《模擬電子線路》第六章反饋1

1、第六章 反饋16.1 反饋的基本概念及基本方程6.1.1 反饋的概念就是將放大器的輸出量（輸出電流或輸出電壓）的一部分或全部通過一定的網(wǎng)絡，回送到放大器的輸入回路，用來影響其輸入量（輸入電流或輸入電壓）的措施，稱為反饋。正反饋：反饋信號對輸入信號起增強作用（如振蕩器）。負反饋：反饋信號對輸入信號起減弱作用（使放大器的某些性能得到改善） 。2 圖6.1.1 負反饋穩(wěn)定工作點電路 直流反饋：僅在直流通路中存在的反饋稱為直流反饋。3交流反饋：僅在交流通路中存在的反饋稱為交流反饋。 圖6.1.2 交流反饋電路的交流通路 直流負反饋主要用于穩(wěn)定放大器的靜態(tài)工作點，本章重點討論交流負反饋，引入交流負反饋的

2、放大器稱為負反饋放大器。4基本放大器A取樣反饋網(wǎng)絡F比較Xf.Xi.凈輸入信號反饋信號輸出信號輸入信號Af反饋放大器Xi.Xo. 圖6.1.3 反饋放大器基本框圖 6.1.2反饋放大器的基本框圖 .56.1.3 反饋放大器的基本方程基本放大器的傳輸增益(也稱開環(huán)增益或開環(huán)放大倍數(shù))反饋網(wǎng)絡的傳輸系數(shù)(也稱反饋系數(shù))6環(huán)路增益(回歸比) 反饋放大器的傳輸增益（也稱閉環(huán)增益）注意：上述X可以指電壓也可以指電流，因此A、F既可能是電壓增益也可能是電流增益，也可能是互導增益或互阻增益。 7基本放大器的傳輸增益(也稱開環(huán)增益或開環(huán)放大倍數(shù))反饋網(wǎng)絡的傳輸系數(shù)(也稱反饋系數(shù))環(huán)路增益(回歸比) 反饋放大器

3、的傳輸增益（也稱閉環(huán)增益）注意：上述X可以指電壓也可以指電流，因此A、F既可能是電壓增益也可能是電流增益，也可能是互導增益或互阻增益。 8反饋放大器的基本方程9結(jié) 論（1）負反饋使放大器的增益下降了（1+AF）倍；（2）反饋深度D = 1+AF，表征反饋強弱；D1或AF 1 ，深度負反饋10（3）深負反饋條件下（4）若正反饋，則116.1.4 反饋放大電路的組態(tài)和四種基本類型 一、電壓反饋與電流反饋 根據(jù)反饋網(wǎng)絡與基本放大器輸出端的連接方式不同，反饋可分為：電壓反饋：反饋網(wǎng)絡與基本放大器輸出端并聯(lián)連接，反饋信號直接取自于輸出電壓。電流反饋：反饋網(wǎng)絡與基本放大器輸出端串聯(lián)連接，反饋信號直接取自于

4、輸出電流。12(a)(b)AF電流取樣RLUo.Xf.Io.反饋支路UCCRCuoVRERfui(c)(d)反饋支路UCCRCuoRERfuiIe.AF電壓取樣RLUo.Xf.圖6.1.4 電壓反饋和電流反饋13采用“輸出短路法”。即將輸出端短路，觀察反饋信號是否還存在。如果反饋信號不存在，說明是電壓反饋；反之，則說明是電流反饋。 判斷方法14（a）電路（b）令負載短路電壓反饋 15（a）電路（b）令負載短路電流反饋 16 根據(jù)反饋網(wǎng)絡和基本放大器輸入端的連接方式方式不同，分為：串聯(lián)反饋： 反饋網(wǎng)絡串聯(lián)在基本放大器的輸入回路中并聯(lián)反饋： 反饋網(wǎng)絡并接在基本放大器的輸入端二、串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋1

5、7ARiFUi.RifUfUiIi.(a)串聯(lián)反饋1）Ui與Uf是串聯(lián)關系。2）輸入信號與反饋信號不在同一節(jié)點上。3）18ARiFUi.RifIi.Ii.If.(b)并聯(lián)反饋1）Ui與Uf是并聯(lián)關系。2）輸入信號與反饋信號在同一節(jié)點上。3）19 一般地，串聯(lián)反饋是輸入信號與反饋信號加在放大器的不同輸入端上；而并聯(lián)反饋則是兩者并接在同一個輸入端。串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋的判斷方法20uiR1Ii.Ii.If.Rf反饋Ui.Ui.REUf.Rf反饋圖6.1.8 放大器輸入回路中引入串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋 (a)串聯(lián)反饋(b)并聯(lián)反饋21V1V2R1R1Uf.Rf反饋IoUi.R1Ii.Ii.If.Rf反饋U

