放大電路的反饋

1、第五章 放大電路的反饋5.1 反饋的基本概念5.1.1 反饋的定義反饋：電子系統(tǒng)輸出量的一部分或全部通過一定的方式回到輸入回路手段：將輸出經(jīng)過一定方式引回到輸入 效果：改變了電子系統(tǒng)的凈輸入量，從而改變了輸出放大電路反饋網(wǎng)絡輸入量凈輸入量輸出量5.1.2 反饋的分類及判斷一、局部反饋和級間反饋局部反饋：只對多級放大電路的某一級起反饋作用的稱局部反饋級間反饋：將多級放大電路的后級輸出引入前級輸入回路的反饋稱為級間反饋 vO- -+R4R5R3- -+vIR1R2局部反饋局部反饋級間反饋二、直流反饋和交流反饋直流反饋：若反饋信號中只包含直流成分，即只將直流量反饋到輸入回路，稱為直流反饋，其作用為穩(wěn)

2、定靜態(tài)工作點，對放大電路的動態(tài)性能無影響。交流反饋：若反饋信號中只包含交流成分，即只將交流量反饋到輸入回路，稱為交流反饋，其對電路動態(tài)性能有影響，可用來改善電路技術指標。vIvO- -+C2C1R1R2交流反饋交流反饋交、直流反饋交、直流反饋判別方法：根據(jù)電容判別方法：根據(jù)電容“隔直通交隔直通交”的作用，看通路的作用，看通路 。Ui+VccUoVT1VT2Rc1Rc2C1C2Re2Re1CeiBiIRfiFui+VccuoVT1VT2Rc1Rc2C1Re2Re1CeRfRbCfuBEuF三、電壓反饋和電流反饋電壓反饋：反饋信號取自輸出電壓，反饋信號的大小與輸出電壓成比例。其作用穩(wěn)定Uo，Ro下

3、降 電流反饋：反饋信號取自輸出電流，反饋信號的大小與輸出電流成比例。其作用穩(wěn)定Io，Ro增加 判別方法及原理：將輸出端交流短路，即令輸出電壓為判別方法及原理：將輸出端交流短路，即令輸出電壓為0，若反饋信號不復存，若反饋信號不復存在，則為電壓反饋，反之為電流反饋在，則為電壓反饋，反之為電流反饋 ui+VccuoVT1VT2Rc1Rc2C1Re2Re1CeRfRbCfuBEuFUi+VccUoVT1VT2Rc1Rc2C1C2Re2Re1iBiIRf經(jīng)驗：一般說來，當反饋電壓直接接在放大器的輸出電壓端時，應為電壓反饋；否則為電流反饋iF四、串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋串聯(lián)反饋：反饋信號與輸入信號在輸入回路中以

4、電壓形式求和，稱之為串聯(lián)反饋 并聯(lián)反饋：反饋信號與輸入信號在輸入回路中以電流形式求和，稱之為并聯(lián)反饋R1uiuoR2iIiFiDR1uiuoR2RLuF并聯(lián)反饋串聯(lián)反饋判別方法判別方法A：對于由運算放大器組成的電路來說，反饋信號同時加在同相輸入端或反相輸入端，對于由運算放大器組成的電路來說，反饋信號同時加在同相輸入端或反相輸入端，則為并聯(lián)反饋；一個加在同相輸入端，另一加在反相輸入端，則為串聯(lián)反饋則為并聯(lián)反饋；一個加在同相輸入端，另一加在反相輸入端，則為串聯(lián)反饋 ui+VccuoVT1VT2Rc1Rc2C1Re2Re1CeRfRbCfuBEuFUi+VccUoVT1VT2Rc1Rc2C1C2Re

5、2Re1iBiIRfiF判別方法判別方法B：對于三極管來說，反饋信號與輸入信號同時加在三極管的基極或者發(fā)射極，則為對于三極管來說，反饋信號與輸入信號同時加在三極管的基極或者發(fā)射極，則為并聯(lián)反饋；一個加在基極，另一個加在發(fā)射極則為串聯(lián)反饋并聯(lián)反饋；一個加在基極，另一個加在發(fā)射極則為串聯(lián)反饋五、正反饋和負反饋正反饋：輸入量不變時，引入反饋后使得凈輸入量增加，輸出幅度增加負反饋：輸入量不變時，引入反饋后使得凈輸入量減小，輸出幅度下降瞬時極性法：瞬時極性法： 在放大電路的輸入端，假設一個輸入信號的電壓極性，可用在放大電路的輸入端，假設一個輸入信號的電壓極性，可用+、-表示，按表示，按信號傳輸方向依次判

