负反馈放大电路课件

Chapter 4 负反馈放大电路负反馈放大电路主要内容主要内容 反馈的基本概念与分类反馈的基本概念与分类 负反馈对放大电路的影响负反馈对放大电路的影响 深度负反馈放大电路的增益计算深度负反馈放大电路的增益计算 负反馈放大电路的稳定性分析负反馈放大电路的稳定性分析24.1 反馈的基本概念与分类反馈的基本概念与分类 反馈的基本概念反馈的基本概念 反馈的分类与判断反馈的分类与判断34.1.1 反馈的基本概念反馈的基本概念1 1、反馈的定义、反馈的定义 将放大电路输出信号（电压或电流）的一部分或将放大电路输出信号（电压或电流）的一部分或全部通过全部通过反馈网络反馈网络回送到输入端，并参与对放大的回送到输入端，并参与对放大的控制过程，称为反馈。控制过程，称为反馈。基本放大电路基本放大电路A反馈网络反馈网络F+放大电路引入反馈后，组成反馈放大电路。放大电路引入反馈后，组成反馈放大电路。4基本放大电路基本放大电路A反馈网络反馈网络F+输出信号输出信号反馈环反馈环：信号流向：信号流向反馈系数反馈系数输入信号输入信号反馈信号反馈信号比较比较环节环节净输入信号。经反馈量净输入信号。经反馈量影响基本放大电路输入影响基本放大电路输入其中：其中：反馈放大电路的闭环增益：反馈放大电路的闭环增益：52 2、反馈的分类、反馈的分类 正反馈与负反馈正反馈与负反馈 直流反馈与交流反馈直流反馈与交流反馈 电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈1串联反馈与并联反馈串联反馈与并联反馈1本级反馈与级间反馈本级反馈与级间反馈6反馈环节的判断反馈环节的判断反馈环节的判断反馈环节的判断 输出与输入之间跨接的电路输出与输入之间跨接的电路 输出回路与输入回路的共有电路输出回路与输入回路的共有电路7在输入端，输入信号与反馈信号以在输入端，输入信号与反馈信号以电压电压形式相比较形式相比较为为串联反馈串联反馈。（1 1）串联反馈与并联反馈）串联反馈与并联反馈）串联反馈与并联反馈）串联反馈与并联反馈a a）串联反馈）串联反馈）串联反馈）串联反馈b b）并联反馈）并联反馈）并联反馈）并联反馈在输入端，输入信号与反馈信号以在输入端，输入信号与反馈信号以电流电流形式相比形式相比较为较为并联反馈并联反馈。8串联反馈与并联反馈串联反馈与并联反馈由反馈网络在放大电路输入端的连接方式判定由反馈网络在放大电路输入端的连接方式判定串联串联串联：串联：输入以电压形式求和输入以电压形式求和:-vi i+vidid+vf f=0 即即 vidid=vi i-vf f并联：并联：输入以电流形式求和输入以电流形式求和：ii i-iidid-if f=0 即即 iidid=ii i-if f并联并联9串联反馈和并联反馈的判断方法串联反馈和并联反馈的判断方法 反馈信号与输入信号加在放大电路反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的同输入回路的同一个电极一个电极，则为并联反馈；反之，加在放大电路输入回，则为并联反馈；反之，加在放大电路输入回路的路的两个电极两个电极，则为串联反馈。，则为串联反馈。此时反馈信号与输入信此时反馈信号与输入信号是电流相加减的关系。号是电流相加减的关系。此时反馈信号与输入信号此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。是电压相加减的关系。对于运算放大器来说，反馈信号与输入信号对于运算放大器来说，反馈信号与输入信号同时加同时加在同相输入端或反相输入端在同相输入端或反相输入端，则为并联反馈；，则为并联反馈；一个加在同一个加在同相输入端一个加在反相输入端相输入端一个加在反相输入端，则为串联反馈。，则为串联反馈。对于三极管来说，反馈信号与输入信号对于三极管来说，反馈信号与输入信号同时加在同时加在输入三极管的基极或发射极输入三极管的基极或发射极，则为并联反馈；，则为并联反馈；一个加一个加在基极一个加在发射极在基极一个加在发射极则为串联反馈。则为串联反馈。10判断电路中的级间交流反馈是串联反馈还是并联反馈判断电路中的级间交流反馈是串联反馈还是并联反馈串联反馈与并联反馈串联反馈与并联反馈并联反馈并联反馈级间反馈通路级间反馈通路xf(if)11判断电路中的级间交流反馈是串联反馈还是并联反馈判断电路中的级间交流反馈是串联反馈还是并联反馈串联反馈与并联反馈串联反馈与并联反馈串联反馈串联反馈级间反馈通路级间反馈通路xf(vf)12（2 2）正反馈与负反馈）正反馈与负反馈）正反馈与负反馈）正反馈与负反馈a）正反馈正反馈正反馈正反馈引入反馈后，使净输入信号引入反馈后，使净输入信号加强加强的反馈为正反馈。