《模擬電路》第6章：反饋放大電路-

第六章反饋擴(kuò)展電路6.1反饋的基本概念6.2負(fù)反饋擴(kuò)展器的四種類型6.3負(fù)反饋對擴(kuò)展器性能的影響6.4負(fù)反饋擴(kuò)展器的計(jì)算6.5負(fù)反饋擴(kuò)展器的自激振蕩及消除方法一、從一個(gè)例子說起輸入量:ui、ube、ib反饋——將電子系統(tǒng)輸出回路的電量〔電壓或電流〕,以一定的方式送回到輸入回路的過程。6.1反饋的基本概念輸出量:uo、uce、ic正向傳輸——信號從輸入端到輸出端的傳輸TUBEICICUEIB穩(wěn)定工作點(diǎn)電路:UB一定二.幾個(gè)基本概念1.開環(huán)與閉環(huán)電路中只有正向傳輸,沒有反向傳輸,稱為開環(huán)狀態(tài)。正向傳輸——信號從輸入端到輸出端的傳輸反向傳輸——信號從輸出端到輸入端的傳輸既有正向傳輸,又有反饋稱為閉環(huán)狀態(tài)。信號的正向傳輸信號的正向傳輸反饋傳輸(通路)〔反饋網(wǎng)絡(luò)〕直流反饋——假設(shè)電路將直流量反饋到輸入回路,則稱直流反饋。該電路引入直流反饋的目的,是為了穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)Q。交流反饋——假設(shè)電路將交流量反饋到輸入回路,則稱交流反饋。〔如去掉電容Ce〕交流反饋,影響電路的交流工作性能。直流反饋交流反饋ic解:依據(jù)反饋到輸入端的信號是交流還是直流還是同時(shí)存在，來進(jìn)行判別。例:推斷以下圖中有哪些反饋回路，是交流反饋還是直流反饋。交、直流反饋交流反饋?zhàn)⒁怆娙莸摹案糁蓖ń花曌饔?！?基本擴(kuò)展器，無反饋，凈輸入量ube=ui，電壓擴(kuò)展倍數(shù)為:負(fù)反饋——輸入量不變時(shí),引入反饋后使凈輸入量減小,擴(kuò)展倍數(shù)減小。引入反饋后，凈輸入量ube=ui-uf，電壓擴(kuò)展倍數(shù)為:可見,凈輸入量減小,擴(kuò)展倍數(shù)減小,所以是負(fù)反饋。正反饋——輸入量不變時(shí),引入反饋后使凈輸入量增加,擴(kuò)展倍數(shù)增加。本級反饋——反饋只存在于某一級擴(kuò)展器中

級間反饋——反饋存在于兩級以上的擴(kuò)展器中例級間反饋本級反饋本級反饋6.2負(fù)反饋擴(kuò)展器的四種類型負(fù)反饋類型有四種組態(tài):

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)反饋一.電壓串聯(lián)負(fù)反饋依據(jù)瞬時(shí)極性推斷是負(fù)反饋,所以該電路為電壓串聯(lián)負(fù)反饋從輸入端看，有：ud=ui-uf故為串聯(lián)負(fù)反饋。用“瞬時(shí)極性法〞推斷反饋極性:假設(shè)某一瞬時(shí)，在擴(kuò)展電路的輸入端加入一個(gè)正極性的輸入信號，按信號傳輸方向依次推斷相關(guān)點(diǎn)的瞬時(shí)極性，直至推斷出反饋信號的瞬時(shí)極性。如果反饋信號的瞬時(shí)極性使凈輸入減小，則為負(fù)反饋；反之為正反饋。反饋電壓：因?yàn)榉答伭颗c輸出電壓成比例,所以稱電壓反饋。分立電路電壓串聯(lián)負(fù)反饋RL

uO

uf

ud(ube)

uO

電壓負(fù)反饋的特性——穩(wěn)定輸出電壓穩(wěn)定過程:負(fù)載變化時(shí),輸出電壓穩(wěn)定——輸出電阻↓ui一定依據(jù)瞬時(shí)極性推斷是負(fù)反饋,所以該電路為電壓串聯(lián)負(fù)反饋。id=ii-if從輸入端看有：因?yàn)榉答伭颗c輸出電壓成比例,所以是電壓反饋。

