負反饋放大電路

1、負反饋放大電路內(nèi)容引出：在前面的靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路里，我們已經(jīng)碰到了負反饋的概念。 在電子電路中，為了改善放大電路的性能，普遍采用反饋的方法。反饋是指將放大電路的輸出量 （U 0或者I 0）或者輸出量的一部分，通過一定的方式或路徑,量進行比較，從而達到控制輸出量的目的。本章內(nèi)容是本課程的一個非常重要的內(nèi)容， 饋組態(tài)的判斷及閉環(huán)電壓放大倍數(shù)的估算方法、 放大電路產(chǎn)生自激振蕩的條件及常用的校正措施。本章主要內(nèi)容：6.1反饋的基本概念6.2負反饋對放大器性能的影響6.3負反饋放大電路的自激振蕩本章小結(jié)重點：反饋的基本概念難點：負反饋放大電路的自激振蕩6.1反饋的基本概念講課思路：反饋的一般方框圖及表

2、達式反送到放大電路的輸入端，將反饋量與輸入要求掌握本章中出現(xiàn)的各個概念的含義、反負反饋對放大電路性能的影響，了解負反饋t具體反饋類型的判斷t反饋組態(tài)的確定、閉環(huán)增益Af及其閉環(huán)電壓放大倍數(shù) A uuf的估算。6.1.1反饋的定義及一般表達式反饋朮草本施大屯密A反饋網(wǎng)絡(luò)圈負反鍛放人電珞的一般方護圖輸入屋審+ 廻掙輸入圖6 .1所示，是負反饋放大電路的一般方框圖。圖中,輸入量X o輸出量X f反饋量定義：開環(huán)放大倍數(shù):X - i 凈輸入量在不同的反憒組態(tài)里，這些星，可能是電圧量, 也可能是電涼重，觀具體情況而定.血被取樣的輸岀量U_ T；I：黴后的浄會A量片f反饋量F =反饋系數(shù):文Q被取樣的輸出

3、量尿被職樣的輸岀量 歩與t克喲就K量閉環(huán)放大倍數(shù)： 凈輸入量：X- i = X - i - X - fX i + F X o = XX i則引入反饋后的閉環(huán)放大倍數(shù)一般表達式:A=T=iAFA F 環(huán)路增益1+ A F 反饋深度反饋深度是一個很重要的參數(shù)，負反饋對放大電路性能的影響都與它的大小有關(guān)。閉環(huán)放大倍數(shù)一般表達式的討論： 當 | 1+ A F - |1 , 表明 | A - f | A - | ，即 X - i 1 深度負反饋。這時A f = X o X i = A 1+ A F 1 F = X o X f 表明深 度負反饋時，閉環(huán)放大倍數(shù)A . f 僅由F .決定。上式等價于 Xi

4、Xf或Xi0。 表明深度負反饋時，輸入量 X . i 近似等于反饋量 X f .當敢大電路引入探度負反饋時，常用這兩個關(guān)系式1 萬或X嚴紜近似估算閉環(huán)放大借數(shù). 當I1+ A F- | A- | ，即 X - i X - i ,反饋后，引起凈輸入量增加一一正反饋。 當|1+ A F |1 ,即 | 1+ A F |=0, A f = X o X i = A 1+ A F ，說明 X - i =0 而X o工0 ,放大器即便不加輸入信號，但也有一定的輸出信號一一自激振蕩。 電路一旦發(fā)生自激振蕩，輸出信號將不受輸入信號控制， 失去放大作用。6.1.2反饋類型及其判定1. 按反饋極性分：正反饋和負反

5、饋。正反饋一一反饋信號X f對輸入信號X i起助長作用(X i = X i +X f ),使凈輸入量 X i增大.負反饋一一反饋信號X f對輸入信號X i起削弱作用(X i = X i-X f ),使凈輸入量 X i減小。負反饋多用于改善放大器的性能；正反饋多用于振蕩電路。判斷方法一一瞬時極性法。其步驟如下：首先，在基本放大器輸入端設(shè)定輸入信號瞬時增加，標注為“”；然后逐級推演出反饋信號的變化極性；最后判定反饋信號對輸入端的影響。若使輸入增強，則為正反饋；若使輸入減弱，則為負反饋。2. 按對輸出電量的取樣分：電壓反饋和電流反饋電壓反饋一一反饋信號X f正比于被采樣的輸出信號為X o。X f x

