dzxlx_5xin電子線路第五章

1、第第 5 章放大器中的負(fù)反饋章放大器中的負(fù)反饋概述概述5.1反饋放大器的基本概念反饋放大器的基本概念5.2負(fù)反饋對放大器性能的負(fù)反饋對放大器性能的影響影響5.3 負(fù)反饋放大器的性能分析負(fù)反饋放大器的性能分析5.4負(fù)反饋放大器的穩(wěn)定性負(fù)反饋放大器的穩(wěn)定性概概 述述為了提高放大器的質(zhì)量，常常在基本放大器上加一負(fù)為了提高放大器的質(zhì)量，常常在基本放大器上加一負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)，引入負(fù)反饋可以改善放大器的性能，如可提高反饋網(wǎng)絡(luò)，引入負(fù)反饋可以改善放大器的性能，如可提高放大器的增益穩(wěn)定度，可展寬頻帶，減小非線性失真等。放大器的增益穩(wěn)定度，可展寬頻帶，減小非線性失真等。因負(fù)反饋是實現(xiàn)高質(zhì)量放大器的一種重要措施，因而

2、負(fù)反因負(fù)反饋是實現(xiàn)高質(zhì)量放大器的一種重要措施，因而負(fù)反饋在電子電路中應(yīng)用非常廣泛，可以這么說幾乎所有的實饋在電子電路中應(yīng)用非常廣泛，可以這么說幾乎所有的實用放大電路都是帶負(fù)反饋的電路。用放大電路都是帶負(fù)反饋的電路。第第 5 章放大器中的負(fù)反饋章放大器中的負(fù)反饋5.1.1反饋放大器的組成反饋放大器的組成第第 5 章放大器中的負(fù)反饋章放大器中的負(fù)反饋將放大器輸出信號的一部分或全部，通過反饋網(wǎng)絡(luò)（比如將放大器輸出信號的一部分或全部，通過反饋網(wǎng)絡(luò)（比如Re)送到電路輸入端，并對輸入信號進(jìn)行調(diào)整的過程就稱送到電路輸入端，并對輸入信號進(jìn)行調(diào)整的過程就稱為為反饋反饋。對應(yīng)的放大器稱為。對應(yīng)的放大器稱為反饋放

3、大器反饋放大器?；痉糯笃骰痉糯笃?A反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò) kfxoxix ixf凈輸入信號凈輸入信號 fiixxx 輸入信號輸入信號反饋信號反饋信號輸出信號輸出信號q 反饋放大器增益一般表達(dá)式反饋放大器增益一般表達(dá)式基本放大器基本放大器 A反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò) kfxoxix ixfiof/ xxA 開環(huán)增益開環(huán)增益io/ xxA 反饋系數(shù)反饋系數(shù)off/ xxk 閉環(huán)增益閉環(huán)增益fioxxx FAAkA f1ifio/1/xxxx 反饋深度反饋深度f1AkF T 1環(huán)路增益環(huán)路增益fif/AkxxT 反饋深度反饋深度 F( (或環(huán)路增益或環(huán)路增益 T ) )是衡量反饋強弱的一項是衡量反饋強弱的一

4、項重要指標(biāo)。其值直接影響電路性能。重要指標(biāo)。其值直接影響電路性能。第第 5 章放大器中的負(fù)反饋章放大器中的負(fù)反饋q 反饋極性反饋極性fiixxx 由于凈輸入信號由于凈輸入信號 若若 xf 削弱削弱了了xi，使使 x i xi正反饋正反饋說明說明負(fù)反饋具有自動調(diào)整作用，可改善放大器性能。負(fù)反饋具有自動調(diào)整作用，可改善放大器性能。 例：某原因例：某原因ox fx)(fiixxx ox正反饋使放大器工作不穩(wěn)定，多用于振蕩器中。正反饋使放大器工作不穩(wěn)定，多用于振蕩器中。 負(fù)反饋的自動調(diào)整作用是以犧牲增益為代價的。負(fù)反饋的自動調(diào)整作用是以犧牲增益為代價的。第第 5 章放大器中的負(fù)反饋章放大器中的負(fù)反饋5

