負反饋放大器

關于負反饋放大器第一頁，共77頁幻燈片一反饋的定義第一節(jié)反饋的概念二單環(huán)反饋放大器的理想模型三基本反饋方程式第二頁，共77頁幻燈片（一）反饋的定義：反饋——是將輸出信號的一部分或全部通過一定的電路饋送回到放大電路的輸入端，并對輸入信號產生影響。開環(huán)——放大電路無反饋也稱開環(huán)。閉環(huán)——放大電路有反饋也稱閉環(huán)。第一節(jié)反饋的基本概念

一反饋的基本概念：第三頁，共77頁幻燈片UiReRcUfUdiUo如圖所示反饋電路可分為兩部分：簡化的反饋電路1.基本放大器A：可由單級或多級放大器組成。2.反饋網絡B：一般由無源網絡組成。上述反饋放大器的一般形式可由方框圖來概括（二）反饋放大器的構成：第四頁，共77頁幻燈片圖反饋電路的方框圖反饋環(huán)——由基本放大器A和反饋網絡B構成的閉合環(huán)路。所示圖為一單環(huán)反饋放大器的方框圖：XO基本放大器A反饋網絡B-XfXdiXiB——反饋網絡；——比較器（相加點）Xi——是輸入信號；Xf——是反饋信號；Xdi(=Xi－Xf)—為凈輸入信號；X——廣義信號量(電流或電壓)；

——帶傳輸方向的支路；A——基本放大器；反饋環(huán)第五頁，共77頁幻燈片XO基本放大器A反饋網絡B-XfXdiXi正向傳輸反向傳輸理想模型的假定：（1）.正向傳輸:信號只經過基本放大器，而不經過反饋網絡。（2）.反向傳輸:信號只經過反饋網絡，而不經過基本放大器。第六頁，共77頁幻燈片電壓反饋：反饋信號的大小與輸出電壓成比例的反饋——稱為電壓反饋；電流反饋：反饋信號的大小與輸出電流成比例的反饋——稱為電流反饋。（三）輸出取樣方式第七頁，共77頁幻燈片XiRCReRbX0UCC（四）與輸入連接方式反饋信號與輸入信號加在放大電路輸入回路的同一個電極，則為并聯反饋；否則，為串聯反饋。例如，對CE組態(tài)放大器來說:Xf并聯反饋串聯反饋反饋信號Xf和Xi加到同一個電極（基極），則為并聯反饋。反饋信號Xf和Xi未加到同一個電極，則為串聯反饋Xf第八頁，共77頁幻燈片（五）反饋極性負反饋:加入反饋后，凈輸入信號|Xdi|<|Xi|，輸出幅度下降。正反饋:加入反饋后，凈輸入信號|Xdi|>|Xi|,輸出幅度增加。

第九頁，共77頁幻燈片（六）交流反饋和直流反饋1.反饋信號中只有交流成分時為交流反饋；3.反饋信號只有直流成分時為直流反饋；2.反饋信號中既有交流成分又有直流成分時為交直流反饋。第十頁，共77頁幻燈片二、基本反饋方程式基本反饋方程式：為分析反饋放大器的基本公式1.放大電路的開環(huán)增益：2.反饋網絡的反饋系數：3.基本反饋方程式：A=Xo/XdiB=Xf/XoAf=A/(1+AB)=A/FXO基本放大器A反饋網絡B-XfXdiXi推導過程根據信號的不同物理意義不同。第十一頁，共77頁幻燈片Xi=Xdi+