即的反馈为正反馈。即基本放大基本放大A反馈网络反馈网络F+正反馈会使放大电路工作不稳定，容易产生正反馈会使放大电路工作不稳定，容易产生自激振荡自激振荡，即在无信号输入时，也会产生无关的信号输出。即在无信号输入时，也会产生无关的信号输出。b）负反馈负反馈负反馈负反馈引入反馈后，使净输入信号引入反馈后，使净输入信号削弱削弱的反馈为负反馈。即的反馈为负反馈。即负反馈可在多方面改善放大电路的性能，但会使电路负反馈可在多方面改善放大电路的性能，但会使电路的的增益下降增益下降。13正反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变大了。正反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变大了。负反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变小了。负反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变小了。从从输出端输出端看看从从输入端输入端看看正反馈：引入反馈后，使正反馈：引入反馈后，使净输入量净输入量变变大了。大了。负反馈：引入反馈后，使负反馈：引入反馈后，使净输入量净输入量变变小了。小了。净输入量可以是电压，也可以是电流。净输入量可以是电压，也可以是电流。14正、负反馈的判别方法正、负反馈的判别方法瞬时极性法瞬时极性法（1）首先假设输入信号）首先假设输入信号Xi 为为“”，然后按照，然后按照基本放大器的性质，根据基本放大器的性质，根据信号传输的方向逐级信号传输的方向逐级向后推断，确定向后推断，确定输出信号输出信号Xo的极性的极性；（2）根据输出信号）根据输出信号Xo的极性和反馈网络的性质的极性和反馈网络的性质确定反馈信号确定反馈信号Xf的极性；的极性；（3）根据反馈信号与输入信号的连接方式，计）根据反馈信号与输入信号的连接方式，计算净输入信号算净输入信号Xd：并联反馈连接方式（电流比较）：并联反馈连接方式（电流比较）：Xd=Xi+Xf 串联反馈连接方式（电压比较）：串联反馈连接方式（电压比较）：Xd=Xi Xf（4）根据定义作出结论。）根据定义作出结论。15负反馈负反馈负反馈负反馈正反馈正反馈正反馈正反馈增增增增大大大大+-u uidid+-A AR R2 2R R1 1R R3 3u ui iu uo ou uF F+-u uidid+-A AR R2 2R R1 1R R4 4R R3 3u uo ou ui iu uF F+-反馈电压增强了输入反馈电压增强了输入反馈电压增强了输入反馈电压增强了输入信号的作用信号的作用信号的作用信号的作用反馈电压削弱了输反馈电压削弱了输反馈电压削弱了输反馈电压削弱了输入信号的作用入信号的作用入信号的作用入信号的作用减减减减小小小小-+16（3 3）电压反馈与电流反馈）电压反馈与电流反馈）电压反馈与电流反馈）电压反馈与电流反馈a a）电压反馈）电压反馈）电压反馈）电压反馈b b）电流反馈）电流反馈）电流反馈）电流反馈在输出端，反馈信号的取样对象为输出电压时，称在输出端，反馈信号的取样对象为输出电压时，称为为电压反馈电压反馈。在输出端，反馈信号的取样对象为输出电流时，称在输出端，反馈信号的取样对象为输出电流时，称为为电流反馈电流反馈。17电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈 电压反馈与电流反馈由反馈网络在放大电路输出电压反馈与电流反馈由反馈网络在放大电路输出端的取样对象决定：端的取样对象决定：电压反馈：反馈信号电压反馈：反馈信号xf和和输出电压输出电压成比例，即成比例，即xf=Fvo电流反馈：反馈信号电流反馈：反馈信号xf与与输出电流输出电流成比例，即成比例，即xf=Fio 并联结构并联结构串联结构串联结构18电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈电压负反馈电压负反馈RL vo xf xid vo 电压负反馈电压负反馈稳定输出电压稳定输出电压xf=Fvo，xid=xixf19电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈电流负反馈电流负反馈RL io xf xid io 电流负反馈电流负反馈稳定输出电流稳定输出电流xf=Fio，xid=xixf20电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈判断方法：负载短路法判断方法：负载短路法 将将负载负载短路，反馈量仍然存在短路，反馈量仍然存在电流反馈。