模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)第七講負反饋放大電路

基本要求:1、理解反饋的基本概念，4種反饋組態(tài)及其特點2、掌握反饋形式、類型的判斷及負反饋對放大電路性能的影響3、掌握深度負反饋條件下，負反饋放大電路增益的近似計算4、理解負反饋放大電路的穩(wěn)定工作條件并能應(yīng)用判斷重點：反饋的分類負反饋對電路性能的改善根據(jù)實際要求引入正確的反饋深度負反饋閉環(huán)增益的估算7負反饋放大電路1/82

將電子系統(tǒng)輸出回路的電量（電壓或電流），送回到輸入回路的過程。hfeibicvceIbvbehrevcehiehoe內(nèi)部反饋外部反饋

7.1.1

什么是反饋7.1反饋的基本概念2/82開環(huán)——無反饋通路閉環(huán)——有反饋通路反饋通路（反饋網(wǎng)絡(luò)）信號的正向傳輸正向傳輸：輸入輸出反向傳輸：輸出輸入----

基本放大電路，開環(huán)—

閉環(huán)－－反饋通路7.1.2反饋網(wǎng)絡(luò)的判斷3/82

根據(jù)反饋到輸入端的信號是交流，還是直流，或同時存在，來進行判別。取決于反饋通路。如圖(+)(+)(+)(+)交、直流負反饋(+)交流正反饋

可以通過畫交流、直流通路來判斷：直流通路中存在的反饋是直流反饋，交流通路中存在的反饋是交流反饋，都存在的是交直流反饋。

7.1.3

直流反饋與交流反饋的判斷基本判斷方法：4/82反饋通路如果存在隔直電容，就是交流反饋；反饋通路如果存在旁路電容，就是直流反饋；不存在電容，就是交直流反饋。電容觀察法：5/82正反饋：輸入量不變時，引入反饋后輸出量變大了。負反饋：輸入量不變時，引入反饋后輸出量變小了。另一角度正反饋：引入反饋后，使凈輸入量變大了。負反饋：引入反饋后，使凈輸入量變小了。判別方法：瞬時極性法

7.1.4

正反饋與負反饋的判斷----在電路中，從輸入端開始，沿著信號流向，假設(shè)vi瞬時變化的極性為正(相對于共同端)，標出某一時刻有關(guān)節(jié)點電位的瞬時極性(用“+”、“-”號表示)，或有關(guān)支路電流的瞬時流向，以判斷反饋信號是增強還是削弱了凈輸入量。瞬時極性的確定依據(jù)：各種基本組態(tài)放大電路輸出與輸入信號間的相位關(guān)系。6/82例(+)(+)(-)(-)(-)凈輸入量(+)(+)(-)(-)凈輸入量負反饋正反饋反饋通路反饋通路級間反饋通路(+)(+)(+)(+)(-)(-)凈輸入量級間負反饋反饋通路本級反饋通路7/82輸入回路

輸出回路例

判斷電路是否存在反饋。是正反饋還是負反饋？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，為負反饋。既有直流反饋，又有交流反饋。解：

8/82例判斷有無反饋，并判斷類型

uo

經(jīng)Rf

與R1分壓反饋到輸入回路，故有反饋。反饋使凈輸入電壓uid

減小，為負反饋。解：9/82作業(yè)P224:7.1.210/82

反饋信號在輸入端的連接分為串聯(lián)和并聯(lián)兩種方式。并聯(lián)：反饋量輸入量接于同一輸入端接于不同的輸入端串聯(lián)：反饋量輸入量（1）串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋

串聯(lián)反饋：反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大電路串聯(lián)連接，以實現(xiàn)電壓比較的反饋。并聯(lián)反饋：反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大電路并聯(lián)連接，以實現(xiàn)電流比較的反饋。判斷方法：7.2負反饋放大電路的四種基本組態(tài)11/82

