第七章-反馈放大电路课件

7.1 7.1 反馈的基本概念与分类反馈的基本概念与分类7.1.1 7.1.1 什么是反馈什么是反馈1.1.反馈反馈反反馈馈是是指指将将输输出出量量的的一一部部分分或或全全部部，按按一一定定的的方方式式送送回回到到输输入回路，来影响输入量（电压或电流）的一种连接方式入回路，来影响输入量（电压或电流）的一种连接方式 放大电路反馈网络混合取样净输入量总输入量反馈信号输出信号开环增益闭环增益反馈系数共有四种不同的单位2.反馈与反馈通路我们判断一个电路是否有反馈，是通过分析它是否存在反馈通路而进行的，而反馈通路是跨接在输出和输入间的网络。（1）若电路中不存在反馈开环反馈通路反馈通路（反馈网络）（反馈网络）信号的正向传输信号的正向传输（2）若电路中存在反馈闭环-+vivoRL+-voRLR2R1hfeIbicvceIbvbehrevcehiehoe内部反馈内部反馈外部反馈外部反馈3.内部反馈与外部反馈4.本级反馈与级间反馈 本级反馈本级反馈级间反馈Rb1VCCRcCb1Cb2Rb2ReRLvivo-+-+bcei1iBiCiEiB+iC(+)(+)(+)(+)交、直流反馈交、直流反馈(+)交流反馈交流反馈7.1.2 直流反馈与交流反馈直流反馈与交流反馈1.交流反馈与直流反馈若反馈信号中只包含直流成份直流反馈若反馈信号中只包含交流成份交流反馈隔直作用，不能通过直流信号？增加隔直电容增加隔直电容C后，后，Rf只对交流起反馈作用。只对交流起反馈作用。注：本电路中注：本电路中C1、C2也起到隔直作用。也起到隔直作用。+C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2CEC3C2+VCCvovi+T1T2RfRE1C增加旁路电容增加旁路电容C后，后，Rf只对直流起反馈作用。只对直流起反馈作用。C+C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2CEC3C2+VCCvovi+T1T2RfRE1 判断电路中反馈的正、负极性用瞬时极性法：判断电路中反馈的正、负极性用瞬时极性法：（1）按中频段考虑，即不考虑电路中所有的电容对相位的影响。（2）用正、负号（+、-）或箭头（、）表示电路中各关键点对“地”的电位的瞬时极性（或瞬时变化），这种表示要符合放大器的基本原理。共射极放大器：集电极与基极电位反相；共基极放大器：集电极与发射极电位同相；共集极放大器：发射极与基极电位同相；集成运放电路：看xf是加在同相端还是反相端（3）要逐级进行。最后看反馈到输入端的信号的瞬时极性，若与原输入信号的位相相同，则为正反馈，若与原输入信号的位相相反，则为负反馈。1.正反馈与负反馈正反馈，使 加强，使放大倍数增加负反馈，使 减小，使放大倍数降低7.1.3 正反馈与负反馈正反馈与负反馈正反馈与负反馈判断正反馈与负反馈判断(+)(+)(-)(-)(-)反馈通路反馈通路负反馈 负反馈(+)(+)(-)(-)(-)净输入量净输入量反馈通路反馈通路这里不是反馈通路吗(+)(+)(-)(-)净输入量净输入量正反馈正反馈反馈通路反馈通路级间反馈通路级间反馈通路(+)(+)(+)(+)(-)(-)净输入量净输入量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正反馈与负反馈判断正反馈与负反馈判断判断净输入量正负负反馈对放大器性能的影响同反馈的类型有关，当考虑到信号源和负载时，负反馈放大器包含四个部分：信号源Vg基本放大器A反馈网络F根据四个部分连接方式的不同，反馈可以分为四种类型 电压并联反馈 电流串联反馈电流并联反馈电压串联反馈输入端：反馈信号在输入端的联接方式分为输出端：反馈信号在输出端分为取7.1.4 电路的基本反馈形式电路的基本反馈形式串联 并联电压电流电压反馈和电流反馈 RLvoRLvo电压反馈采样的两种形式：电压反馈采样的两种形式：采样电阻很大采样电阻很大电流反馈采样的两种形式：电流反馈采样的两种形式：RLioiERLioiERf采样电阻很小采样电阻很小串联反馈和并联反馈框图 (a)串联反馈；(b)并联反馈 iifibib=i-if并联反馈并联反馈vfvivbevbe=vi-vf串联反馈串联反馈放大电路的放大电路的两个两个输入端输入端:运放运放差放差放三极管和三极管和场效应管场效应管串串Xf+-Xi并并Xf+-XiXiT1T2Xf串串XiT1T2Xf并并XiXf串串XiXf并并四种典型的负反馈组态电路(a)串联电压负反馈；(b)串联电流负反馈；(c)并联电压负反馈；(d)并联电流负反馈 7.2.1 电压串联负反馈(+)(-)(+)(+)(-)RfRe1Re1RfAF特点：（1）该电路为电压串联负反馈若取样为电压，则 以电压的形式出现。