6、 X o反饋系數(shù) F=X f U oA叱He*FT一1 6 .2電丄反嚴示總圖電流反饋一一反饋信號X - f正比于被采樣的輸出信號為I oX f x | - o 反饋系數(shù) F = X - f I - oA-A國6 .3電流應(yīng)饋小克閨電壓反饋和電流反饋的判定方法:方法一一一輸出短路法。將反饋放大器的輸出端對地交流短路，若其反饋信號隨之消失 則為電壓反饋；否則為電流反饋。方法二一一按電路結(jié)構(gòu)判定。在交流通路中，若放大器的輸出端和反饋網(wǎng)絡(luò)的取樣端處在同一個放大器件的同一個電極上（輸出端取樣端同點），則為電壓反饋；否則是電流反饋。(b)舉例：判斷反饋。圖 6.4中（a）是電壓反饋，（b）是電流反饋。1

7、 t負反饋t凈輸入信號減弱t X- i X - i | A - f| 塊 1 T * 盤01 1T C1 T *ft 討O l 可見，U o的變化量大大減小，穩(wěn)定性大大提高。電流負反饋穩(wěn)定輸出電流I o 。以圖6.10所示的電流串聯(lián)負反饋電路為例，當某一因素使 Io 增大時，則反饋過程：可見，Io 的變化量大大減小，穩(wěn)定性大大提高。6.2.3結(jié)論3放大倍數(shù)的穩(wěn)定性提高對A f = A 1+AF 求導(dǎo)，整理后d A f A f = 1 1+AF? dA A無論何種原因引起放大倍數(shù)發(fā)生變化，均可以通過負反饋使放大倍數(shù)相對變化量減小，放大倍數(shù)的穩(wěn)定性提高了。6.2.4結(jié)論4可以展寬通頻帶放大電路的頻

8、率響應(yīng)引起放大倍數(shù)下降，通過負反饋可以展寬通頻帶。閉環(huán)放大倍數(shù) A f是開環(huán)放大倍數(shù) A的1 1+AF倍，閉環(huán)放大電路的通頻帶B Wf是開環(huán)放大電路的通頻帶 BW的(1+AF )倍。增益帶寬積不變。設(shè)開環(huán)時放大電路在高頻段的放大倍數(shù)為：A H = A m 1+j f f HA m開環(huán)時中頻放大倍數(shù) f H開環(huán)時上限頻率引入負反饋后的高頻放大倍數(shù)為：A - Hf = A - H 1+ A - H F引入負反饋后的中頻放大倍數(shù)和上限頻率A mf = A m 1+ AA m F ) f H 。201g|A|20lg4|圏& 12直接耦合放大電路引入負反慷的惱頻特性開環(huán)放大器的通頻帶 BW= f H閉

9、環(huán)放大器的通頻帶B W f = f Hf =(1+ A m F ) f H增益帶寬積不變。6.2.5結(jié)論5改變輸入電阻和輸出電阻輸入電阻的改變情況由輸入信號與反饋信號在輸入端的求和方式來決定。電壓求和確定為串聯(lián)負反饋，求和方式為電流求和確定為并聯(lián)負反饋。閣6.13串聯(lián)反鎖綸入山俎整理后得m F f Hf =(1 +求和方式為串聯(lián)負反饋使輸入電阻提高；并聯(lián)負反饋使輸入電阻減小。以圖6.13串聯(lián)反饋為例，開環(huán)輸入電阻r i = U i I i閉環(huán)輸入電阻r if = U i I i = Ui + U f I i = Ui +AF U iIi=(1+AF)r i可見，串聯(lián)反饋使輸入電阻增加，r if

10、=(1+AF) r if;理想時，r if =OO。同樣可以得出，并聯(lián)反饋使輸入電阻減小，r if =1 1+AF r i ;理想時，r if =0圖&I4并聯(lián)反饋輸入電郭輸出電阻的改變情況由反饋信號在輸出端的采樣方式來決定。采樣為輸出電壓Uo確定為電壓反饋，采樣為輸出電流I 0 確定為電流反饋。電壓負反饋使輸出電阻減小；電流負反饋使輸出電阻增大。電壓負反饋穩(wěn)定輸出電壓， 穩(wěn)壓特點說明負反饋使輸出電阻減?。?理想時，r of - 0。 電流負反饋穩(wěn)定輸出電流， 穩(wěn)流特點說明負反饋使輸出電阻增大； 理想時，r of 。 626結(jié)論6減小非線性失真和抑制干擾、噪聲負反慣對放大電路許多性能指標都有影

