反饋放大電路

1、安徽工程科技學(xué)院教師備課筆記 模擬電子技術(shù)第6章第六章 反饋放大電路第一節(jié) 反饋的概念和分類【教學(xué)目的】掌握反饋的基本概念，負(fù)反饋放大電路的組態(tài)及其作用?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】反饋的基本概念及負(fù)反饋放大電路的類型；【教學(xué)難點(diǎn)】負(fù)反饋放大電路的類型；【教學(xué)方法及手段】多媒體輔助教學(xué)；【課外作業(yè)】6.4【學(xué)時(shí)分配】2學(xué)時(shí)【自學(xué)內(nèi)容】【教學(xué)內(nèi)容】1. 反饋的基本概念2. 負(fù)反饋放大電路的類型1.1反饋的基本概念l 基本概念反饋是指把輸出電壓或輸出電流的一部分或全部通過(guò)反饋網(wǎng)絡(luò)，用一定的方式送回到放大電路的輸入回路，以影響輸入電量的過(guò)程。1.2 反饋的基本類型l 反饋的分類：（1）反饋產(chǎn)生的途徑：內(nèi)部反饋和外部

2、反饋。（2）反饋信號(hào)：直流反饋和交流反饋反饋信號(hào)中只含有直流分量的稱為直流反饋，反饋信號(hào)中只含有交流分量的稱為交流反饋。（3）反饋的作用效果：負(fù)反饋與正反饋反饋信號(hào)XF送回到輸入回路與原輸入信號(hào)XI共同作用后，使凈輸入信號(hào)XID比沒(méi)有引入反饋時(shí)減小，有XID=XI-XF,稱這種反饋為負(fù)反饋；另一種是使凈輸入信號(hào)XID比沒(méi)有引入反饋時(shí)增加了，有XID=XI-XF,稱這種反饋為正反饋。反饋極性的判定瞬時(shí)極性法, 步驟： (1) 首先在基本放大器輸入端設(shè)定一個(gè)遞增(或遞減)的凈輸入信號(hào), (2) 在上述設(shè)定下, 推演出反饋信號(hào)的變化極性。(3) 判定在反饋信號(hào)的影響下, 凈輸入信號(hào)的變化極性。 若該

3、極性與前面設(shè)定的變化極性相反, 則為負(fù)反饋；若相同, 則為正反饋。 （4）反饋的信號(hào)取樣的方式：電壓反饋與電流反饋(a) 電壓反饋反饋信號(hào)是輸出電壓的一部分或全部，即反饋信號(hào)與輸出電壓成正比，稱為電壓反饋， (b) 電流反饋如果反饋信號(hào)是輸出電流的一部分或全部，即反饋信號(hào)與輸出電流成正比，稱為電流反饋，。(c)判斷是電壓反饋還是電流反饋的方法判斷是電壓反饋還是電流反饋時(shí)，常用“輸出短路法”，即假設(shè)負(fù)載短路（RL=0），使輸出電壓vo=0，看反饋信號(hào)是否還反饋信號(hào)還存在。若存在，則說(shuō)明反饋信號(hào)與輸出電壓成比例，是電壓反饋；若反饋信號(hào)不存在了，則說(shuō)明反饋信號(hào)不是與輸出電壓成比例，而是和輸出電流成比

4、例，是電流反饋。判定方法之二按電路結(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(gè)放大器件的同一個(gè)電極上, 則為電壓反饋； 否則是電流反饋。（5）按照反饋信號(hào)與輸入信號(hào)的連接方式來(lái)分，有串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋(a).串聯(lián)反饋在串聯(lián)反饋中，反饋信號(hào)和輸入信號(hào)是在輸入端以電壓方式求和的。(b) 并聯(lián)反饋判定方法1 在并聯(lián)反饋中，反饋信號(hào)和輸入信號(hào)是在輸入端以電流方式求和的。判定方法2：對(duì)于交變分量而言, 若信號(hào)源的輸出端和反饋網(wǎng)絡(luò)的比較端接于同一個(gè)放大器件的同一個(gè)電極上, 則為并聯(lián)反饋；否則, 為串聯(lián)反饋。1.3 反饋電路的組態(tài)反饋網(wǎng)絡(luò)在放大電路輸出端有電壓和電流兩種取樣方式，在放