6、i.IoV1V2R1串聯(lián)反饋并聯(lián)反饋22Ui.AFUo.Uf.Ui.AFUo.Us.RsIi.If.Ii. 圖6.1.9 四種典型的負反饋組態(tài)電路(a)串聯(lián)電壓負反饋(b)串聯(lián)電流負反饋(c)并聯(lián)電壓負反饋(d)并聯(lián)電流負反饋AFUo.IoUs.RsIi.Ii.If.AFUo.Ui.Uf.Ui.Io.三、四種基本反饋類型23Ui.AFUo.Uf.Ui.(a)串聯(lián)電壓負反饋U i=UiUf 電壓串聯(lián)負反饋穩(wěn)定的增益是閉環(huán)電壓放大倍數(shù) 深度負反饋條件下 24 表 6.1.1 負反饋放大電路參數(shù)的意義25 四、負反饋放大電路舉例電壓串聯(lián)負反饋（a）晶體管反饋電路 26 （a）晶體管反饋電路 電壓串聯(lián)

7、負反饋 Uo Uf (Ui)Ube Ib IcUo 27電壓串聯(lián)負反饋 28 （b）集成運放反饋電路 電壓串聯(lián)負反饋 29 2.電壓并聯(lián)負反饋（a）晶體管反饋電路 30 （a）晶體管反饋電路 電壓并聯(lián)負反饋 31 （a）集成運放反饋電路 電壓并聯(lián)負反饋 32 3.電流串聯(lián)負反饋（a）晶體管反饋電路 33 （a）晶體管反饋電路 電流串聯(lián)負反饋 34 （a）集成運放反饋電路 電流串聯(lián)負反饋 35 4.電流并聯(lián)負反饋36 電流并聯(lián)負反饋376.2 負反饋對放大器性能的影響 6.2.1 負反饋使放大倍數(shù)穩(wěn)定度提高基本放大器A取樣反饋網(wǎng)絡F比較Xf.Xi.凈輸入信號反饋信號輸出信號輸入信號Af反饋放大器

8、Xi.Xo.38開環(huán)放大倍數(shù)相對穩(wěn)定度為閉環(huán)放大倍數(shù)相對穩(wěn)定度為若近似以增量代替微分，則：通常用放大倍數(shù)的相對變化量來衡量放大器的穩(wěn)定性。39結(jié)論引入負反饋使放大倍數(shù)的相對變化量減小為原相對變化量的1/(1+AF)，即反饋越深，放大倍數(shù)的增益穩(wěn)定性越好。在深度負反饋時，Af=1/F，因此，只要F穩(wěn)定，Af也將穩(wěn)定。 注意：負反饋被穩(wěn)定的對象與反饋信號的取樣對象有關。如果取樣對象是輸出電壓，則輸出電壓將被穩(wěn)定；如果取樣對象是輸出電流，則輸出電流將被穩(wěn)定。 406.2.2 展寬通頻帶引入負反饋后，閉環(huán)增益： 因此：41式中：42無反饋放大器的頻率響應有負反饋放大器的頻率響應增益AIAI-3 dBA

9、IfAIf-3 dBfLffLfH無反饋放大器的帶寬負反饋放大器的帶寬fHff(頻率) 負反饋改善放大器頻率響應的示意圖 43io0ubeAXi.Xo.xo0t0txi基本放大器t0 xi0txi圖6.2.1負反饋改善非線性失真的工作原理示意圖(a)無反饋io0ubeAFXo.Xi.Xf.Xi.(b)負反饋使非線性失真減小txo0 xf0t6.2.3減小非線性失真44非線性失真系數(shù)：“全諧波失真率” 式中：Xnh為器件非線性產(chǎn)生的輸出高次諧波分量，X1O為基波分量。 45 AXiX1oXnh A FXi+Xi-FXnhfFXnhfX1 ofXnhf因為：Xnhf = (Xi-FXnhf) A=

