反饋放大電路

第七章反饋放大電路掌握內(nèi)容：負(fù)反饋對放大器性能的影響理解內(nèi)容：四種類型反饋組態(tài)的特點了解內(nèi)容：反饋的概念；負(fù)反饋放大電路的框圖重點：反饋的分類、反饋類型的判別;負(fù)反饋對放大器性能的影響;負(fù)反饋放大器的近似計算難點：負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定條件本章學(xué)時：81§7-1．反饋的基本概念與分類§7-2．負(fù)反饋放大電路的方框圖及增益的一般表達式

§7-3．負(fù)反饋對放大電路性能的影響§7-4．負(fù)反饋放大電路的分析方法§7-5．負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定問題主要內(nèi)容：

第七章反饋放大電路2§7-1．反饋的基本概念與分類一、什么是反饋在電子電路中，將輸出量的一部分或全部通過一定的電路形式作用到輸入回路，用來影響其輸入量的措施稱為反饋。（一）反饋的基本概念A(yù)+–比較環(huán)節(jié)基本放大電路F反饋網(wǎng)絡(luò)

xi—輸入信號(ii或ui

)

xid

—

凈輸入信號(iid

或uid)

xo—輸出信號(io

或uo

)

xf—

反饋信號(if或uf

)反饋放大電路方框圖3判斷有無反饋:§7-1．反饋的基本概念與分類4二、正反饋與負(fù)反饋根據(jù)反饋極性的不同，可以分為正反饋和負(fù)反饋。正反饋：凈輸入量增大；輸出量的變化增大。負(fù)反饋：凈輸入量減??；輸出量的變化減小?！?-1．反饋的基本概念與分類5正反饋和負(fù)反饋的判斷(瞬時極性法)在放大電路的輸入端，假設(shè)一個輸入信號對地的極性，用“+”、“-”表示。按信號傳輸方向依次判斷相關(guān)點的瞬時極性，直至判斷出反饋信號的瞬時極性。如果反饋信號的瞬時極性使凈輸入減小，則為負(fù)反饋；反之為正反饋。反饋信號和輸入信號加于輸入回路一點時，瞬時極性相同的為正反饋，瞬時極性相反的是負(fù)反饋。反饋信號和輸入信號加于輸入回路兩點時，瞬時極性相同的為負(fù)反饋，瞬時極性相反的是正反饋。以上輸入信號和反饋信號的瞬時極性都是指對地而言，這樣才有可比性。對三極管來說這兩點是基極和發(fā)射極，對運算放大器來說是同相輸入端和反相輸入端?！?-1．反饋的基本概念與分類6判斷：§7-1．反饋的基本概念與分類7三、直流反饋與交流反饋

根據(jù)反饋信號本身的交、直流性質(zhì)，可以分為直流反饋和交流反饋直流反饋：反饋量只含直流成分。交流反饋：反饋量只含交流成分。在很多情況下，交、直流兩種反饋兼而有之。判斷：§7-1．反饋的基本概念與分類8§7-1．反饋的基本概念與分類練習(xí)：輸入回路輸出回路判斷電路是否存在反饋。是正反饋還是負(fù)反饋？直反饋還是交流反饋？RE介于輸入輸出回路，有反饋。反饋使uid

減小，為負(fù)反饋。既有直流反饋，又有交流反饋。9根據(jù)反饋信號在放大電路輸出端采樣方式的不同，可以分為電壓反饋和電流反饋。電壓反饋：反饋信號取自輸出電壓電流反饋：反饋信號取自輸出電流判斷方法：若Vo=0(RL短路),反饋不存在，則為電壓反饋；（二）四種類型的反饋組態(tài)§7-1．反饋的基本概念與分類AFRLuo電壓反饋電流反饋iouoFARLio若Io=0(RL開路),反饋不存在，則為

電流反饋。10§7-1．反饋的基本概念與分類根據(jù)反饋信號與輸入信號在放大電路輸入回路中求和形式的不同，可以分為串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋。串聯(lián)反饋：反饋信號與輸入信號以電壓相加減的形式在輸入端出現(xiàn)。uid

