模擬電子電路7

1、 第5章 放大器中的負(fù)反饋內(nèi)容：1反饋放大器的基本概念 2負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響 3、深度負(fù)反饋的計(jì)算 5.1 反饋放大器的基本概念一、組成 所謂反饋，就是將放大器的輸出量(電流或電壓)，通過一定的網(wǎng)絡(luò)，回送到放大器的輸入回路，并同輸入信號(hào)一起參與放大器的輸入控制作用，從而使放大器的某些性能獲得有效改善的過程。 反饋放大器的基本框圖反饋放大器的基本框圖fiixxx單向化條件：基本放大器的傳輸方向?yàn)檩斎氲捷敵觯环答伨W(wǎng)絡(luò)的傳輸方向?yàn)檩敵龅捷斎?圖中箭頭方向就是信號(hào)的傳輸方向)。 反饋放大器的基本方程反饋放大器的基本方程基本放大器的增益(也稱開環(huán)增益或開環(huán)放大倍數(shù))反饋系數(shù) 閉環(huán)增益ioxxAof

2、fxxk iofxxA FATAxxAxxxAAiffiif11環(huán)路增益反饋深度AkTFAkxxxxxxTffioofif11AkAAff1增益下降若反饋的結(jié)果使加到基本放大器輸入端的信號(hào)減弱，即xixi-xf，這種反饋稱為負(fù)反饋，多用于改善放大器的性能；若反饋的結(jié)果使得基本放大器輸入端的信號(hào)增強(qiáng)，即xixi+xf，這種反饋稱為正反饋，多用于振蕩電路中。凡是xixi，就稱為正反饋；反之，凡是xixi，就稱為負(fù)反饋。 負(fù)反饋具有自動(dòng)調(diào)節(jié)作用:穩(wěn)定一定，外界因素變化foifoiAxxxxAx二、反饋放大器的分類二、反饋放大器的分類電壓反饋與電流反饋電壓反饋與電流反饋 按反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大器輸出端的

3、連接方式不同，反饋分為電壓反饋和電流反饋兩種類型。 反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大器輸出端并聯(lián)連接，反饋信號(hào)直接取自于輸出電壓，且與輸出電壓成正比。若令 vO=0，則反饋信號(hào)xf 立即為零，我們將這種反饋稱之為電壓反饋。 反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大器輸出端串聯(lián)連接，反饋信號(hào)取自于輸出電流，且與輸出電流成正比。若令 iO=0，則反饋信號(hào)xf 立即為零，我們將這種反饋稱之為電流反饋。 串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋 根據(jù)反饋網(wǎng)絡(luò)和基本放大器輸入端的連接方式不同，反饋有串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋之分。 反饋網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)在基本放大器的輸入回路中，輸入信號(hào)支路與反饋支路不接在同一節(jié)點(diǎn)上，實(shí)現(xiàn)電壓比較的反饋稱為串聯(lián)反饋?？刂贫说膬?/p>

4、輸入電壓 vi 等于輸入電壓vi 和反饋電壓 vf 的矢量和。如果是負(fù)反饋，則有 vi=vi- vf 反饋網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)在基本放大器的輸入回路中，輸入信號(hào)支路與反饋支路接在同一節(jié)點(diǎn)上，實(shí)現(xiàn)電流比較的反饋稱為并聯(lián)反饋?？刂贫说膬糨斎腚娏?ii 等于輸入電流ii 和反饋電流 if 的矢量和。如果是負(fù)反饋，則有 ii=ii- if 串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋框圖 (a)串聯(lián)反饋；(b)并聯(lián)反饋 差分放大器中引入串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋 (a)串聯(lián)反饋；(b)并聯(lián)反饋 四種典型的負(fù)反饋組態(tài)電路(a)串聯(lián)電壓負(fù)反饋；(b)串聯(lián)電流負(fù)反饋；(c)并聯(lián)電壓負(fù)反饋；(d)并聯(lián)電流負(fù)反饋 對(duì)于串聯(lián)反饋， 要求輸入信號(hào)源宜取電壓源。

