第5章負(fù)反饋電路

仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院15.1反饋的基本概念5.2負(fù)反饋放大電路的分類與判斷5.3負(fù)反饋放大電路的增益及基本關(guān)系式5.4負(fù)反饋對放大電路性能的影響5.5深度負(fù)反饋放大電路的分析5.6放大器中的自激與寄生反饋5.7負(fù)反饋放大器案例分析與反饋概念的擴(kuò)展第5章放大電路中的負(fù)反饋仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院25.1反饋的基本概念

如圖5.1(a)為一個(gè)基本的兩級直接耦合放大器，(b)為從后級向前級引入反饋后的電路（通常稱為級間反饋）。圖5.1級間反饋仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院3圖5.2本級反饋

圖5.2(a)為一個(gè)基本的集成運(yùn)算放大器，(b)為引入反饋后的電路（通常稱為本級反饋）。仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院4

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)部反饋外部反饋基本概念仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院5反饋通路——信號反向傳輸?shù)那篱_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)）信號的正向傳輸基本概念仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院65.2.1電路中的反饋形式（1）正反饋與負(fù)反饋正反饋：輸入量不變時(shí)，引入反饋后輸出量變大了。負(fù)反饋：輸入量不變時(shí)，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(fù)反饋：引入反饋后，使凈輸入量變小了。判別方法：瞬時(shí)極性法。即在電路中，從輸入端開始，沿著信號流向，標(biāo)出某一時(shí)刻有關(guān)節(jié)點(diǎn)電壓變化的斜率(正斜率或負(fù)斜率，用“+”、“-”號表示）5.2負(fù)反饋放大電路的分類與判斷

仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院7(+)(+)(-)(-)(-)凈輸入量(+)(+)(-)(-)凈輸入量負(fù)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(fù)反饋反饋通路本級反饋通路例仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院8

根據(jù)反饋到輸入端的信號是交流，還是直流，或同時(shí)存在，來進(jìn)行判別。取決于反饋通路。例(+)(+)(+)(+)交、直流負(fù)反饋(+)交流正反饋（2）交流反饋與直流反饋仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院91.類型由此可組成四種阻態(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)2.四種組態(tài)的判斷方法并聯(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)：反饋量輸入量電流：將負(fù)載短路，反饋量仍然存在。電壓：將負(fù)載短路，反饋量為零。5.2.2四種類型的反饋組態(tài)

仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院10例電壓串聯(lián)負(fù)反饋

仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院11例電壓串聯(lián)負(fù)反饋仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院12例電流并聯(lián)負(fù)反饋仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院13例電流并聯(lián)負(fù)反饋仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院14例電壓并聯(lián)負(fù)反饋仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院15例電壓并聯(lián)負(fù)反饋

仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院16例電流串聯(lián)負(fù)反饋仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院17A.電壓串聯(lián)RL

vO

vF

vID

vO

電壓負(fù)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3.各種反饋類型的特點(diǎn)仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院183.各種反饋類型的特點(diǎn)RL

iO

iF

iID

iO

電流負(fù)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iI

-

iID-iF=0輸入端有iID=iI-iF即B.電流并聯(lián)仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院195.3.1負(fù)反饋放大電路的方框圖5.3.2負(fù)反饋放大電路增益的一般表達(dá)式

環(huán)路增益

反饋深度的討論

表達(dá)式推導(dǎo)

構(gòu)成

信號的單向化傳輸5.3負(fù)反饋放大電路的增益及一般表達(dá)式仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院201.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）5.3.1負(fù)反饋放大電路的方框圖仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院21信號的正向傳輸信號的反向傳輸單向化2.信號的單向化傳輸仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院221.表達(dá)式推導(dǎo)開環(huán)增益（考慮反饋網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載效應(yīng)）反饋系數(shù)閉環(huán)增益因?yàn)樗砸阎撮]環(huán)增益的一般表達(dá)式又因?yàn)樗詫π盘栐吹脑鲆?.3.2負(fù)反饋放大電路增益的一般表達(dá)式

仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院23電壓串聯(lián)電壓并聯(lián)電流串聯(lián)電流并聯(lián)信號在四種反饋組態(tài)中的具體形式

仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院24一般負(fù)反饋稱為反饋深度深度負(fù)反饋正反饋?zhàn)约ふ袷?.反饋深度的討論

仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院25環(huán)路電壓增益=3.環(huán)路增益仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院26

