負(fù)反饋放大器

1、5.1 反饋的基本概念反饋的基本概念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5.3 深度負(fù)反饋放大電路的分析深度負(fù)反饋放大電路的分析5.4 負(fù)反饋放大器的穩(wěn)定性問題負(fù)反饋放大器的穩(wěn)定性問題本章小結(jié)本章小結(jié)5.1 反饋的基本概念反饋的基本概念 5.1.1 5.1.1 反饋放大器的組成及其分類反饋放大器的組成及其分類 反饋放大電路組成框圖如圖5.1所示。 圖5.1 反饋放大電路組成框圖 根據(jù)反饋的極性，可分為正反饋、負(fù)反饋兩類。其中： 正反饋表示反饋信號(hào)與輸入信號(hào)比較時(shí)，使放大正反饋表示反饋信號(hào)與輸入信號(hào)比較時(shí)，使放大器的凈輸入信號(hào)增強(qiáng)的電路；器的凈輸入信號(hào)增強(qiáng)的電路； 負(fù)反饋

2、表示反饋信號(hào)與輸入信號(hào)比較時(shí)，使凈輸負(fù)反饋表示反饋信號(hào)與輸入信號(hào)比較時(shí)，使凈輸入信號(hào)減弱的電路。入信號(hào)減弱的電路。 根據(jù)反饋網(wǎng)絡(luò)在輸出端取樣方式的不同，分為電壓反饋與電流反饋。 如果反饋網(wǎng)絡(luò)是對(duì)輸出端的電壓采樣，即反饋信如果反饋網(wǎng)絡(luò)是對(duì)輸出端的電壓采樣，即反饋信號(hào)是輸出電壓的一部分或全部，就稱為電壓反饋。號(hào)是輸出電壓的一部分或全部，就稱為電壓反饋。 如果是對(duì)電流采樣，反饋信號(hào)與輸出電流成正比，如果是對(duì)電流采樣，反饋信號(hào)與輸出電流成正比，則稱為電流反饋。則稱為電流反饋。 根據(jù)反饋網(wǎng)絡(luò)與放大電路輸入端連接方式的不同，可分為串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋。 串聯(lián)反饋就是在輸入回路中，輸入信號(hào)、反饋信號(hào)串聯(lián)反饋就

3、是在輸入回路中，輸入信號(hào)、反饋信號(hào)和凈輸入信號(hào)三者串聯(lián)聯(lián)接。和凈輸入信號(hào)三者串聯(lián)聯(lián)接。 并聯(lián)反饋，就是在輸入回路中，輸入信號(hào)、反饋信并聯(lián)反饋，就是在輸入回路中，輸入信號(hào)、反饋信號(hào)和凈輸入信號(hào)之間是并聯(lián)關(guān)系。號(hào)和凈輸入信號(hào)之間是并聯(lián)關(guān)系。 負(fù)反饋放大器有四種類型，即電壓串聯(lián)負(fù)反饋、電壓并聯(lián)負(fù)反饋、電流串聯(lián)負(fù)反饋和電流并聯(lián)負(fù)反饋。 5.1.2 5.1.2 負(fù)反饋放大器的基本關(guān)系式負(fù)反饋放大器的基本關(guān)系式 負(fù)反饋放大器可表示為圖5.2所示方框圖。圖5.2 負(fù)反饋放大器的方框圖idxxA0idAxX0 (5.1)0 xxFf(5.2)0FxXf (5.3)fiidXXX (5.4)AFAXXXXXAf

4、idif100 (5.5) 5.1.3 反饋性質(zhì)和反饋類型的判別反饋性質(zhì)和反饋類型的判別 判定反饋性質(zhì)和反饋類型的方法是： 第一，在實(shí)際電路中找出將輸出信號(hào)回送到輸入端的反饋元件或連線。 第二，從反饋元件與放大器輸入和輸出端的連接方式來判別反饋類型。反饋元件并接到輸出負(fù)載RL兩端的為電壓反饋，否則為電流反饋。反饋元件并接在輸入信號(hào)源兩端的為并聯(lián)反饋，否則為串聯(lián)反饋。 第三，確定反饋電壓極性或反饋電流的流向,并將它與輸入信號(hào)比較，看其是否削弱或加強(qiáng)放大器輸入端的凈信號(hào)。凡削弱輸入信號(hào)（xidxi）的為正反饋。圖 5.3 (a) 電壓并聯(lián)例5.1 電路如圖所示： 在圖5.3（a）中，連接在放大器輸