5、大電路輸入端有串聯(lián)和并聯(lián)兩種求和方式，因此可以構(gòu)成四種組態(tài)（或稱類型）的負(fù)反饋放大電路，即電壓串聯(lián)負(fù)反饋； 電壓并聯(lián)負(fù)反饋；電流串聯(lián)負(fù)反饋； 電流并聯(lián)負(fù)反饋。l 電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路反饋?zhàn)饔茫弘妷贺?fù)反饋的重要特點(diǎn)是具有穩(wěn)定輸出電壓的作用。電壓負(fù)反饋放大電路具有較好的恒壓輸出特性。l 電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路反饋?zhàn)饔?該電路也具有穩(wěn)定輸出電壓的作用。例如，當(dāng) 大小一定，由于負(fù)載電阻 減小而使 的大小下降時(shí)，該電路能自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)過(guò)程。為增強(qiáng)負(fù)反饋的效果，電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路宜采用內(nèi)限很大的信號(hào)源，即電流源或近似電流源。綜合電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路的輸入恒流與輸出恒壓的特性，可將其稱為電流控制的電壓

6、源，或電流-電壓變換器。l 電流串聯(lián)負(fù)反饋放大電路反饋?zhàn)饔茫弘娏髫?fù)反饋的特點(diǎn)是維持輸出電流基本恒定，例如，當(dāng)Vi一定，由于負(fù)載電阻RL變動(dòng)（或b值下降）使輸出電流減小時(shí)，引入負(fù)反饋后，電路將進(jìn)行如下自動(dòng)調(diào)整過(guò)程：由此說(shuō)明電流負(fù)反饋具有近似于恒流的輸出特性，即在Vi不變（Rs=0，Vi=Vs）的情況下，當(dāng)RL變化時(shí)，Io基本不變，放大電路的輸出電阻趨于窮大。因此，可將電流串聯(lián)負(fù)反饋放大電路稱為電壓控制的電流源，或電壓-電流變換器。l 電流并聯(lián)負(fù)反饋放大電路反饋?zhàn)饔茫弘娏鞑⒙?lián)負(fù)反饋放大電路可以穩(wěn)定輸出電流，也稱為電流控制的電流源。第二節(jié) 負(fù)反饋放大電路的計(jì)算方法【教學(xué)目的】掌握負(fù)反饋放大電路計(jì)算方

7、法；【教學(xué)重點(diǎn)】負(fù)反饋放大電路增益的一般表達(dá)式及計(jì)算方法；【教學(xué)難點(diǎn)】負(fù)反饋放大電路增益的計(jì)算方法【教學(xué)方法及手段】多媒體輔助教學(xué)；【課外作業(yè)】6.6、 6.7、6.8 、 6.9 、 6.10【學(xué)時(shí)分配】2學(xué)時(shí)【自學(xué)內(nèi)容】【教學(xué)內(nèi)容】1. 負(fù)反饋放大器的方框圖2. 負(fù)反饋放大器的一般表達(dá)式3. 負(fù)反饋放大電路的基本放大電路4. 負(fù)反饋放大電路的基本放大電路的計(jì)算方法5. 深度負(fù)反饋條件下的近似計(jì)算2.1 負(fù)反饋放大器的方框圖 反饋放大器的方框圖 2.2 負(fù)反饋放大器的一般表達(dá)式定義： 開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)； 反饋系數(shù)； 叫閉環(huán)放大倍數(shù)。因?yàn)?所以（1+ ）是衡量反饋程度的重要指標(biāo)。負(fù)反饋放大電路所有

8、性能的改善程度都與（1+ ）有關(guān)。通常把 稱為反饋深度。2.2負(fù)反饋放大電路的基本放大電路1畫出反饋放大電路的小信號(hào)等效電路求rOF的法則：如是電壓反饋，則含放大電路的輸出節(jié)點(diǎn)短路（即令 ）；如是電流反饋，則令放大電路的輸出回路開(kāi)路（令 ）。rOF體現(xiàn)了反饋網(wǎng)絡(luò)對(duì)放大電路輸入端的負(fù)載效應(yīng)。求riF的法則是，如是串聯(lián)反饋，則令放大電路的輸入回路開(kāi)路（ ）；如是并聯(lián)反饋，則令放大電路的輸入節(jié)點(diǎn)對(duì)地短路（令 ）。2求反饋放大電路的增益 （1）求開(kāi)環(huán)增益 及反饋系數(shù) 由反饋放大電路的小信號(hào)等效電路求開(kāi)環(huán)增益 時(shí)，只要令反饋網(wǎng)絡(luò)等效電路中的受控源 即可。這樣處理符合從反饋放大電路中分離出基本放大電路（即