=

ui

uf特點：信號源內(nèi)阻越小，反饋效果越明顯。并聯(lián)反饋：反饋信號與輸入信號以電流相加減的形式在輸入端出現(xiàn)。iid

=

ii

if特點：信號源內(nèi)阻越大，反饋效果越明顯。AFiiifisiidRSRSAFuiuidufus11一、電壓串聯(lián)負(fù)反饋§7-1．反饋的基本概念與分類AFuiuidufusRSRLuo電壓串連負(fù)反饋原理圖12瞬時極性法當(dāng)vi一定時：若RLvovfvidvo電壓負(fù)反饋串聯(lián)負(fù)反饋輸出回路輸入回路基本放大器反饋網(wǎng)絡(luò).AFAF⊕⊕⊕⊕vividvfvo反饋信號和輸入信號加于輸入回路兩點時，瞬時極性相同為負(fù)反饋。電壓負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電壓反饋信號與電壓成比例，是電壓反饋。反饋電壓Vf與輸入電壓Vid是串聯(lián)關(guān)系，故為串聯(lián)負(fù)反饋?！?-1．反饋的基本概念與分類13例1：試分析該電路存在的反饋，并判斷其反饋組態(tài)。⊕⊕⊕⊕○經(jīng)Rf加在發(fā)射極E1上的反饋電壓Vf與輸入電壓Vi是串聯(lián)關(guān)系，故為串聯(lián)負(fù)反饋。+vf-解：根據(jù)瞬時極性法判斷該電路為負(fù)反饋。輸出回路反饋信號與電壓成比例，是電壓反饋。輸入回路反饋信號和輸入信號加于輸入回路兩點時，瞬時極性相同為負(fù)反饋。電壓串聯(lián)負(fù)反饋14例2：試分析該電路存在的反饋，并判斷其反饋組態(tài)?！皎挩挕稹鸾?根據(jù)瞬時極性法電路是負(fù)反饋。

反饋信號vf和輸入信號vi加在運放A1的兩個輸入端，故為串聯(lián)反饋。反饋信號與輸出電壓成比例，故為電壓反饋。反饋信號和輸入信號加于輸入回路兩點時，瞬時極性相同為負(fù)反饋。交直流串聯(lián)電壓負(fù)反饋15二、電流串聯(lián)負(fù)反饋§7-1．反饋的基本概念與分類AFuiuidufusRSiouoRLio電流串連負(fù)反饋原理圖16AFAF⊕⊕vividvf⊕反饋信號和輸入信號加于輸入回路兩點時，瞬時極性相同為負(fù)反饋。io輸出端的取樣是電流，所以是電流負(fù)反饋。輸入端Vid和Vf以串聯(lián)的方式進行比較，所以是串聯(lián)負(fù)反饋。§7-1．反饋的基本概念與分類17例3：電流串聯(lián)負(fù)反饋試分析該電路存在的反饋，并判斷其反饋組態(tài)。反饋信號和輸入信號加于輸入回路兩點時，瞬時極性相同為負(fù)反饋。解：根據(jù)瞬時極性法判斷18三、電壓并聯(lián)負(fù)反饋§7-1．反饋的基本概念與分類FAiiifisiidRSRLuo電壓并聯(lián)負(fù)反饋原理圖19AF....AF⊕voIiIidIf○反饋信號和輸入信號加于輸入回路同一點時，瞬時極性相反為負(fù)反饋。電壓負(fù)反饋輸出端的取樣是電壓并聯(lián)負(fù)反饋輸入端Ii和If以并聯(lián)的方式進行比較○§7-1．反饋的基本概念與分類20四、電流并聯(lián)負(fù)反饋§7-1．反饋的基本概念與分類FAiiifisiidRSiouoRLio電流并聯(lián)負(fù)反饋原理圖21AF...⊕iiiidif○AF○反饋信號和輸入信號加于輸入回路同一點時，瞬時極性相反為負(fù)反饋。io當(dāng)ii一定時：若RLioifiidio通過R、Rf電流負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電流電流負(fù)反饋輸出端的取樣是電流并聯(lián)負(fù)反饋輸入端Ii和If以并聯(lián)的方式進行比較§7-1．反饋的基本概念與分類22例4：試分析該電路存在的反饋，并判斷其反饋組態(tài)。電流并聯(lián)負(fù)反饋解：根據(jù)瞬時極性法判斷○○⊕⊕⊕★輸入信號與反饋信號是并聯(lián)的形式，所以是并聯(lián)負(fù)反饋。反饋信號和輸入信號加于輸入回路同一點時，瞬時極性相反是負(fù)反饋?！锓答佇盘柸∽耘c輸出電流，所以是電流負(fù)反饋?！?3例5：反饋信號和輸入信號加于輸入回路同一點時，瞬時極性相反是負(fù)反饋。試分析該電路存在的反饋，并判斷其反饋組態(tài)。電流并聯(lián)負(fù)反饋輸入信號與反饋信號是并聯(lián)的形式，所以是并聯(lián)負(fù)反饋。反饋信號取自與輸出電流，所以是電流負(fù)反饋。解：根據(jù)瞬時極性法判斷24電壓反饋和電流反饋