反饋電流：故為并聯(lián)負(fù)反饋。分立電路電壓并聯(lián)負(fù)反饋反饋量與輸出電壓成比例,所以是電壓反饋。依據(jù)瞬時(shí)極性推斷是負(fù)反饋,所以該電路為電壓串聯(lián)負(fù)反饋id=ii-if在輸入端有故為并聯(lián)負(fù)反饋。因?yàn)榉答侂娏?依據(jù)瞬時(shí)極性推斷是負(fù)反饋,所以該電路為電流串聯(lián)負(fù)反饋。又因?yàn)樵谳斎攵擞?id=ii-if反饋電流:因?yàn)榉答伭颗c輸出電流成比例,所以是電流反饋。故為并聯(lián)負(fù)反饋。分立電路組成的電流并聯(lián)負(fù)反饋引入電流負(fù)反饋的目的——穩(wěn)定輸出電流穩(wěn)定過程:負(fù)載變化時(shí),輸出電流穩(wěn)定——輸出電阻↑RL

io(ic2)

if

id（ib）

io(ic2)

反饋電壓:uf=ioRf依據(jù)瞬時(shí)極性推斷是負(fù)反饋,所以該電路為電流串聯(lián)負(fù)反饋ud=ui-uf又因?yàn)樵谳斎攵擞幸驗(yàn)榉答伭颗c輸出電流成比例,所以是電流反饋。故為串聯(lián)負(fù)反饋。分立電路組成的電流串聯(lián)負(fù)反饋電路io

uf

ud

io

引入電流負(fù)反饋的目的——穩(wěn)定輸出電流穩(wěn)定過程:負(fù)載變化時(shí),輸出電流穩(wěn)定——輸出電阻↑RL

1.直流反饋與交流反饋——注意電容的“隔直通交〞作用例題1:試推斷以下圖電路中有哪些反饋支路，各是直流反饋還是交流反饋？2.反饋極性:正反饋與負(fù)反饋判定方法——“瞬時(shí)極性法〞例題2:試推斷以下電路中反饋支路的反饋極性。關(guān)于串聯(lián)反饋:輸入量與反饋量作用在不同的兩點(diǎn)上，假設(shè)輸入量與反饋量的瞬時(shí)極性相同為負(fù)反饋，瞬時(shí)極性相反為正反饋。關(guān)于并聯(lián)反饋:輸入量與反饋量作用在同一點(diǎn)上，假設(shè)反饋元件兩端瞬時(shí)極性相反為負(fù)反饋，瞬時(shí)極性相同為正反饋。動畫演示3.取樣方式——電壓反饋與電流反饋假設(shè)輸出端交流短路〔RL=0〕,即uo=0,假設(shè)反饋信號消失了,則為電壓反饋；假設(shè)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。推斷方法——輸出短路法:電流反饋:反饋信號的大小與輸出電流成比例。例題3:試推斷以下電路中引入的反饋是電壓反饋還是電流反饋。

4.比較方式——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加在擴(kuò)展電路輸入回路的兩個(gè)電極。有:ud=ui-uf

并聯(lián)反饋:反饋信號與輸入信號加在擴(kuò)展電路輸入回路的同一個(gè)電極。有:id=ii-if

此時(shí)反饋信號與輸入信號是電壓相加減的關(guān)系。此時(shí)反饋信號與輸入信號是電流相加減的關(guān)系。關(guān)于三極管電路:假設(shè)反饋信號與輸入信號同時(shí)加在三極管的基極或發(fā)射極,則為并聯(lián)反饋。