反饋信號在輸出端分為取電壓和取電流兩種方式。電壓反饋：將輸出電壓的部分或全部取出來回送到放大電路的輸入回路。判斷方法：電流：將負載短路，反饋量仍然存在電壓：將負載短路，反饋量為零或用輸出斷路法，判斷反饋量是否為0或看反饋網(wǎng)絡(luò)是否直接連接到電壓輸出端具體怎么判斷？（2）電壓反饋與電流反饋電流反饋：將輸出電流的部分或全部取出來回送到放大電路的輸入回路。輸出短路法：voRLIoRL12/82輸出信號與反饋信號加在同一個點上，就是電壓反饋；輸出信號與反饋信號加在不同點上，就是電流反饋；電壓、電流反饋判斷方法：13/82AFRL=0，無反饋，故為電壓反饋。uf

=uoR1/(R1+Rf)也說明是電壓反饋。uid

=ui

uf

故為串聯(lián)反饋。例：

判斷電路是否存在反饋。是正反饋還是負反饋？電壓反饋還是電流反饋？14/827.2負反饋放大電路的四種基本組態(tài)由此可組成四種組態(tài)：輸入端：反饋信號在輸入端的聯(lián)接分為串聯(lián)和并聯(lián)兩種方式。輸出端：反饋信號在輸出端分為取電壓和取電流兩種方式。電壓串聯(lián)電壓并聯(lián)電流串聯(lián)電流并聯(lián)

7.2.1

電壓串聯(lián)負反饋放大電路

7.2.2

電壓并聯(lián)負反饋放大電路

7.2.3

電流串聯(lián)負反饋放大電路

7.2.4

電流并聯(lián)負反饋放大電路重要15/82例解：判斷步驟①用瞬時極性法判斷反饋極性②由輸入端看反饋量是否與輸入量接在同一輸入端，判斷串/并聯(lián)反饋③由輸出端使負載短路看反饋量是否消失為0，判斷是電壓/電流反饋vID=vI

-vF

7.2.1

電壓串聯(lián)負反饋放大電路P16/82例

7.2.1

電壓串聯(lián)負反饋放大電路P17/82例

7.2.2

電壓并聯(lián)負反饋放大電路特別要注意有關(guān)電流的流向------由瞬時極性可決定各支路電流的瞬時流向iID=iI

-iFP18/82例電壓并聯(lián)負反饋

7.2.2

電壓并聯(lián)負反饋放大電路P19/82例

7.2.3

電流串聯(lián)負反饋放大電路P20/82例電流串聯(lián)負反饋

7.2.3

電流串聯(lián)負反饋放大電路P21/82例

7.2.4

電流并聯(lián)負反饋放大電路P22/82例電流并聯(lián)負反饋

7.2.4

電流并聯(lián)負反饋放大電路P23/82對于單個集成運放電路，反饋網(wǎng)絡(luò)只要是引回到運放的反相輸入端就構(gòu)成負反饋24/82

四種負反饋組態(tài)的特點1）電壓串聯(lián)負反饋RL

vO

vF

vID

vO

電壓負反饋：穩(wěn)定輸出電壓串聯(lián)反饋：輸入端電壓求和（KVL）-vI+vID

+vF

=0輸入端有vID

=vI-vF即25/822）電流并聯(lián)負反饋RL

iO

iF

iID

iO

電流負反饋：穩(wěn)定輸出電流并聯(lián)反饋：輸入端電流求和（KCL）其他兩種組態(tài)有類似的結(jié)論。(自己歸納)iI

-

iID

-iF

=0輸入端有iID

=iI-iF即

四種負反饋組態(tài)的特點26/82作業(yè)P226:7.2.227/827.3負反饋放大電路增益的一般表達式

7.3.1

負反饋放大電路的方框圖

7.3.2負反饋放大電路增益的一般表達式

環(huán)路增益

反饋深度的討論

表達式推導(dǎo)

構(gòu)成

信號的單向化傳輸

開環(huán)時反饋網(wǎng)絡(luò)的負載效應(yīng)28/827.3.1負反饋放大電路的方框圖1）構(gòu)成信號源輸出信號反饋放大電路的輸入信號反饋信號基本放大電路的輸入信號（凈輸入信號）29/822）信號的單向化傳輸信號的正向傳輸信號的反向傳輸信號在反饋網(wǎng)絡(luò)中的正向傳輸信號在基本放大電路中的反向傳輸30/82單向化信號的正向傳輸信號的反向傳輸31/821）表達式推導(dǎo)基本放大電路增益(開環(huán)增益）反饋系數(shù)負反饋放大電路增益(閉環(huán)增益）因為所以由圖知說明引入負反饋后，閉環(huán)增益Af改變了，大小與1+AF有關(guān)。

