第5章反饋和負反饋放大電路_楊拴科改版

1、上頁上頁下頁下頁返回返回模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎第第5章章 反饋和負反饋放大電路反饋和負反饋放大電路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，通過一定的方式，的一部分或全部，通過一定的方式，反送回輸入回路中。反送回輸入回路中。上頁上頁下頁下頁返回返回模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎基本放大電路基本放大電路反饋網絡反饋網絡A.F.Xo.+XidXiXf.反饋信號反饋信號輸入

2、信號輸入信號輸出信號輸出信號凈輸入信號凈輸入信號比較環(huán)節(jié)比較環(huán)節(jié)X電壓或電流信號電壓或電流信號圖中圖中反饋電路方框圖反饋電路方框圖上頁上頁下頁下頁返回返回模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎開環(huán)放大電路開環(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絡反饋網絡A.F.Xo.+XidXiXf.第8章 反饋放大電路( (b) )直流負反饋直流負反饋( (a) )交流負反饋交流負反饋交流負反饋交流負反饋：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。直流負反饋直流負反饋：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?？煞€(wěn)定靜態(tài)工作點。2交流反饋與直流反饋交流反饋與直流反饋上頁上頁下頁下頁返回返回模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎(1)正反饋正反饋反饋信號加強輸入信號的作用，反饋信號加強輸入信號的作用， 使凈輸入信號大于原輸入信號。使凈輸入信號大于原輸入信號。3. 正反饋與負反饋正反饋與負反饋正反饋往往把放大器轉變?yōu)檎袷幤髡答佂逊糯笃鬓D變?yōu)檎袷幤鞣答伨W絡反饋網絡基本放大電路基本放大電路A.F.Xo.+XidXiXf.上頁上頁下頁下頁返回返回模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎(2)負反饋負反饋反饋信號削弱輸入信號的作用，使反饋信號削弱輸入信號的作用，使 凈輸入信號小于原輸入信號。凈輸入信號小于原輸入信號

4、。負反饋改善放大電路的性能負反饋改善放大電路的性能負反饋廣泛應用于電子技術、自控等領域之中。負反饋廣泛應用于電子技術、自控等領域之中。基本放大電路基本放大電路A.F.Xo.+XidXiXf.反饋網絡反饋網絡上頁上頁下頁下頁返回返回模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎a. 在輸入端加入對地瞬時極性為正的電壓在輸入端加入對地瞬時極性為正的電壓uI。判斷方法判斷方法4. 瞬時極性法判斷正負反饋瞬時極性法判斷正負反饋 b. 根據(jù)放大電路的工作原理，標出電路中各點電壓根據(jù)放大電路的工作原理，標出電路中各點電壓 的的 瞬時極性。瞬時極性。c. 判斷反饋信號是增強還是削弱輸入信號。判斷反饋信號是增強還是削弱輸入

5、信號。A.F.+uIuIduOuF反饋網絡反饋網絡基本放大電路基本放大電路上頁上頁下頁下頁返回返回模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎d. 反饋信號削弱了輸入信號反饋信號削弱了輸入信號(uId uI)為正反饋。為正反饋。上頁上頁下頁下頁返回返回模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎凈輸入信號小于輸入信號，所以為負反饋。凈輸入信號小于輸入信號，所以為負反饋。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 假設假設uI的瞬時極性為正。的瞬時極性為正。 即即 uI0那么那么uO0uF0 uO+_R1R2+_+uFuIdFA上頁上頁下頁下頁返回返回模擬電子技術基礎模擬電子