电流反馈。将将负负载载短短路路（未未接接负负载载时时输输出出对对地地短短路路），反反馈馈量量为为零零电压反馈。电压反馈。电压反馈电压反馈电流反馈电流反馈反馈通路反馈通路反馈通路反馈通路简简易易判判别别：若若反反馈馈信信号号取取自自负负载载上上端端则则为为电电压压反反馈馈，不不取取自负载上端则为电流反馈。自负载上端则为电流反馈。21电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈电压反馈电压反馈反馈通路反馈通路22（4 4）直流反馈与交流反馈）直流反馈与交流反馈）直流反馈与交流反馈）直流反馈与交流反馈a a）直流反馈：）直流反馈：）直流反馈：）直流反馈：反馈信号中只包含反馈信号中只包含反馈信号中只包含反馈信号中只包含直流成分直流成分直流成分直流成分。影响电路直流性能，主要用于稳定静态工作点。影响电路直流性能，主要用于稳定静态工作点。b b）交流反馈：）交流反馈：）交流反馈：）交流反馈：反馈信号中只包含反馈信号中只包含反馈信号中只包含反馈信号中只包含交流成分交流成分交流成分交流成分。影响电路动态性能，主要用于改善放大电路的动态性能，影响电路动态性能，主要用于改善放大电路的动态性能，如提高如提高A的稳定性、增加的稳定性、增加ri，降低，降低ro，增大，增大BW，改善输出波形、，改善输出波形、抑制干扰等。抑制干扰等。判断方法判断方法判断方法判断方法：电容观察法电容观察法。反馈通路如果存在。反馈通路如果存在隔直电容隔直电容，就是，就是交流反馈；反馈通路存在交流反馈；反馈通路存在旁路电容旁路电容，则是直流反馈；如果不，则是直流反馈；如果不存在电容，就是交、直流反馈。存在电容，就是交、直流反馈。在直接耦合放大电路中，既可传输交流信号，也可在直接耦合放大电路中，既可传输交流信号，也可传输直流信号，此时引入的反馈传输直流信号，此时引入的反馈为交、直流反馈为交、直流反馈。23基本放大基本放大A反馈网络反馈网络F+3 3、反馈放大电路增益的一般表达式、反馈放大电路增益的一般表达式由方框图可得：由方框图可得：（1）闭环增益的一般表达式）闭环增益的一般表达式24（2）闭环增益一般表达式的分析）闭环增益一般表达式的分析a）反馈深度）反馈深度开环增益开环增益与闭环增益与闭环增益之比，反映了反馈对之比，反映了反馈对放大电路的影响。放大电路的影响。若若，则，则，即引入反馈后增益，即引入反馈后增益下降，这种反馈为下降，这种反馈为负反馈负反馈。若若，则，则，即引入反馈后增益，即引入反馈后增益增加，这种反馈为增加，这种反馈为正反馈正反馈。若若，则，则，说明放大电路没有，说明放大电路没有输入信号时也有输出，此时电路处于输入信号时也有输出，此时电路处于自激振荡状态自激振荡状态。25b）环路增益）环路增益c）深度负反馈时增益的近似表达式）深度负反馈时增益的近似表达式净输入量经基本放大电路净输入量经基本放大电路和反馈网络循环一周所具和反馈网络循环一周所具有的增益称有的增益称环路增益环路增益。也是描述反馈放大电路性能的重要指标。也是描述反馈放大电路性能的重要指标。当当时，相应的负反馈称时，相应的负反馈称深度负反馈负反馈，则，则264.1.2 负反馈放大电路的四种组态负反馈放大电路的四种组态 在在输出回路输出回路中，按中，按Xf的来源不同，有电压反馈和的来源不同，有电压反馈和电流反馈；在电流反馈；在输入回路输入回路中，按中，按Xf的接入方式不同，的接入方式不同，又分串联反馈和并联反馈。它们的不同组合，使负又分串联反馈和并联反馈。它们的不同组合，使负反馈放大电路有以下四种组态：反馈放大电路有以下四种组态：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271、电压串联负反馈、电压串联负反馈3）用瞬时极性法判断正负反馈。）用瞬时极性法判断正负反馈。负负反馈反馈1）由输出端判断电压或电流）由输出端判断电压或电流反馈。反馈。当当时，时，故为故为电压电压反馈反馈2）由输入端判断串联或并联反馈。）由输入端判断串联或并联反馈。电压比较，故为电压比较，故为串联串联反馈反馈又：该电路为直接耦合，即为交直流反馈。又：该电路为直接耦合，即为交直流反馈。电压串联交直流负反馈电压串联交直流负反馈电压串联交直流负反馈电压串联交直流负反馈283）用瞬时极性法判断正负反馈。）