假設(shè)反饋信號與輸入信號一個(gè)加在基極一個(gè)加在發(fā)射極則為串聯(lián)反饋。關(guān)于運(yùn)放電路:

假設(shè)反饋信號與輸入信號同時(shí)加在同相端或反相端為并聯(lián)反饋。

假設(shè)反饋信號與輸入信號一個(gè)加在同相端一個(gè)加在反相端則為串聯(lián)反饋。例題4:試推斷以下電路中引入的反饋是串聯(lián)反饋還是并聯(lián)反饋。例題5:試推斷以下電路中的反饋組態(tài)。解:電壓串聯(lián)負(fù)反饋。解:電壓并聯(lián)負(fù)反饋。動畫演示例題6:試推斷以下電路中的反饋組態(tài)。〔1〕串聯(lián)反饋5.信號源對反饋效果的影響ud=ui-uf所以us應(yīng)為恒壓源,即信號源內(nèi)阻RS越小越好。要想反饋效果顯然,就要求uf變化能有效引起ud的變化。〔2〕并聯(lián)反饋id=ii-if所以is應(yīng)為恒流源,即信號源內(nèi)阻RS越大越好。要想反饋效果顯然,就要求if變化能有效引起id的變化。基本放大電路A反饋網(wǎng)絡(luò)F放大：迭加：1.方框圖:A稱為開環(huán)擴(kuò)展倍數(shù)+–

反饋：AF稱為閉環(huán)擴(kuò)展倍數(shù)AF=Xo/Xi輸出信號輸入信號反饋信號凈輸入信號F稱為反饋系數(shù)設(shè)Xf與Xi同相六.負(fù)反饋擴(kuò)展電路的方框圖負(fù)反饋放大器2.負(fù)反饋擴(kuò)展器的一般關(guān)系閉環(huán)擴(kuò)展倍數(shù):放大：反饋：迭加：AF=Xo/Xi=Xo/(Xd+Xf)=Xo/(+XoF)=XoA11A+F=A1+AF3.關(guān)于反饋深度的討論一般負(fù)反饋稱為反饋深度深度負(fù)反饋正反饋?zhàn)约ふ袷?.3負(fù)反饋對擴(kuò)展電路性能的影響

提升增益的穩(wěn)定性

減少非線性失真

擴(kuò)展頻帶

改變輸入電阻和輸出電阻

在擴(kuò)展器中引入負(fù)反饋

降低了擴(kuò)展倍數(shù)使擴(kuò)展器的性能得以改善:一.提升擴(kuò)展倍數(shù)的穩(wěn)定性閉環(huán)時(shí)則只合計(jì)幅值有即閉環(huán)增益相對變化量比開環(huán)減小了1+AF倍另一方面:在深度負(fù)反饋條件下即閉環(huán)增益只取決于反饋網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)反饋網(wǎng)絡(luò)由穩(wěn)定的線性元件組成時(shí),閉環(huán)增益將有很高的穩(wěn)定性。2.改善擴(kuò)展器的非線性失真Auiufuiuoud加反饋前加反饋后AF+–

失真改善uouo動畫演示3.擴(kuò)展擴(kuò)展器的通頻帶擴(kuò)展電路加入負(fù)反饋后,增益下降,但通頻帶卻加寬了。無反饋時(shí)擴(kuò)展器的通頻帶:fbw=fH－fLfH有反饋時(shí)擴(kuò)展器的通頻帶:fbwf=fHf－fLffHf可以證實(shí):fbwf=(1+AF)fbw擴(kuò)展器的一個(gè)重要特性:增益與通頻帶之積為常數(shù)。即:Amf×fbwf=Am×fbw020lg|A|（dB）F（Hz）AmfLfHfLffHfAmf4.負(fù)反饋對輸入電阻的影響

(1)串聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻增加

無反饋時(shí):有反饋時(shí):(2)并聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻減小無反饋時(shí):有反饋時(shí):5.負(fù)反饋對輸出電阻的影響