5、若輸入信號(hào)源為電流源，則vi為一確定值，與vf無關(guān)，即反饋無效。 對(duì)于并聯(lián)反饋，要求輸入信號(hào)源宜取電流源，若輸入信號(hào)源為電壓源，則ii為一確定值， 與if無關(guān)，即反饋無效。 fssvvvfssiiiSfSSSfsAkATAA11對(duì)于不同類型的負(fù)反饋， 由于取樣信號(hào)、比較信號(hào)的不同，A、kf、Af所表示的含義是不同的，也就是說不同類型的負(fù)反饋，其穩(wěn)定量是不同的。 對(duì)于電壓串聯(lián)負(fù)反饋，由于穩(wěn)定量是閉環(huán)電壓增益，而信號(hào)源接近恒壓源，故輸出電壓是穩(wěn)定的。 對(duì)于電壓并聯(lián)負(fù)反饋，由于穩(wěn)定量是閉環(huán)互阻增益，而信號(hào)源接近恒流源，故輸出電壓是穩(wěn)定的。 對(duì)于電流串聯(lián)負(fù)反饋，由于穩(wěn)定量是閉環(huán)互導(dǎo)增益，而信號(hào)源接近恒

6、壓源，故輸出電流是穩(wěn)定的。 對(duì)于電流并聯(lián)負(fù)反饋，由于穩(wěn)定量是閉環(huán)電流增益，而信號(hào)源接近恒流源，故輸出電流是穩(wěn)定的。 由此可見，引入電壓負(fù)反饋，可以使輸出電壓穩(wěn)定；引入電流負(fù)反饋，可以使輸出電流穩(wěn)定。引入何種類型負(fù)反饋， 要視具體情況而定。 三、反饋類型判別舉例三、反饋類型判別舉例 判別反饋類型的一般步驟是：通常首先判別是電壓反饋還是電流反饋，然后判別是串聯(lián)反饋還是并聯(lián)反饋(反饋信號(hào)是電壓還是電流)， 最后判別是正反饋還是負(fù)反饋。 前面已經(jīng)介紹了如何判別電壓、電流反饋以及串聯(lián)、并聯(lián)反饋的方法。對(duì)于正、負(fù)反饋極性的判別一般采用瞬時(shí)極性法， 即首先假設(shè)輸入信號(hào)的瞬時(shí)極性，分析反饋信號(hào)的實(shí)際極性， 然

7、后比較兩者之間的相位關(guān)系即可分清是正反饋還是負(fù)反饋。 電壓并聯(lián)負(fù)反饋(a) 電壓串聯(lián)負(fù)反饋； (b) 電流并聯(lián)負(fù)反饋； (c) 電壓并聯(lián)負(fù)反饋； (d) 電流串聯(lián)負(fù)反饋 R2：電壓并聯(lián)負(fù)反饋RE：直流電流串聯(lián)負(fù)反饋電流串聯(lián)負(fù)反饋電壓串聯(lián)負(fù)反饋電流串聯(lián)負(fù)反饋電壓并聯(lián)負(fù)反饋電壓串聯(lián)負(fù)反饋電流并聯(lián)負(fù)反饋電流串聯(lián)正反饋(a)電路；(b)閉環(huán)傳輸特性電壓并聯(lián)負(fù)反饋電壓串聯(lián)負(fù)反饋5.2 負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響一、負(fù)反饋使放大倍數(shù)穩(wěn)定度提高一、負(fù)反饋使放大倍數(shù)穩(wěn)定度提高 負(fù)反饋穩(wěn)定放大器增益的原理是因?yàn)樨?fù)反饋有自動(dòng)調(diào)節(jié)作用。工作環(huán)境變化(如溫度、濕度)、器件更換或老化、電源電壓不穩(wěn)