用瞬时极性法判断正负反馈。负反馈负反馈1）由输出端判断电压或电流反馈。）由输出端判断电压或电流反馈。电压反馈电压反馈2）由输入端判断串联或并联反馈。）由输入端判断串联或并联反馈。串联反馈串联反馈4）由反馈信号判断直流或或交流反馈。）由反馈信号判断直流或或交流反馈。交流反馈交流反馈电压串联交流负反馈电压串联交流负反馈电压串联交流负反馈电压串联交流负反馈292、电流串联负反馈、电流串联负反馈3）判断反馈极性。）判断反馈极性。负反馈负反馈1）判断电压或电流反馈。）判断电压或电流反馈。电流反馈电流反馈2）判断串联或并联反馈。）判断串联或并联反馈。串联反馈串联反馈4）判断直流或或交流反馈。）判断直流或或交流反馈。交直流反馈交直流反馈电流串联交直流负反馈电流串联交直流负反馈电流串联交直流负反馈电流串联交直流负反馈303）判断反馈极性）判断反馈极性负反馈负反馈1）判断电压或电流反馈）判断电压或电流反馈电流反馈电流反馈2）判断串联或并联反馈）判断串联或并联反馈串联反馈串联反馈4）判断直流或或交流反馈）判断直流或或交流反馈交直流反馈交直流反馈电流串联交直流负反馈电流串联交直流负反馈电流串联交直流负反馈电流串联交直流负反馈313、电压并联负反馈、电压并联负反馈3）判断反馈极性。）判断反馈极性。负反馈负反馈1）判断电压或电流反馈。）判断电压或电流反馈。电压反馈电压反馈2）判断串联或并联反馈。）判断串联或并联反馈。并联反馈并联反馈4）判断直流或或交流反馈。）判断直流或或交流反馈。交直流反馈交直流反馈电压并联交直流负反馈电压并联交直流负反馈电压并联交直流负反馈电压并联交直流负反馈电流比较电流比较电压反馈能稳定输出电压。电压反馈能稳定输出电压。uo if ii uo 323）判断反馈极性。）判断反馈极性。负反馈负反馈1）判断电压或电流反馈。）判断电压或电流反馈。电压反馈电压反馈2）判断串联或并联反馈。）判断串联或并联反馈。并联反馈并联反馈4）判断直流或或交流反馈。）判断直流或或交流反馈。交直流反馈交直流反馈电压并联交直流负反馈电压并联交直流负反馈电压并联交直流负反馈电压并联交直流负反馈334、电流并联负反馈、电流并联负反馈3）判断反馈极性。）判断反馈极性。负反馈负反馈1）判断电压或电流反馈。）判断电压或电流反馈。电流反馈电流反馈2）判断串联或并联反馈。）判断串联或并联反馈。并联反馈并联反馈4）判断直流或交流反馈。）判断直流或交流反馈。交直流反馈交直流反馈电流并联交直流负反馈电流并联交直流负反馈电流并联交直流负反馈电流并联交直流负反馈电流反馈能稳定输出电流。电流反馈能稳定输出电流。io if ii io uR3343）判断反馈极性。）判断反馈极性。负反馈负反馈1）判断电压或）判断电压或电流反馈。电流反馈。电流反馈电流反馈2）判断串联或）判断串联或并联反馈。并联反馈。并联反馈并联反馈4）判断直流或或交流反馈。）判断直流或或交流反馈。交直流反馈交直流反馈电流并联交直流负反馈电流并联交直流负反馈电流并联交直流负反馈电流并联交直流负反馈35负反馈放大电路中各种信号量的含义负反馈放大电路中各种信号量的含义36电压负反馈：电压负反馈：稳定输出电压，具有恒压特性稳定输出电压，具有恒压特性串联反馈：串联反馈：输入端电压求和（输入端电压求和（KVLKVL）电流负反馈：电流负反馈：稳定输出电流，具有恒流特性稳定输出电流，具有恒流特性并联反馈：并联反馈：输入端电流求和（输入端电流求和（KCLKCL）负反馈类型小结：负反馈类型小结：37串联负反馈串联负反馈信号源对反馈效果的影响信号源对反馈效果的影响Uid=Ui-Uf 则则Us最最好好为为恒恒压压源源，即即信号源信号源内阻内阻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Uf变变化化能能有有效效引引起起Uid的变化。的变化。38信号源对反馈效果的影响信号源对反馈效果的影响并联负反馈并联负反馈Iid=Ii-If 则则Is最最好好为为恒恒流流源源，即即信号源信号源内阻内阻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。394.2 负反馈对放大电路的影响负反馈对放大电路的影响负反馈对负反馈对增益增益的影响的影响负反馈对负反馈对非线性失真非线性失真的影响的影响负反馈对负反馈对通频带通频带的影响的影响负反馈对负反馈对输入电阻输入电阻的影响的影响负反馈对负反馈对输出电阻输出电阻的影响的影响负反馈对负反馈对噪声、干扰和温漂噪声、干扰和温漂的影响的影响引入负反馈后，虽然放大倍数降低了，但对电路的引入负反馈后，虽然放大倍数降低了，但对电路的性能有多方面的改善，改善的程度都与反馈深度性能有多方面的改善，改善的程度都与反馈深度有关。