若为串联反馈，则 、以电压的形式出现 VfViViVo7.2 7.2 负反馈放大电路中的四种组态负反馈放大电路中的四种组态电压串联负反馈(+)(-)(+)(+)(-)RfRe1特点：（1）该电路为电压串联负反馈若取样为电压，则 以电压的形式出现。若为串联反馈，则 、以电压的形式出现（2）反馈系数（3）电压负反馈使输出电压稳定VbeVORL VO Vf电压负反馈：稳定输电压负反馈：稳定输出电压出电压vfvivo(+)串联反馈：输入端电压求和（串联反馈：输入端电压求和（KVL）Vi=Vi+Vf输入端有输入端有Vi=Vi-Vf即即电压串联负反馈 R1RfRL(+)(+)VfViViVo7.2.2 电压并联负反馈(+)(-)RLRfVSRSVCCAF+-voRfRLRsAF电压并联负反馈 反馈系数负反馈电压负反馈使输出电压稳定(+)(-)RLRfVSRSVCC该电路为电压并联负反馈若取样为电压，则 以电压的形式出现。若为并联反馈，则 、以电流的形式出现 IfIbIi7.2.3电流串联负反馈(+)(+)(+)ViRLRfVSRSVCCAFViVOVf(+)(+)I0该电路为电流串联负反馈取样为电流，则 以电流的形式出现。若为串联反馈，则 、以电压的形式出现?Ic=Io?电流串联负反馈(+)(+)RLRfVSRSVCC反馈系数负反馈电流负反馈使输出电流稳定ICVfVbeIbICievfIo=-Ie?净输入量7.2.4 电流并联负反馈(+)(-)(-)AFRLAF该电路为电流并联负反馈 Re2RfRe1反馈系数负反馈电流负反馈使输出电流稳定IfIbIiRe2RfRe1电流并联负反馈 ve2Re2与Rf的分流 物理量类型xs、xf、xIxoA=xo/xidAfF电压取样电压求和反馈（电压串联反馈）电压电压电压比电压比电压比电压取样电流求和反馈（电压并联反馈）电流电压互阻互阻互导电流取样电压求和反馈（电流串联反馈）电压电流互导互导互阻电流取样电流求和反馈（电流并联反馈）电流电流电流比电流比电流比四种反馈类型各物理量的含义 说明（1）放大倍数和反馈系数均为广义的。（2）反馈信号与输出电压成正比电压反馈；反馈信号与输出电流成正比电流反馈；（3）反馈信号与输入信号串联串联反馈；在输入端以电压的形式相加减。反馈信号与输入信号并联并联反馈；在输入端以电流的形式相加减。（4）电压负反馈使输出电压稳定；电流负反馈使输出电流稳定；（5）取样方式的判断输出短路法 将放大器输出端短路，看反馈信号是否存在 若存在电流反馈 不存在电压反馈（6）混合方式的判断输入短路法 将放大器输入端短路，看反馈信号是否存在 若存在串联反馈 不存在并联反馈并联：反馈量输入量接于同一输入端。接于不同的输入端。串联：反馈量输入量串联反馈串联反馈信号源对反馈效果的影响信号源对反馈效果的影响vID=vI-vF 则则vI最最好好为为恒恒压压源源，即即信号源内阻信号源内阻RS越小越好。越小越好。要要想想反反馈馈效效果果明明显显，就就要要求求vF变变化化能能有有效效引引起起vID的的变化。变化。-+voR2RLRsAFvsR1vFvIDvI(+)(+)(+)(+)(+)(+)(+)(+)电压串联负反馈电路电压串联负反馈电路VID=VI-VF+-voRfRL(-)(-)(-(-)iIiIDiF并联反馈并联反馈iID=iI-iF 则则iI最最好好为为恒恒流流源源，即即信信号源内阻号源内阻RS越大越好。越大越好。要要想想反反馈馈效效果果明明显显，就就要要求求iF变变化化能能有有效效引引起起iID的的变化。变化。(+)(+)RsiSRsvs+-反馈类型的判别步骤反馈类型的判别步骤1.有无反馈有无反馈 是否存在把输出回路和输入回路连接起来的支路。是否存在把输出回路和输入回路连接起来的支路。2.交流反馈与直流反馈交流反馈与直流反馈 反馈存在于直流或交流或交直流通路中。反馈存在于直流或交流或交直流通路中。3.