8、等諸因素會(huì)導(dǎo)致基本放大器的放大倍數(shù)不穩(wěn)定。ffffffffffffffkAkAAAAAkAAAdAAkAAdAAkAkAdAAkdAAkAA111111111)1 (112增益穩(wěn)定性提高深度負(fù)反饋條件下：11Akf例例1設(shè)計(jì)一個(gè)負(fù)反饋放大器，要求閉環(huán)放大倍數(shù)Af=100,當(dāng)開環(huán)放大倍數(shù)A變化10%時(shí)，Af的相對(duì)變化量在0.5%以內(nèi)，試確定開環(huán)放大倍數(shù)A及反饋系數(shù)kf值。 解解 因?yàn)閒fffffffAkAAAAAAAkFAAAkAA120%5 . 0%10/111%95. 02000191919120200020100)1 (AkAkAkAAffff二、輸入和輸出電阻1、輸入電阻)1 ()1 (

9、)1 (AkRTRvvivivvivRfiiifiiifiiiiffiiifiifiiiiifAkRTRiiiviivivR11)1 (1串聯(lián)并聯(lián)增大減小2、輸出電阻 輸出阻抗的大小反映了當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，其輸出電壓或輸出電流的穩(wěn)定程度。 若輸出阻抗很小，則當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，放大器的輸出電壓比較穩(wěn)定； 反之，若輸出阻抗很大，則當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，放大器的輸出電流就比較穩(wěn)定。 由前面的分析已經(jīng)知道， 電壓負(fù)反饋能使輸出電壓比較穩(wěn)定，這就意味著輸出阻抗的減??； 電流負(fù)反饋能穩(wěn)定輸出電流，這就意味著輸出阻抗的增加。 三、失真三、失真1、負(fù)反饋使放大器通頻帶展寬，線性失真減小、負(fù)反饋使放大器通頻帶展寬，線性失真減小

10、 簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)分析將告訴我們，頻帶展寬的程度與反饋深度有關(guān)。設(shè)開環(huán)增益的高頻響應(yīng)具有一階極點(diǎn)，即HIfIfIfffHIfAkfjAkAjfAjfAkjfAjfAffjAjfA)1 (11)()(1)()(1)(HfIffHIfHfIfIIfffjAjfAfAkfAkAA1)()1 (1同理IfLLfAkff1無反饋放大器的頻率響應(yīng)有負(fù)反饋放大器的頻率響應(yīng)增益AIAI3 dBAIfAIf3 dBfLffLfH無反饋放大器的帶寬負(fù)反饋放大器的帶寬fHff(頻率)AIf是閉環(huán)中頻放大倍數(shù)，它比開環(huán)中頻放大倍數(shù)減小了(1+kfA)倍。fHf是閉環(huán)放大倍數(shù)的上限頻率，它比開環(huán)上限頻率展寬了(1+kfA)倍

11、。增益帶寬積為中頻增益與上限頻率的乘積，即有HIHfIffAfA不變(單極點(diǎn)系統(tǒng))2. 減小非線性失真減小非線性失真 當(dāng)放大器工作在大信號(hào)時(shí), 不可避免地存在非線性失真。 圖(a)中，設(shè)基本放大器的輸入信號(hào)為正弦信號(hào)時(shí), 輸出電壓波形的正半周大些, 而負(fù)半周小些（為方便起見, 設(shè)基本放大器輸出電壓與輸入電壓同相, Av為正值）。如果我們?cè)O(shè)法使加到基本放大器輸入端的信號(hào)波形的正半周小而負(fù)半周大, 這在一定程度上彌補(bǔ)了基本放大器正負(fù)半周放大能力不對(duì)稱的缺陷, 使輸出波形變好。負(fù)反饋減小非線性失真的原理就在于此。 由圖(b)可知, 由于輸出電壓vo波形上大下小, vf波形自然也是上大下小, 而vi=

12、vi-vf，相減的結(jié)果使得vi波形變成上小下大, 通常稱基本放大器輸入信號(hào)vi的失真為預(yù)失真。 而這種預(yù)失真的信號(hào)經(jīng)過放大后, 可以得到接近于不失真的信號(hào)。 這里需要指出的是，必須在保持相同輸出電壓的情況下, 這種比較才有意義。為此必須在負(fù)反饋放大器前增加一級(jí)或數(shù)級(jí)放大器來提高輸入信號(hào)vi, 這正是為減小非線性失真所付出的代價(jià)。 反饋放大器的非線性失真之所以減小, 是因?yàn)榛痉糯笃鬏斎攵说玫搅祟A(yù)失真的信號(hào), 而這正是因?yàn)檩敵鲭妷河蟹蔷€性失真的緣故。從上面分析來看, 要想使輸出電壓絕對(duì)不失真是不可能的。綜上所述，負(fù)反饋有以下特點(diǎn)： (1)負(fù)反饋使放大器的放大倍數(shù)下降，但增益穩(wěn)定度提高,頻帶展寬，

