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单击以编辑,母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,5.2,负反馈对放大器性能的影响,5.4,深度负反馈,*5.3,负反馈放大器的性能分析,5.1,反馈放大器的基本概念,第,5,章放大器中的负反馈,5.5,负反馈放大器的稳定性,5.1,反馈放大器的基本概念,5.1.1,反馈放大器的组成,将放大器输出信号的一部分或全部，通过反馈网络回送到电路输入端，并对输入信号进行调整，所形成的闭合回路即反馈放大器。,反馈放大器组成框图,基本放大器,A,反馈网络,k,f,x,o,x,i,x,i,x,f,净输入信号,输入信号,反馈信号,输出信号,第,5,章放大器中的负反馈,反馈放大器增益一般表达式,基本放大器,A,反馈网络,k,f,x,o,x,i,x,i,x,f,开环增益,反馈系数,闭环增益,反馈深度,环路增益,反馈深度,F,(,或环路增益,T,),是衡量反馈强弱的一项重要指标。其值直接影响电路性能。,第,5,章放大器中的负反馈,反馈极性,由于净输入信号,若,x,f,削弱,了,x,i,，,使,x,i,x,i,正反馈,说明,负反馈具有自动调整作用，可改善放大器性能。,例：某原因,正反馈使放大器工作不稳定，多用于振荡器中。,负反馈的自动调整作用是以牺牲增益为代价的。,第,5,章放大器中的负反馈,5.1.2,四种类型负反馈放大器,根据输出端连接方式,电压反馈,A,k,f,R,L,+,-,v,o,x,i,x,f,x,i,在输出端，凡反馈网络与基本放大器,并接,，反馈信号取自负载上输出电压的反馈称为电压反馈。,输出量,x,o,=,v,o,x,i,x,f,x,i,A,k,f,R,L,i,o,在输出端，凡反馈网络与基本放大器,串接,，反馈信号取自负载中输出电流的反馈称为电流反馈。,电流反馈,输出量,x,o,=,i,o,第,5,章放大器中的负反馈,根据输入端连接方式,串联反馈,在输入端，反馈网络与基本放大器,串接,，反馈信号以电压,v,f,的,形式出现，并在输入端进行电压比较，即,v,i,=,v,i,-,v,f,。,在输入端，反馈网络与基本放大器,并接,，反馈信号以电流,i,f,的形式出现，并在输入端进行电流比较，即,i,i,=,i,i,-,i,f,。,并联反馈,A,k,f,R,S,+,-,v,s,+,-,v,i,v,f,v,i,+,-,+,-,x,o,A,k,f,R,S,i,S,i,i,i,f,i,i,x,o,第,5,章放大器中的负反馈,四种类型负反馈放大器增益表达式,A,v,k,f,v,R,S,+,-,v,s,+,-,v,i,v,f,v,i,+,-,+,-,R,L,+,-,v,o,A,r,k,f,g,R,L,+,-,v,o,R,S,i,S,i,i,i,f,i,i,电压串联负反馈,开环,电压增益,电压反馈系数,闭环电压增益,电压并联负反馈,开环,互阻增益,互导反馈系数,闭环互阻增益,第,5,章放大器中的负反馈,A,g,k,f,r,R,L,i,o,R,S,+,-,v,s,+,-,v,i,v,f,v,i,+,-,+,-,R,S,i,S,i,i,i,f,i,i,A,i,k,f,i,R,L,i,o,电流串联负反馈,开环,互导增益,互阻反馈系数,闭环互导增益,电流并联负反馈,开环,电流增益,电流反馈系数,闭环互阻增益,注意：不同反馈类型对应不同输入、输出电量，因此不同类,型反馈电路的,A,、,k,f,、,A,f,含义不同,。,第,5,章放大器中的负反馈,A,k,f,x,o,x,i,x,f,x,i,5.1.2,反馈极性与类型的判别,判断是否为反馈电路,看电路输出与输入之间是否接有元件，若有则为反馈电路，该元件即为反馈元件。,例,1,R,f,为反馈元件,。,R,E,为反馈元件,。,第,5,章放大器中的负反馈,v,i,V,CC,R,C,R,f,v,o,v,i,V,CC,R,C,v,o,+,-,+,-,R,E,R,B1,R,B2,例,2,判断反馈类型,采用短路法,假设输出端交流短路，若反馈信号消失，则为电压反馈；反之为电流反馈。