有关。404.2.1 负反馈对增益的影响负反馈对增益的影响环境温度、电源电压的变化、电路元器件参数和环境温度、电源电压的变化、电路元器件参数和特性的变化都会使放大电路的增益发生变化。特性的变化都会使放大电路的增益发生变化。1、深度负反馈情况、深度负反馈情况 负反馈负反馈负反馈负反馈放大电路的增益与开环放大电路的性能无关。放大电路的增益与开环放大电路的性能无关。反馈网络一般由性能稳定的无源线性元件组成。反馈网络一般由性能稳定的无源线性元件组成。2、一般情况、一般情况负反馈对放大电路增益稳定性改善的程度，通常用负反馈对放大电路增益稳定性改善的程度，通常用增益的增益的相对变化率相对变化率来衡量。来衡量。41在不考虑相位关系情况下在不考虑相位关系情况下有反馈时增益的稳定性比无反馈时提高到有反馈时增益的稳定性比无反馈时提高到(1+AF)倍。倍。另另一一方方面面,在在深深度度负负反反馈馈条条件件下下 即即闭闭环环增增益益只只取取决决于于反反馈馈网网络络。当当反反馈馈网网络络由由稳稳定定的线性元件组成时，闭环增益将有很高的稳定性。的线性元件组成时，闭环增益将有很高的稳定性。负反馈的组态不同，稳定的增益不同（负反馈的组态不同，稳定的增益不同（Auf、Arf、Agf、Aif）42例例某负反馈放大器，其某负反馈放大器，其A A=10=104 4,反馈系数反馈系数F F0.010.01。由于外部条件变化使由于外部条件变化使A A变化了变化了10%10%，求，求A Af f的相对变化量。的相对变化量。解：解：434.2.2 负反馈对非线性失真的影响负反馈对非线性失真的影响 失真的反馈信号，使净输入失真的反馈信号，使净输入产生相反的失真，从而弥补了产生相反的失真，从而弥补了放大电路本身的非线性失真放大电路本身的非线性失真。负反馈可以改善放大电路负反馈可以改善放大电路的非线性失真，但是只能改善的非线性失真，但是只能改善反馈环内反馈环内产生的非线性失真。产生的非线性失真。非线性失真使输出波形中的谐波分量增加，引入负非线性失真使输出波形中的谐波分量增加，引入负反馈后，在保持输出信号基波成分不变的情况下（需反馈后，在保持输出信号基波成分不变的情况下（需增大输入信号），降低了谐波成分，从而减小了非线增大输入信号），降低了谐波成分，从而减小了非线性失真。性失真。在非线性失真不太严重时，输出波形中的非线性失在非线性失真不太严重时，输出波形中的非线性失真系数近似减小为原来的真系数近似减小为原来的1/（1+AF）。）。44 闭环时增益减小，线性度变好。闭环时增益减小，线性度变好。只能减少只能减少环内放大电路环内放大电路产生的失真，如果输入波形本身就产生的失真，如果输入波形本身就是失真的，即使引入负反馈，也无济于事。是失真的，即使引入负反馈，也无济于事。1开环特性开环特性2闭环特性闭环特性 454.2.3 负反馈对通频带的影响负反馈对通频带的影响无反馈时无反馈时中频增益中频增益引入负反馈后引入负反馈后闭环中频增益闭环中频增益设设纯阻性纯阻性46比开环时增加了比开环时增加了同理可得同理可得闭环上限频率闭环上限频率比开环时减小了比开环时减小了闭环下限频率闭环下限频率引入负反馈后，放大电路的通频带展宽了引入负反馈后，放大电路的通频带展宽了4748增益一带宽积增益一带宽积放大电路的增益放大电路的增益-带宽积为常数带宽积为常数 闭环增益闭环增益-带宽积带宽积开环增益开环增益-带宽积带宽积49无反馈时无反馈时引入负反馈后引入负反馈后 引入负反馈后通频带展宽为（引入负反馈后通频带展宽为（1+AmF）倍，但中）倍，但中频增益下降为无反馈时的频增益下降为无反馈时的1/（1+AmF）。故增益带宽）。故增益带宽积基本不变。积基本不变。可见，负反馈的反馈可见，负反馈的反馈深度愈深，通频带展深度愈深，通频带展得就愈宽，中频增益得就愈宽，中频增益下降愈多。下降愈多。比较与总结：比较与总结：50 串联负反馈串联负反馈开环输入电阻开环输入电阻 Ri=vid/ii因为因为 vf=Fxo ;xo=Avid闭环输入电阻闭环输入电阻 Rif=vi/ii所以所以 vi=vid+vf=(1+AF)vid闭环输入电阻闭环输入电阻 Rif=vi/ii引入串联负反馈后，输入电阻增加了。引入串联负反馈后，输入电阻增加了。4.2.4 负反馈对输入电阻的影响负反馈对输入电阻的影响与与串联或并联串联或并联反馈方式有关，反馈方式有关，而与电压或电流反馈无关。而与电压或电流反馈无关。