6、別相關點的瞬時極性，直至判斷出反饋信號的瞬時電壓極信號傳輸方向依次判別相關點的瞬時極性，直至判斷出反饋信號的瞬時電壓極性。如果反饋信號的瞬時極性使凈輸入減小，則為負反饋；反之為正反饋。性。如果反饋信號的瞬時極性使凈輸入減小，則為負反饋；反之為正反饋。 在明確串聯(lián)反饋合并聯(lián)反饋之后，可知：在明確串聯(lián)反饋合并聯(lián)反饋之后，可知：對于串聯(lián)反饋，輸入量和反饋量作用在不同的兩點上，若瞬時極性相同，為負對于串聯(lián)反饋，輸入量和反饋量作用在不同的兩點上，若瞬時極性相同，為負反饋，瞬時極性相反則為正反饋。反饋，瞬時極性相反則為正反饋。對于并聯(lián)反饋，輸入量和反饋量作用在同一點上，若瞬時極性相同，為正反饋，對于并聯(lián)反

7、饋，輸入量和反饋量作用在同一點上，若瞬時極性相同，為正反饋，瞬時極性相反則為負反饋。瞬時極性相反則為負反饋。 R1uiuoR2正反饋負反饋R3uF+R2uiuoR3R4uF+R1+Ui+VccUoVT1VT2Rc1Rc2C1C2Re2Re1iBiIRfiF+負反饋ui+VccuoVT1VT2Rc1Rc2C1Re2Re1CeRfRbCfuBEuF+負反饋注意：注意：（1）對于由集成運放組成的電路，反相輸入端與輸出端相位關系為反相，同相輸入端與輸出端的相位關系為同相（2）對于分立元件組成的電路，若CE組態(tài)，則輸入與輸出反相，若CC或CB組態(tài)，則輸入與輸出同相（3）負反饋的引入抵消了輸入量產生的效果

8、，損失了放大倍數(shù)，但能穩(wěn)定放大電路中的某個電量，能使其他各項性能得到改善，故常在電路中經(jīng)常使用；有時正反饋也被用來獲得較高的放大倍數(shù)，但正反饋太強容易使電路產生振蕩。5.1.3 負反饋的四種組態(tài)負反饋共有四種組態(tài)：電壓串聯(lián)負反饋、電壓并聯(lián)負反饋、電流串聯(lián)負反饋、電流并聯(lián)負反饋一、電壓串聯(lián)負反饋R1uiuoRfRLuFfuf11oRRRuDufiuu uuADouuuuFf11OfRRRuu電壓反饋串聯(lián)反饋+分立電路電壓串聯(lián)負反饋分立電路電壓串聯(lián)負反饋RL vO vF vd(vbe) vO 電壓負反饋的特性電壓負反饋的特性穩(wěn)定輸出電壓穩(wěn)定輸出電壓穩(wěn)定過程：穩(wěn)定過程：負載變化時，負載變化時，輸出電

9、壓穩(wěn)定輸出電壓穩(wěn)定輸出電阻輸出電阻二、電壓并聯(lián)負反饋R1uiuoRfiIiFiDfofoFRuRuuiFIDiiiDouiiuAfoFiuR1uiF電壓反饋并聯(lián)反饋+分立電路電壓并聯(lián)負反饋分立電路電壓并聯(lián)負反饋+UCCRCC2C1RfuiuoibifiiRL uO iF 電壓負反饋的特性電壓負反饋的特性穩(wěn)定輸出電壓穩(wěn)定輸出電壓穩(wěn)定過程：穩(wěn)定過程：負載變化時，負載變化時，輸出電壓穩(wěn)定輸出電壓穩(wěn)定輸出電阻輸出電阻iD ic uRC uO 三、電流串聯(lián)負反饋foFRiuFIDuuuDoiuuiAfoFuiRiuF電流反饋串聯(lián)反饋分立電路組成的電流串聯(lián)負反饋分立電路組成的電流串聯(lián)負反饋IO vF vd

