第5章反饋和負(fù)反饋放大電路_楊拴科改版

1、上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)第第5章章 反饋和負(fù)反饋放大電路反饋和負(fù)反饋放大電路5.1 反饋的基本概念及類型反饋的基本概念及類型5.1.1 反饋的基本概念反饋的基本概念 1. 什么是反饋什么是反饋放大電路中的反饋，是指將放大電路輸出電量放大電路中的反饋，是指將放大電路輸出電量( (輸出輸出電壓或輸出電流電壓或輸出電流) )的一部分或全部，通過(guò)一定的方式，的一部分或全部，通過(guò)一定的方式，反送回輸入回路中。反送回輸入回路中。上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)基本放大電路基本放大電路反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)A.F.Xo.+XidXiXf.反饋信號(hào)反饋信號(hào)輸入

2、信號(hào)輸入信號(hào)輸出信號(hào)輸出信號(hào)凈輸入信號(hào)凈輸入信號(hào)比較環(huán)節(jié)比較環(huán)節(jié)X電壓或電流信號(hào)電壓或電流信號(hào)圖中圖中反饋電路方框圖反饋電路方框圖上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)開(kāi)環(huán)放大電路開(kāi)環(huán)放大電路閉環(huán)放大電路閉環(huán)放大電路閉合環(huán)路閉合環(huán)路基本放大電路基本放大電路反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)A.F.Xo.+XidXiXf.第8章 反饋放大電路( (b) )直流負(fù)反饋直流負(fù)反饋( (a) )交流負(fù)反饋交流負(fù)反饋交流負(fù)反饋交流負(fù)反饋：反饋量只含有交流量。用以改善放大：反饋量只含有交流量。用以改善放大電路的性能。電路的性能。直流負(fù)反饋直流負(fù)反饋：反饋量只含有直流量，：反饋量只含有直流量，可穩(wěn)定靜態(tài)工作

3、點(diǎn)。可穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。2交流反饋與直流反饋交流反饋與直流反饋上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(1)正反饋正反饋反饋信號(hào)加強(qiáng)輸入信號(hào)的作用，反饋信號(hào)加強(qiáng)輸入信號(hào)的作用， 使凈輸入信號(hào)大于原輸入信號(hào)。使凈輸入信號(hào)大于原輸入信號(hào)。3. 正反饋與負(fù)反饋正反饋與負(fù)反饋正反饋往往把放大器轉(zhuǎn)變?yōu)檎袷幤髡答佂逊糯笃鬓D(zhuǎn)變?yōu)檎袷幤鞣答伨W(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)基本放大電路基本放大電路A.F.Xo.+XidXiXf.上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(2)負(fù)反饋負(fù)反饋反饋信號(hào)削弱輸入信號(hào)的作用，使反饋信號(hào)削弱輸入信號(hào)的作用，使 凈輸入信號(hào)小于原輸入信號(hào)。凈輸入信號(hào)小于原輸入信號(hào)

4、。負(fù)反饋改善放大電路的性能負(fù)反饋改善放大電路的性能負(fù)反饋廣泛應(yīng)用于電子技術(shù)、自控等領(lǐng)域之中。負(fù)反饋廣泛應(yīng)用于電子技術(shù)、自控等領(lǐng)域之中?；痉糯箅娐坊痉糯箅娐稟.F.Xo.+XidXiXf.反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)a. 在輸入端加入對(duì)地瞬時(shí)極性為正的電壓在輸入端加入對(duì)地瞬時(shí)極性為正的電壓uI。判斷方法判斷方法4. 瞬時(shí)極性法判斷正負(fù)反饋瞬時(shí)極性法判斷正負(fù)反饋 b. 根據(jù)放大電路的工作原理，標(biāo)出電路中各點(diǎn)電壓根據(jù)放大電路的工作原理，標(biāo)出電路中各點(diǎn)電壓 的的 瞬時(shí)極性。瞬時(shí)極性。c. 判斷反饋信號(hào)是增強(qiáng)還是削弱輸入信號(hào)。判斷反饋信號(hào)是增強(qiáng)還是削弱輸入

5、信號(hào)。A.F.+uIuIduOuF反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)基本放大電路基本放大電路上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)d. 反饋信號(hào)削弱了輸入信號(hào)反饋信號(hào)削弱了輸入信號(hào)(uId uI)為正反饋。為正反饋。上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)凈輸入信號(hào)小于輸入信號(hào)，所以為負(fù)反饋。凈輸入信號(hào)小于輸入信號(hào)，所以為負(fù)反饋。IFIIduuuu uI例例1 判斷圖示電路判斷圖示電路 反饋的極性。反饋的極性。解解 假設(shè)假設(shè)uI的瞬時(shí)極性為正。的瞬時(shí)極性為正。 即即 uI0那么那么uO0uF0 uO+_R1R2+_+uFuIdFA上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子