7.3.2負反饋放大電路增益的一般表達式閉環(huán)增益的一般表達式32/822）反饋深度的討論負反饋，使增益減小。深度負反饋正反饋，使增益增大。自激振蕩反映了反饋對放大電路的影響程度

AF只取決于反饋系數(shù)。因反饋網(wǎng)絡(luò)通常由無源元件組成，性能非常穩(wěn)定，所以深度負反饋放大電路也非常穩(wěn)定。反饋深度33/82(1)信號在四種負反饋組態(tài)中的具體形式電壓串聯(lián)電壓并聯(lián)電流串聯(lián)電流并聯(lián)

反饋組態(tài)不同，電路中的電量以及增益、反饋系數(shù)的具體形式也不同。34/82電壓串聯(lián)電壓并聯(lián)電流串聯(lián)電流并聯(lián)

反饋組態(tài)不同，電路中的電量以及增益、反饋系數(shù)的具體形式也不同。(2)及在四種負反饋組態(tài)中的具體形式35/82作業(yè)P227:7.3.236/827.4負反饋對放大電路性能的改善7.4.1提高增益的穩(wěn)定性7.4.2減少非線性失真7.4.3擴展頻帶7.4.4對輸入電阻和輸出電阻的影響37/827.4.1提高增益的穩(wěn)定性閉環(huán)時則只考慮幅值有即閉環(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反饋條件下

即閉環(huán)增益只取決于反饋網(wǎng)絡(luò)。當反饋網(wǎng)絡(luò)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。反饋深度越深，閉環(huán)增益的穩(wěn)定性越好。38/827.4.1提高增益的穩(wěn)定性(1)負反饋不能使輸出量保持不變，只能使之趨于不變。且只能減小由開環(huán)增益變化引起的閉環(huán)增益變化。注意：(2)不同類型的負反饋能穩(wěn)定的增益也不同。

電壓串聯(lián)負反饋，穩(wěn)定閉環(huán)電壓增益。引入負反饋后，降低了閉環(huán)增益，但提高了增益的穩(wěn)定性。

電壓并聯(lián)負反饋，穩(wěn)定閉環(huán)互阻增益。

電流串聯(lián)負反饋，穩(wěn)定閉環(huán)互導(dǎo)增益。

電流并聯(lián)負反饋，穩(wěn)定閉環(huán)電流增益。39/827.4.2減少非線性失真

閉環(huán)時增益減小，線性度變好。與反饋深度有關(guān)。深度負反饋下：40/82開環(huán)幅頻響應(yīng)7.4.3擴展頻帶上限頻率擴展1+AF倍下限頻率降低1+AF倍閉環(huán)幅頻響應(yīng)引入負反饋使得在高、中、低三個頻率區(qū)上，放大倍數(shù)比較均勻，展寬了通頻帶。改：P207錯41/827.4.4對輸入電阻和輸出電阻的影響1.對輸入電阻的影響----取決于輸入端反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大電路的連接方式，即是串聯(lián)反饋還是并聯(lián)負反饋。(1)串聯(lián)負反饋對輸入電阻的影響開環(huán)輸入電阻：

反饋類型不同，對輸入、輸出電阻的影響也不同。閉環(huán)輸入電阻：串聯(lián)負反饋使輸入電阻增加，是開環(huán)輸入電阻的(1+AF)倍。若引入電壓串聯(lián)負反饋，若引入電流串聯(lián)負反饋，42/82

負反饋對不在反饋環(huán)內(nèi)的電阻不產(chǎn)生影響。如：43/82(2)并聯(lián)負反饋對輸入電阻的影響開環(huán)輸入電阻：閉環(huán)輸入電阻：并聯(lián)負反饋使輸入電阻減小，是開環(huán)輸入電阻的1/(1+AF)倍。idi若引入電壓并聯(lián)負反饋，若引入電流并聯(lián)負反饋，44/822.對輸出電阻的影響----取決于輸出回路反饋網(wǎng)絡(luò)在放大電路輸出回路的取樣方式，即是電壓負反饋還是電流負反饋。(1)電壓負反饋對輸出電阻的影響由圖知：