,判断电压与电流反馈,判断串联与并联反馈,假设输入端交流短路，若反馈作用消失，则为并联反馈；反之为串联反馈。,A,v,k,f,v,R,S,+,-,v,s,+,-,v,i,v,f,v,i,+,-,+,-,R,L,+,-,v,o,i,i,i,i,i,o,R,S,i,S,i,f,A,i,k,fi,R,L,第,5,章放大器中的负反馈,判断反馈极性,采用瞬时极性法,A,k,f,x,o,x,i,x,f,x,i,设,v,i,瞬时极性,为,用正负号表示电路中各点电压的瞬时极性，或用箭头表示各节点电流瞬时流向的方法称瞬时极性法。,比较,x,f,与,x,i,的,极性,(,x,i, =,x,i,-,x,f,),若,x,f,与,x,i,同相，使,x,i,减小的，为负反馈；,若,x,f,与,x,i,反相，使,x,i,增大的，为正反馈。,经,A,判,断,v,o,？,？,经,k,f,判断,x,f,？,？,第,5,章放大器中的负反馈,说明,用瞬时极性法比较,x,f,与,x,i,极性时：,若是并联反馈：,则需根据电压的瞬时极性，标出,相,关支路,的电流流向，然后用电流进行比较,(,i,i, =,i,i,-,i,f,)。,若是串联反馈：,则,直接,用电压进行比较,(,v,i, =,v,i,-,v,f,)。,按交、直流性质分：,直流反馈：,交流反馈：,反馈信号为直流量，用于稳定电路静态工作点。,反馈信号为交流量，用于改善放大器动态性能。,多级放大器中的反馈：,局部反馈：,越级反馈：,反馈由本级输出信号产生，可忽略。,输出信号跨越一个以上放大级向输入端传送的称为级间,(,或越级,),反馈。,第,5,章放大器中的负反馈,例,1,判断电路的反馈极性和反馈类型。,假设输出端交流短路，,R,f,引入的反馈消失,电压反馈。,假设输入端交流短路，,R,f,的,反馈作用消失,并联反馈。,分析：,则,v,c,为,-,假设,v,i,瞬时极性,为,+,+,-,形成的,i,f,方向如图示。,i,i,i,f,i,b,因净输入电流,i,b,=,i,i,-,i,f,i,i,负反馈。,结论：,R,f,引入电压并联负反馈。,第,5,章放大器中的负反馈,v,i,V,CC,R,C,R,f,v,o,+,-,+,-,例,2,判断图示电路的反馈极性和反馈类型。,假设输出端交流短路，,R,E,上的反馈依然存在,电流反馈。,假设输入端交流短路，,R,E,上的反馈没有消失,串联反馈。,分析：,假设,v,i,瞬时极性为,+,因净输入电压,v,be,=,v,i,-,v,f, 1,或,F, 1,称为深度负反馈条件。,串联反馈电路输入电阻：,并联反馈电路输入电阻：,电压反馈电路输出电阻：,电流反馈电路输出电阻：,增益：,或,第,5,章放大器中的负反馈,深度负反馈条件下,A,v,f,的,估算,根据反馈类型确定,k,f,含义，并计算,k,f,分析步骤：,若并联反馈：将输入端交流短路,若串联反馈：将输入端交流开路,则反馈系数,确定,A,fs,(=,x,o,/,x,s,),含义，并计算,A,fs,= 1,/,k,f,将,A,fs,转换成,A,v,fs,=,v,o,/,v,s,k,f,=,x,f,/,x,o,计算此时,x,o,产生的,x,f,第,5,章放大器中的负反馈,例,1,图示电路，试在深度负反馈条件下估算,A,v,fs,。,该电路为电压串联负反馈放大器。,解：,将输入端交流开路，即将,T,1,管射极断开：,则,因此,第,5,章放大器中的负反馈,v,s,R,C1,v,o,+,-,+,-,R,E1,R,L,R,C2,R,f,R,S,T,1,T,2,+,-,v,f,例,2,图示电路，试在深度负反馈条件下估算,A,v,fs,。,该电路为电流并联负反馈放大器。,解：,将输入端交流短路，即将,T,1,管基极交流接地：,则,因此,第,5,章放大器中的负反馈,i,s,R,C1,v,o,+,-,R,L,R,C2,R,f,R,S,T,1,T,2,i,f,R,E2,i,o,例,3,图示电路，试在深度负反馈条件下估算,A,v,fs,。