5、.1.2四種類型負(fù)反饋放大器四種類型負(fù)反饋放大器q 根據(jù)輸出端連接方式根據(jù)輸出端連接方式 電壓反饋電壓反饋 AkfRL+-voxixfx i在輸出端，凡反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大器在輸出端，凡反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大器并接并接，反饋信號取，反饋信號取自負(fù)載上輸出電壓的反饋稱為電壓反饋。自負(fù)載上輸出電壓的反饋稱為電壓反饋。輸出量輸出量 xo = voxixfx iAkfRLio 在輸出端，凡反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大器在輸出端，凡反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大器串接串接，反饋信號取自，反饋信號取自負(fù)載中輸出電流的反饋稱為電流反饋。負(fù)載中輸出電流的反饋稱為電流反饋。 電流反饋電流反饋輸出量輸出量 xo = io第第 5 章放大器中

6、的負(fù)反饋章放大器中的負(fù)反饋q 根據(jù)輸入端連接方式根據(jù)輸入端連接方式 串聯(lián)反饋串聯(lián)反饋 在輸入端，反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大器在輸入端，反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大器串接串接，反饋信號以電壓，反饋信號以電壓vf 的的形式出現(xiàn)，并在輸入端進(jìn)行電壓比較，即形式出現(xiàn)，并在輸入端進(jìn)行電壓比較，即 v i = vi - - vf 。在輸入端，反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大器在輸入端，反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大器并接并接，反饋信號以電流，反饋信號以電流if 的形式出現(xiàn)，并在輸入端進(jìn)行電流比較，即的形式出現(xiàn)，并在輸入端進(jìn)行電流比較，即 ii = ii - - if 。 并聯(lián)反饋并聯(lián)反饋 AkfRS+-vs+-vivfv i+-+-xoAkfRSi

7、Siiifii xo第第 5 章放大器中的負(fù)反饋章放大器中的負(fù)反饋q 四種類型負(fù)反饋放大器增益表達(dá)式四種類型負(fù)反饋放大器增益表達(dá)式AvkfvRS+-vs+-vivfv i+-+-RL+-voArkfgRL+-voRSiSiiifii 電壓串聯(lián)負(fù)反饋電壓串聯(lián)負(fù)反饋 io/vvAv 開環(huán)開環(huán)電壓增益電壓增益電壓反饋系數(shù)電壓反饋系數(shù)off/vvkv 閉環(huán)電壓增益閉環(huán)電壓增益)1/(ffvvvvkAAA 電壓并聯(lián)負(fù)反饋電壓并聯(lián)負(fù)反饋io/ivAr 開環(huán)開環(huán)互阻增益互阻增益互導(dǎo)反饋系數(shù)互導(dǎo)反饋系數(shù)off/vikg 閉環(huán)互阻增益閉環(huán)互阻增益)1/(ffgrrrkAAA 第第 5 章放大器中的負(fù)反饋章放大器

8、中的負(fù)反饋AgkfrRLioRS+-vs+-vivfv i+-+-RSiSiiifii AikfiRLio 電流串聯(lián)負(fù)反饋電流串聯(lián)負(fù)反饋 io/viAg 開環(huán)開環(huán)互導(dǎo)增益互導(dǎo)增益互阻反饋系數(shù)互阻反饋系數(shù)off/ivkr 閉環(huán)互導(dǎo)增益閉環(huán)互導(dǎo)增益)1/(ffrgggkAAA 電流并聯(lián)負(fù)反饋電流并聯(lián)負(fù)反饋 io/iiAi 開環(huán)開環(huán)電流增益電流增益電流反饋系數(shù)電流反饋系數(shù)off/iiki 閉環(huán)電流增益閉環(huán)電流增益)1/(ffiiiikAAA 注意：注意：不同反饋類型對應(yīng)不同輸入、輸出電量，因此不同類不同反饋類型對應(yīng)不同輸入、輸出電量，因此不同類 型反饋電路的型反饋電路的 A、kf 、Af 含義不同含

9、義不同。第第 5 章放大器中的負(fù)反饋章放大器中的負(fù)反饋Akfxoxixfx i5.1.3反饋放大器反饋放大器的判別的判別 一一 .反饋元件的判別反饋元件的判別看電路輸出與輸入之間是看電路輸出與輸入之間是否接有元件，若有則為反饋電否接有元件，若有則為反饋電路，該元件即為反饋元件。路，該元件即為反饋元件。例例 1Rf 為反饋元件為反饋元件。RE 為反饋元件為反饋元件。viVCCRCRfvoviVCCRCvo+-+-RERB1RB2例例 2第第 5 章放大器中的負(fù)反饋章放大器中的負(fù)反饋二二. .判斷反饋類型判斷反饋類型 采用短路法采用短路法 假設(shè)輸出端交流短路，若反饋信號消失，則為電壓反饋；假設(shè)輸出

