反馈信号对输入信号起增强作用（如反馈信号对输入信号起增强作用（如振荡器）。振荡器）。负反馈：负反馈：反馈信号对输入信号起减弱作用（使反馈信号对输入信号起减弱作用（使放大器的某些性能得到改善）放大器的某些性能得到改善）。3 图图61负反馈稳定工作点电路负反馈稳定工作点电路 直流反馈：直流反馈：仅在直流通路中存在的反馈称为直流反馈。仅在直流通路中存在的反馈称为直流反馈。交流反馈：交流反馈：仅在交流通路中存在的反馈称为交流反馈。仅在交流通路中存在的反馈称为交流反馈。4 直流负反馈主要用于稳定放大器的静态工作直流负反馈主要用于稳定放大器的静态工作点，本章重点讨论交流负反馈，引入交流负反馈点，本章重点讨论交流负反馈，引入交流负反馈的放大器称为的放大器称为负反馈放大器负反馈放大器。5基本放大器基本放大器A取样取样反馈网络反馈网络F比较比较Xf.Xi.净输净输入信号入信号反馈信号反馈信号输输出出信信号号输输入入信信号号Af反馈放大器反馈放大器Xi.Xo.图图62反馈放大器基本框图反馈放大器基本框图 612反馈放大器的基本框图反馈放大器的基本框图.6613反馈放大器的基本方程反馈放大器的基本方程基基本本放放大大器器的的传传输输增增益益(也也称称开开环环增增益益或或开开环放大倍数环放大倍数)反馈网络的传输系数反馈网络的传输系数(也称反馈系数也称反馈系数)环路增益环路增益(回归比回归比)反馈放大器的传输增益（也称反馈放大器的传输增益（也称闭闭环增益）环增益）注意：注意：上述上述X可以指电压也可以指电流，因此可以指电压也可以指电流，因此A、F既可能是电既可能是电压增益也可能是电流增益，也可能是互导增益或互阻增益。压增益也可能是电流增益，也可能是互导增益或互阻增益。7反馈放大器的基本方程反馈放大器的基本方程8结结 论论（1）负反馈使放大器的增益下降了（）负反馈使放大器的增益下降了（1+AF）倍；）倍；（2）反馈深度）反馈深度D=1+AF，表征反馈强弱；，表征反馈强弱；D1或或AF 1，深反馈条件，深反馈条件9（3）深反馈条件下，）深反馈条件下，（4）若正反馈，则）若正反馈，则10作业作业6.16.211反馈的放大电路的组态和基本类型反馈的放大电路的组态和基本类型一、判断电压反馈和电流反馈一、判断电压反馈和电流反馈电压电压反馈反馈：反馈信号直接取自输出电压并与之成：反馈信号直接取自输出电压并与之成比例比例电流反馈：反馈信号取自输出电流，并与之成比电流反馈：反馈信号取自输出电流，并与之成比例例12反馈的放大电路的组态和基本类型反馈的放大电路的组态和基本类型二、串联反馈和并联反馈二、串联反馈和并联反馈串联串联反馈反馈：反馈网络串联在基本放大器的输入回：反馈网络串联在基本放大器的输入回路中路中并联反馈：反馈网络并联在基本放大器的输入端并联反馈：反馈网络并联在基本放大器的输入端13串联串联反馈反馈：输入信号与反馈信号加在放大器的不：输入信号与反馈信号加在放大器的不同输入极同输入极/输入端上输入端上并联反馈：输入信号与反馈信号并接在同一输入并联反馈：输入信号与反馈信号并接在同一输入极极判断串联反馈和并联反馈的基本方法判断串联反馈和并联反馈的基本方法14电压串联负电压串联负反馈反馈电压并联负反馈电压并联负反馈电流串联负反馈电流串联负反馈电流并联负反馈电流并联负反馈反馈放大电路的四种基本组态反馈放大电路的四种基本组态1562 负反馈对放大器性能的影响负反馈对放大器性能的影响 621负反馈使放大倍数稳定度提高负反馈使放大倍数稳定度提高基本放大器基本放大器A取样取样反馈网络反馈网络F比较比较Xf.Xi.净输净输入信号入信号反馈信号反馈信号输输出出信信号号输输入入信信号号Af反馈放大器反馈放大器Xi.Xo.图图62反馈放大器基本框图反馈放大器基本框图.16通通常常用用放放大大倍倍数数的的相相对对变变化化量量来来衡衡量量放放大大器器的稳定性。的稳定性。