Xf

=Xdi+ABXdi=(1+AB)Xdi所以Af=Xo/Xi=AXdi/(1

+AB)Xdi

=A/(1+AB)=A/FXO基本放大器A反饋網絡B-XfXdiXiXf=BX0=ABXdi因為A=X0/Xdi;X0=

AXdi推導過程第十二頁，共77頁幻燈片索引4.反饋深度:深負反饋下，F1（或AB1），此時反饋方程式可簡化為：因為F=1+AB反映了反饋對放大電路影響的程度，所以F稱為反饋深度。三、基本反饋方程式其中，AB稱為環(huán)路增益。F越大，反饋深度越深；Af=1/(1+AB)1/AB=1/B當F>1時.使Af<A,為負反饋；當F1時，使AfA,為正反饋；當F=0時.使Af=,為臨界自激。由于:Af=A/(1+AB)=1/F第十三頁，共77頁幻燈片第二節(jié)負反饋的分類

負反饋類型有四種:

一電流串聯負反饋二電壓串聯負反饋三電流并聯負反饋四電壓并聯負反饋分析反饋的屬性、求電壓增益等動態(tài)參數。第十四頁，共77頁幻燈片判斷反饋類型（或組態(tài)）的方法1．判斷是電流反饋還是電壓反饋—用輸出電壓短路法：輸出電壓短路法：令輸出電壓u0=0,若Xf=0，則為電壓反饋；否則為電流反饋。2．判斷是串聯反饋還是并聯反饋—用饋入信號連接方式法：饋入信號連接方式法：若反饋信號Xf串入輸入回路，則為串聯反饋；否則為并聯反饋。3．判斷是正反饋還是負反饋—用瞬時極性法瞬時極性法：設定信號輸入端的瞬時極性，沿反饋回路（A入

A出B入B出）標定瞬時極性,若Xf的極性使得凈輸入信號增大則為正反饋；否則為負反饋。第十五頁，共77頁幻燈片一電流串聯負反饋（一）判斷反饋類型：1.找反饋網絡：存在反向傳輸渠道(Re)。2.電壓與電流反饋：令u0=0時,Uf0，故為電流反饋3.串聯與并聯反饋：Uf串入輸入回路，故為串聯反饋。4.反饋極性：（瞬時極性法）Udi(=Ui-Uf)減小，故為負反饋結論：此電路為電流串聯負反饋。UiUoUccUfRbRcRe++（步驟）第十六頁，共77頁幻燈片AGUiUfReRcRbUdi+-+-IoBR電流串聯負反饋的一般形式（二）可將電流串聯負反饋電路寫成一般形式：第十七頁，共77頁幻燈片（二）增益和反饋系數的表示方法：對于電流串聯負反饋:XoIo;XfUf

；Xdi

Udi

。AG=

輸出電流／輸入電壓；具有電導量綱（mA/v），

——AG稱為互導增益。1.開環(huán)互導增益：2.閉環(huán)互導增益：3.反饋系數：AG=

Io／

Udi；AGf=

Io／

Ui；BR=

Uf／

Io；AGUiUfReRcRbUdi+-+-IoBR第十八頁，共77頁幻燈片5．反饋深度：4．基本反饋方程式：本例中：F

=

1+BRAG；AGf=

Io/UiBR=

Uf／Io=IoRe／Io=

Re；=AG/

(1+BRAG)無量綱轉換為電壓增益為：AUf=

Uo/Ui=IoR’L

/Ui=AGfR’LAGUiUfReRcRbUdi+-+-IoBR第十九頁，共77頁幻燈片二電壓串聯負反饋（一）判斷反饋類型：（步驟）1.找反饋網絡：存在反向傳輸渠道(Re、Rf)。2.電壓與電流反饋：令Uo=0時,Uf=0，故為電壓反饋。3.串聯與并聯反饋：4.反饋極性：（用瞬時極性法）結論：此電路為電壓串聯負反饋。電壓串聯負反饋放大電路++-UiUo+UccUfRbRc1ReRc2Re+-RfUf串入輸入回路，故為串聯反饋。Udi(=Ui-Uf)減小，故為負反饋+第二十頁，共77頁幻燈片AUUiUfReRcRbUdi+-+-UoBURf+-電壓串聯負反饋放大電路的一般形式（二）可將電壓串聯負反饋電路寫成一般形式：第二十一頁，共77頁幻燈片（三）增益和反饋系數的表示方法：對于電壓串聯負反饋:XoUo;XfUf