6、技術基礎凈輸入信號大于輸入信號，所以為正反饋。凈輸入信號大于輸入信號，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。解解假設假設 uI0那么那么uO0uF0時時uO0uF0uId=uI uF0時時uO0時時uO0uF0uId=uI uF0時時uO0削弱了輸入信號削弱了輸入信號負反饋負反饋反饋信號極性為負反饋信號極性為負RLSu+A+uOuI+R1R2IiIdiFiR3_iO上頁上頁下頁下頁返回返回模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎c. 負反饋的組態(tài)判斷負反饋的組態(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)作用于運放的輸入回路，屬并聯(lián)反饋。并聯(lián)作用于運放的輸入回路，屬并聯(lián)反饋。電流并聯(lián)負反饋電流并聯(lián)負反饋+A+uOuI+R1R2IiIdiFiR3_iO穩(wěn)定輸出電流穩(wěn)定輸出電流上頁上頁下頁下頁返回返回模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎 電流并聯(lián)負反饋電流并聯(lián)負反饋Su+1C+VCCT1EC+T2+C1RE1R3R2R2CC2RFLROu+1R+IuIiIdiFi上頁上頁下頁下頁返回返回模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎圖中圖中輸出信號輸出信號Xo=AXid閉環(huán)增益閉環(huán)增益Af=Xo/Xi反饋信號反饋信號Xf=FXo凈輸入信號凈輸入信號Xid=XiXf5.1.4 負反饋放大電路的一般表達式負反饋放大電

8、路的一般表達式+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）上頁上頁下頁下頁返回返回模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎Xo=AXi1+AF 閉環(huán)增益閉環(huán)增益Af=XoXiA1+AF =由由(6)式式負反饋放大電路的放大倍數(shù)的一般表達式負反饋放大電路的放大倍數(shù)的一般表達式中頻時中頻時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)是開環(huán)放大倍數(shù)的開環(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上頁下頁下頁返回返回模擬電子技術基礎模擬

9、電子技術基礎 對負反饋放大電路放大倍數(shù)的一般表達式討論對負反饋放大電路放大倍數(shù)的一般表達式討論 Af 1 時，時，1+AF 電路引入負反饋電路引入負反饋（b） A電路引入正反饋電路引入正反饋（C）1 時時，稱為深反饋。，稱為深反饋。1+AF 此時此時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上頁上頁下頁下頁返回返回模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎5.2 負反饋對放大電路性能的影響負反饋對放大電路性能的影響AFAA 1f由負反饋放大電路的一般表示式由負反饋放大電路的一般表示式AAFAd)1(1d2f 對對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)定性其相對變化量為其相對變化量為AAAFAAd11dff AAAFAA 11ff或或即即 Af相對變化量，僅為相對變化量，僅為A的相對變化量的的相對變化量的1/(1+AF)。第8章 反饋放大電路設反饋網絡是純電阻網絡設反饋網絡是純電阻網絡Alg20fO引入負反饋后的幅頻特性引入負反饋后的幅頻特性bwbwfLLfHHf)1 (1)1 (fAFfAFfffAFf可推導出引入負可推導出引入負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 擴展通頻帶擴展通頻帶第8章 反饋放大電路 設基本放大電路的輸出信號與輸入信號同相。設基本放大電路的輸

11、出信號與輸入信號同相。 可以證明，可以證明，在引入負反饋前在引入負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 ) )。凈輸入信號的正半周幅值小于凈輸入信號的正半周幅值小于負半周幅值負半周幅值5.2.3 減小非線性失真減小非線性失真上頁上頁下頁下頁返回返回模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎xI閉環(huán)放大電路閉環(huán)放大電路xOxId=xI信號傳信號傳輸方向輸方向反饋信號反饋信號xOxIdxIxF+AF_xId=xI xF第8章 反饋放大電路1. 對輸入電阻的影響對輸入電阻的影響 串聯(lián)負反饋增大輸入電阻串聯(lián)

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

13、放大電路在輸出端的接法有關，即端的接法有關，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 電壓負反饋穩(wěn)定輸出電壓，使輸出具有恒壓特性電壓負反饋穩(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。 電流負反饋穩(wěn)定輸出電流，使輸出具有恒流特性電流負反饋穩(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. 負反饋對輸出電阻的影響負反饋對輸出電阻的影響1. 電壓負反饋減小輸出電阻電壓負反饋減小輸出電阻2. 電流負反饋增大輸出電阻電流負反饋增大輸出電阻上頁上頁下頁下頁返回返回模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎

14、對于電壓電流變換器對于電壓電流變換器對于電流電壓變換器對于電流電壓變換器對于電壓放大器對于電壓放大器對于電流放大器對于電流放大器選擇電壓串聯(lián)負反饋選擇電壓串聯(lián)負反饋選擇電流并聯(lián)負反饋選擇電流并聯(lián)負反饋選擇電流串聯(lián)負反饋選擇電流串聯(lián)負反饋選擇電壓并聯(lián)負反饋選擇電壓并聯(lián)負反饋 選擇合適的負反饋類型選擇合適的負反饋類型5.2.6 正確引入負反饋上頁上頁下頁下頁返回返回模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎5.3.1 負反饋放大電路的自激振蕩負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 負反饋放大電路的自激振蕩及消除負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 基本放大電路產生的附加相移基本放大電路產生的附加相移F 反饋網絡產生的附加相移反饋網絡產生的附加相移上頁上頁下頁下頁返回返回模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎 高頻或低頻區(qū)，放大電路與高頻或低頻區(qū)，放大電路與反饋網絡，因電路反饋網絡，因電路 中的電容而產生附加相位移中的電容而產生附加相位移 A、 F 負反饋放大電路的自激振蕩負反饋放大電路的自激振蕩 180FA 當當時時負反饋變?yōu)檎答佖摲答佔優(yōu)檎答伾享撋享撓马撓马摲祷胤祷啬M電子技術基礎模擬電子技術基礎a.a. 電路包含一或二級放大電路時，附加相移最大不電路包含一或二級放大電路時，附加相移最大不 會超過會超過180

16、，不會產生自激振蕩。，不會產生自激振蕩。5.3.2 負反饋放大電路的穩(wěn)定性負反饋放大電路的穩(wěn)定性b. 電路的級數(shù)愈多，附加相移電路的級數(shù)愈多，附加相移 愈大，愈容易愈大，愈容易產產 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，愈容易產生自激振蕩愈大，愈容易產生自激振蕩。 上頁上頁下頁下頁返回返回模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎在放大電路中加入在放大電路中加入RC相位補償網絡，使其具有相位補償網絡，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。 相位補償?shù)乃枷耄合辔谎a償?shù)乃枷耄合辔谎a償方法相位補償方法5.3.3 消除自激振蕩的方法消除自激振蕩的方法 相位補償相

17、位補償滯后補償滯后補償超前補償超前補償上頁上頁下頁下頁返回返回模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎1滯后補償滯后補償在多級放大電路中的上限截止頻率最低的一級放大在多級放大電路中的上限截止頻率最低的一級放大電路中加入電路中加入RC相位補償相位補償網絡。網絡。R+CC1C+RCREC1VCC 補償方法補償方法補償電容補償電容C補償網絡等效電路補償網絡等效電路上頁上頁下頁下頁返回返回模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎補補償償電電路路+A+uI+uF+uOR1R2CRL2. 超前補償超前補償補償方法補償方法在反饋網絡中加入補償電容在反饋網絡中加入補償電容C上頁上頁下頁下頁返回返回模擬電子技術基礎模擬電子技術

18、基礎5.4.1 深度負反饋放大電路近似計算的一般方法深度負反饋放大電路近似計算的一般方法5.4 深度負反饋電路的分析及近似計算深度負反饋電路的分析及近似計算 近似計算的基本關系式近似計算的基本關系式上頁上頁下頁下頁返回返回模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎+A.F.Xo.+XidXiXf._在深度負反饋（在深度負反饋（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 上頁上頁下頁下頁返回返回模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎(1) 當電路引入串聯(lián)負反饋時當電路引入串聯(lián)負反饋時UfUi(稱為虛短稱為虛短)(2

19、) 當電路引入并聯(lián)負反饋時當電路引入并聯(lián)負反饋時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)開環(huán)差模電壓增益開環(huán)差模電壓增益 Aod= uuuoodA u uOu i i+Aod1. 理想運放的差模輸入電壓等于零理想運放的差模輸入電壓等于零即即 uu“虛短虛短”理想運算放大電路的“虛短”和“虛斷2. 理想運放的輸入電流等于零理想運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=, 兩個輸入端均沒有電流兩個輸入端均沒有電流上頁上頁下頁下頁返回返回模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎1電壓串聯(lián)負反饋（同相比例放大器）電壓串聯(lián)負反饋（同相比例放大器）5.4.2 深度負反饋電路計算深度負反饋電路計算+A+Uid+F+UfUiUoRLR2R1_同相比例運算電同相比例運算電路路存在共模輸入電