電壓負(fù)反饋→穩(wěn)定輸出電壓〔當(dāng)負(fù)載變化時(shí)〕→恒壓源→輸出電阻小。(1)電壓負(fù)反饋使輸出電阻減小

電流負(fù)反饋→穩(wěn)定輸出電流〔當(dāng)負(fù)載變化時(shí)〕→恒流源→輸出電阻大。(2)電流負(fù)反饋使輸出電阻提升為改善性能引入負(fù)反饋的一般原則

要穩(wěn)定直流量——引直流負(fù)反饋

要穩(wěn)定交流量——引交流負(fù)反饋

要穩(wěn)定輸出電壓——引電壓負(fù)反饋

要穩(wěn)定輸出電流——引電流負(fù)反饋

要增大輸入電阻——引串聯(lián)負(fù)反饋

要減小輸入電阻——引并聯(lián)負(fù)反饋舉例:在下面的擴(kuò)展器中按要求引入適當(dāng)?shù)姆答仭！?〕希望加入信號后，ic3的數(shù)值基本不受R6改變的影響?！?〕希望接入負(fù)載后,輸出電壓UO基本穩(wěn)定?！?〕希望輸入端向信號源索取的電流小。〔4〕希望穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。解:以上兩種反饋都同時(shí)具有交、直流反饋，所以能夠穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。如果要求只引入直流負(fù)反饋，去除交流反饋。怎樣接？6.4負(fù)反饋擴(kuò)展電路的計(jì)算

本節(jié)重點(diǎn)討論深度負(fù)反饋條件下的近似計(jì)算1.估算的依據(jù)深度負(fù)反饋:即,深度負(fù)反饋條件下,閉環(huán)增益只與反饋系數(shù)有關(guān)。由得方法一:一.估算電壓增益方法二:依據(jù)將代入上式得即:輸入量近似等于反饋量凈輸入量近似等于零由此可得深度負(fù)反饋條件下,基本擴(kuò)展電路“虛短〞、“虛斷〞的概念或深度負(fù)反饋條件下:Xd=Xi-Xf≈0u+=u-〔運(yùn)放電路〕ue=ub〔三極管電路〕(1)“虛短〞——ud≈0(2)“虛斷〞——id≈0ii+=ii-=0〔運(yùn)放電路〕ib=0〔三極管電路〕“虛短〞與“虛斷〞〔1〕電壓串聯(lián)負(fù)反饋

2.舉例解:用方法一。求反饋系數(shù):求閉環(huán)電壓擴(kuò)展倍數(shù):例2.運(yùn)放組成的電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路解:用方法二。

利用虛短和虛斷的概念得知閉環(huán)電壓增益則〔2〕電流并聯(lián)負(fù)反饋擴(kuò)展器反饋系數(shù):閉環(huán)增益閉環(huán)電壓增益解:用方法一。

閉環(huán)電壓增益:利用虛短和虛斷可知例2.運(yùn)放組成的電流并聯(lián)負(fù)反饋擴(kuò)展器解:用方法二。ui=iiR1ii=if〔3〕電壓并聯(lián)負(fù)反饋

閉環(huán)增益閉環(huán)電壓增益解:用方法一。反饋系數(shù):

利用虛短和虛斷可知u+=u-=0ii=if閉環(huán)增益閉環(huán)電壓增益例1.分立元件組成的電流串聯(lián)負(fù)反饋解:用方法一。反饋系數(shù):由第二章知,該電路閉環(huán)電壓增益:〔4〕電流串聯(lián)負(fù)反饋閉環(huán)電壓增益:利用虛短和虛斷可知:解:用方法二。二.估算輸入輸出電阻在深度負(fù)反饋條件下:注:表中的輸入、輸出電阻均指反饋環(huán)中的輸入、輸出電阻。〔1〕電壓串聯(lián)負(fù)反饋舉例Rif＝∞／Rif＝Rb1ROf＝0〔2〕電壓并聯(lián)負(fù)反饋Rif＝0／Rif＝RSROf＝0〔3〕電流并聯(lián)負(fù)反饋ROf＝RC2Rif＝0／Rif＝RSROf＝∞／綜合舉例1:求電壓擴(kuò)展倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻。綜合舉例2:求電壓擴(kuò)展倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻。一.產(chǎn)生自激振蕩的原因及條件1.自激振蕩現(xiàn)象在不加輸入信號的狀況下,擴(kuò)展電路仍會產(chǎn)生一定頻率的信號輸出。