正反馈与负反馈正反馈与负反馈瞬时极性法。瞬时极性法。4.反馈的组态反馈的组态 输出端：并联取电压；串连取电流。输出端：并联取电压；串连取电流。输入端：串联分压输入端：串联分压；并联分流。；并联分流。综合综合：反馈放大器类型描述：类型描述：类型类型=（交、直流交、直流）+输输 出出 +输入输入 +极性极性交流反馈交流反馈直流反馈直流反馈电压反馈电压反馈电流反馈电流反馈串联反馈串联反馈并联反馈并联反馈负反馈负反馈正反馈正反馈例如：例如：交流交流电压电压串联串联负反馈负反馈四种交流交流负反馈负反馈放大器：电压反馈电压反馈电流反馈电流反馈串联反馈串联反馈并联反馈并联反馈有有反反馈馈？abcda 串联电压串联电压b 并联电压并联电压c 串联电流串联电流d 并联电流并联电流例题7.1:试判断图示电路 R1、Rf各引入何种反馈？解解:引入交流电压串联负反馈引入直流电流并联负反馈1、R1 加在B1上：2、Rf 加在E1上：直流？例题7.2:试判断图示电路的反馈组态(反馈类型)?结论：结论：交直流交直流电压电压串联串联负反馈负反馈+-vi+-voR4R1R2R5R3R6A1A2vf+(+(+)-+VccR2T1T2-Vcc+-vivoR1AR3R4R5D1D2(a)(a)vI+voRb2Rb3-VCC+T1T2T3CRC1RC2RC3Rf1Rf2Re1Re2(b)(b)Re2RfRe1T1T2Rc1Rc2RsCb1Cb2+-vovsVCC(C)(C)A2A1+-vi+-R4R1R2R3R5R6RLicVccR2T+-viR1R3vo+-vivoRLR1R3A1+-A2R2(d)(d)(f)(f)(e)(e)7.3 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一一、反馈的表示方法、反馈的表示方法（一）方框图 信号源信号源输出信号输出信号反馈放大电路反馈放大电路的输入信号的输入信号反馈信号反馈信号基本放大电路的输入基本放大电路的输入信号（净输入信号）信号（净输入信号）信号的正向传输信号的正向传输信号的反向传输信号的反向传输信号在反馈网络信号在反馈网络中的正向传输中的正向传输信号在基本放大电信号在基本放大电路中的反向传输路中的反向传输单向化单向化信号的正向传输信号的正向传输信号的反向传输信号的反向传输三个假定1、与流经基本放大器的正向传输信号相比，通过反馈网络的正向传输信号（直接传输），可以忽略不计。2、与反馈网络的反向传输信号相比，通过基本放大器的反向传输信号（内部反馈）可以忽略不计。3、反馈网络的反馈系数F与信号源内阻Rs及负载电阻RL无关。开环时反馈网络的负载效应对输入口的影响对输入口的影响对输出口的影响对输出口的影响2、闭环增益的一般表达式即即又因为所以对信号源的增益对信号源的增益一一、反馈的表示方法、反馈的表示方法（二）表达式推导1、正反馈：负反馈：3、反馈深度的讨论一般负反馈一般负反馈称为反馈深度称为反馈深度正反馈正反馈自激振荡自激振荡深度负反馈深度负反馈7.4.1 7.4.1 提高增益的稳定性提高增益的稳定性闭环时则只考虑幅值有即闭环增益相对变化量比开环减小了1+AF倍另一方面在深度负反馈条件下 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。7.4 7.4 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例：1+AF=100时，A=100010%即dA/A=10%则Af=100.1%增益灵敏度7.4.2 7.4.2 减少非线性失真减少非线性失真AAF大小大小大小大小若输入信号本身就是失真波形，是不能靠引入负反馈来改善的。只有放大器内部所产生的非线性失真用负反馈改善才有效。7.4.2 7.4.2 抑制反馈环内噪声抑制反馈环内噪声 负反馈能将噪声和干扰抑制负反馈能将噪声和干扰抑制D D倍倍 注意：注意：1、放大电路引入负反馈后，信噪比并没有提高、放大电路引入负反馈后，信噪比并没有提高 2、若干扰或噪声与输入信号同时由外界引入，靠负反馈、若干扰或噪声与输入信号同时由外界引入，靠负反馈无济于事。无济于事。