13、非線性失真減小，且所有性能改善的程度均與反饋深度(1+Akf)有關(guān)。 (2)被改善的對(duì)象就是被取樣的對(duì)象。例如，反饋取樣的是輸出電流，則有關(guān)輸出電流的性能得到改善；反之，取樣對(duì)象是輸出電壓，則有關(guān)輸出電壓的性能得到改善。 (3)負(fù)反饋只能改善包含在負(fù)反饋環(huán)節(jié)以內(nèi)的放大器性能，對(duì)反饋環(huán)以外的，與輸入信號(hào)一起進(jìn)來的失真、干擾、噪聲及其它不穩(wěn)定因素是無能為力的。 負(fù)反饋減小非線性失真舉例（a） 無負(fù)反饋電路及輸出電壓uo波形; （b）有負(fù)反饋電路及輸出電壓uo波形 5.4 深度負(fù)反饋條件: 1+kfA1 或 1+kfAS1則fsfsfsfffkAkAAkAkAA1111或串聯(lián)反饋并聯(lián)反饋0ififR

14、R電壓反饋電流反饋ofofRR0fviOvfkvvA1ifiOifkiiA1fgiOrfkivA1rfiOgfkviA1畫反饋網(wǎng)絡(luò),求反饋系數(shù) 負(fù)反饋的分析,一定要滿足單向化條件,畫反饋網(wǎng)絡(luò)時(shí),要消除輸入信號(hào)通過反饋網(wǎng)絡(luò)的直通效應(yīng)。畫法： 將反饋放大器的輸入端短接(對(duì)并聯(lián)反饋)或開路(對(duì)串聯(lián)反饋)。反饋系數(shù)的求法： 輸出信號(hào)通過反饋網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的反饋信號(hào)，它們的比值就是反饋系數(shù)。反饋放大器例題分析反饋放大器例題分析 例1電路如圖所示。這是一個(gè)兩級(jí)放大器，第一級(jí)為場(chǎng)效應(yīng)管差分放大器，第二級(jí)為運(yùn)放構(gòu)成的反相比例放大器。 (1)為進(jìn)一步提高輸出電壓穩(wěn)定度，試正確引入反饋。 (2)計(jì)算引入反饋后的閉環(huán)放大

15、倍數(shù)Avf=? (3)若一定要求引入并聯(lián)電壓負(fù)反饋，電路應(yīng)如何改接?解解 (1)為進(jìn)一步提高輸出電壓穩(wěn)定度，必須引入電壓負(fù)反饋，如圖虛線所示。這有兩種可能：一種是將反饋引至T1管柵極(開關(guān)Sb)構(gòu)成并聯(lián)反饋；另一種是將反饋引至T2柵極(開關(guān)Sa)構(gòu)成串聯(lián)反饋。問題的關(guān)鍵是哪一種能保證是“負(fù)反饋”。根據(jù)瞬時(shí)極性判別法，我們將各點(diǎn)信號(hào)的極性標(biāo)于圖中。判斷結(jié)果，開關(guān)S接a點(diǎn)，構(gòu)成了串聯(lián)電壓負(fù)反饋，而接b點(diǎn)則為正反饋，所以電路應(yīng)將開關(guān)S接a點(diǎn)。 (2)引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋后的閉環(huán)增益Avf為 1111RRRkAffvvf(3)若一定要求引入并聯(lián)電壓負(fù)反饋，最簡(jiǎn)單的辦法是將第一級(jí)輸出由T1管漏極改為T2管的漏極。 例2（a）所示電路, 是兩級(jí)電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路, 反饋網(wǎng)絡(luò)由R9和R10組成。在深反饋條件下15. 01