;XdiUdi。AU=

輸出電壓／輸入電壓；無量綱1.開環(huán)電壓增益：2.閉環(huán)電壓增益：3.反饋系數：AU=

Uo/UdiAUf=

Uo/UiBU=

Uf／Uo無量綱AUUiUfReRcRbUdi+-+-UoBURf+-第二十二頁，共77頁幻燈片5.反饋深度：4.基本反饋方程式：本例中：F

=

1+AUBUAUfBU=Re1/(Re1+Rf)=AU/

（1+AUBU）無量綱AUUiUfReRcRbUdi+-+-UoBURf+-AUf=

Uo/Ui6.閉環(huán)電壓增益：第二十三頁，共77頁幻燈片三電流并聯負反饋電流并聯負反饋放大電路--+（一）判斷反饋類型：（步驟）1.找反饋網絡：存在反向傳輸渠道(Re2

、Rf)。2.電壓與電流反饋：3.串聯與并聯反饋：反饋信號以If出現，為并聯反饋。4.反饋極性：（用瞬時極性法）Idi(=Ii-If)減小故為負反饋結論：此電路為電流并聯負反饋。令u0=0時,If0，故為電流反饋UiUo+UccIfRbRc1Rc2Re2+-RfIiIdiIoIf第二十四頁，共77頁幻燈片AIUiIfRe2Rc2IiIdiIoBIRf電流并聯負反饋放大電路的一般形式（二）可將電流并聯負反饋電路寫成一般形式：第二十五頁，共77頁幻燈片對于電流并聯負反饋:XoIo;XiIiXdiIdi。AI=

輸出電流／輸入電流;無量綱1.開環(huán)電流增益：2.閉環(huán)電流增益：3.反饋系數：AI=

Io/IdiAIf=

Io/IiBI=

If／Io無量綱無量綱無量綱（三）增益和反饋系數的表示方法：第二十六頁，共77頁幻燈片5.反饋深度：4.基本反饋方程式：本例中：F

=

1+BIAI；AIf=

Io/IiBI=

If/Io=Re2/(Re2

+Rf)；=AI/

（1+BIAI）無量綱轉換成電壓增益:Auf=Uo／Ui=－IoRL’／IiRif=－AIfRL’／Rif引入反饋后的輸入電阻UiUo+UccIfRbRc1Rc2Re2+-RfIiIdiIo第二十七頁，共77頁幻燈片四電壓并聯負反饋（一）判斷反饋類型：（步驟）1.找反饋網絡：存在反向傳輸渠道(Re)。2.電壓與電流反饋：用前述的方法判斷(電壓反饋)。3.串聯與并聯反饋：用前述的方法判斷(并聯反饋)。4.反饋極性：用瞬時極性法判斷Idi(=Ii-If)減小，故為負反饋.結論：此電路為電壓并聯負反饋。電壓并聯負反饋電路圖+-UiUoEc.RfRcIf第二十八頁，共77頁幻燈片AUUiRcIdiUoBR+-ARUiRcUoRf+ARIiIf電壓并聯負反饋的一般形式（二）可將電壓并聯負反饋電路寫成一般形式：第二十九頁，共77頁幻燈片（三）增益和反饋系數的表示方法：對于電壓并聯負反饋:XoUo;XiIi;XdiIdi。AR=

輸出電壓／輸入電流；量綱(v/mA)，故稱為互阻增益。1.開環(huán)電壓增益：2.閉環(huán)電壓增益：3.反饋系數：AR=

Uo／Idi；ARf=

Uo／Ii；BG=

If／Uo；無量綱電阻量綱電阻量綱第三十頁，共77頁幻燈片5.反饋深度：4.基本反饋方程式：本例中：F

=

1+BGAR；ARf=

Uo/IiBG=

If/Uo=-1/

Rf；=AR/

（1+BGAR）無量綱轉換成電壓增益為Auf＝Uo／Ui＝U0／IiRif＝Arf／Rif引入反饋后的輸入電阻UiUoEc.RfRcIfUo-IfRf第三十一頁，共77頁幻燈片例題1:試判斷圖所示電路的反饋組態(tài)。解:

據瞬時極性法，見圖中的紅色“+”、“-”號，可知:1.