6、技術(shù)基礎(chǔ)凈輸入信號(hào)大于輸入信號(hào)，所以為正反饋。凈輸入信號(hào)大于輸入信號(hào)，所以為正反饋。IFIIduuuu 例例2 判斷圖示電路判斷圖示電路 反饋的極性。反饋的極性。解解假設(shè)假設(shè) uI0那么那么uO0uF0時(shí)時(shí)uO0uF0uId=uI uF0時(shí)時(shí)uO0時(shí)時(shí)uO0uF0uId=uI uF0時(shí)時(shí)uO0削弱了輸入信號(hào)削弱了輸入信號(hào)負(fù)反饋負(fù)反饋反饋信號(hào)極性為負(fù)反饋信號(hào)極性為負(fù)RLSu+A+uOuI+R1R2IiIdiFiR3_iO上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)c. 負(fù)反饋的組態(tài)判斷負(fù)反饋的組態(tài)判斷(a) 令令uO=0， iF 0，屬電流反饋。，屬電流反饋。(b) iF 與與iI并

7、聯(lián)作用于運(yùn)放的輸入回路，屬并聯(lián)反饋。并聯(lián)作用于運(yùn)放的輸入回路，屬并聯(lián)反饋。電流并聯(lián)負(fù)反饋電流并聯(lián)負(fù)反饋+A+uOuI+R1R2IiIdiFiR3_iO穩(wěn)定輸出電流穩(wěn)定輸出電流上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 電流并聯(lián)負(fù)反饋電流并聯(lián)負(fù)反饋Su+1C+VCCT1EC+T2+C1RE1R3R2R2CC2RFLROu+1R+IuIiIdiFi上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)圖中圖中輸出信號(hào)輸出信號(hào)Xo=AXid閉環(huán)增益閉環(huán)增益Af=Xo/Xi反饋信號(hào)反饋信號(hào)Xf=FXo凈輸入信號(hào)凈輸入信號(hào)Xid=XiXf5.1.4 負(fù)反饋放大電路的一般表達(dá)式負(fù)反饋放大電

8、路的一般表達(dá)式+A.F.Xo.+XidXiXf._方框圖方框圖(1)(2)(3)(4)(1)代入代入(2)式式Xo=A(XiXf) （5）(3)代入代入(5)式式Xo=A(XiFXo)（6）上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)Xo=AXi1+AF 閉環(huán)增益閉環(huán)增益Af=XoXiA1+AF =由由(6)式式負(fù)反饋放大電路的放大倍數(shù)的一般表達(dá)式負(fù)反饋放大電路的放大倍數(shù)的一般表達(dá)式中頻時(shí)中頻時(shí)Af=A1+AF即即 電路的閉環(huán)放大倍數(shù)是電路的閉環(huán)放大倍數(shù)是開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)的1/(1+AF)倍倍。1+AF 稱為反饋深度稱為反饋深度上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬

9、電子技術(shù)基礎(chǔ) 對(duì)負(fù)反饋放大電路放大倍數(shù)的一般表達(dá)式討論對(duì)負(fù)反饋放大電路放大倍數(shù)的一般表達(dá)式討論 Af 1 時(shí)，時(shí)，1+AF 電路引入負(fù)反饋電路引入負(fù)反饋（b） A電路引入正反饋電路引入正反饋（C）1 時(shí)時(shí)，稱為深反饋。，稱為深反饋。1+AF 此時(shí)此時(shí)F1Af=A1+AF 閉環(huán)放大倍數(shù)閉環(huán)放大倍數(shù)Af只取決于反饋系數(shù)只取決于反饋系數(shù)F上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)5.2 負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響AFAA 1f由負(fù)反饋放大電路的一般表示式由負(fù)反饋放大電路的一般表示式AAFAd)1(1d2f 對(duì)對(duì)Af求微分得求微分得5.2.1 提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定

10、性提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性其相對(duì)變化量為其相對(duì)變化量為AAAFAAd11dff AAAFAA 11ff或或即即 Af相對(duì)變化量，僅為相對(duì)變化量，僅為A的相對(duì)變化量的的相對(duì)變化量的1/(1+AF)。第8章 反饋放大電路設(shè)反饋網(wǎng)絡(luò)是純電阻網(wǎng)絡(luò)設(shè)反饋網(wǎng)絡(luò)是純電阻網(wǎng)絡(luò)Alg20fO引入負(fù)反饋后的幅頻特性引入負(fù)反饋后的幅頻特性bwbwfLLfHHf)1 (1)1 (fAFfAFfffAFf可推導(dǎo)出引入負(fù)可推導(dǎo)出引入負(fù)反饋后的截止頻反饋后的截止頻率、通頻帶率、通頻帶fLfHFA1lg20fLffHf5.2.2 擴(kuò)展通頻帶擴(kuò)展通頻帶第8章 反饋放大電路 設(shè)基本放大電路的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)同相。設(shè)基本放大電路的輸