10、 IO 引入電流負反饋的目的引入電流負反饋的目的穩(wěn)定輸出電流穩(wěn)定輸出電流穩(wěn)定過程：穩(wěn)定過程：負載變化時，負載變化時，輸出電流穩(wěn)定輸出電流穩(wěn)定輸出電阻輸出電阻RL 四、電流并聯(lián)負反饋foFRRRiiDoiiiiA foFiiRRRiiFFIDiii電流反饋并聯(lián)反饋分立電路組成的電流并聯(lián)負反饋分立電路組成的電流并聯(lián)負反饋引入電流負反饋的目的引入電流負反饋的目的穩(wěn)定輸出電流穩(wěn)定輸出電流穩(wěn)定過程：穩(wěn)定過程：負載變化時，負載變化時，輸出電流穩(wěn)定輸出電流穩(wěn)定輸出電阻輸出電阻RL iO iF id iO 5.1.4 反饋的一般表達式反饋的一般表達式一、負反饋放大電路的方框圖一、負反饋放大電路的方框圖放大電路

11、A反饋網(wǎng)絡FiX輸入信號dX差值信號oX輸出信號號信饋反fX-二、方框圖中各量的關系二、方框圖中各量的關系放大：doX/XA反饋：ofX/XF疊加：fidXXX閉環(huán)放大倍數(shù)：ioFX/XA)XX( /Xfdo)FA/1/(1)XFA/X( /Xooo)FA1/(A三、關于反饋深度的討論三、關于反饋深度的討論FA1AAFFA稱為回路增益，表示在放大電路中，信號沿著放大網(wǎng)絡和反饋網(wǎng)絡組成的環(huán)路傳遞一周后所得到的放大倍數(shù)其中FA1稱為反饋深度，表示引入反饋后放大電路的放大倍數(shù)與無反饋時相比所變化的倍數(shù)（1） |1+AF|1時， 有|AF|1時，為深度負反饋（3） |1+AF|A| 為正反饋（4） |

12、1+AF|0時，有|AF| 產生自激振蕩5.2 5.2 負反饋對放大電路性能的影響負反饋對放大電路性能的影響 提高增益的穩(wěn)定性提高增益的穩(wěn)定性 減少非線性失真減少非線性失真 擴展頻帶擴展頻帶 改變輸入電阻和輸出電阻改變輸入電阻和輸出電阻 在放大器中引入負反饋在放大器中引入負反饋 降低了放大倍數(shù)降低了放大倍數(shù) 使放大器的性能得以改善：使放大器的性能得以改善：一一. . 提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性閉環(huán)時閉環(huán)時FAAA 1F則則2F)1(1AFdAdA 只考慮幅值有只考慮幅值有AFAA 1FAdAAFAdA 11FF即閉環(huán)增益相對變化量比開環(huán)減小了即閉環(huán)增益相對變化量比開環(huán)減小了1+A

13、F倍倍另一方面另一方面:在深度負反饋條件下在深度負反饋條件下FA1F 即閉環(huán)增益只取決于反饋網(wǎng)絡。當反饋網(wǎng)絡由穩(wěn)定的即閉環(huán)增益只取決于反饋網(wǎng)絡。當反饋網(wǎng)絡由穩(wěn)定的線性元件組成時，閉環(huán)增益將有很高的穩(wěn)定性。線性元件組成時，閉環(huán)增益將有很高的穩(wěn)定性。二、二、改善放大器的非線性失真改善放大器的非線性失真Auiufuiuoud加反饋前加反饋前加反饋后加反饋后AF+ 失真失真改善改善uouo三、三、擴展放大器的通頻帶 放大電路加入負反饋后，增益下降，但通頻帶卻加寬了。放大電路加入負反饋后，增益下降，但通頻帶卻加寬了。 無反饋時放大器的通頻帶：無反饋時放大器的通頻帶： fbw= f HfL f H 有反饋