10、端交流短路，若反饋信號消失，則為電壓反饋；反之為電流反饋。反之為電流反饋。 判斷電壓與電流反饋判斷電壓與電流反饋 判斷串聯(lián)與并聯(lián)反饋判斷串聯(lián)與并聯(lián)反饋 假設(shè)輸入端交流短路，若反饋作用消失，則為并聯(lián)反饋；假設(shè)輸入端交流短路，若反饋作用消失，則為并聯(lián)反饋；反之為串聯(lián)反饋。反之為串聯(lián)反饋。AvkfvRS+-vs+-vivfv i+-+-RL+-voiiii ioRSiSifAikfiRL 負(fù)反饋負(fù)反饋第第 5 章放大器中的負(fù)反饋章放大器中的負(fù)反饋三三. . 判斷反饋極性判斷反饋極性 采用瞬時極性法采用瞬時極性法Akfxoxixfxi 設(shè)設(shè) vi 瞬時極性瞬時極性為為用正負(fù)號表示電路中各點電壓的瞬時極

11、性，或用箭頭表示用正負(fù)號表示電路中各點電壓的瞬時極性，或用箭頭表示各節(jié)點電流瞬時流向的方法稱瞬時極性法。各節(jié)點電流瞬時流向的方法稱瞬時極性法。 比較比較 xf 與與 xi 的的極性極性 ( ( xi = xi - - xf ) )若若 xf 與與 xi 同相，使同相，使 xi 減小的，為負(fù)反饋；減小的，為負(fù)反饋；若若 xf 與與 xi 反相，使反相，使 xi 增大的，為正反饋。增大的，為正反饋。經(jīng)經(jīng) A判判斷斷 vo？經(jīng)經(jīng) kf判斷判斷 xf？第第 5 章放大器中的負(fù)反饋章放大器中的負(fù)反饋說明說明 用瞬時極性法比較用瞬時極性法比較 xf 與與 xi 極性時：極性時：若是并聯(lián)反饋：若是并聯(lián)反饋：

12、則需根據(jù)電壓的瞬時極性，標(biāo)出則需根據(jù)電壓的瞬時極性，標(biāo)出相相關(guān)支路關(guān)支路 的電流流向，然后用電流進(jìn)行比較的電流流向，然后用電流進(jìn)行比較( (ii = ii - - if ) )。若是串聯(lián)反饋：若是串聯(lián)反饋：則則直接直接用電壓進(jìn)行比較用電壓進(jìn)行比較( (vi = vi - - vf ) )。 按交、直流性質(zhì)分：按交、直流性質(zhì)分： 直流反饋：直流反饋：交流反饋：交流反饋：反饋信號為直流量，用于穩(wěn)定電路靜態(tài)工作點。反饋信號為直流量，用于穩(wěn)定電路靜態(tài)工作點。反饋信號為交流量，用于改善放大器動態(tài)性能。反饋信號為交流量，用于改善放大器動態(tài)性能。 多級放大器中的反饋：多級放大器中的反饋： 局部反饋：局部反饋

13、：越級反饋：越級反饋：反饋由本級輸出信號產(chǎn)生，可忽略。反饋由本級輸出信號產(chǎn)生，可忽略。 輸出信號跨越一個以上放大級向輸入端傳送輸出信號跨越一個以上放大級向輸入端傳送的稱為級間的稱為級間( (或越級或越級) )反饋。反饋。 第第 5 章放大器中的負(fù)反饋章放大器中的負(fù)反饋例例 1判斷電路的反饋極性和反饋類型。判斷電路的反饋極性和反饋類型。 假設(shè)輸出端交流短路，假設(shè)輸出端交流短路， Rf 引入的反饋消失引入的反饋消失電壓反饋。電壓反饋。 假設(shè)輸入端交流短路，假設(shè)輸入端交流短路， Rf 的的反饋作用消失反饋作用消失并聯(lián)反饋。并聯(lián)反饋。 分析：分析：則則 vc 為為 - - 假設(shè)假設(shè) vi 瞬時極性瞬時