5、出端與輸入端之間的反饋元件是電阻Rf。該反饋元件的一端并接在輸出負(fù)載RL上，另一端并接在輸入信號(hào)源上，故為電壓并聯(lián)反饋。 在判斷電壓反饋時(shí)，假想將放大電路的負(fù)載RL兩端短路，短路后如使反饋信號(hào)if=0或uf=0，就是電壓反饋，否則為電流反饋。 判斷反饋極性的方法是：瞬時(shí)極性法。綜上所述，這個(gè)電路為電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大器。 圖 5.3 (b) 電壓串聯(lián)圖 5.3 (b) 電壓串聯(lián)圖5.3 在圖5.3 (b)中，輸入信號(hào)電壓接在了運(yùn)算放大器的同相輸入端上，此時(shí)的反饋電阻Rf 沒有并接到輸入信號(hào)源上，而接在了運(yùn)算放大器的反向輸入端，故為電壓串聯(lián)反饋。 假定加到同相輸入端的信號(hào)電壓對(duì)地極性為正，則集成運(yùn)

6、放輸出電壓對(duì)地極性也必為正。由uo通過Rf對(duì)地產(chǎn)生的反饋uf對(duì)地極性也必為正。結(jié)果是凈輸入電壓uid=us-uf，則有uidus，故為負(fù)反饋。由此可見，這個(gè)電路為電壓串聯(lián)負(fù)反饋。圖5.4 例5.2圖 例5.2 電路如圖5.4所示。圖5.4 例5.2圖 例5.2 電路如圖5.4所示。圖5.4 圖中，輸入信號(hào)從同相端加入，Rf是連接在運(yùn)放的輸出端與反相輸入端之間的反饋電阻，它既沒有并接到輸出負(fù)載端，又沒有并接到輸入信號(hào)源上，故為電流串聯(lián)反饋。 用瞬時(shí)極性法判斷該電路為負(fù)反饋。 綜上所述，該電路為電流串聯(lián)負(fù)反饋。 例5.3 電路如圖5.5所示。圖5.5 例5.3圖 例5.3 電路如圖5.5所示。圖5

7、.5 例5.3圖圖5.5 圖中，Rf是連接在集成運(yùn)放反相輸入端與輸出端之間的電阻，所以它是負(fù)反饋電阻，又由于Rf的一端并接到輸入信號(hào)源上，另一端沒有并接到RL 兩端，故為電流并聯(lián)反饋。 確定反饋極性仍然采用瞬時(shí)極性法。 綜上所述，這個(gè)電路為電流并聯(lián)負(fù)反饋。圖5.6 例5.4圖例5.4 電路如圖5.6所示。 圖中，反饋元件是接在輸出和輸入回路的公共電阻Re ，它并接在負(fù)載RL兩端，故為電壓反饋。它沒有并接在輸入信號(hào)源兩端，故為串聯(lián)反饋。 假定輸入信號(hào)電壓ui對(duì)地極性為正，射極輸出器電路輸出電壓與輸入電壓同相，uo對(duì)地極性也必為正，而uf=uo，結(jié)果是uid =ui-uf，uidui，為負(fù)反饋。

8、綜上所述，共集電極電路為電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大器。5.1 思考題思考題 v 一個(gè)反饋放大器應(yīng)該由哪幾個(gè)部分組成？v 如何判斷反饋放大器的性質(zhì)和類型？v 試判斷具有發(fā)射極電阻的共發(fā)射極放大電路中有無反饋，若有反饋，請(qǐng)判斷反饋性質(zhì)及類型。v 若將圖5.3、圖5.4、圖5.5所示電路中的集成運(yùn)放的反相輸入端和同相輸入端互換位置，其它外接元件仍保持原來的位置不變，請(qǐng)判斷反饋的性質(zhì)，從而總結(jié)出由集成運(yùn)放組成的單級(jí)負(fù)反饋放大電路的連接規(guī)律。返回 5.2 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 負(fù)反饋雖然使放大電路的增益下降，但能夠從多方面改善放大器的性能，現(xiàn)分述如下： 1. 提高增益的穩(wěn)