經電阻R1加在基極B1上的是直流并聯負反饋。

例題1圖2.經Rf加在E1上的是交流負反饋。反饋信號和輸入信號加在T1兩個輸入電極，故為串聯反饋。

索引結論：是直流電流并聯負反饋。因反饋信號與輸出電流成比例，故又為電流反饋。結論：交流電壓串聯正反饋。動畫1動畫2第三十二頁，共77頁幻燈片第三節(jié)負反饋對放大電路性能的影響二、負反饋對輸入電阻的影響三、負反饋對輸出電阻的影響四、負反饋對通頻帶的影響五、負反饋對非線性失真的影響六、信號源內阻對反饋放大器的影響一、負反饋對增益的影響七、負反饋對噪聲、干擾和溫漂的影響第三十三頁，共77頁幻燈片一負反饋可提高增益的穩(wěn)定性無論何種負反饋，閉環(huán)增益都比開環(huán)增益下降1+AB倍，但不同的反饋組態(tài)AB的量綱不同。1.定性分析：由于各種因素的影響:XfXdi2.定量分析：X0

(Xi保持不變)AX0A第三十四頁，共77頁幻燈片有反饋時增益的穩(wěn)定性比無反饋時提高了(1+AB)倍。對基本反饋方程式求導有等式兩邊同時除以Af，得到：第三十五頁，共77頁幻燈片二負反饋對通頻帶的影響放大電路加入負反饋后增益下降，但通頻帶卻加寬了./Hz20lgA020406080/dB101010101010101234567f負反饋對通頻帶的影響通頻帶:f=fH－fLfH無反饋有反饋無反饋時，增益為80dB,頻帶寬度為f

(如圖)加負反饋后,增益降到60dB,頻帶寬度變?yōu)闉閒f

(如圖)fff第三十六頁，共77頁幻燈片三負反饋對非線性失真的影響負反饋可以改善放大電路的非線性失真，但是只能改善反饋環(huán)內產生的非線性失真。

圖負反饋對非線性失真的影響AUUiU0UdiUiUfAUAUU0無反饋加負反饋(動畫9-3)(動畫9-4)第三十七頁，共77頁幻燈片四負反饋對輸入電阻的影響

(1)串聯負反饋使輸入電阻增加串聯負反饋輸入端形式如圖：式中ri=rdi為無反饋時的電阻。串聯負反饋對輸入電阻的影響負反饋對輸入電阻的影響與反饋加入的方式有關:有反饋的輸入電阻：則有：rif>ri。第三十八頁，共77頁幻燈片并聯負反饋輸入端的形式如圖：并聯負反饋對輸入電阻的影響(2)并聯負反饋使輸入電阻減小有反饋的輸入電阻：無反饋的輸入電阻：第三十九頁，共77頁幻燈片五負反饋對輸出電阻的影響求輸出電阻的等效電路：1.將輸入信號源短路。2.將負載電阻RL’開路，在輸出端加一個測試電壓