提高增益的穩(wěn)定性

減少非線性失真

擴(kuò)展頻帶

對輸入電阻和輸出電阻的影響

為改善性能引入負(fù)反饋的一般原則

分析負(fù)反饋放大電路的一般步驟5.4負(fù)反饋對放大電路性能的影響仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院27閉環(huán)時(shí)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(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。5.4.1提高增益的穩(wěn)定性仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院28

閉環(huán)時(shí)增益減小，線性度變好。5.4.2減少非線性失真仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院29開環(huán)幅頻響應(yīng)上限頻率擴(kuò)展1+AF倍下限頻率降低1+AF倍閉環(huán)幅頻響應(yīng)5.4.3擴(kuò)展頻帶仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院30串聯(lián)負(fù)反饋——增大輸入電阻并聯(lián)負(fù)反饋——減小輸入電阻電壓負(fù)反饋——減小輸出電阻，穩(wěn)定輸出電壓電流負(fù)反饋——增大輸出電阻，穩(wěn)定輸出電流5.4.4對輸入電阻和輸出電阻的影響仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院31

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5.4.5為改善性能引入負(fù)反饋的一般原則仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院32(1)找出信號放大通路和反饋通路(2)用瞬時(shí)極性法判斷正、負(fù)反饋(3)判斷交、直流反饋(4)判斷反饋?zhàn)钁B(tài)(5)標(biāo)出輸入量、輸出量及反饋量(6)估算深度負(fù)反饋條件下電路的5.4.6分析負(fù)反饋放大電路的一般步驟仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院33

深度負(fù)反饋的特點(diǎn)

各種反饋組態(tài)的近似計(jì)算

舉例5.5深度負(fù)反饋放大電路的分析仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院34即，深度負(fù)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?yàn)榇肷鲜降幂斎肓拷频扔诜答伭績糨斎肓拷频扔诹阌纱丝傻蒙疃蓉?fù)反饋條件下，基本放大電路“兩虛”的概念1.深度負(fù)反饋的特點(diǎn)仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院35串聯(lián)負(fù)反饋，輸入端電壓求和。深度負(fù)反饋條件下虛短虛斷虛短虛斷并聯(lián)負(fù)反饋，輸入端電流求和。1.深度負(fù)反饋的特點(diǎn)仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院36（1）電壓串聯(lián)負(fù)反饋

利用虛短和虛斷的概念得知?jiǎng)t反饋系數(shù)為閉環(huán)電壓增益2.

各種反饋組態(tài)的近似計(jì)算仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院37（1）電壓串聯(lián)負(fù)反饋*閉環(huán)輸入電阻當(dāng)負(fù)載開路，且忽略反饋網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載效應(yīng)時(shí)比無反饋時(shí)增加了Rif2.

各種反饋組態(tài)的近似計(jì)算仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院38（1）電壓串聯(lián)負(fù)反饋*閉環(huán)輸出電阻比無反饋時(shí)減小了Rof2.

各種反饋組態(tài)的近似計(jì)算仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院39（2）電流并聯(lián)負(fù)反饋利用虛短和虛斷可知反饋系數(shù)為閉環(huán)增益閉環(huán)電壓增益則2.

各種反饋組態(tài)的近似計(jì)算仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院40（3）電壓并聯(lián)負(fù)反饋則反饋系數(shù)為閉環(huán)增益閉環(huán)電壓增益利用虛短和虛斷可知2.

各種反饋組態(tài)的近似計(jì)算仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院41（4）電流串聯(lián)負(fù)反饋則反饋系數(shù)為閉環(huán)增益閉環(huán)電壓增益利用虛短和虛斷可知2.

各種反饋組態(tài)的近似計(jì)算

仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院42電路如圖所示，近似計(jì)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。電路為電流串聯(lián)負(fù)反饋則反饋系數(shù)為注：電路必須滿足深度負(fù)反饋條件才有此結(jié)論

在深度負(fù)反饋條件下，利用虛短和虛斷可知例仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院43求：(1)大環(huán)組態(tài)；(2)二、三級局部組態(tài)；閉環(huán)增益閉環(huán)電壓增益在深度負(fù)反饋條件下，利用虛短和虛斷可知解：(1)電壓并聯(lián)負(fù)反饋則反饋系數(shù)為(3)深度負(fù)反饋下大環(huán)的閉環(huán)電壓增益。(2)T2電流串聯(lián)負(fù)反饋T3電流串聯(lián)負(fù)反饋T2和T3級間電流串聯(lián)正反饋(3)例仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院44求：(1)判斷反饋組態(tài)；在深度負(fù)反饋條件下，利用虛短和虛斷可知解：(1)電壓串聯(lián)負(fù)反饋(2)深度負(fù)反饋下大環(huán)的閉環(huán)電壓增益。(2)閉環(huán)電壓增益則反饋系數(shù)為例仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院45一、深度負(fù)反饋的特點(diǎn)

1.