17开环放大倍数相对稳定度为开环放大倍数相对稳定度为闭环放大倍数相对稳定度为闭环放大倍数相对稳定度为若近似以增量代替微分，则：若近似以增量代替微分，则：18结论结论引入负反馈使放大倍数的相对变化量减小为原引入负反馈使放大倍数的相对变化量减小为原相对变化量的相对变化量的1/(1+AF)，即反馈越深，放大倍数的，即反馈越深，放大倍数的增益稳定性越好。增益稳定性越好。在深度负反馈时，在深度负反馈时，Af=1/F，因此，只要，因此，只要F稳定，稳定，Af也将稳定。也将稳定。注意注意：负反馈被稳定的对象与反馈信号的取样：负反馈被稳定的对象与反馈信号的取样对象有关。如果取样对象是输出电压，则输出电压对象有关。如果取样对象是输出电压，则输出电压将被稳定；如果取样对象是输出电流，则输出电流将被稳定；如果取样对象是输出电流，则输出电流将被稳定。将被稳定。19例例1设设计计一一个个负负反反馈馈放放大大器器，要要求求闭闭环环放放大大倍倍数数Af=100,当当开开环环放放大大倍倍数数A变变化化10%时时，Af的的相相对对变变化化量量在在0.5%以以内内，试试确确定定开开环环放放大大倍倍数数A及反馈系数及反馈系数F值。值。所以，反馈深度所以，反馈深度D必须满足必须满足因为因为 解解 因为因为20所以所以 因为因为所以所以 216-2-2 负反馈使放大器通频带展宽，线负反馈使放大器通频带展宽，线性失真减小性失真减小引入负反馈后，闭环增益：引入负反馈后，闭环增益：因此：因此：22式中：式中：23无反馈放大器的频率响应无反馈放大器的频率响应有负反馈放大器的频率响应有负反馈放大器的频率响应增益增益AIAI-3 dBAIfAIf-3 dBfLffLfH无反馈放大器的带宽无反馈放大器的带宽负反馈放大器的带宽负反馈放大器的带宽fHff(频率频率)图图63负反馈改善放大器频率响应的示意图负反馈改善放大器频率响应的示意图 24图图64 引起频率失真的因素必须包含在反馈环之内引起频率失真的因素必须包含在反馈环之内 256-2-3 负反馈使非线性失真减小，输入负反馈使非线性失真减小，输入动态范围展宽动态范围展宽 26io0ubeAXi.Xo.xo0t0txi基本放大器基本放大器t0 xi0txi图图65负反馈改善非线性失真的工作原理示意图负反馈改善非线性失真的工作原理示意图(a)无反馈无反馈io0ubeAFXo.Xi.Xf.Xi.(b)负反馈使非线性失真减小负反馈使非线性失真减小txo0 xf0t27非线性失真系数：非线性失真系数：“全谐波失真率全谐波失真率”式中：式中：Xnh为器件非线性产生的输出高次谐波为器件非线性产生的输出高次谐波分量，分量，X1O为基波分量。为基波分量。设加负反馈后，输出谐波分量为设加负反馈后，输出谐波分量为Xnhf 28 AXiX1oXnh A FXi+Xi-FXnhfFXnhfX1 ofXnhf因为：因为：Xnhf=(Xi-FXnhf)A=Xnh-AFXnhf 因此：因此：29因此：因此：负反馈使非线性失真减小了（负反馈使非线性失真减小了（1+AF）倍。失真）倍。失真减小，意味着线性动态范围的拓宽。减小，意味着线性动态范围的拓宽。注意：注意：非线性失真的减小只限于反馈环内放大器非线性失真的减小只限于反馈环内放大器产生的非线性失真，对外来信号已有的非线性失产生的非线性失真，对外来信号已有的非线性失真，负反馈将无能为力。而且，只在输入信号有真，负反馈将无能为力。而且，只在输入信号有增大的余地，非线性失真也不是十分严重的情况增大的余地，非线性失真也不是十分严重的情况下才是正确的。下才是正确的。306-2-4 负反馈可以减小放大器内部产生的负反馈可以减小放大器内部产生的噪声与干扰的影响噪声与干扰的影响利用负反馈抑制放大器内部噪声及干扰的机利用负反馈抑制放大器内部噪声及干扰的机理与减小非线性失真是一样的。