,该电路为电压并联负反馈。,(,1,),解：,将,反相输入端交流接地：,则,因此,该电路为电压串联负反馈。,(,2,),解：,将,反相输入端交流开路：,则,因此,-,+,A,R,1,R,f,+,-,v,s,v,o,i,f,(,图,1,),-,+,A,R,1,R,f,+,-,v,s,v,o,-,+,v,f,(,图,2,),第,5,章放大器中的负反馈,5.5,负反馈放大器的稳定性,实际上，放大器在中频区施加负反馈时，有可能因,Ak,f,在高频区的附加相移使负反馈变为正反馈，引起电路自激。,5.5.1,判别稳定性的准则,反馈放大器频率特性：,若在某一频率上,T,(j,) =,-,1,放大器自激,自激振幅条件,自激相位条件,说明,自激时，即使,x,i,= 0，,但由于,x,i,=,x,f,，,因此反馈电路在无输入时，仍有信号输出。,第,5,章放大器中的负反馈,不自激条件,当,或,时，,或当,时，,或,注意：,只要设法破坏自激的振幅条件或相位条件，放大器就不会产生自激。,稳定裕量,要保证负反馈放大器稳定工作，还,需,使,它,远离自激状态，远离程度可用稳定裕量表示。,当,时，相位裕量,当,时，增益裕量,g,增益交界角频率；,相位交界角频率。,第,5,章放大器中的负反馈,相位裕量图解分析法,假设,放大器施加的是电阻性反馈，,k,f,为实数：,得,由,在,A,(,),或,T,(,),波特图上找,g,在,A,(,),波特图上，作,1/,k,f,(dB),的水平线，交点即,g,。,在,T,(,),波特图上，与水平轴,T,(,),= 0 dB,的交点，即,g,。,根据,g,在相频曲线上找,T,(,g,),判断相位裕量,若,放大器稳定工作,若,放大器工作不稳定,注：,1/,k,f,(dB),的水平线称增益线。,第,5,章放大器中的负反馈,例,1,已知,A,(j,),波特图，判断电路是否自激。,(1/,k,f,)dB,g,T,(,g,),(,1,),在,A,(,),波特图上作,1,/,k,f,(dB),的水平线。,分析：,(,2,),找出交点，即,g,。,(,3,),在,T,(,),波特图上，找出,T,(,g,),。,(,4,),由于, 45,，,因此电路稳定工作，不自激。,A,(,)/dB,O,T,(,),O,-,180,-,90,第,5,章放大器中的负反馈,例,2,已知,T,(j,),波特图，判断电路是否自激。,T,(,g,),(,1,),由,T,(,),波特图与横轴的交点，找出,g,。,分析：,(,2,),由,g,在,T,(,),波特图上，找出,T,(,g,)。,T,(,)/dB,O,T,(,),O,-,180,o,g,(,3,),由于, 45,p2,= 10,p1,，,p3,= 10,p2,第,5,章放大器中的负反馈,O,p2,0.1,p1,10,p3,A,(,),-,90,p1,p3,-,180,-,270,p2,p1,A,(,)/dB,20,40,60,O,p3,-,20,dB/10,倍频,-,40,dB/10,倍频,-,60,dB/10,倍频,80,p2,= 10,p1,，,将,p3,靠近,p2,。,由于,|,T,(,p2,),|,则,g,落在,p1,与,p2,之间时，放大器依然稳定工作。,第,5,章放大器中的负反馈,结论：,在多极点的低通系统中，若,p3, 10,p2,，,则只要,g,落在斜率为,(,-,20,dB/10,倍频,),的下降段内，,或,g,落在,p1,与,p2,之间，放大器必稳定工作。,将,p2,靠近,p1,，,由于,|,T,(,p2,),|, ,上述结论不成立。,O,p2,0.1,p1,10,p3,A,(,),-,90,p1,p3,-,180,-,270,p2,p1,A,(,)/dB,20,40,60,O,p3,-,20,dB/10,倍频,-,40,dB/10,倍频,-,60,dB/10,倍频,80,第,5,章放大器中的负反馈,5.5.2,集成运放的相位补偿技术,解决方法,：,采用相位补偿技术。,在中频区，反馈系数,k,f,越,大，反馈越深，电路性能越好。