11、出信號(hào)與輸入信號(hào)同相。 可以證明，可以證明，在引入負(fù)反饋前在引入負(fù)反饋前后輸出量基波幅值相同的情況后輸出量基波幅值相同的情況下，非線性失真減小到基本放下，非線性失真減小到基本放大電路的大電路的1/(/(1AF ) )。凈輸入信號(hào)的正半周幅值小于凈輸入信號(hào)的正半周幅值小于負(fù)半周幅值負(fù)半周幅值5.2.3 減小非線性失真減小非線性失真上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)xI閉環(huán)放大電路閉環(huán)放大電路xOxId=xI信號(hào)傳信號(hào)傳輸方向輸方向反饋信號(hào)反饋信號(hào)xOxIdxIxF+AF_xId=xI xF第8章 反饋放大電路1. 對(duì)輸入電阻的影響對(duì)輸入電阻的影響 串聯(lián)負(fù)反饋增大輸入電阻串聯(lián)

12、負(fù)反饋增大輸入電阻iiiIUR iiiifiiiifIUFAUIUUIUR 引入串聯(lián)負(fù)反饋，使引入反饋的支路的等效電阻增大引入串聯(lián)負(fù)反饋，使引入反饋的支路的等效電阻增大到原來(lái)的（到原來(lái)的（1 1AFAF）倍。）倍。iif)1 (RAFR5.2.5 對(duì)輸入電阻和輸出電阻的影響對(duì)輸入電阻和輸出電阻的影響第8章 反饋放大電路iiifiiiiifiiiAFIIUIIUIURIURAFRR1iif并聯(lián)負(fù)反饋減小輸入電阻并聯(lián)負(fù)反饋減小輸入電阻（1AF）倍倍。 并聯(lián)負(fù)反饋減小輸入電阻并聯(lián)負(fù)反饋減小輸入電阻第8章 反饋放大電路 對(duì)對(duì)輸出電阻輸出電阻的影響僅與反饋網(wǎng)絡(luò)和基本放大電路在輸出的影響僅與反饋網(wǎng)絡(luò)和基本

13、放大電路在輸出端的接法有關(guān)，即端的接法有關(guān)，即決定于是電壓反饋還是電流反饋決定于是電壓反饋還是電流反饋。AFRR1oofoof)1 (RAFR 電壓負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電壓，使輸出具有恒壓特性電壓負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電壓，使輸出具有恒壓特性，因而，因而輸出電阻減小。輸出電阻減小。 電流負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電流，使輸出具有恒流特性電流負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電流，使輸出具有恒流特性，因而，因而輸出電阻增大。輸出電阻增大。2. 負(fù)反饋對(duì)輸出電阻的影響負(fù)反饋對(duì)輸出電阻的影響1. 電壓負(fù)反饋減小輸出電阻電壓負(fù)反饋減小輸出電阻2. 電流負(fù)反饋增大輸出電阻電流負(fù)反饋增大輸出電阻上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)

14、對(duì)于電壓電流變換器對(duì)于電壓電流變換器對(duì)于電流電壓變換器對(duì)于電流電壓變換器對(duì)于電壓放大器對(duì)于電壓放大器對(duì)于電流放大器對(duì)于電流放大器選擇電壓串聯(lián)負(fù)反饋選擇電壓串聯(lián)負(fù)反饋選擇電流并聯(lián)負(fù)反饋選擇電流并聯(lián)負(fù)反饋選擇電流串聯(lián)負(fù)反饋選擇電流串聯(lián)負(fù)反饋選擇電壓并聯(lián)負(fù)反饋選擇電壓并聯(lián)負(fù)反饋 選擇合適的負(fù)反饋類型選擇合適的負(fù)反饋類型5.2.6 正確引入負(fù)反饋上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)5.3.1 負(fù)反饋放大電路的自激振蕩負(fù)反饋放大電路的自激振蕩01 AF 1 AF 將上式寫成將上式寫成5.3 負(fù)反饋放大電路的自激振蕩及消除負(fù)反饋放大電路的自激振蕩及消除相位條件相位條件幅度條件幅度條件)

15、12( nFA 1 AFA 基本放大電路產(chǎn)生的附加相移基本放大電路產(chǎn)生的附加相移F 反饋網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的附加相移反饋網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的附加相移上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 高頻或低頻區(qū)，放大電路與高頻或低頻區(qū)，放大電路與反饋網(wǎng)絡(luò)，因電路反饋網(wǎng)絡(luò)，因電路 中的電容而產(chǎn)生附加相位移中的電容而產(chǎn)生附加相位移 A、 F 負(fù)反饋放大電路的自激振蕩負(fù)反饋放大電路的自激振蕩 180FA 當(dāng)當(dāng)時(shí)時(shí)負(fù)反饋?zhàn)優(yōu)檎答佖?fù)反饋?zhàn)優(yōu)檎答伾享?yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)a.a. 電路包含一或二級(jí)放大電路時(shí)，附加相移最大不電路包含一或二級(jí)放大電路時(shí)，附加相移最大不 會(huì)超過(guò)會(huì)超過(guò)180