負(fù)反饋擴(kuò)展電路的自激振蕩及消除方法基本放大電路A反饋網(wǎng)絡(luò)F+–×2.產(chǎn)生自激振蕩的原因中頻時(shí):高頻或低頻時(shí),擴(kuò)展器產(chǎn)生的附加相移達(dá)到180°時(shí)。為負(fù)反饋。變?yōu)檎答?。此時(shí),假設(shè)滿足則Xi=0,仍會有輸出信號。3.自激振蕩的條件幅值條件相位條件（附加相移）基本放大電路A反饋網(wǎng)絡(luò)F+–×自激振蕩條件：分解為幅值條件與相位條件:由以上分析知:及穩(wěn)定裕度方法一:則擴(kuò)展器穩(wěn)定。否則自激。00-90°-180°滿足：同理，為了切實(shí)保證穩(wěn)定，要留有-10dB的余量，稱為幅值裕度方法二:滿足：則擴(kuò)展器穩(wěn)定。否則自激。為了切實(shí)保證穩(wěn)定，要留有45°余量，稱為相位裕度三.負(fù)反饋擴(kuò)展電路穩(wěn)定性分析(2)作水平線(1)作出的幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)波特圖在水平線的交點(diǎn)作垂線交相頻響應(yīng)曲線的一點(diǎn)(3)判斷是否滿足相位裕度

m45若該點(diǎn)滿足相位裕度，穩(wěn)定；否則不穩(wěn)定。在相頻響應(yīng)的點(diǎn)處作垂線交于P點(diǎn)若P點(diǎn)在水平線之下，穩(wěn)定；否則不穩(wěn)定?；蛲茢喾€(wěn)定性方法:將寫為：即：舉例:設(shè)一基本擴(kuò)展器的增益為:三.負(fù)反饋擴(kuò)展電路穩(wěn)定性分析1.設(shè)反饋系數(shù)，分析其穩(wěn)定性三個(gè)極點(diǎn)頻率為:fp1=0.5×106Hz，fp2=5×106Hz，fp3=5×107Hz。其中fp1=0.5×106Hz最低，它決定了整個(gè)基本擴(kuò)展器的上限頻率，稱為主極點(diǎn)頻率。(1)作出的幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)波特圖解：(2)作的水平線(3)水平線

相交于E點(diǎn)。與E點(diǎn)相對應(yīng)的附加相位移為，因此，放大器是不穩(wěn)定的。02040608050k500k5M50M500M0-90°-180°-135°-225°-270°2.將反饋系數(shù)改為，分析其穩(wěn)定性解：

(1)作的水平線(2)水平線

相交于D點(diǎn)。與D點(diǎn)相對應(yīng)的附加相位移為，因此，放大器是穩(wěn)定的。且jm

02040608050k500k5M50M500M0-90°-180°-135°-225°-270°反饋深度越深,越容易自激。越大，水平線下移，越容易自激越大，表明反饋深度越深結(jié)論:02040608050k500k5M50M500M0-90°-180°-135°-225°-270°基本放大電基本放大相交點(diǎn)交在的-20dB/十倍頻程處，放大電路是穩(wěn)定的。四.自激振蕩的消除方法思索

如果在0dB線以上只有一個(gè)轉(zhuǎn)折頻率，則無論反饋深度如何，電路都能穩(wěn)定工作，對嗎？0dB線以上只有一個(gè)轉(zhuǎn)折頻率，則在0dB線以上的斜率為-20dB/十倍頻程。無論反饋深度如何