將輸出電壓‘短路’，若反饋信號為零，則為電壓反饋；若反饋信號仍然存在，則為電流反饋。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；電壓反饋與電流反饋的判斷：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?！?-1．反饋的基本概念與分類25串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋反饋信號與輸入信號加在輸入回路的同一個電極上，則為并聯(lián)反饋；反之，加在放大電路輸入回路的兩個電極，則為串聯(lián)反饋。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發(fā)射極，為并聯(lián)反饋；一個加在基極一個加在發(fā)射極則為串聯(lián)反饋。對于運算放大器來說，反饋信號與輸入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一個加在反相輸入端則為串聯(lián)反饋。此時反饋信號與輸入信號是電壓相加減的關(guān)系。此時反饋信號與輸入信號是電流相加減的關(guān)系。§7-1．反饋的基本概念與分類26§7-2．負(fù)反饋放大電路的方框圖及增益的一般表達式（一）、負(fù)反饋放大電路的方框圖表示法輸入量反饋量凈輸入量輸出量定義：開環(huán)放大倍數(shù)反饋系數(shù)閉環(huán)放大倍數(shù)27四種組態(tài)電路的方框圖§7-2．負(fù)反饋放大電路的方框圖及增益的一般表達式28§7-2．負(fù)反饋放大電路的方框圖及增益的一般表達式29（二）、負(fù)反饋放大電路的一般表達式一般表達式中頻當(dāng)1+AF>>1時，

稱深度負(fù)反饋§7-2．負(fù)反饋放大電路的方框圖及增益的一般表達式30一、深度負(fù)反饋的實質(zhì)深度負(fù)反饋§7-2．負(fù)反饋放大電路的方框圖及增益的一般表達式31二、分析步驟§7-2．負(fù)反饋放大電路的方框圖及增益的一般表達式32三、分析實例1.電壓并聯(lián)2.電壓串聯(lián)§7-2．負(fù)反饋放大電路的方框圖及增益的一般表達式333.電流并聯(lián)§7-2．負(fù)反饋放大電路的方框圖及增益的一般表達式344.電流串聯(lián)§7-2．負(fù)反饋放大電路的方框圖及增益的一般表達式35對輸出電阻的影響對通頻帶的影響對輸入電阻的影響對增益的影響對非線性失真的影響對噪聲、干擾和溫漂的影響負(fù)反饋是改善放大電路性能的重要技術(shù)措施，廣泛應(yīng)用于放大電路和反饋控制系統(tǒng)之中。§7-3．負(fù)反饋對放大電路性能的改善36§7-3．負(fù)反饋對放大電路性能的改善一、穩(wěn)定增益在中頻Af的相對變化量等于A的相對變化量的（1+AF）分之一。即閉環(huán)放大倍數(shù)的穩(wěn)定性提高了（1+AF）倍。對上式求全微分將上式等號兩邊都除以Af

，則Af

的相對變化量A的相對變化量37二、改變輸入電阻和輸出電阻1.對輸入電阻的影響§7-3．負(fù)反饋對放大電路性能的改善串聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻增大Rif深度負(fù)反饋：ii

A

FuiuidufRiAFuid38§7-3．負(fù)反饋對放大電路性能的改善并聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻減小Rif深度負(fù)反饋：ifiidii