14、極性為為 + + + + - - 形成的形成的 if 方向如圖示。方向如圖示。iiifib因凈輸入電流因凈輸入電流 ib = ii - - if ii負(fù)反饋。負(fù)反饋。 結(jié)論：結(jié)論： Rf 引入電壓并聯(lián)負(fù)反饋。引入電壓并聯(lián)負(fù)反饋。viVCCRCRfvo+- -+- -第第 5 章放大器中的負(fù)反饋章放大器中的負(fù)反饋例例 2判斷圖示電路的反饋極性和反饋類型。判斷圖示電路的反饋極性和反饋類型。(動畫動畫) 假設(shè)輸出端交流短路，假設(shè)輸出端交流短路， RE 上的反饋依然存在上的反饋依然存在 電流反饋。電流反饋。 假設(shè)輸入端交流短路，假設(shè)輸入端交流短路， RE 上的反饋沒有消失上的反饋沒有消失串聯(lián)反饋。串聯(lián)

15、反饋。 分析：分析： 假設(shè)假設(shè) vi 瞬時極性為瞬時極性為 + +因凈輸入電壓因凈輸入電壓 vbe = vi - - vf 45 ，因此電路穩(wěn)定工作，不自激。因此電路穩(wěn)定工作，不自激。A( )/dB O T( ) O- -180 - -90 第第 5 章放大器中的負(fù)反饋章放大器中的負(fù)反饋例例 2已知已知 T(j ) 波特圖，判斷電路是否自激。波特圖，判斷電路是否自激。 T( g)( (1) )由由 T( ) 波特圖與橫軸的交點，找出波特圖與橫軸的交點，找出 g 。分析：分析：( (2) )由由 g 在在 T( ) 波特圖上，找出波特圖上，找出 T( g)。T( )/dB O T( ) O- -

16、180o g g ( (3) )由于由于 45 p2 = 10 p1， p3 = 10 p2第第 5 章放大器中的負(fù)反饋章放大器中的負(fù)反饋O p20.1 p110 p3 A( ) - - 90 p1 p3- - 180 - - 270 p2 p1A ( )/dB 204060O p3- -20 dB/10 倍頻倍頻- -40 dB/10 倍頻倍頻- -60 dB/10 倍頻倍頻80 p2 = 10 p1，將將 p3 靠近靠近 p2 。由于由于| | T( p2)| | 則則 g 落在落在 p1 與與 p2 之間時，放大器依然穩(wěn)定工作。之間時，放大器依然穩(wěn)定工作。 第第 5 章放大器中的負(fù)反饋章

17、放大器中的負(fù)反饋結(jié)論：結(jié)論：在多極點的低通系統(tǒng)中，若在多極點的低通系統(tǒng)中，若 p3 10 p2，則只要則只要 g 落在斜率為落在斜率為( ( 20 dB/10 倍頻倍頻) )的下降段內(nèi)，的下降段內(nèi)，或或 g 落在落在 p1與與 p2 之間，放大器必穩(wěn)定工作。之間，放大器必穩(wěn)定工作。 將將 p2 靠近靠近 p1 ， 由于由于| | T( p2p2)| | 上述結(jié)論不成立。上述結(jié)論不成立。 O p20.1 p110 p3 A( ) - - 90 p1 p3- - 180 - - 270 p2 p1A ( )/dB 204060O p3- -20 dB/10 倍頻倍頻- -40 dB/10 倍頻倍頻

18、- -60 dB/10 倍頻倍頻80第第 5 章放大器中的負(fù)反饋章放大器中的負(fù)反饋5.4.2集成運放的相位補償技術(shù)集成運放的相位補償技術(shù)解決方法解決方法：采用相位補償技術(shù)。采用相位補償技術(shù)。在中頻區(qū)，反饋系數(shù)在中頻區(qū)，反饋系數(shù) kf 越越大，反饋越深，電路性能大，反饋越深，電路性能越好。越好。在高頻區(qū)，在高頻區(qū)，kf 越大，相位裕量越小，放大器工作越越大，相位裕量越小，放大器工作越不穩(wěn)定。不穩(wěn)定。在中頻增益在中頻增益 AI 基本不變的前提下，設(shè)法拉長基本不變的前提下，設(shè)法拉長 p1 與與 p2 之間的間距，或加長斜率為之間的間距，或加長斜率為“ 20 dB/10 倍頻倍頻”線段線段的長度，使得