,在高频区，,k,f,越大，相位裕量越小，放大器工作越不稳定。,在中频增益,A,I,基本不变的前提下，设法拉长,p1,与,p2,之间的间距，或加长斜率为,“,-,20,dB/10,倍频,”,线段的长度，使得,k,f,增大时，仍能获得所需的相位裕量。,相位补偿基本思想：,第,5,章放大器中的负反馈,滞后补偿技术,简单电容补偿,降低,p1,补偿方法：将补偿电容,C,并接在集成运放产生第一个极点角频率的节点上，使,p1,降低到,d,。,A,di,R,C,C,p1,降低到,d,反馈增益线下移 稳定工作允许的,k,f,增大。,p2,p1,A,(,)/dB,O,p3,A,v,dI,d,20lg(1/,k,f,),第,5,章放大器中的负反馈,p2,p1,A,(,)/dB,O,p3,A,v,dI,d,20lg(1/,k,fv,),d,与,k,f,之间的关系：,由图,十倍频,整理得,k,f,v, ,d, ,反馈电路稳定性，但,H, 。,k,f,v,= 1,时，,全补偿,(,C,用,C,S,表示,),d0,此时，,k,f,v,无论取何值，电路均可稳定工作。,第,5,章放大器中的负反馈,例,1,一集成运放,A,v,dI,= 10,5,，,f,p1,= 200 Hz，,f,p2,= 2 MHz，,f,p3,= 20 MHz，,产生,f,p1,节点上等效电路,R,1,= 200 k，,接成同相放大器，采用简单电容补偿。试求：,f,p2,f,p1,A,v,d,(,f,)/dB,f,O,f,p3,100,20,40,60,80,解：,(,1,),求未补偿前，同相放大器提供的最小增益,？,根据题意，可画出运放的幅频渐近波特图。,未补偿前，为保证稳定工作：,1,k,fv,A,v,fmin,= 10,4,1,k,fv,(dB) 80 dB,即,第,5,章放大器中的负反馈,解：,(,2,),若要求,A,v,f,=,10，,求所需的,补偿电容,C,=,？,由,A,v,f,= 10,，,得,k,f,v,= 0.1,则,由,得,由,得,(,3,),若要求,A,v,f,=,1，,求所需的,补偿电容,C,S,=,？,解：,由,A,v,f,= 1,，,得,k,f,v,= 1,则,第,5,章放大器中的负反馈,密勒电容补偿,降低,p1,、,增大,p2,补偿方法：,将补偿电容,C,跨接在三极管,B,极与,C,极之间，利用密勒倍增效应，使,p1,降低,、,P2,增大，拉长,p1,与,P2,之间的间距。这种补偿方法又称极点分离术。,(,分析略,),简单电容补偿缺点：,补偿电容,C,数值较大,(,F,量级,),，集成较困难。,密勒电容补偿优点：,用较小的电容,(,p,F,量级,),，即可达到补偿目的。,第,5,章放大器中的负反馈,超前补偿技术,引入幻想零点,补偿思路：,在,p2,附近，引入一个具有超前相移的零点，以抵消原来的滞后相移，使得在不降低,p1,的前提下，拉长,p1,与,p2,之间的间距。,在反馈电阻,R,f,上并接补偿电容,C,。,补偿,方法,：,-,+,A,R,1,R,f,+,-,V,s,(,s,),V,o,(s),R,2,则,其中,C,第,5,章放大器中的负反馈,利用零点角频率,Z,将,p2,抵消，,可将,斜率为,“,-,20,dB/10,倍频,”,的下降段，延长到,p3,。,假设运放为无零三极系统，且,p1,p2,p3,。,选择合适的,C,，,使,p2,p1,A,(,)/dB,O,p3,A,v,dI,-,20,dB/10,倍频,第,5,章放大器中的负反馈,相位补偿技术在宽带放大器中的应用,密勒电容补偿,超前电容补偿,v,I,V,CC,R,1,v,o,R,2,T,1,T,2,T,3,R,L,R,E1,R,E3,R,f,C,f,C,c,T,4,T,4,T,5,R,3,R,4,R,5,T,6,T,7,T,8,C,B,MC-1553,集成宽带放大器内部电路,A,v,=,100,f,H,=,45 MHz,
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