A

FuiRiAFiid392.對輸出電阻的影響§7-3．負(fù)反饋對放大電路性能的改善電壓負(fù)反饋F

與A

并聯(lián)，使輸出電阻減小。AFRoRofA為負(fù)載開路時的源電壓放大倍數(shù)。深度負(fù)反饋：電流負(fù)反饋F

與A

串聯(lián)，使輸出電阻增大AFRoRofA為負(fù)載短路時的源電壓放大倍數(shù)。深度負(fù)反饋：40三、擴展頻帶§7-3．負(fù)反饋對放大電路性能的改善無反饋時：BW=fH

fL

fH引入反饋后，fA(f)OAm0.707AmfLfHBWAf(f)Amf0.707AmffLffHfBWf可證明：fHf

=(1+AF)fHfLf

=fL/(1+AF)=(1+AF)fH

fHf

=(1+AF)BWBWf=fHf

fLf41四、減小非線性失真§7-3．負(fù)反饋對放大電路性能的改善uf加入負(fù)反饋無負(fù)反饋FufAuiuo+–uiduo大小略大略小略小略大uiA接近正弦波改善了波形失真42五、負(fù)反饋對噪聲的影響§7-3．負(fù)反饋對放大電路性能的改善43

負(fù)反饋只對反饋環(huán)內(nèi)的噪聲和干擾有抑制作用。§7-3．負(fù)反饋對放大電路性能的改善44穩(wěn)定直流，引直流反饋；穩(wěn)定交流，引交流反饋；穩(wěn)定輸出電壓，引電壓反饋；穩(wěn)定輸出電流，引電流反饋。2、根據(jù)對輸入、輸出電阻的要求選擇反饋類型欲提高輸入電阻，采用串聯(lián)反饋；欲降低輸入電阻，采用并聯(lián)反饋；要求高內(nèi)阻輸出，采用電流反饋；要求低內(nèi)阻輸出，采用電壓反饋。六、放大電路中引入負(fù)反饋的一般原則§7-3．負(fù)反饋對放大電路性能的改善1、欲穩(wěn)定某個量，則引該量的負(fù)反饋453、為使反饋效果強，根據(jù)信號源及負(fù)載確定反饋類型信號源為恒壓源，采用串聯(lián)反饋；信號源為恒流源，采用并聯(lián)反饋；要求負(fù)載能力強，采用電壓反饋；要求恒流源輸出，采用電流反饋?！?-3．負(fù)反饋對放大電路性能的改善461.深度負(fù)反饋的特點：AFAxidAFxid(1+AF)xid即：串聯(lián)負(fù)反饋：虛短并聯(lián)負(fù)反饋：虛斷§7-4．深度負(fù)反饋放大電路的分析方法472.深度負(fù)反饋電路性能的估算：(1)電壓串聯(lián)負(fù)反饋8uiC1R1uoR2Rfuiduf虛短RifRifRof例1:§7-4．深度負(fù)反饋放大電路的分析方法48例2:RifRifR0f例3:49(2)電壓并聯(lián)負(fù)反饋運算放大器在線性應(yīng)用時同時存在虛短和虛斷虛斷虛地例4:§7-4．深度負(fù)反饋放大電路的分析方法50虛斷虛地例5:51(3)電流串聯(lián)負(fù)反饋虛短虛斷例6:§7-4．深度負(fù)反饋放大電路的分析方法52虛短例7:53(4)電流并聯(lián)負(fù)反饋例8:虛地§7-4．深度負(fù)反饋放大電路的分析方法54§7-5．負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定問題一、負(fù)反饋放大電路自激振蕩產(chǎn)生的原因和條件自激振蕩現(xiàn)象：輸入為零時，輸出產(chǎn)生一定頻率和一定幅度的信號。1.自激振蕩產(chǎn)生的原因附加相移負(fù)反饋→正反饋ui=0AuouiAuo552.自激振蕩的平衡條件即(n為整數(shù))平衡條件起振條件§7-5．負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定問題561、波特圖的繪制有效地判斷放大電路是否能自激的方法，是用波特圖。不過前面波特圖的Y軸坐標(biāo)是20lgA，單位是分貝，X軸是對數(shù)坐標(biāo)，單位是赫茲。有一個三極點直接耦合開環(huán)放大電路的頻率特性方程式如下其波特圖如下圖所示，頻率的單位為Hz。§7-5．負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定問題二、用波特圖判斷負(fù)反饋放大電路的自激57根據(jù)給定的頻率特性方程，放大電路在高頻段有三個極點頻率fp1、fp2和fp3。105代表中頻電壓放大倍數(shù)（100dB），于是可畫出幅度頻率特性曲線和相位頻率特性曲線?？偟南囝l特性曲線是用每個極點頻率的相頻特性曲線合成而得到的。相頻特性曲線的Y坐標(biāo)是附加相移A。當(dāng)A=－180時，即圖中的S點對應(yīng)的頻率稱為臨界頻率fc。當(dāng)f=fc時反饋信號與輸入信號同相，負(fù)反饋變成了正反饋，只要信號幅度滿足要求，即可自激?！?-5．負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定問題582、放大電路自激的判斷