14、時放大器的通頻帶：有反饋時放大器的通頻帶： fbwf= f HffLf f Hf可以證明：可以證明：fbwf = (1+AF) fbw放大器的一個重要特性：放大器的一個重要特性：增益與通頻帶之積為常數(shù)。增益與通頻帶之積為常數(shù)。 即：即： Amf fbwf= Am fbw四、四、 負反饋對輸入電阻的影響負反饋對輸入電阻的影響 (1) (1) 串聯(lián)負反饋使輸入電阻增加串聯(lián)負反饋使輸入電阻增加 無無反饋時：反饋時： 有有反饋時：反饋時：.i.ii=IVR.i.d=IV.i.iif=IVR.i.fd=IVV .i.od=IFVV .i.dd=IAFVV .i.d)1 (=IAFVAF)(1i R(2)

15、(2)并聯(lián)負反饋使輸入電阻減小并聯(lián)負反饋使輸入電阻減小 無無反饋時：反饋時： 有有反饋時：反饋時：.i.ii=IVR.d.i=IV.i.iif=IVR.fd.i=IIV.od.i=FVIV.dd.i=AFIIV.d.i)1 (=AFIV.i)1 (=AFR五、負反饋對輸出電阻的影響 電壓負反饋電壓負反饋穩(wěn)定輸出電壓（當負載變化時）穩(wěn)定輸出電壓（當負載變化時）恒壓源恒壓源輸出電阻小輸出電阻小。(1) (1) 電壓負反饋使輸出電阻減小電壓負反饋使輸出電阻減小 電流負反饋電流負反饋穩(wěn)定輸出電流（當負載變化時）穩(wěn)定輸出電流（當負載變化時）恒流源恒流源輸出電阻大。輸出電阻大。(2) (2) 電流負反饋使

16、輸出電阻提高電流負反饋使輸出電阻提高為改善性能引入負反饋的一般原則為改善性能引入負反饋的一般原則 要穩(wěn)定直流量要穩(wěn)定直流量引直流負反饋引直流負反饋 要穩(wěn)定交流量要穩(wěn)定交流量引交流負反饋引交流負反饋 要穩(wěn)定輸出電壓要穩(wěn)定輸出電壓 引電壓負反饋引電壓負反饋 要穩(wěn)定輸出電流要穩(wěn)定輸出電流 引電流負反饋引電流負反饋 要增大輸入電阻要增大輸入電阻 引串聯(lián)負反饋引串聯(lián)負反饋 要減小輸入電阻要減小輸入電阻 引并聯(lián)負反饋引并聯(lián)負反饋5.3 5.3 負反饋放大電路的計算負反饋放大電路的計算 本節(jié)本節(jié)重點討論深度負反饋條件下的近似計算重點討論深度負反饋條件下的近似計算一一. 估算輸入輸出電阻估算輸入輸出電阻在深度

17、負反饋條件下：在深度負反饋條件下：注：表中的輸入、輸出電阻均指注：表中的輸入、輸出電阻均指反饋環(huán)反饋環(huán)中的輸入、輸出電阻。中的輸入、輸出電阻。（1 1）電壓串聯(lián)負反饋）電壓串聯(lián)負反饋舉例舉例 RifRifRb1/Rb2ROf0（2 2）電壓并聯(lián)負反饋）電壓并聯(lián)負反饋Rif0RifRSROf0（3）電流串聯(lián)負反饋）電流串聯(lián)負反饋ROfRC1RifRifRb1/Rb2ROf1. 估算的依據(jù)估算的依據(jù) 深度負反饋：深度負反饋：即，深度負反饋條件下，閉環(huán)增益只與反饋系數(shù)有關即，深度負反饋條件下，閉環(huán)增益只與反饋系數(shù)有關 11 FA由由FAAA 1F得得FFAA1 11 FA 方法一：方法一：二二. 估