外加輸入信號近似等于反饋信號深度反饋∣1+AF∣>>1Af≈A/AF=1/FX0/Xi=X0/XfXi≈Xf

凈輸入Xi’≈0

串聯(lián)型反饋Ui≈Uf,Ui’≈0(Ui’=0)

并聯(lián)型反饋Ii≈If,Ii’≈0(Ii’=0)5.5深度負(fù)反饋放大電路的分析仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院46由于1＋AF>>1，由Rif表達(dá)式知，串聯(lián)負(fù)反饋放大器的輸入電阻Rif（又稱閉環(huán)輸入電阻）很大，在理想情況下可近似認(rèn)為Rif

；由Rif表達(dá)式知，并聯(lián)負(fù)反饋的閉環(huán)輸入電阻Rif很小，在理想情況下可近似認(rèn)為Rif≈0。同理，在深度負(fù)反饋情況下，由Rof表達(dá)式知，電壓負(fù)反饋放大器的輸出電阻（又稱閉環(huán)輸出電阻）很小，在理想情況下可近似認(rèn)為Rof≈0；由Rof表達(dá)式知，電流負(fù)反饋的閉環(huán)輸出電阻Rof

很大，在理想情況下可近似認(rèn)為Rof

。2．深度負(fù)反饋下的輸入電阻和輸出電阻仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院47利用上述特點(diǎn)，結(jié)合具體的電路，就能迅速求出深度負(fù)反饋放大器的性能指標(biāo)，尤其是閉環(huán)電壓放大倍數(shù)。典型的電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大器如圖所示?！遆i≈XfUi≈UfUf=U0R1/(R1+Rf)∴Auf=U0/Ui=1+Rf/R1

電路為電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路.∴Rif→∞(Rif’=R2+Rif→∞)R0f→0反饋系數(shù)1．電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大器

仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院48

典型的電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大器如圖所示。

Ii≈IfIi=(U0-0)/R1

反相輸入端的電壓

0If=(0-U0)/Rf=-U0/Rf∴Auf=U0/Ui=-Rf/R1

閉環(huán)輸入電阻Rif→0

電路輸入電阻Rif’=R1+Rif=R1

電路輸出電阻R0f→02．電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大器仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院49電流串聯(lián)負(fù)反饋放大器如圖所示。深度反饋：Ui=Uf=(U0/RL)*R∴Auf=U0/Ui=RL/R∴閉環(huán)輸入電阻Rif→∞

輸出電阻R0f→∞3．電流串聯(lián)負(fù)反饋放大器仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院50電流并聯(lián)負(fù)反饋放大器如圖所示。Ii≈IfIi=(Ui-0)/R1If=-R/(R+Rf)*I0Auf=U0/Ui=IoRL/Ui=-Ui(Rf+R)RL/(R1*R)*1/Ui=-(Rf+R)/R*RL/R1Rif→0；R0f→∞

4．電流并聯(lián)負(fù)反饋放大器仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院511.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

在高頻區(qū)或低頻區(qū)產(chǎn)生的附加相移達(dá)到180

，使中頻區(qū)的負(fù)反饋在高頻區(qū)或低頻區(qū)變成了正反饋，當(dāng)滿足了一定的幅值條件時(shí)，便產(chǎn)生自激振蕩。5.6放大器中的自激與寄生反饋

仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院52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3.自激振蕩條件仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院53破壞自激振蕩條件或或?qū)憺槠渲蠫m——幅值裕度，一般要求Gm-10dB

m——相位裕度，一般要求

m45保證可靠穩(wěn)定，留有余地。4.穩(wěn)定工作條件

仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院54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)鍵作出的幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)波特圖水平線的交點(diǎn)為即該點(diǎn)滿足5.負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性分析仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院55(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(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。點(diǎn)處作垂線交于P點(diǎn)在相頻響應(yīng)的若P點(diǎn)在水平線之下，穩(wěn)定；否則不穩(wěn)定?；?.負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性分析仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院56基本放大電基本放大

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P點(diǎn)交在的-2