9、定性 閉環(huán)增益的相對(duì)變化量為：AdAAFAdAff11（5.7） 上式表明，閉環(huán)增益的相對(duì)變化減少為開環(huán)增益相對(duì)變化量的 。也就是說引入負(fù)反饋后，雖然放大倍數(shù)降低至開環(huán)放大倍數(shù)的 ，但是其穩(wěn)性卻比開環(huán)時(shí)提高了（1AF）倍。AF11AF11 2.減小了非線性失真 實(shí)驗(yàn)電路如圖5.7所示。圖5.7 負(fù)反饋改善放大器的非線性失真 3. 擴(kuò)展了通頻帶 引入負(fù)反饋后，高、中、低頻區(qū)上的增益變化緩 慢，通頻帶自然被加寬。幅頻特性如圖5.8所示。圖5.8 有反饋與無反饋幅頻特性的比較 通常情況下，放大電路的“增益一帶寬”之積為一常數(shù)，即：LHLffHfffAffA 一般 ，所以 ，這表明，引入負(fù)反饋后，電壓

10、放大倍數(shù)下降為幾分之一，通頻帶就擴(kuò)展幾倍?？梢?，引入負(fù)反饋能擴(kuò)展通頻帶引入負(fù)反饋能擴(kuò)展通頻帶, ,但這是以但這是以降低放大倍數(shù)為代價(jià)的降低放大倍數(shù)為代價(jià)的。（5.8）LHff HfHfAffA 4.對(duì)輸入電阻和輸出電阻的影響 （1） 輸入電阻 負(fù)反饋對(duì)輸入電阻的影響與反饋網(wǎng)絡(luò)在放大器輸入負(fù)反饋對(duì)輸入電阻的影響與反饋網(wǎng)絡(luò)在放大器輸入的連接方式有關(guān)，而與輸出端的連接方式無關(guān)。的連接方式有關(guān)，而與輸出端的連接方式無關(guān)。圖5.9（a） 串聯(lián)負(fù)反饋對(duì)輸入電阻影響的方框圖串聯(lián)負(fù)反饋電路如圖5.9（a）所示。 圖中，ui=uid+uf ，uf=Fxo ，xo=Auid ,因而它的輸入電阻rif為：AFrAF

11、iuiAFuuiuuiuriiidiididifidiiif11（5.9）usriFRSuirifX0Aifiiiid圖5.9（b） 并聯(lián)負(fù)反饋對(duì)輸入電阻影響的方框圖并聯(lián)負(fù)反饋電路如圖5.9（b）所示。 圖中，ii=iid+if ，if=Fxo ，xo=Aiid ，因而它的輸入電阻rif為： AFrAFiuAFiiuiiuiuriidiididifidiiiif111（5.10） 結(jié)論：引入串聯(lián)負(fù)反饋，輸入電阻rif增加為基本放大器輸入電阻ri的（1AF）倍；采用并聯(lián)負(fù)反饋時(shí)，輸入電阻減少為基本放大器輸入電阻的 。)1 (1AF (2) 輸出電阻 負(fù)反饋對(duì)輸出電阻的影響與反饋網(wǎng)絡(luò)在放大器輸出負(fù)

12、反饋對(duì)輸出電阻的影響與反饋網(wǎng)絡(luò)在放大器輸出端的連接按方式有關(guān)，而與輸入端的連接方式無關(guān)。端的連接按方式有關(guān)，而與輸入端的連接方式無關(guān)。 圖5.10（a）是電壓負(fù)反饋的方框圖。 圖5.10（a） 電壓負(fù)反饋對(duì)輸出電阻的影響經(jīng)分析，兩者的關(guān)系為： AFrroof1（5.11） 即引入電壓負(fù)反饋后的輸出電阻是開環(huán)輸出電阻的 。 AF11圖5.10（b）是電流負(fù)反饋的方框圖。 經(jīng)分析，兩者的關(guān)系為： oofrAFr)1 ( （5.12） 即引入電流負(fù)反饋后的輸出電阻是開環(huán)輸出電阻的（1AF）倍。 在實(shí)際電路中如何引入負(fù)反饋呢？ （1）要穩(wěn)定輸出電壓，應(yīng)引入電壓負(fù)反饋；要穩(wěn)定輸出電流，應(yīng)引入電流負(fù)反饋；