18、算電壓增益估算電壓增益 方法二：方法二：FAAA 1F根據(jù)根據(jù)FFAA1 將將ioFXXA ofXXF ifXX 代入上式代入上式得得即：輸入量近似等于反饋量即：輸入量近似等于反饋量0fidXXX凈輸入量近似等于零凈輸入量近似等于零由此可得深度負反饋條件下，基本放大電路由此可得深度負反饋條件下，基本放大電路“虛短虛短”、“虛斷虛斷”的概念的概念（1 1） 電壓串聯(lián)負反饋電壓串聯(lián)負反饋 例例. .分立電路電壓串聯(lián)負反饋分立電路電壓串聯(lián)負反饋 舉例舉例 解：解： 求反饋系數(shù)：求反饋系數(shù)： 求閉環(huán)電壓放大倍數(shù)：求閉環(huán)電壓放大倍數(shù)：uuFofUUfeeRRR11ioUUAufF111efeRRR（2

19、）電流并聯(lián)負反饋放大器）電流并聯(lián)負反饋放大器反饋系數(shù)為反饋系數(shù)為閉環(huán)增益閉環(huán)增益閉環(huán)電壓增益閉環(huán)電壓增益 解：解：se2e2fifsiosousfRRRRRRRIRIUUALL)(e2fe2ofRRRIIe2fe2ofiiRRRIIFe2e2fiifoiifRRRFIIA1 例例. .分立電路電流并聯(lián)負反饋分立電路電流并聯(lián)負反饋+VCCRCC2C1RfuSuoibifiiRSRL（3）電壓并聯(lián)負反饋）電壓并聯(lián)負反饋 例例. .分立電路電壓并聯(lián)負反饋分立電路電壓并聯(lián)負反饋反饋系數(shù)為反饋系數(shù)為閉環(huán)增益閉環(huán)增益閉環(huán)電壓增益閉環(huán)電壓增益 解：解：f1.RUIFofiuffRURUUIboof閉環(huán)增益閉

20、環(huán)增益閉環(huán)電壓增益閉環(huán)電壓增益例例 分立元件組成的電流串聯(lián)負反饋分立元件組成的電流串聯(lián)負反饋反饋系數(shù)為反饋系數(shù)為e1bec)1 (RrR 解：解：1eofuiRIUF.e1uiioiufRFUIA11.e1cicoioufRRURIUUA.由第二章知，該電由第二章知，該電路閉環(huán)電壓增益路閉環(huán)電壓增益:（4）電流串聯(lián)負反饋）電流串聯(lián)負反饋 Uf=-IORe15.45.4 負反饋放大電路的自激振蕩及消除方法負反饋放大電路的自激振蕩及消除方法 5.4.1 自激及穩(wěn)定工作條件自激及穩(wěn)定工作條件5.4.1 5.4.1 自激及穩(wěn)定工作條件自激及穩(wěn)定工作條件1. 自激振蕩現(xiàn)象自激振蕩現(xiàn)象Xo基本放大基本放大

21、A電路電路XidXf+Xi反饋網(wǎng)絡反饋網(wǎng)絡F 在不加任何輸入在不加任何輸入信號的情況下，放大信號的情況下，放大電路仍會產生一定頻電路仍會產生一定頻率的信號輸出。率的信號輸出。2. 產生原因產生原因 在高頻區(qū)或低頻區(qū)產生的在高頻區(qū)或低頻區(qū)產生的附加相移附加相移達到達到180 ，使中頻區(qū)的負，使中頻區(qū)的負反饋在高頻區(qū)或低頻區(qū)變成了正反饋，當滿足了一定的幅值條件時，便反饋在高頻區(qū)或低頻區(qū)變成了正反饋，當滿足了一定的幅值條件時，便產生自激振蕩。產生自激振蕩。FA和和3. 自激振蕩條件自激振蕩條件自激振蕩自激振蕩反饋深度反饋深度時，時， 01 FA即即1 FA為為環(huán)環(huán)路路增增益益）（ FAVf反饋網(wǎng)絡反饋網(wǎng)絡F基本放大電路基本放大電路AVo1Vid又又)()()()(fa FAFA得自激振蕩條件得自激振蕩條件1)()(kk FA 180)12()()(kfkan 幅值條件幅值條件相位條件相位條件（附加相移）（附加相移）FAAA 1F閉環(huán)增益閉環(huán)增益4. 穩(wěn)定工作條件穩(wěn)定工作條件破壞自激振蕩條件破壞自激振蕩條件1 FA 180fa 1 FA 180fa 或或1m GFA 180fa 1 FA 180mfa 或寫為或寫為其中其中 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