9、開(kāi)環(huán)狀態(tài)）的原則：既去掉反饋的作用，同時(shí)又保留了反饋網(wǎng)絡(luò)對(duì)基本放大電路輸入和輸出端的負(fù)載效應(yīng)。（2）由 ，求得 2.3 深度負(fù)反饋條件下的近似計(jì)算l 近似計(jì)算的根據(jù)根據(jù) 和 的定義 ，在 中，若 ， 則 即所以有 此式表明，當(dāng) 時(shí)，反饋信號(hào) 與輸入信號(hào) 相差甚微，凈輸入信號(hào) 甚小，因而有對(duì)于串聯(lián)負(fù)反饋有 （虛短）， ；對(duì)于并聯(lián)負(fù)反饋有 、， （虛斷）。利用“虛短”、“虛斷”的概念可以以快速方便地估算出負(fù)反饋放大電路的閉環(huán)增益 或閉環(huán)電壓增益 。l 近似計(jì)算的方法1判別反饋類型，正確識(shí)別并畫出反饋網(wǎng)絡(luò)。注意電壓取樣時(shí)不要把直接并在輸出口的電阻計(jì)入反饋網(wǎng)絡(luò)；電流求和時(shí)不要把并在輸入口的電阻計(jì)入反饋

10、網(wǎng)絡(luò)。2在反饋網(wǎng)絡(luò)輸入口標(biāo)出反饋信號(hào)：電壓求和為開(kāi)路電壓，電流求和時(shí)為短路電流，再由反饋網(wǎng)絡(luò)求出反饋系數(shù)F。要注意標(biāo)時(shí)在反饋網(wǎng)絡(luò)入口標(biāo)上正下負(fù)；標(biāo)時(shí)必須在反饋網(wǎng)絡(luò)入口以上端流入為參考方向。3求閉環(huán)增益 ，注意不同的反饋類型的量綱不同。4由求閉環(huán)源電壓增益。電壓取樣電壓求和時(shí)：電壓取樣電流求和時(shí)：電流取樣電壓求和時(shí)：電流取樣電流求和時(shí)：其中：是輸出管的管端輸出電流，即取樣電流。 是取樣電流過(guò)的輸出負(fù)載電阻。第三節(jié) 負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響及負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定性問(wèn)題【教學(xué)目的】正確理解負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的改善和影響；正確理解判別負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性的分析方法和自激振蕩的消除方法【教學(xué)重點(diǎn)】負(fù)

11、反饋對(duì)放大電路性能的影響；【教學(xué)難點(diǎn)】負(fù)反饋對(duì)放大電路輸入電阻和輸出電阻等性能的影響；【教學(xué)方法及手段】多媒體輔助教學(xué)；【課外作業(yè)】 6.11【學(xué)時(shí)分配】 2學(xué)時(shí)；【自學(xué)內(nèi)容】【教學(xué)內(nèi)容】1. 負(fù)反饋對(duì)放大電路的增益穩(wěn)定性、通頻帶、非線性失真、輸入電阻和輸出電阻等性能的影響2. 產(chǎn)生自激振蕩的原因3. 負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性的定性分析4. 反饋放大電路穩(wěn)定性的判斷5. 負(fù)反饋放大電路中自激振蕩的消除方法3.1 負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響l 負(fù)反饋可提高增益的穩(wěn)定性即閉環(huán)增益 幾乎僅決定于反饋網(wǎng)絡(luò)，而反饋網(wǎng)絡(luò)通常由性能比較穩(wěn)定的無(wú)源線性元件（如R、C等）組成，因而閉環(huán)增益是比較穩(wěn)定的。l 負(fù)反饋可