51 并联负反馈并联负反馈闭环输入电阻闭环输入电阻 引入并联负反馈后，引入并联负反馈后，输入电阻减小了。输入电阻减小了。52 电压负反馈电压负反馈4.2.5 负反馈对输出电阻的影响负反馈对输出电阻的影响 与与反反馈馈网网络络和和放放大大电电路路输输出出端端的的取取样样方方式式有有关关，而而与与输输入入端端的的连连接接方式无关。方式无关。53闭环输出电阻闭环输出电阻 电压负反馈电压负反馈而而 Xid=-Xf=-FvT 忽略反馈网络对忽略反馈网络对iT的分流的分流所以所以 引入电压负反馈后，输引入电压负反馈后，输出电阻减小了。出电阻减小了。54 电流负反馈电流负反馈闭环输出电阻闭环输出电阻 引入电流负反馈后，输引入电流负反馈后，输出电阻增大了。出电阻增大了。55串联负反馈串联负反馈 并联负反馈并联负反馈 电压负反馈电压负反馈 电流负反馈电流负反馈 增大输入电阻增大输入电阻减小输入电阻减小输入电阻减小输出电阻，稳定输出电压减小输出电阻，稳定输出电压增大输出电阻，稳定输出电流增大输出电阻，稳定输出电流对输入电阻和输出电阻的影响小结对输入电阻和输出电阻的影响小结4.2.6 负反馈对噪声、干扰和温漂的影响负反馈对噪声、干扰和温漂的影响 原理同负反馈对放大电路非线性失真的改善。原理同负反馈对放大电路非线性失真的改善。负反馈只对负反馈只对反馈环内反馈环内的噪声、干扰和温漂有抑制的噪声、干扰和温漂有抑制作用。作用。56例例设设Aud=105，R1=2k，R2=18k1）试估算反馈系数）试估算反馈系数F、反馈深、反馈深度（度（1+AudF）；）；2）估算闭环增益）估算闭环增益Auf；3）若集成运放的开环增益）若集成运放的开环增益Aud的相对变化量为的相对变化量为10%10%，求闭环增益，求闭环增益Auf的的相对变化量；相对变化量；解：解：1）反馈系数为：）反馈系数为：反馈深度为：反馈深度为：1+AudFu=1+105 0.11044）若运放的）若运放的fH=7Hz，fL=0，求闭环时的通频带。，求闭环时的通频带。572）估算闭环增益）估算闭环增益Auf3）若开环增益）若开环增益Aud的相对变化量为的相对变化量为10%10%，则闭，则闭环增益环增益Auf的的相对变化量为：相对变化量为：说明引入反馈深度为说明引入反馈深度为104的负反馈后，增益稳定的负反馈后，增益稳定性提高了。性提高了。4）若运放的）若运放的fH=7Hz，fL=0，闭环时的通频带为：，闭环时的通频带为：BWf=fHf=（1+AudFu）fH=104 7=70 kHZAud=1051+AudFu 104584、反馈信号与输入信号的求和方式不同，对放大电、反馈信号与输入信号的求和方式不同，对放大电路的路的输入电阻输入电阻产生的影响不同。串联负反馈使输入电产生的影响不同。串联负反馈使输入电阻增大；并联负反馈使输入电阻减小。阻增大；并联负反馈使输入电阻减小。1、负反馈使电路增益下降，但、负反馈使电路增益下降，但提高了增益的稳定性提高了增益的稳定性。2、负反馈在牺牲增益的前提下，、负反馈在牺牲增益的前提下，展宽了通频带展宽了通频带，但，但闭环的增益带宽积闭环的增益带宽积AmfBWf与开环的与开环的增益带宽积增益带宽积AmBW近似相等。近似相等。3、负反馈能、负反馈能改善环内的非线性失真改善环内的非线性失真，但对信号的失，但对信号的失真无能为力。真无能为力。小小 结：结：595、反馈信号在输出端采样方式不同，对放大电路、反馈信号在输出端采样方式不同，对放大电路的的输出电阻输出电阻产生的影响不同。电压负反馈使输出产生的影响不同。电压负反馈使输出电阻减小；电流负反馈使输出电阻增大。电阻减小；电流负反馈使输出电阻增大。6、电压负反馈可稳定输出电压；电流负反馈可稳、电压负反馈可稳定输出电压；电流负反馈可稳定输出电流。定输出电流。7、负反馈对放大电路的影响均与反馈深度、负反馈对放大电路的影响均与反馈深度（1+AF）有关。负反馈越深，改善的效果越显著，）有关。负反馈越深，改善的效果越显著，但放大倍数下降越多。但放大倍数下降越多。60如果需要实现下列要求，在放大电路中应引入哪如果需要实现下列要求，在放大电路中应引入哪种类型的负反馈？种类型的负反馈？1、要求输出电压、要求输出电压UO基本稳定，并能提高输入基本稳定，并能提高输入电阻；电阻；2、要求稳定输出电流、要求稳定输出电流IO，并能减小输入电阻。，并能减小输入电阻。61由于由于则则又因为又因为代入上式代入上式得得（也常写为（也常写为 xf f xi i）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”的概念的概念输入量近似等于反馈量输入量近似等于反馈量（xidid 0）4.3 深度负反馈放大电路的增益计算深度负反馈放大电路的增益计算1.