Uot（產生測試電流Iot）。第四十頁，共77頁幻燈片（一）電壓負反饋對輸出電阻的影響USUfRcRLAUOUdiUdi++--1.電壓串聯負反饋RLRcRofRof’Rof’=Rof//Rc畫求Ro的等效電路稱開路電壓增益.第四十一頁，共77頁幻燈片2.電壓并聯負反饋求輸出電阻的等效電路如圖RSIfRiR0IdiAR0IdiU0UotIot++--稱開路互阻增益：Rof’=Rof//RcRof結論：電壓負反饋使輸出電阻減小。與輸入端的連接方式無關第四十二頁，共77頁幻燈片(二)電流負反饋對輸出電阻的影響1.電流并聯負反饋稱短路電流增益.Rof’=Rof//RcAI0IdiRof求輸出電阻的等效電路如圖第四十三頁，共77頁幻燈片1.電流串聯負反饋:Rof’=Rof//Rc同理可以推得：考慮RC的影響:結論：電流負反饋使輸出電阻增大。與輸入端的連接方式無關其中第四十四頁，共77頁幻燈片（3）電壓負反饋使輸出電阻減小。與輸入端的連接方式無關。（4）電流負反饋使輸出電阻增大。與輸入端的連接方式無關。(2)并聯負反饋使輸入電阻減小，與取樣內容無關。

(1)串聯負反饋使輸入電阻增加，與取樣內容無關。結論：負反饋對輸入、輸出電阻的影響：第四十五頁，共77頁幻燈片六信號源內阻對反饋放大器的影響（1）.串聯反饋：信號源須采用低內阻Rs,才能得到反饋效果。（2）.并聯反饋：信號源須采用高內阻Rs,才能得到反饋效果。(同理)Ausf=Aus/(1+AusBu)Aus=Auri/(Rs+ri)AIsf=AIs/(1+AIsBI)AIs=AIRs/(Rs+ri)（Rs=，Aus0，F=1失去反饋效果）第四十六頁，共77頁幻燈片七負反饋對噪聲、干擾和溫漂的影響負反饋對噪聲、干擾和溫漂有抑制作用。負反饋只對反饋環(huán)內的噪聲和干擾有抑制作用，且必須加大輸入信號才使抑制作用有效。原理同負反饋對放大電路非線性失真的改善。第四十七頁，共77頁幻燈片XO基本放大器A反饋網絡B-XfXdiXi正向傳輸反向傳輸理想模型的假定：（1）.正向傳輸:信號只經過基本放大器，而不經過反饋網絡。（2）.反向傳輸:信號只經過反饋網絡，而不經過基本放大器。第四十八頁，共77頁幻燈片XO基本放大器A反饋網絡B-XfXdiXi正向傳輸反向傳輸第四十九頁，共77頁幻燈片5.4.1等效電路法等效電路法是不考慮反饋放大電路的組態(tài)和類型，直接畫出電路的交流等效電路，列出電流電壓方程，再用電路分析的方法求解負反饋放大電路的性能指標的一種方法。這種方法的優(yōu)點是，不管電路多么復雜，只要等效電路正確，就能求出“精確的結果”。當然，電路復雜時，計算工作量很大，單憑手工計算是很難完成的，需要借助于計算機輔助分析工具進行。5.4.2方框圖分析法5.4.1等效電路法等效電路法是不考慮反饋放大電路的組態(tài)和類型，直接畫出電路的交流等效電路，列出電流電壓方程，再用電路分析的方法求解負反饋放大電路的性能指標的一種方法。這種方法的優(yōu)點是，不管電路多么復雜，只要等效電路正確，就能求出“精確的結果”。當然，電路復雜時，計算工作量很大，單憑手工計算是很難完成的，需要借助于計算機輔助分析工具進行。5.4.2方框圖分析法方法：不考慮反饋放大電路的組態(tài)和類型，直接畫出電路的交流等效電路，列出電流電壓方程，再用電路分析的方法求解負反饋放大電路的性能指標的一種方法。優(yōu)點：不管電路多么復雜，只要等效電路正確，就能求出“精確的結果”。缺點：電路復雜時，計算工作量很大，單憑手工計算是很難完成的，需要借助于計算機輔助分析工具進行。一、等效電路法第四節(jié)負反饋放大器的分析方法第五十頁，共77頁幻燈片基本思想：將負反饋放大器分為基本放大器A和反饋網絡B;求得基本放大器參數;再考慮負反饋對放大器性能的影響，即可求得負反饋放大器的相應參數（如Af、Rif、Rof）。二、方框圖分析法第五十一頁，共77頁幻燈片分析步驟：1.判斷反饋組態(tài)；2.畫基本放大器電路（需考慮反饋網絡B對基本放大電路輸入、輸出的負載作用）；3.由基放電路求A?