开环幅频响应开环幅频响应上限频率扩展1+AF倍下限频率降低1+AF倍闭环幅频响应闭环幅频响应（四）（四）扩展频带扩展频带二二、负反馈对放大器性能的改善、负反馈对放大器性能的改善因为Af=A/D，成比例减少 引入负反馈后使通频带扩展了D倍 7.4.4 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1、混合对输入电阻的影响（1）串联负反馈使输入电阻增加 RifviRi vivf(+)(-)(+)(-)ii无反馈时：引入串联负反馈后：若取样是电压：则若取样是电流：则结论：1、混合对输入电阻的影响（2）并联负反馈使输入电阻减小 RifviRi viIi无反馈时：引入并联负反馈后：若取样是电压：则若取样是电流：则结论：2、取样对输出电阻的影响（1）电压负反馈使输出电阻减小电压串联负反馈的情况Io此时：Avv0为不考虑RL时基本放大器的电压增益 在不考虑F对I0的分流的情况下：viRo vf(+)(-)(+)(-)Avvovivo电压并联负反馈的情况Io此时：Aui0为不考虑RL时基本放大器的电压增益 在不考虑F对I0的分流的情况下：结论：Ro voAvioii（2）电流负反馈使输出电阻增大电流串联负反馈的情况Io此时：Aiv0为不考虑RL时基本放大器的电压增益 viRo uf(+)(-)(+)(-)voAivovi在忽略反馈网络上的压降的情况下：即电流并联负反馈的情况Io此时：Aii0为不考虑RL时基本放大器的电压增益 结论：Ro voAiioii在忽略反馈网络上的压降的情况下：即 为改善性能引入负反馈的一般原则为改善性能引入负反馈的一般原则 要稳定直流量要稳定直流量 引直流负反馈引直流负反馈 要稳定交流量要稳定交流量 引交流负反馈引交流负反馈 要稳定输出电压要稳定输出电压 引电压负反馈引电压负反馈 要稳定输出电流要稳定输出电流 引电流负反馈引电流负反馈 要增大输入电阻要增大输入电阻 引串联负反馈引串联负反馈 要减小输入电阻要减小输入电阻 引并联负反馈引并联负反馈说明：引入负反馈虽然可以改善电路的性能，然而，若处理不当，则电路将产生自激振荡，使改善性能的愿望落空。一、一、深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈条件下的近似计算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由于由于则则又因为又因为代入上式得代入上式得输入量近似等于反馈量输入量近似等于反馈量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“两虚两虚”的概念的概念7.5 7.5 负反馈放大电路的分析方法负反馈放大电路的分析方法串联负反馈，输入端电压求和。串联负反馈，输入端电压求和。深度负反馈条件下深度负反馈条件下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。+-+-+-2.各种反馈阻态的近似计算各种反馈阻态的近似计算（1）电压串联负反馈）电压串联负反馈RfRe110k1002.各种反馈阻态的近似计算各种反馈阻态的近似计算（2）电流串联负反馈）电流串联负反馈RLReVSRS+RC （1）而由h参数等效电路法得（2）icio2.各种反馈阻态的近似计算各种反馈阻态的近似计算（3）电压并联负反馈）电压并联负反馈RLRfVSRS+Vcc（1）iiifib2.各种反馈阻态的近似计算各种反馈阻态的近似计算（4）电流并联负反馈）电流并联负反馈Re2RfRe1iiifie2io例例 求：求：(1)大环组态；大环组态；(2)二、三级局部组态；二、三级局部组态；闭环增益闭环增益闭环电压增益闭环电压增益在深度负反馈条件下，利用在深度负反馈条件下，利用虚短虚短和和虚断虚断可知可知解：解：(1)电压并联负反馈电压并联负反馈则反馈系数为则反馈系数为(3)深深度度负负反反馈馈下下大大环环的的闭闭环电压增益环电压增益。(2)T2 电流串联负反馈电流串联负反馈T3 电流串联负反馈电流串联负反馈T2和和T3级间电流串联正反馈级间电流串联正反馈(3)一、一、深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈条件下的近似计算RfT1T2Rc1Rc2RsRc3T3R1R2RL28VVI=02.5V7VT1T2mAT3T4T501.5k5020027k27k4.7k47012k16k0.4010mA电压电流变换器电路2.