19、的長度，使得 kf 增大時，仍能獲得所需的相位裕量。增大時，仍能獲得所需的相位裕量。相位補償基本思想：相位補償基本思想：第第 5 章放大器中的負(fù)反饋章放大器中的負(fù)反饋q 滯后補償技術(shù)滯后補償技術(shù) 簡單電容補償簡單電容補償 降低降低 p1補償方法：將補償電容補償方法：將補償電容 C 并接在集成運放產(chǎn)生第一個極并接在集成運放產(chǎn)生第一個極點角頻率的節(jié)點上，使點角頻率的節(jié)點上，使 p1 降低到降低到 d 。AdiRCC RC1p1 )(1d CCR p1 降低到降低到 d 反饋增益線下移反饋增益線下移 穩(wěn)定工作允許的穩(wěn)定工作允許的 kf 增大。增大。 p2 p1A ( )/dB O p3AvdI d2

20、0lg(1/kf)第第 5 章放大器中的負(fù)反饋章放大器中的負(fù)反饋 p2 p1A ( )/dB O p3AvdI d20lg(1/kfv) d 與與 kf 之間的關(guān)系：之間的關(guān)系：由圖由圖dB/ 20lglg)/1lg(20lg20dp2fdI vvkA十倍頻十倍頻整理得整理得)/(fdIP2dvvkA kfv d 反饋電路穩(wěn)定性反饋電路穩(wěn)定性 ，但，但 H 。 kfv = 1 時，時，dIp2d0d/vA 全補償全補償( (C 用用 CS 表示表示) ) d0此時，此時，kfv 無論取何值，電路均可穩(wěn)定工作。無論取何值，電路均可穩(wěn)定工作。 負(fù)反饋負(fù)反饋第第 5 章放大器中的負(fù)反饋章放大器中的負(fù)

21、反饋例例 1一集成運放一集成運放 AvdI = 105 ，fp1 = 200 kHz， fp2= 2 MHz， fp3 = 20 MHz，產(chǎn)生產(chǎn)生 fp1 節(jié)點上等效電路節(jié)點上等效電路 R1 = 200 k ，接成同相放大器，采用簡單電容補償。試求：接成同相放大器，采用簡單電容補償。試求：fp2fp1Avd (f )/dBfOfp310020406080解：解：( (1) )求未補償前，同相放大器提供的最小增益求未補償前，同相放大器提供的最小增益 ？根據(jù)題意，可畫出運放的幅頻漸近波特圖。根據(jù)題意，可畫出運放的幅頻漸近波特圖。未補償前，為保證穩(wěn)定工作：未補償前，為保證穩(wěn)定工作：1kfvAvfmi

22、n = 1041kfv(dB) 80 dB即即第第 5 章放大器中的負(fù)反饋章放大器中的負(fù)反饋解：解：( (2) )若要求若要求 Avf = 10，求所需的求所需的補償電容補償電容 C = ？由由Avf = 10，得得kfv = 0.1則則 rad/s 1022rad/s1 . 0101022256fdIP2d vvkA 由由 11P11CR 得得 pF 41P111 RC)(11dCCR由由 得得 F 4 . 011d1 CRC ( (3) )若要求若要求 Avf = 1， 求所需的求所需的補償電容補償電容 CS = ？解：解：由由Avf = 1，得得 kfv = 1則則 rad/s 202/

23、dIp2do vA F 411d01s CRCC 第第 5 章放大器中的負(fù)反饋章放大器中的負(fù)反饋 密勒電容補償密勒電容補償 降低降低 p1、增大增大 p2補償方法：補償方法：將補償電容將補償電容 C 跨接在三極管跨接在三極管 B 極與極與 C 極極之間，利用密勒倍增效應(yīng)，使之間，利用密勒倍增效應(yīng)，使 p1 降低降低、 P2 增大，增大，拉長拉長 p1 與與 P2 之間的間距。這種補償方法又稱極點之間的間距。這種補償方法又稱極點分離術(shù)。分離術(shù)。( (分析略分析略) )簡單電容補償缺點：簡單電容補償缺點：補償電容補償電容 C 數(shù)值較大數(shù)值較大( ( F 量級量級) )，集成較困難。，集成較困難。 密勒電容補償優(yōu)點：密勒電容補償優(yōu)點：用較小