、Ri、Ro、B?等；4.求F=(1+A?S0B?)；5.求負反饋放大器的參數（Avf、Rif’、Rof’）。與反饋組態(tài)有關，例如對電流串聯負反饋：取AG、BR第五十二頁，共77頁幻燈片

1.求B網絡對基本放大器輸入回路的負載作用時：凡電壓反饋，令Uo=0，從輸入端看反饋網絡的負載作用。凡電流反饋，令Io=0，從輸入端看反饋網絡的負載作用。

2.求B網絡對基本放大器輸出回路的負載作用時：凡串聯反饋，令Ii=0，從輸出端看反饋網絡的負載作用。凡并聯反饋，令Ui=0，從輸出端看反饋網絡的負載作用。基本放大器電路的畫法：第五十三頁，共77頁幻燈片例：電壓串聯負反饋的一個原理圖：（一）、判別反饋類型：屬電壓串聯負反饋；故采用電壓源信號。（二）、畫基本放大電路：UsT1+EcRbRc1Re1Rc2Dz+-RfT2RsRLC電壓串聯負反饋（電路圖）按上述原則可得：2.求輸出電路：1.求輸入電路：方框圖分析法例第五十四頁，共77頁幻燈片IsRsRe1RC2RL’RfT1UoT2RC1Re1RfUo1圖04.19電壓串聯負反饋（交流通路）3.求出拆除反饋網絡后等效電路：第五十五頁，共77頁幻燈片(三)、基本放大電路計算：1.T1級：電壓增益為：假定T1T2參數相同T1級等效負載：RL1=Rc1//hie2;

(忽略Dz影響)發(fā)射極電阻：RL1=Re1//RfIsRsRe1RC2RL’RfT1UoT2RC1Re1RfUo1第五十六頁，共77頁幻燈片2.T2級：兩級開環(huán)總增益為：IsRsRe1RC2RL’RfT1UoT2RC1Re1RfUo1第五十七頁，共77頁幻燈片2.反饋深度：3.基本反饋方程式：F

=

1+BUAU；AUf

1/BU=(Re1

+Rf)/Re1BU=

Uf/Uo=Re1/(Re1

+Rf)；AUf=AU/

F(四)、反饋放大電路計算：1.反饋系數：UsT1+EcRbRc1Re1Rc2Dz+-RfT2RsRLC在深度反饋下：第五十八頁，共77頁幻燈片4.輸入阻抗：(1).基本放大器的輸入電阻：ri=

hie+(1+hfe)RE1(2).串聯反饋的輸入電阻：rif=

ri1(1+BUAU)(3).考慮偏置電阻時：rif’=

rif//Rb可見串聯負反饋Rb對輸入阻抗影響很大。UsT1+EcRbRc1Re1Rc2Dz+-RfT2RsRLC第五十九頁，共77頁幻燈片5.輸出阻抗：ro=(Re1+Rf)

//(1/hoe)Re1+Rf因而：rof=

ro/(1/AUSOBU)；r’of=

rof//Rc2第六十頁，共77頁幻燈片XO基本放大器A反饋網絡B-XfXdiXi正向傳輸反向傳輸理想模型的假定：（1）.正向傳輸:信號只經過基本放大器，而不經過反饋網絡。（2）.反向傳輸:信號只經過反饋網絡，而不經過基本放大器。第六十一頁，共77頁幻燈片XO基本放大器A反饋網絡B-XfXdiXi正向傳輸反向傳輸深負反饋下，F1（或AB1），此時反饋方程式可簡化為：第六十二頁，共77頁幻燈片5.4.3深負反饋條件下的近似計算

三、深負反饋條件