加入負(fù)反饋后，放大倍數(shù)降低，頻帶展寬，設(shè)反饋系數(shù)F1=10-4，閉環(huán)波特圖與開環(huán)的波特圖交P點，對應(yīng)的附加相移A=－90，不滿足相位條件，不自激?！?-5．負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定問題59進一步加大負(fù)反饋量，設(shè)反饋系數(shù)F2=10-3，閉環(huán)波特圖與開環(huán)的波特圖交P'點，對應(yīng)的附加相移A=－135，不滿足相位條件，不自激。此時A雖不是－180，但反饋信號的矢量方向已經(jīng)基本與輸入信號相同，已進入正反饋的范疇，因此當(dāng)信號頻率接近106Hz時，即P'點時，放大倍數(shù)就有所提高?！?-5．負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定問題60再進一步加大反饋量，設(shè)反饋系數(shù)F3=10-2，閉環(huán)波特圖與開環(huán)波特圖交P"點，對應(yīng)的附加相移A=－180。當(dāng)放大電路的工作頻率提高到對應(yīng)P"點處的頻率時，滿足自激的相位條件。此時放大電路有40dB的增益，AF=100×10-2=1，正好滿足放大電路自激的幅度條件，放大電路產(chǎn)生自激。§7-5．負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定問題613、環(huán)路增益波特圖的引入由于負(fù)反饋的自激條件是，所以將以

20為Y坐標(biāo)的波特圖改變?yōu)橐?0為Y坐標(biāo)的波特圖，用于分析放大電路的自激更為方便。由于對于幅度條件

相當(dāng)在以20為Y坐標(biāo)的波特圖上減去即可到以環(huán)路增益20為Y坐標(biāo)的波特圖了。如下圖所示：§7-5．負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定問題62在圖中，當(dāng)F3=0.01時，MN線為20lg=0dB。20lg

=0dB這條線與幅頻特性的交點稱為切割頻率f0。此時=1，

A=－180，幅度和相位條件都滿足自激條件，所以20lg=0dB這條線是臨界自激線。在臨界自激線上，從S點向左達到對應(yīng)R點的頻率時，此時

A=－135，距A=－180有m=45的裕量，這個m稱為相位裕度。一般在工程上為了保險起見，相位裕度m≥45。僅僅留有相位裕度是不夠的，也就是說，當(dāng)A=－180時，還應(yīng)使

<1，即反饋量要比F=0.01再小一些，例如F=0.001，相當(dāng)于圖中的M'N'這條線。此時距線MN有Gm=-20dB的裕量，Gm稱為幅度裕度。工程上為保險起見，幅度裕度|Gm|

≥10dB。§7-5．負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定問題634、判斷自激的條件根據(jù)以上討論，可將環(huán)路增益波特圖分為三種情況，如下圖所示。(a)穩(wěn)定:fc>f0,Gm<0dB(b)自激:

fc<f0,Gm>0dB(c)臨界狀態(tài):

fc=f0,Gm=0dB

判斷自激的實用方法§7-5．負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定問題64fc>f0,Gm<0dB。從A=－180出發(fā)，得到的Gm<0dB，即AF<1，不滿足幅度條件。判斷自激的條件歸納如下：fc<f0,Gm>0dB。從A=－180出發(fā)，得到的Gm>0dB，即AF>1，滿足幅度條件。fc=f0,Gm=0dB。從A=－180出發(fā)，得到的Gm=0dB，即AF=1。穩(wěn)定狀態(tài)：自激狀態(tài)：臨界狀態(tài)：65小結(jié)第七章66一、反饋的判斷方法1.有無反饋:2.