负反馈输出噪声理与减小非线性失真是一样的。负反馈输出噪声下降下降(1+AF)倍。如果输入信号本身不携带噪声和倍。如果输入信号本身不携带噪声和干扰，且其幅度可以增大，输出信号分量保持不干扰，且其幅度可以增大，输出信号分量保持不变，那么放大器的信噪比将提高变，那么放大器的信噪比将提高(1+AF)倍。倍。31(1)负反馈使放大器的放大倍数下降，但增益负反馈使放大器的放大倍数下降，但增益稳定度提高，频带展宽，非线性失真减小，内部稳定度提高，频带展宽，非线性失真减小，内部噪声干扰得到抑制，且所有性能改善的程度均与噪声干扰得到抑制，且所有性能改善的程度均与反馈深度反馈深度(1+AF)有关。有关。(2)被改善的对象就是被取样的对象。被改善的对象就是被取样的对象。负反馈的特点负反馈的特点(3)负负反反馈馈只只能能改改善善包包含含在在负负反反馈馈环环节节以以内内的的放放大大器器性性能能，对对反反馈馈环环以以外外的的，与与输输入入信信号号一一起起进进来来的的失失真真、干干扰扰、噪噪声声及及其其它它不不稳稳定定因因素素是是无能为力的。无能为力的。326-3 反馈放大器的分类及对输入、反馈放大器的分类及对输入、输出阻抗的影响输出阻抗的影响 6-3-1 电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈根据反馈网络与基本放大器输出端的连接方式不根据反馈网络与基本放大器输出端的连接方式不同，反馈可分为：同，反馈可分为：电压反馈：电压反馈：反馈网络与基本放大器输出端反馈网络与基本放大器输出端并联并联连连接，反馈信号直接取自于输出电压。接，反馈信号直接取自于输出电压。电流反馈：电流反馈：反馈网络与基本放大器输出端反馈网络与基本放大器输出端串联串联连连接，反馈信号直接取自于输出电流。接，反馈信号直接取自于输出电流。33(a)(b)AF电流取样电流取样RLUo.Xf.Io.反馈支路反馈支路UCCRCuoVRERfui(c)(d)反馈支路反馈支路UCCRCuoRERfuiIe.AF电压取样电压取样RLUo.Xf.图图66电压反馈和电流反馈电压反馈和电流反馈34采用采用“输出短路法输出短路法”。即将输出端短路，。即将输出端短路，观察反馈信号是否还存在。如果反馈信号不观察反馈信号是否还存在。如果反馈信号不存在，说明是电压反馈；反之，则说明是电存在，说明是电压反馈；反之，则说明是电流反馈。流反馈。判断方法判断方法35 6-3-2电压反馈和电流反馈对输出电电压反馈和电流反馈对输出电阻的影响阻的影响 图图67 电压负反馈放大器输出电阻的计算电压负反馈放大器输出电阻的计算 Ro为基本放大器的输出电阻（即开环输出电阻）为基本放大器的输出电阻（即开环输出电阻）为等效开路电压（为等效开路电压（Ao为负载开路放大倍数）。为负载开路放大倍数）。36分析：分析：在无反馈时，将输入短路在无反馈时，将输入短路Xi=0，则净输入，则净输入Xi=0，所以，所以AoXi=0，此时的输出电阻为，此时的输出电阻为Ro。引入反馈后，当引入反馈后，当Xi=0时，净输入时，净输入Xi 0，而是，而是Xi=-Xf，此时反馈放大器的输出电阻为：，此时反馈放大器的输出电阻为：3738图图68电流负反馈放大器输出电阻的计算电流负反馈放大器输出电阻的计算 电流负反馈对输出电阻的影响电流负反馈对输出电阻的影响39图图68电流负反馈放大器输出电阻的计算电流负反馈放大器输出电阻的计算 40根据反馈网络和基本放大器输入端的连接方根据反馈网络和基本放大器输入端的连接方式方式不同，分为：式方式不同，分为：串联反馈：串联反馈：反馈网络串联在基本放大器的输入回路反馈网络串联在基本放大器的输入回路中。中。并联反馈：并联反馈：反馈网络并接在基本放大器的输入端。反馈网络并接在基本放大器的输入端。633串联反馈与并联反馈串联反馈与并联反馈41ARiFUi.RifUfUiIi.