各种反馈阻态的近似计算各种反馈阻态的近似计算一、一、深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈条件下的近似计算小结：小结：（1）引入深度电压负反馈后：Avvf与管子的参数无关，与RL无关。引入深度电流负反馈后：Avvf与管子的参数无关，与RL有关。7.4 负反馈放大电路的稳定问题负反馈放大电路的稳定问题一、一、自激及稳定工作条件自激及稳定工作条件1.自激振荡现象自激振荡现象 在在不不加加任任何何输输入入信信号号的的情情况况下下，放放大大电电路路仍仍会会产产生生一一定定频频率率的的信信号号输输出。出。2.产生原因产生原因 在在高高频频区区或或低低频频区区产产生生的的附附加加相相移移达达到到180，使使中中频频区区的的负负反反馈馈在在高高频频区区或或低低频频区区变变成成了了正正反反馈馈，当当满满足足了了一定的幅值条件时，便产生自激振荡。一定的幅值条件时，便产生自激振荡。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即即又又得自激振荡条件得自激振荡条件幅值条件幅值条件相位条件相位条件（附加相移）（附加相移）注：输入端求和的相位（注：输入端求和的相位（注：输入端求和的相位（注：输入端求和的相位（-1-1）不包含在内）不包含在内）不包含在内）不包含在内闭环增益闭环增益3.自激振荡条件自激振荡条件得自激振荡条件得自激振荡条件说明：（1）一级或两级负反馈放大电路是稳定的，三级或三级以上的负反馈电路，在深度负反馈的条件下，由可能产生自激振荡。（2）为使负反馈放大器能够稳定地工作，必须设法破坏自激振荡的条件 在 时在 时使使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或或或写为或写为其中其中 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 保保证证可可靠靠稳稳定定，留有余地。留有余地。1800m相位裕度Gm增益裕度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，则则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分析利用波特图分析 作出作出的幅频响应和相频响应波特图的幅频响应和相频响应波特图水平线水平线的交点为的交点为即该点满足即该点满足(2)作作水平线水平线判断稳定性方法判断稳定性方法(1)作出作出的幅频响应和相频响应波特图的幅频响应和相频响应波特图在水平线在水平线的交点作垂线交相频响应曲线的一点的交点作垂线交相频响应曲线的一点(3)判断是否满足相位裕度判断是否满足相位裕度 m 45 若该点若该点满足相位裕度，稳定；否则不稳定。满足相位裕度，稳定；否则不稳定。在相频响应的在相频响应的点处作垂线交点处作垂线交 于于P点点若若P点在点在 水平线之下，稳定；否则不稳定。水平线之下，稳定；否则不稳定。或或基本放大电基本放大电基本放大基本放大 反反馈馈深深度度越越深深，越容易自激。越容易自激。越大，水平线越大，水平线下移，越下移，越容易自激容易自激越大，表明越大，表明反馈深度越深反馈深度越深P点交在点交在 的的-20dB/十倍频程处，放大电路是稳定的。十倍频程处，放大电路是稳定的。常用的消振方法常用的消振方法-相位补偿技术相位补偿技术在放大器中引入负反馈是为了改善放大器的性能。反馈越深，放大器的性能越好，同时也越易自激；减弱反馈深度，有利于放大器的稳定。可见改善放大器的性能和提高放大器的稳定性二者存在着矛盾。为此，要寻求一种方法，使放大器既有足够的反馈深度，又不产生自激振荡，这就需要采用相位补偿技术。相位补偿技术的基本思想是,设法拉开开环增益函数第一个极点频率和第二个极点频率之间的频率间隔,也就是加长开环增益函数幅频特性波特图以-20 dB/10倍频程速率下降的那一段的宽度。补偿的基本原理(a)补偿前开环增益;(b)加补偿电容C;(c)C足够大,成为全补偿电容滞后补偿电容滞后补偿 这种补偿方法是在放大器时常数最大的那一级里并接补偿电容C，以高频增益下降更多来换取稳定工作之目的。零极点相消RC滞后补偿密勒电容补偿 导前补偿电路谢谢！谢谢！8081