反饋類型不同，對輸入、輸出電阻的影響也不同。閉環(huán)輸出電阻：電壓負反饋使輸出電阻減小，是開環(huán)輸出電阻的1/(1+AF)倍。45/82若引入電壓串聯(lián)負反饋，若引入電壓并聯(lián)負反饋，46/82(2)電流負反饋對輸出電阻的影響由圖知：閉環(huán)輸出電阻：電流負反饋使輸出電阻增大，是開環(huán)輸出電阻的(1+AsF)倍。47/82若引入電流串聯(lián)負反饋，若引入電流并聯(lián)負反饋，48/827.4.5引入負反饋的原則

反饋類型不同，對放大電路的影響也不同。根據(jù)需要引入負反饋：（1）為穩(wěn)定靜態(tài)工作點－－引入直流負反饋；為改善動態(tài)性能－－－引入交流負反饋；（2）為穩(wěn)定電壓（減小輸出電阻）－－引入電壓負反饋；（3）為穩(wěn)定電流（增大輸出電阻）－－引入電流負反饋；（4）為提高輸入電阻－－－－－－－－引入串聯(lián)負反饋；（5）為減小輸入電阻－－－－－－－－引入并聯(lián)負反饋。（6）確定反饋系數(shù)的大小

一般，假設(shè)引入的是深度負反饋，由設(shè)計指標及Af≈1/F的關(guān)系確定反饋系數(shù)的大小。49/82歸納：◆提高增益的穩(wěn)定性◆減少非線性失真----與1+AF有關(guān)◆擴展頻帶◆對輸入電阻和輸出電阻的影響閉環(huán)增益相對變化量比開環(huán)減小了1+AF倍在深度負反饋條件下

即閉環(huán)增益只取決于反饋網(wǎng)絡(luò)。當反饋網(wǎng)絡(luò)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。上限頻率擴展1+AF倍下限頻率降低1+AF倍

◆負反饋之所以能夠改善放大電路的多方面的性能，是由于將電路的輸出量引回到輸入端與輸入量進行比較，從而隨時對輸出量進行調(diào)整。增加或減小1+AF倍仿真50/82信號源vS最好為恒壓源，即信號源內(nèi)阻RS越小越好。電壓串聯(lián)負反饋特點－－輸入端電壓求和(KVL)，穩(wěn)定輸出電壓，維持電壓增益恒定，輸入電阻增大，輸出電阻減小。信號源IS最好為恒流源，即信號源內(nèi)阻RS越大越好。電流并聯(lián)負反饋特點－－輸入端電流求和(KCL)，穩(wěn)定輸出電流，維持電流增益恒定，輸入電阻減小，輸出電阻增大。信號源IS最好為恒流源，即信號源內(nèi)阻RS越大越好。電壓并聯(lián)負反饋特點－－輸入端電流求和(KCL)，穩(wěn)定輸出電壓，維持互阻增益恒定，輸入電阻減小，輸出電阻減?。恍盘栐磛S最好為恒壓源，即信號源內(nèi)阻RS越小越好。電流串聯(lián)負反饋特點－－輸入端電壓求和(KVL)，穩(wěn)定輸出電流，維持互導(dǎo)增益恒定，輸入電阻增大，輸出電阻增大。51/82電流放大電壓電流變換器及放大電路的輸入級電流電壓變換器及放大電路的中間級電壓放大電路中的輸入級或中間級增寬增寬增寬增寬減小減小減小減小電流電流電壓電壓減小增加減小增加增加增加減小減小圖7.2.7圖7.2.6圖7.2.5圖7.2.4用途通頻帶非線性失真與噪聲維持何種增益穩(wěn)定輸入電阻輸出電阻參考電路電流并聯(lián)電流串聯(lián)電壓并聯(lián)電壓串聯(lián)