(a)串联反馈串联反馈1）Ui与与Uf是串联关系。是串联关系。2）输入信号与反馈信号不在同一节点上。）输入信号与反馈信号不在同一节点上。3）42ARiFUi.RifIi.Ii.If.(b)并联反馈并联反馈1）Ui与与Uf是并联关系。是并联关系。2）输入信号与反馈信号在同一节点上。）输入信号与反馈信号在同一节点上。3）43uiR1Ii.Ii.If.Rf反馈反馈Ui.Ui.REUf.Rf反馈反馈图图610放大器输入回路中引入串联反馈和并联反馈放大器输入回路中引入串联反馈和并联反馈(a)串联反馈串联反馈(b)并联反馈并联反馈44V1V2R1R1Uf.Rf反馈反馈IoUi.R1Ii.Ii.If.Rf反馈反馈Ui.IoV1V2R1图图611差分放大器中引入串联反馈和并联反馈差分放大器中引入串联反馈和并联反馈(a)串联反馈串联反馈(b)并联反馈并联反馈45 一般地，串联反馈是输入信号与反馈一般地，串联反馈是输入信号与反馈信号加在放大器的不同输入端上；而并联信号加在放大器的不同输入端上；而并联反馈则是两者并接在同一个输入端。反馈则是两者并接在同一个输入端。串联反馈和并联反馈的串联反馈和并联反馈的判断方法判断方法46634串联负反馈和并联负反馈对放大器输串联负反馈和并联负反馈对放大器输入电阻的影响入电阻的影响ARiFUi.RifUfUiIi.(a)串联反馈串联反馈47ARiFUi.RifIiIiIf.(b)并联反馈并联反馈48Ui.AFUo.Uf.Ui.AFUo.Us.RsIi.If.Ii.图图612四种典型的负反馈组态电路四种典型的负反馈组态电路(a)串联电压负反馈串联电压负反馈(b)串联电流负反馈串联电流负反馈(c)并联电压负反馈并联电压负反馈(d)并联电流负反馈并联电流负反馈AFUo.IoUs.RsIi.Ii.If.AFUo.Ui.Uf.Ui.Io.49Ui.AFUo.Uf.Ui.(a)串联电压负反馈串联电压负反馈6-4 反馈放大器的分析和近似计算反馈放大器的分析和近似计算 6-4-1四种组态反馈放大器增益和反馈系数的定四种组态反馈放大器增益和反馈系数的定义及近似计算义及近似计算 一、串联电压负反馈一、串联电压负反馈50 二、串联电流负反馈二、串联电流负反馈(b)串联电流负反馈串联电流负反馈AFUo.Ui.Uf.Ui.Io.51三、并联电压负反馈三、并联电压负反馈AFUo.Us.RsIi.If.Ii.(c)并联电压负反馈并联电压负反馈52四、并联电流负反馈四、并联电流负反馈(d)并联电流负反馈并联电流负反馈AFUo.IoUs.RsIi.Ii.If.53深度负反馈条件下深度负反馈条件下对串联反馈对串联反馈对并联反馈对并联反馈放大器工作在深度负反馈条件下，即放大器工作在深度负反馈条件下，即 求求Auf时，可以利用如下关系式：时，可以利用如下关系式：54正反馈和负反馈的判决方法正反馈和负反馈的判决方法 瞬时极性法：瞬时极性法：假设输入信号向某一方向变假设输入信号向某一方向变化，沿闭环系统，逐级推出电路中其它各有关化，沿闭环系统，逐级推出电路中其它各有关点信号的瞬时变化极性，最后看反馈到输入端点信号的瞬时变化极性，最后看反馈到输入端信号的极性对原来的信号是增强还是削弱。增信号的极性对原来的信号是增强还是削弱。增强则为正反馈，削弱则为负反馈。强则为正反馈，削弱则为负反馈。55负反馈负反馈56负反馈负反馈57正反馈正反馈58负反馈负反馈59正反馈正反馈60负反馈负反馈61643分立元件负反馈放大器的分析计算分立元件负反馈放大器的分析计算一、单级负反馈放大器电路一、单级负反馈放大器电路1.单级串联电压负反馈电路单级串联电压负反馈电路6263图图618三种不同反馈组态的单级放大器三种不同反馈组态的单级放大器2.单级串联电流负反馈电路单级串联电流负反馈电路64用等效模型精确计算：用等效模型精确计算：65图图618三种不同反馈组态的单级放大器三种不同反馈组态的单级放大器3.