12、擴(kuò)展通頻帶既然負(fù)反饋具有穩(wěn)定閉環(huán)增益的作用，即引入負(fù)反饋后，由于各種原因引起的增益的變化都將減小，當(dāng)然信號(hào)頻率的變化引起的增益的變化也將減小。即擴(kuò)展了通頻帶。l 負(fù)反饋可減小非線性失真負(fù)反饋能減小反饋環(huán)內(nèi)產(chǎn)生的非線性失真，如輸入信號(hào)本身就存在失真，負(fù)反饋則無(wú)能為力。l 負(fù)反饋能抑制反饋環(huán)內(nèi)的噪聲和干擾若噪聲或干擾來(lái)自反饋環(huán)外，則加負(fù)反饋也無(wú)濟(jì)無(wú)事。l 負(fù)反饋對(duì)放大電路輸入電阻的影響負(fù)反饋對(duì)輸入電阻的影響取決于反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大電路在輸入回路的連接方式，u 串聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻增大引入串聯(lián)負(fù)反饋后，輸入電阻Rif是開(kāi)環(huán)輸入電阻Ri的（1+ ）倍。u 并聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻減小 引入并聯(lián)負(fù)反饋后，閉

13、環(huán)輸入電阻是開(kāi)環(huán)輸入電阻的1/(1+ )倍。 l 負(fù)反饋對(duì)放大電路輸出電阻的影響u 電壓負(fù)反饋使輸出電阻減小電壓負(fù)反饋取樣于輸出電壓，又能維持輸出電壓穩(wěn)定，即是說(shuō)，輸入信號(hào)一定時(shí)，電壓負(fù)反饋的輸出趨于一恒壓源，其輸出電阻很小。有電壓負(fù)反饋時(shí)的閉環(huán)輸出電阻為無(wú)反饋時(shí)開(kāi)環(huán)輸出電阻的1/(1+ )。反饋愈深，Rof愈小。u 電流負(fù)反饋使輸出電阻增加電流反饋取樣于輸出電流，能維持輸出電流穩(wěn)定，就是說(shuō)，輸入信號(hào)一定時(shí)，電流負(fù)反饋的輸出趨于一恒流源，其輸出電阻很大。有電流負(fù)反饋時(shí)的閉環(huán)輸出電阻為無(wú)反饋時(shí)開(kāi)環(huán)輸出電阻的1/(1+ )倍。反饋愈深，Rof愈大。3.2 放大電路中引入負(fù)反饋的一般原則l 為了穩(wěn)定

14、靜態(tài)工作點(diǎn)，應(yīng)到入直流負(fù)反饋；為了改善放大電路的動(dòng)態(tài)性能，應(yīng)引入交流負(fù)反饋（在中頻段的極性）。l 要求提高輸入電阻或信號(hào)源內(nèi)阻較小時(shí)，應(yīng)引入串聯(lián)負(fù)反饋；要求降低輸入電阻或信號(hào)源內(nèi)阻較大時(shí)，應(yīng)引入并聯(lián)反饋。l 根據(jù)負(fù)載對(duì)放大電路輸出電量或輸出電阻的要求決定是引入電壓還是電流負(fù)反饋。若負(fù)載要求提供穩(wěn)定的電壓信號(hào)（輸出電阻小），則應(yīng)引入電壓負(fù)反饋；若負(fù)載要求提供穩(wěn)定的電流信號(hào)，輸出電阻大，則應(yīng)引入電流負(fù)反饋。l 在需要進(jìn)行信號(hào)變換時(shí)，應(yīng)根據(jù)四種類型的負(fù)反饋放大電路的功能選擇合適的組態(tài)。例如，要求實(shí)現(xiàn)電流電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換時(shí)，應(yīng)在放大電路中引入電壓并聯(lián)負(fù)反饋等。負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響只局限于反饋環(huán)內(nèi)，