電路組態(tài)項目表52/82分析負反饋放大電路的一般步驟(1)找出信號放大通路和反饋通路(2)用瞬時極性法判斷正、負反饋(3)判斷交、直流反饋(4)判斷反饋組態(tài)(5)標出輸入量、輸出量及反饋量(6)估算深度負反饋條件下電路的53/82例7-3:電路如圖所示，指出反饋網(wǎng)絡(luò)并判斷反饋類型。解：圖一：Re4構(gòu)成本極反饋網(wǎng)絡(luò)。圖一反饋類型：直流反饋+R6構(gòu)成極間反饋網(wǎng)絡(luò)。為電流串聯(lián)負反饋-++圖二圖二：R2構(gòu)成極間反饋網(wǎng)絡(luò)。R3D2+12VR1D1CRPVORL-12VT2R4+18VT1Vi-18VR2為電壓并聯(lián)負反饋+--54/82例7-4:電路如圖所示，指出反饋網(wǎng)絡(luò)、判斷反饋類型并說明極間反饋對放大電路的改善作用。圖一圖一：R2構(gòu)成本極反饋網(wǎng)絡(luò)。++反饋類型：電流串聯(lián)負反饋R3、R4構(gòu)成極間反饋網(wǎng)絡(luò)。+-++反饋類型：電壓串聯(lián)負反饋作用：穩(wěn)定輸出電壓，減小輸出電阻，增大輸入電阻。解：55/82圖二：例7-4:電路如圖所示，指出反饋網(wǎng)絡(luò)、判斷反饋類型并說明極間反饋對放大電路的改善作用。解：圖二Re1、Re2——本極電流串聯(lián)負反饋；Rf1、Rf2——極間直流電壓并聯(lián)負反饋；穩(wěn)定直流電壓。Re1+-+++——極間電流串聯(lián)負反饋；穩(wěn)定輸出電流，增大輸出電阻，增大輸入電阻。56/82作業(yè)P228:7.4.357/821.深度負反饋的特點即，深度負反饋條件下，閉環(huán)增益只與反饋網(wǎng)絡(luò)有關(guān)由于則又因為代入上式得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反饋條件下，基本放大電路“兩虛”的概念

7.5

深度負反饋條件下的近似計算

大多數(shù)負反饋，特別是集成運放構(gòu)成的放大電路都能滿足深度負反饋的條件。58/82串聯(lián)負反饋，輸入端電壓求和。深度負反饋條件下虛短虛斷虛短虛斷并聯(lián)負反饋，輸入端電流求和。1）深度負反饋的特點

7.5

深度負反饋條件下的近似計算59/822.

各種反饋組態(tài)的近似計算步驟：根據(jù)“兩虛”的概念分析求解1)求反饋放大電路的反饋系數(shù)F(Fv、Fi、Fg、Fr)2)求Af

(Avf、Aif、Arf、Agf)根據(jù)Af＝1/F3)求Avf

由Aif、Arf、Agf

Avf

7.5

深度負反饋條件下的近似計算

利用“兩虛”的概念，可以快速地估算負反饋電路的閉環(huán)增益或閉環(huán)電壓增益。60/822.

各種反饋組態(tài)的近似計算（1）電壓串聯(lián)負反饋

利用虛短和虛斷的概念得知則反饋系數(shù)為閉環(huán)電壓增益

7.5

深度負反饋條件下的近似計算61/822.

各種反饋組態(tài)的近似計算（2）電流并聯(lián)負反饋利用虛短和虛斷可知反饋系數(shù)為閉環(huán)電流增益閉環(huán)電壓增益則

7.5

深度負反饋條件下的近似計算62/822.

各種反饋組態(tài)的近似計算（3）電壓并聯(lián)負反饋則反饋系數(shù)為閉環(huán)互阻增益閉環(huán)電壓增益利用虛短和虛斷可知

7.5

深度負反饋條件下的近似計算63/822.