16、，不會(huì)產(chǎn)生自激振蕩。，不會(huì)產(chǎn)生自激振蕩。5.3.2 負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定性負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定性b. 電路的級(jí)數(shù)愈多，附加相移電路的級(jí)數(shù)愈多，附加相移 愈大，愈容易愈大，愈容易產(chǎn)產(chǎn) 生自激振蕩。生自激振蕩。 A c. .反饋系數(shù)反饋系數(shù)F愈大，愈容易產(chǎn)生自激振蕩愈大，愈容易產(chǎn)生自激振蕩。 上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)在放大電路中加入在放大電路中加入RC相位補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，使其具有相位補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，使其具有足夠的幅度裕度足夠的幅度裕度Gm和相位裕度和相位裕度m。 相位補(bǔ)償?shù)乃枷耄合辔谎a(bǔ)償?shù)乃枷耄合辔谎a(bǔ)償方法相位補(bǔ)償方法5.3.3 消除自激振蕩的方法消除自激振蕩的方法 相位補(bǔ)償相

17、位補(bǔ)償滯后補(bǔ)償滯后補(bǔ)償超前補(bǔ)償超前補(bǔ)償上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1滯后補(bǔ)償滯后補(bǔ)償在多級(jí)放大電路中的上限截止頻率最低的一級(jí)放大在多級(jí)放大電路中的上限截止頻率最低的一級(jí)放大電路中加入電路中加入RC相位補(bǔ)償相位補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)。R+CC1C+RCREC1VCC 補(bǔ)償方法補(bǔ)償方法補(bǔ)償電容補(bǔ)償電容C補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)等效電路補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)等效電路上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)補(bǔ)補(bǔ)償償電電路路+A+uI+uF+uOR1R2CRL2. 超前補(bǔ)償超前補(bǔ)償補(bǔ)償方法補(bǔ)償方法在反饋網(wǎng)絡(luò)中加入補(bǔ)償電容在反饋網(wǎng)絡(luò)中加入補(bǔ)償電容C上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)

18、基礎(chǔ)5.4.1 深度負(fù)反饋放大電路近似計(jì)算的一般方法深度負(fù)反饋放大電路近似計(jì)算的一般方法5.4 深度負(fù)反饋電路的分析及近似計(jì)算深度負(fù)反饋電路的分析及近似計(jì)算 近似計(jì)算的基本關(guān)系式近似計(jì)算的基本關(guān)系式上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)+A.F.Xo.+XidXiXf._在深度負(fù)反饋（在深度負(fù)反饋（AF 1）的條件下）的條件下F1Af=A1+AF F=XfXo代入上式得代入上式得將將XoXiAf=XoXiXoXfXfXi0XXXfiid 上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(1) 當(dāng)電路引入串聯(lián)負(fù)反饋時(shí)當(dāng)電路引入串聯(lián)負(fù)反饋時(shí)UfUi(稱為虛短稱為虛短)(2

19、) 當(dāng)電路引入并聯(lián)負(fù)反饋時(shí)當(dāng)電路引入并聯(lián)負(fù)反饋時(shí)IfIi(稱為虛斷）稱為虛斷）0Riidid UI0fiid III0fiid UUU0iidid RIU(稱為虛斷）稱為虛斷）(稱為虛短稱為虛短)開(kāi)環(huán)差模電壓增益開(kāi)環(huán)差模電壓增益 Aod= uuuoodA u uOu i i+Aod1. 理想運(yùn)放的差模輸入電壓等于零理想運(yùn)放的差模輸入電壓等于零即即 uu“虛短虛短”理想運(yùn)算放大電路的“虛短”和“虛斷2. 理想運(yùn)放的輸入電流等于零理想運(yùn)放的輸入電流等于零0 ii“虛斷虛斷”差模輸入電阻差模輸入電阻Rid=, 兩個(gè)輸入端均沒(méi)有電流兩個(gè)輸入端均沒(méi)有電流上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1電壓串聯(lián)負(fù)反饋（同相比例放大器）電壓串聯(lián)負(fù)反饋（同相比例放大器）5.4.2 深度負(fù)反饋電路計(jì)算深度負(fù)反饋電路計(jì)算+A+Uid+F+UfUiUoRLR2R1_同相比例運(yùn)算電同相比例運(yùn)算電路路存在共模輸入電