深度负反馈的特点深度负反馈的特点 对对于于负负反反馈馈放放大大电电路路，存存在在几几种种常常用用的的分分析析方方法法，如如等等效效电电路分析法路分析法、方框图法方框图法、深度负反馈估算法深度负反馈估算法等等。等等。62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 xidid=xi i-xf f 0 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vidid=vi i-vf f 0iidid=ii i-if f 0vidid=iidid ri i 063增益计算原则：增益计算原则：计算计算F时应采用分离原则，分离开输入对其的影响：时应采用分离原则，分离开输入对其的影响：串联反馈串联反馈：将反馈网络的：将反馈网络的反馈点开路。反馈点开路。并联反馈并联反馈：将反馈网络的：将反馈网络的反馈点对地短路。反馈点对地短路。特特殊殊：若若反反馈馈网网络络的的反反馈馈点点与与输输出出取取样样点点重重合合，则不进行上述处理。则不进行上述处理。641.电压串联负反馈的计算电压串联负反馈的计算串联反馈时：串联反馈时：65计算反馈电压时只考虑计算反馈电压时只考虑输出输出对它的影响对它的影响662.电流并联负反馈的计算电流并联负反馈的计算虚短虚短（虚地）（虚地）并联反馈时：并联反馈时：67并联负反馈的并联负反馈的输入电阻小输入电阻小683.电压并联负反馈的计算电压并联负反馈的计算虚短虚短（虚地）（虚地）并联反馈时：并联反馈时：694.电流串联负反馈的计算电流串联负反馈的计算串联负反馈时：串联负反馈时：70例例2试分别按下列要求将信号源试分别按下列要求将信号源us、电阻、电阻Rf正确接正确接入该电路。入该电路。711）引入电压串联负反馈）引入电压串联负反馈72例例31）当）当ui=0时，时，UC1=UC2=？（设（设UBE=0.7V）2）要引入电压串）要引入电压串联负反馈，联负反馈，Rf应如应如何连接？运放输入何连接？运放输入端的正负极性如何端的正负极性如何标志？标志？3）引入电压串联负反馈后，求闭环电压增益）引入电压串联负反馈后，求闭环电压增益Auf。4）要引入电压并联负反馈，）要引入电压并联负反馈，Rf应如何连接？运放应如何连接？运放输入端的正负极性如何标志？输入端的正负极性如何标志？Auf=？731）当）当ui=0时，时，UC1=UC2=？（设（设UBE=0.7V）解：解：742）要引入电压串联负反馈，）要引入电压串联负反馈，Rf应如何连接？运应如何连接？运放输入端的正负极性如何标志？放输入端的正负极性如何标志？+753）引入电压串联负反馈后，求闭环电压增益）引入电压串联负反馈后，求闭环电压增益Auf。串联反馈时：串联反馈时：764）要引入电压并联负反馈，）要引入电压并联负反馈，Rf应如何连接？运放应如何连接？运放输入端的正负极性如何标志？输入端的正负极性如何标志？Auf=？+77并联反馈时：并联反馈时：78 在中频范围内，放大电路的输入信号与反馈信在中频范围内，放大电路的输入信号与反馈信号一般是同相的，净输入信号的幅值小于输入信号一般是同相的，净输入信号的幅值小于输入信号的幅值，放大电路的输出信号就减小，正常地号的幅值，放大电路的输出信号就减小，正常地体现出体现出负反馈作用负反馈作用。4.4负反馈放大电路的稳定性分析负反馈放大电路的稳定性分析791.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信号输出。的信号输出。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180180，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。4.4.1 产生自激振荡的原因及条件产生自激振荡的原因及条件803.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）闭环增益闭环增益81起振及稳幅振荡的过程起振及稳幅振荡的过程设：设：设：设：U U U Uo o o o 是振荡电路输出电压的幅度，是振荡电路输出电压的幅度，是振荡电路输出电压的幅度，是振荡电路输出电压的幅度，B B B B 是要求达到的输出电压幅度。是要求达到的输出电压幅度。是要求达到的输出电压幅度。是要求达到的输出电压幅度。