15、反饋回路未包括的部分并不適用。性能的改善程度均與反饋深度 有關(guān)，但并是 越大越好。因?yàn)?都是頻率的通數(shù)，對(duì)于某些電路來(lái)說(shuō)，在一些頻率下產(chǎn)生的附加相移可能使原來(lái)的負(fù)反饋?zhàn)兂闪苏答?，甚至?xí)a(chǎn)生自激振蕩，使放大電路無(wú)法正常工作。另外，有時(shí)也可以在負(fù)反饋放大電路中引適當(dāng)?shù)恼答?，以提高增益等等?3.3負(fù)反饋放大電路產(chǎn)生自激振蕩的原因及條件l 產(chǎn)生自激振蕩的原因 引入負(fù)反饋后，凈輸入信號(hào) 在減小，因此， 與 必須是同相的，即有 ，n=0，1，2（ 、 分別是 、 的相角）?？墒?，在高頻區(qū)或低頻區(qū)時(shí)，電路中各種電抗性元件的影響不能再被忽略。 、 是頻率的函數(shù)，因而 、 的幅值和相位都會(huì)隨頻率而變化。相

16、位的改變，使 和 不再相同，產(chǎn)生了附加相移（ ）?？赡茉谀骋活l率下， 、 的附加相移達(dá)到 即 ，這時(shí)， 與 必然由中頻區(qū)的同相變?yōu)榉聪?，使放大電路的凈輸入信?hào)由中頻時(shí)的減小而變?yōu)樵黾?，放大電路就由?fù)反饋?zhàn)兂闪苏答?。?dāng)正反饋較強(qiáng)以 ，也就是 時(shí)，即使輸入端不加信號(hào)（ ），輸出端也會(huì)產(chǎn)生輸出信號(hào)，電路產(chǎn)生自激振蕩。這時(shí)，電路失去正常的放大作用而處于一種不穩(wěn)定的狀態(tài)。l 產(chǎn)生自激振蕩的相位條件和幅值條件，負(fù)反饋放大電路產(chǎn)生自激振蕩的條件是環(huán)增益 （1）它包括幅值條件和相位條件，即 （2） （3） 、 的幅值條件和相位條件同時(shí)滿足時(shí)，負(fù)反饋放大電路就會(huì)產(chǎn)生自激。在 及 時(shí)，更加容易產(chǎn)生自激振蕩。l

17、負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性的定性分析根據(jù)自激振蕩的條件，可以對(duì)反饋放大電路的穩(wěn)定性進(jìn)行定性分析。 設(shè)反饋放大電路采用直接耦合方式，且反饋網(wǎng)絡(luò)的純電阻構(gòu)成， 為實(shí)數(shù)。那么，這種類型的電路只有可能產(chǎn)生高頻段的自激振蕩，而且附加相移只可能由基本放大電路產(chǎn)生?？梢酝浦?，超過(guò)三級(jí)以后，放大電路的級(jí)數(shù)越多，引入負(fù)反饋后越容易產(chǎn)生高頻自激振蕩。因此，實(shí)用電路中以三級(jí)放大電路為最常見(jiàn)。與上述分析相類似，放大電路中耦合電容、旁路電容等越多，引入負(fù)反饋后就越容易產(chǎn)生低頻自激振蕩。而且 越大，幅值條件載容易滿足。 l 負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性的判斷由自激振蕩的條件可知，如果環(huán)路增益 、 的幅值條件和相位條件不能同時(shí)滿足，負(fù)反

18、饋放大電路便不會(huì)產(chǎn)生自激振蕩。所以，負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定工作的條件是：當(dāng) =1時(shí)， ，或當(dāng) 時(shí)， fc，則電路穩(wěn)定；若fofc，則電路會(huì)產(chǎn)生自激振蕩。u 穩(wěn)定裕度根據(jù)上面討論的負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定的判斷方法知，只要fo fc，電路就能穩(wěn)定，但為了使電路具有足夠的穩(wěn)定性，還規(guī)定電路應(yīng)具有一定的穩(wěn)定裕度，包括增益裕度和相位裕度。（1）增益裕度Gm 定義f=fo時(shí)所對(duì)應(yīng)的20lg 的值為增益裕度Gm，穩(wěn)定的負(fù)反饋放大電路的 ，且要求Gm10dB，保證電路有足夠的增益裕度。（2）相位裕度jm定義f=fc時(shí)的 與180的差值為相位裕度jm，jm的表達(dá)式為穩(wěn)定的負(fù)反饋放大電路的jm0，且要求jm45保證電路有足夠的相位裕度?？傊?，