各種反饋組態(tài)的近似計算（4）電流串聯(lián)負反饋則反饋系數(shù)為閉環(huán)互導(dǎo)增益閉環(huán)電壓增益利用虛短和虛斷可知

7.5

深度負反饋條件下的近似計算64/82例7.4.2電路如圖所示，近似計算它的電壓增益閉環(huán)增益閉環(huán)電壓增益解：忽略基極直流偏置電路后的交流通路如下圖所示。反饋類型：電流串聯(lián)負反饋則反饋系數(shù)為注：電路必須滿足深度負反饋條件才有此結(jié)論

在深度負反饋條件下，利用虛短和虛斷可知+++-65/82例7-5:如圖電路中的反饋：指出級間反饋元件，判斷反饋類型，若為負反饋，判斷反饋組態(tài)，并計算深度負反饋條件下的Avf。解：電壓串聯(lián)負反饋RfC3Rc2Rb1Rb2C1VSRSRe1RC1C2Re2Vo+VccVf+-++Rf、Re1構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)交流反饋、負反饋66/82例7-7:電路如圖所示，近似計算它的電壓增益解：反饋類型：電流并聯(lián)負反饋則反饋系數(shù)為

在深度負反饋條件下，利用虛短和虛斷可知++-67/82閉環(huán)增益閉環(huán)電壓增益++-68/82例7.5.5：(1)大環(huán)組態(tài)；(2)二、三級間反饋極性；閉環(huán)增益閉環(huán)電壓增益在深度負反饋條件下，利用虛短和虛斷可知解：(1)Rf：電壓并聯(lián)負反饋則反饋系數(shù)為(3)深度負反饋下大環(huán)的閉環(huán)電壓增益。(4)Ri、Ro(2)R1：T2本級電流串聯(lián)負反饋R1、R2:T2和T3級間電流串聯(lián)正反饋(3)例7.5.5電路69/82例：有源反饋網(wǎng)絡(luò)設(shè)運放理想。求：(1)判斷反饋組態(tài)；在深度負反饋條件下，利用虛短和虛斷解：(1)R3、R4、A3、R5、R6、R7、R8：電壓串聯(lián)負反饋(2)深度負反饋下大環(huán)的閉環(huán)電壓增益。(2)70/82閉環(huán)電壓增益：在深度負反饋條件下，利用虛短和虛斷則反饋系數(shù)為：(2)(1)電壓串聯(lián)負反饋解：71/82作業(yè)P229:7.5.672/821)自激振蕩現(xiàn)象

在不加任何輸入信號的情況下，放大電路仍會產(chǎn)生一定頻率的信號輸出。2)產(chǎn)生原因?qū)a(chǎn)生附加相移，中頻段：高頻或低頻段：當滿足了一定的幅值條件時，便產(chǎn)生自激振蕩。7.6

負反饋放大電路產(chǎn)生自激振蕩的原因及條件73/823)自激振蕩條件自激振蕩反饋深度即又得自激振蕩條件幅值條件相位條件（附加相移）注：輸入端求和的相位（-1）不包含在內(nèi)閉環(huán)增益74/824)穩(wěn)定工作條件破壞自激振蕩條件或或?qū)憺槠渲蠫m——幅值裕度，工程要求Gm-10dB

m——相位裕度，工程要求

m45保證可靠穩(wěn)定，留有余地。|AF|=1波特圖中0dB線為|AF|＝1；0dB線以下為|AF|<1--75/825)負反饋放大電路穩(wěn)定性分析環(huán)路增益的幅頻響應(yīng)寫為一般與頻率無關(guān)，則的幅頻響應(yīng)是一條水平線利用波特圖分析:關(guān)鍵作出開環(huán)增益的幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)波特圖水平線的交點為即該點滿足與在同一坐標平面上76/825)負反饋放大電路穩(wěn)定性分析(2)作水平線判斷穩(wěn)定性方法:(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作垂線交相頻響應(yīng)曲線的一點(3)判斷是否滿足相位裕度

m45若該點滿足相位裕度，穩(wěn)定；否則不穩(wěn)定。在相頻響應(yīng)的點處作垂線交于P點若P點在水平線之下，穩(wěn)定；否則不穩(wěn)定?；?7/82例如：Avo=100dB，三個極點頻率，相差10倍，

1為主極點當Gm=0-|60-90|＝-30dB0dB點P1

|a|=|-90o|<|