13、 （2）要提高輸入電阻，應(yīng)引入串聯(lián)負(fù)反饋；要減小輸入電阻，應(yīng)引入并聯(lián)負(fù)反饋。5.2 思考題思考題v 負(fù)反饋可以改善放大器的哪些性能？所付出的代價(jià)是什么？v 有人認(rèn)為電壓負(fù)反饋可以穩(wěn)定輸出電壓，流過負(fù)載 的電流也就必然穩(wěn)定。因此電壓負(fù)反饋和電流負(fù)反 饋都可以穩(wěn)定輸出電流，在這一點(diǎn)上電壓負(fù)反饋和 電流負(fù)反饋沒有區(qū)別。你是怎么樣分析的？v 為什么串聯(lián)負(fù)反饋只有在信號(hào)源內(nèi)阻較小時(shí)才能充 分發(fā)揮作用；而并聯(lián)反饋只有在信號(hào)源內(nèi)阻較大時(shí) 才能充分發(fā)揮作用。返 回FAFAAFAAf11 2.虛短路和虛開路 在深度負(fù)反饋條件下，外加輸入信號(hào)近似等于輸入信號(hào)。 5.3 5.3 深度負(fù)反饋放大電路的分析深度負(fù)反饋放

14、大電路的分析 1.深度負(fù)反饋的條件foioxxxxfixx （5.13） 上式表明，凈輸入量近似為零凈輸入量近似為零。 由uid趨向于零得：運(yùn)算放大器的兩個(gè)輸入端是“虛假短接”，或稱“虛短”；由iid趨向于零得：運(yùn)算放大器的兩個(gè)輸入端是“虛假斷路”，或稱“虛斷”。 圖5.11 電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路 3.四種類型深度負(fù)反饋放大電路的參數(shù)估算 （1）電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路 電路如圖5.11所示。 利用“虛短”的概念知， ，同樣可得： ifuu1111RRRRRuuuuAfffoiouf （2）電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路 電路如圖5.12所示。圖5.12 電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路1RiuRiuisffo11RRriri

15、uuAfiffsouf (5.15) 由“虛斷”概念可知：0diifiii 由“虛短”概念可知： （3）電流串聯(lián)負(fù)反饋電路 電路如圖5.13所示。圖5.13 電流串聯(lián)負(fù)反饋電路 由于集成運(yùn)放輸入端為“虛斷”，所以Rf上只流過電流io,所以 ，因此，電壓放大倍數(shù)為：fLfifuRRuuuuA00（5.16）fLfofRRuRiu0 （4）電流并聯(lián)負(fù)反饋電路 電路如圖5.14所示。圖5.14 電流并聯(lián)負(fù)反饋電路 根據(jù)“虛斷”概念知 , 所以有：0diifiii 又由“虛短”得 ，故 ，所以 ，則有：0diu0u0u1RiuisLffLooRRRRiRiu2212)1 (RRRRuuALfsouf(

16、5.17) 5.3 思考題思考題v既然在深度負(fù)反饋的條件下，放大倍數(shù)只與反饋 系數(shù)F有關(guān)，那么是不是可以說，放大器件的參 數(shù)就沒有什么實(shí)用意義了，隨便用一個(gè)管子或組件，只要F不變，都能得到同樣的放大倍數(shù)呢？ 返 回v如何理解“虛短”和“虛斷”的概念？ 5.4 負(fù)反饋放大器的穩(wěn)定性問題負(fù)反饋放大器的穩(wěn)定性問題 由于基本放大器在對(duì)不同頻率的信號(hào)的傳遞過程中產(chǎn)生的相位移不同，因此，在中頻壓施加負(fù)反饋時(shí)，有可能在高頻壓變?yōu)檎答?，而產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象，稱為放大電路的自激。這種情況隨著反饋的加深發(fā)生的可能性越大。 解決這個(gè)矛盾的一個(gè)基本途徑就是采用相位補(bǔ)償技術(shù)。 1.在集成運(yùn)算放大器中，常將電路中施加補(bǔ)償電容的節(jié)點(diǎn)作為引出端子，由用戶將所需的補(bǔ)償電容加在相應(yīng)的引出端子上。稱之為外補(bǔ)償。 2.在集成運(yùn)放制作時(shí)，將補(bǔ)償電容直接制作在電路中，用戶不需要再考慮相位補(bǔ)償問題，此種方法稱為內(nèi)補(bǔ)償。 圖5.15 補(bǔ)償電路并接在反饋電阻上3.補(bǔ)償電路并接在反饋電阻上，如圖5.15所示。 5.4 思考題思考題v負(fù)反饋放大器為什么會(huì)產(chǎn)生自激？v什么叫相位補(bǔ)償技術(shù)？返 回 1. 在放大電路中，把輸出回路的量饋送到輸入回路的過程稱為反饋，本章重點(diǎn)討論負(fù)反饋放大器的性能。 2.