单级并联电压负反馈电路单级并联电压负反馈电路6667图图619串联电压负反馈对串联电压负反馈对 二、多级反馈放大器电路二、多级反馈放大器电路681.串联电压负反馈对串联电压负反馈对69(a)R4Ui.Ui.R3Uo.Uf.V1(b)Ui.V1R3|R4Uf.R3R3R4UoFUo.图图620等效到第一级射极的反馈电压等效到第一级射极的反馈电压(a)输入回路等效；输入回路等效；(b)戴文宁等效电路戴文宁等效电路 70 图图621 并联电流负反馈对并联电流负反馈对 2.并联电流负反馈对并联电流负反馈对 7172 图图622 串联电流负反馈电路串联电流负反馈电路 3.串联电流负反馈电路串联电流负反馈电路7374图图623 三级并联电压负反馈电路三级并联电压负反馈电路 4.并联电压负反馈电路并联电压负反馈电路7576图图624 串联电流正反馈电路串联电流正反馈电路5.串联电流正反馈电路串联电流正反馈电路77六、复反馈放大器六、复反馈放大器 78(b)复反馈补偿电流高频响应复反馈补偿电流高频响应 79图图627 例例2电路电路 三、反馈放大器例题分析三、反馈放大器例题分析80例例2电电路路如如图图627所所示示。这这是是一一个个两两级级放放大大器器，第第一一级级为为场场效效应应管管差差分分放放大大器器，第第二二级级为为运运放放构构成成的的反相比例放大器。反相比例放大器。(1)为进一步提高输出电压稳定度，试正确引入反馈。为进一步提高输出电压稳定度，试正确引入反馈。(2)计算没有引入反馈时放大倍数。计算没有引入反馈时放大倍数。(3)计算引入反馈后的闭环放大倍数计算引入反馈后的闭环放大倍数Auf=?(4)若一定要求引入并联电压负反馈，电路应如何改若一定要求引入并联电压负反馈，电路应如何改接接?818265 反馈放大器稳定性讨论反馈放大器稳定性讨论651 负反馈放大器稳定工作的条件负反馈放大器稳定工作的条件若若A、F都是常数，则都是常数，则 83-振荡的振幅条件振荡的振幅条件-产生产生自激振荡自激振荡-振荡的相位条件振荡的相位条件 84环路增益环路增益|AF|/dB0附加相移附加相移f(频率）频率）幅度裕度幅度裕度0f相位裕度相位裕度135180AB图图628用环路增益来判断稳定性用环路增益来判断稳定性 85 652 利用开环增益的波特图来利用开环增益的波特图来判别放大器的稳定性判别放大器的稳定性860.010.11101001000A/dB806040200204045|A(j)|(开环开环)20dB/10倍频程倍频程13540dB/10倍频程倍频程180225稳定稳定不稳定不稳定（闭环）（闭环）AfF1AfF1(不稳定不稳定)60dB/10倍频程倍频程f/kHza(a)R2R1Uo.(b)Ui.图图629用开环特性波特图来判断放大器的稳定性用开环特性波特图来判断放大器的稳定性 87在低频和中频在低频和中频 区：区：88653常用的消振方法常用的消振方法相位补偿法相位补偿法一、电容滞后补偿一、电容滞后补偿89图图630电容滞后补偿的开环频率特性波特图电容滞后补偿的开环频率特性波特图 90二、零极点对消二、零极点对消RC滞后补偿滞后补偿919293Ro1RCRi2Ci2R RCA1A2RCU1.U2.U1.U1.U2.U2.图图631零极点相消零极点相消RC滞后补偿滞后补偿(a)RC串联补偿网络电路串联补偿网络电路(b)输出等效电路输出等效电路(c)简化等效电路简化等效电路94图图632零极点相消零极点相消RC滞后补偿的开环频率响应波特图滞后补偿的开环频率响应波特图 95三、密勒效应补偿三、密勒效应补偿图图633 密勒电容补偿密勒电容补偿 96四、导前补偿四、导前补偿式中，式中，R=R1Rf。记。记 9798作作 业业6-16-96-26-116-76-126-156-19