11、啊.影響 程度都與反慣深S（1+AF有關(guān)。墻大某項指標就是對 應(yīng)的開環(huán)指標乘以U+AF）；贛小某項指標就是對應(yīng)的開環(huán)指標除以tL+AFb6.3負反饋放大電路的自激振蕩講課思路：多級放大電路中引入某種負反饋組態(tài)可以改善它的許多性能指標，但不合適的反饋深度和多級放大電路的附加相移將可能使放大電路產(chǎn)生自激振蕩，產(chǎn)生自激振蕩的原因分析、判斷方法、提出校正措施。6.3.1產(chǎn)生自激振蕩的原因及條件A f = A 1+ A F t 1+ A F = 0 A F =-1 X i =0,X o 0負反饋變性為正反饋。 | A F |=1幅度條件 arg ? A F = （2n+1） n （n為整數(shù)）相位條件相位

12、條件中有個附加相移土 180 o 。以上兩個條件都具備時， 放大電路就將產(chǎn)生自激振蕩。 電路一旦自激， 就意味著失去控 制，不再能夠?qū)崿F(xiàn)正常放大工作。產(chǎn)生自激振蕩的原因分析：我們在電路中引入的負反饋，實際上都是基于在中頻區(qū)進行的。但A - 、 F -是頻率的函數(shù)，由放大電路頻率特性知道，在高頻區(qū)或低頻區(qū)，A 除了幅度下降，還有附加相移。這將可能導(dǎo)致 1+ A - F - = 0,從而產(chǎn)生了自激振蕩。單級放大電路：附加相移0 90 o ，不會自激。兩級放大電路：附加相移0 180 o ,不會自激。三級或三級以上放大電路：附加相移0 270 o 以上,則肯定有個頻率 f o ,將使附加相移 ?=

13、180 o ，負反饋變性為正反饋。若這時 | A F | 1,則滿足自激振蕩條件，能夠起振和振蕩；若這時| A - F - | 1,放大器將產(chǎn)生自激。否則，不自激。為此，我們用環(huán)路增益A F 的頻率特性一波特圖來分析判斷閉環(huán)放大電路的穩(wěn)定性。如圖6.15(a)和(b)所示分別表示不穩(wěn)定與穩(wěn)定的兩種情況。圖6.15 (a)中f 0 處：arg ?AF=? AF| f 0 =-180 o，對應(yīng)的 20lg?|A F | f 0 0(即| AF|1)。由此可見滿足自激振蕩條件,放大器不穩(wěn)定,將產(chǎn)生自激。圖6.15 (b)中f 0 處：arg ?AF=? AF| f 0 =-180 o，對應(yīng)的 20l

14、g?|A F | f 0 0(即| AF|1)。由此可見不滿足自激振蕩條件,放大器穩(wěn)定,不會產(chǎn)生自激。2. 穩(wěn)定裕度：引入負反饋后，為保證放大電路可靠工作，規(guī)定：幅度裕度 G m =20lg ? | A F | ? 180 0 45o （對應(yīng)f c ）633自激振蕩的校正措施若放大電路產(chǎn)生自激振蕩，應(yīng)適當采用措施破壞自激振蕩的條件，以保證電路穩(wěn)定工作。方法1減小反饋系數(shù) | F |。改變反饋網(wǎng)絡(luò)電阻值，減小反饋系數(shù)| F | ,使當相位條件 ？A F | = - 180o時，對應(yīng)的幅度條件 20lg ?| A F | f 0 0。方法簡單，但反饋深度| 1+ A F |不利于放大電路其他性能的

15、改善。方法2接入C或RC校正，使主極點左移。C或RC接到某一級的輸出端或者放大管的集電極、基極之間（密勒電容）（一般接到產(chǎn)生主極點f Hmin的那一級），在中、低頻時，C或RC基本不起作用。在高頻時，使放大倍數(shù)快速下降，？A F | = - 180 o 時，對應(yīng)的 20lg ? | A F | f 0 0 。實際工作中，常用一個小電容（PF級）并在放大器的輸出端試探，使高頻段主極點左移。這種方法不影響反饋深度| 1+ A F |和放大電路其他性能，但將損失通頻帶。X( -0.1)例如，假設(shè)某三級放大電路的電壓放大倍數(shù)為-10 4 (1+j f 0.5 )(1+j f 1 )(1+j f 5 )30 lg 跑|申砧氣卜円主極點左穆A uuf = U o U i = A uu 1+ F uu A uu1 F uu = R e1 + R f R e1主極點為f H1 =0.5MHz , 通過接入C或RC校正，使主極點左移到f H1，從而使相位條件 ？A F - | =- 180 o時，對應(yīng)的幅度條件 20lg ? | A F | f 0 1的條件，可以采用近似估算法?？梢岳藐P(guān)系式A f = X - oX - i = A - 1 + A - F -疋1F - =Xo X f或