起振时起振时起振时起振时U U U Uo o o o 0 0 0 0，达到稳定振荡时达到稳定振荡时达到稳定振荡时达到稳定振荡时U U U Uo o o o =B B B B。82起振过程中起振过程中起振过程中起振过程中 U U U Uo o o o 1 1 1 1，稳定振荡时稳定振荡时稳定振荡时稳定振荡时 U U U Uo o o o =B B B B，要求要求要求要求 A A A Au u u uF F F F =1 1 1 1，从从从从 A A A Au u u uF F F F 1 1 1 1 到到到到 A A A Au u u uF F F F =1 1 1 1，就是自激振荡建就是自激振荡建就是自激振荡建就是自激振荡建 立的过程。立的过程。立的过程。立的过程。可使输出电压的幅度不断增大。可使输出电压的幅度不断增大。可使输出电压的幅度不断增大。可使输出电压的幅度不断增大。使输出电压的幅度得以稳定。使输出电压的幅度得以稳定。使输出电压的幅度得以稳定。使输出电压的幅度得以稳定。起始信号的产生：起始信号的产生：起始信号的产生：起始信号的产生：在电源接通时，会在电路中激起在电源接通时，会在电路中激起在电源接通时，会在电路中激起在电源接通时，会在电路中激起一个微小的扰动信号，它是个非正弦信号，含有一一个微小的扰动信号，它是个非正弦信号，含有一一个微小的扰动信号，它是个非正弦信号，含有一一个微小的扰动信号，它是个非正弦信号，含有一系列频率不同的正弦分量。系列频率不同的正弦分量。系列频率不同的正弦分量。系列频率不同的正弦分量。834.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 当反馈网络为纯电阻网络时，当反馈网络为纯电阻网络时，f=0。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 写成等式，且幅值用分贝数表示时写成等式，且幅值用分贝数表示时84负反馈放大电路的稳定裕度负反馈放大电路的稳定裕度 当环境温度、电路参数及电源电压等因素在一定当环境温度、电路参数及电源电压等因素在一定范围内变化时也能满足稳定条件，不产生自激振荡，范围内变化时也能满足稳定条件，不产生自激振荡，使负反馈放大电路能稳定可靠地工作，要求放大电使负反馈放大电路能稳定可靠地工作，要求放大电路要有一定的稳定裕度。路要有一定的稳定裕度。稳定裕度：放大电路远离自激的程度稳定裕度：放大电路远离自激的程度。增益裕度增益裕度（幅度裕度）（幅度裕度）相位裕度相位裕度85（1）增益裕度）增益裕度Gm AF=180 时，时，偏离偏离0dB的数值为增益裕度的数值为增益裕度Gm，即，即对于稳定电路，对于稳定电路，Gm0。Gm越大，电路越稳定。越大，电路越稳定。一般要求一般要求Gm10dB。（2）相位裕度）相位裕度 m时，时，|AF|偏离偏离180 的数值为相位裕度的数值为相位裕度 m，m越大，电路越稳定。越大，电路越稳定。一般要求一般要求 m45。即即86用波特图表示用波特图表示或或Gm 10dB 或或 m 45 4.稳定工作条件稳定工作条件875.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关键作出关键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88(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89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，越越容易自激。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90以一个三级放大电路为例以一个三级放大电路为例设反馈网络为电阻网络，基本放大电路的增益为：设反馈网络为电阻网络，基本放大电路的增益为：其中其中f 的单位是的单位是MHz。91-20dB/dec-40dB/dec-60dB/dec当当f=2.5MHz时，时，附加相移附加相移180，增益为增益为68.5dB。68.5dB2661若若则满足则满足对对2.5MHz信号就会产信号就会产生自激振荡。生自激振荡。92本章内容的重点：本章内容的重点：1、掌握反馈的概念；、掌握反馈的概念；2、掌握反馈类型的正确判断；、掌握反馈类型的正确判断；4、理解负反馈对放大电路性能的影响；、理解负反馈对放大电路性能的影响；3、掌握负反馈放大电路的增益计算。、掌握负反馈放大电路的增益计算。93