10、Xnh-AFXnhf 因此：設加負反饋后，輸出諧波分量為Xnhf 46因此：負反饋使非線性失真減小了（1+AF）倍。失真減小，意味著線性動態(tài)范圍的拓寬。注意：非線性失真的減小只限于反饋環(huán)內(nèi)放大器產(chǎn)生的非線性失真，對外來信號已有的非線性失真，負反饋將無能為力。而且，只在輸入信號有增大的余地，非線性失真也不是十分嚴重的情況下才是正確的。 476.2.4 減小反饋環(huán)內(nèi)的噪聲與干擾利用負反饋抑制放大器內(nèi)部噪聲及干擾的機理與減小非線性失真是一樣的。負反饋輸出噪聲下降(1+AF)倍。如果輸入信號本身不攜帶噪聲和干擾，且其幅度可以增大，輸出信號分量保持不變，那么放大器的信噪比將提高(1+AF)倍。 48圖

11、6.2.2 負反饋抑制干擾和噪聲（a）無反饋，信號與噪聲的輸出波形 （b）有反饋，信號與噪聲的輸出波形 （c）提高輸入信號幅度后的輸出波形 49(1)負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，非線性失真減小，內(nèi)部噪聲干擾得到抑制，且所有性能改善的程度均與反饋深度(1+AF)有關。(2)被改善的對象就是被取樣的對象。負反饋的特點(3)負反饋只能改善包含在負反饋環(huán)節(jié)以內(nèi)的放大器性能，對反饋環(huán)以外的，與輸入信號一起進來的失真、干擾、噪聲及其它不穩(wěn)定因素是無能為力的。50ARiFUi.RifUfUiIi.(a)串聯(lián)反饋 6.2.5 改變輸入電阻和輸出電阻一、對輸入電阻的影響51ARiF

12、Ui.RifIiIiIf.(b)并聯(lián)反饋52 圖6.2.4 電壓負反饋放大器輸出電阻的計算 Ro為基本放大器的輸出電阻（即開環(huán)輸出電阻） 為等效開路電壓（Ao為負載開路放大倍數(shù)）。 二、對輸出電阻的影響53分析：在無反饋時，將輸入短路Xi=0，則凈輸入Xi=0，所以AoXi=0，此時的輸出電阻為Ro。 引入反饋后，當Xi=0時，凈輸入Xi0，而是Xi= -Xf，此時反饋放大器的輸出電阻為： 圖 6.2.4 負反饋電路的輸出電阻（a）電壓反饋 54圖 6.2.4 負反饋電路的輸出電阻（a）電壓反饋 55圖 6.2.4 負反饋電路的輸出電阻（a）電流反饋 56正反饋和負反饋的判決方法 瞬時極性法：

13、假設輸入信號向某一方向變化，沿閉環(huán)系統(tǒng)，逐級推出電路中其它各有關點信號的瞬時變化極性;最后看反饋到輸入端信號的極性對原來的信號是增強還是削弱。增強則為正反饋，削弱則為負反饋。 57負反饋58負反饋59正反饋60負反饋61正反饋62負反饋63深度負反饋條件 D=(1十AF)1 對串聯(lián)反饋對并聯(lián)反饋放大器工作在深度負反饋條件下，即 求Auf時，可以利用如下關系式：6.3 深度負反饋放大電路的近似計算6.3.1 深度負反饋放大電路近似計算的一般方法64圖6.3.1電壓串聯(lián)負反饋6.3.2 深負反饋放大電路的近似計算1. 電壓串聯(lián)負反饋電路65圖6.3.1電壓串聯(lián)負反饋66圖6.3.1電壓串聯(lián)負反饋6

14、7圖6.3.2 電壓并聯(lián)負反饋電路 2. 電壓并聯(lián)負反饋電路68圖6.3.2 電壓并聯(lián)負反饋電路 69If Ii 圖6.3.2 電壓并聯(lián)負反饋電路 70 圖6.3.3 電流串聯(lián)負反饋電路 3. 電流串聯(lián)負反饋電路71 圖6.3.3 電流串聯(lián)負反饋電路 72 圖6.3.3 電流串聯(lián)負反饋電路 73 圖6.3.3 電流串聯(lián)負反饋電路 74 圖6.3.4 電流并聯(lián)負反饋 4.電流并聯(lián)負反饋 75 圖6.3.4 電流并聯(lián)負反饋 76 圖6.3.4 電流并聯(lián)負反饋 776.4 負反饋放大電路的穩(wěn)定性6.4.1負反饋放大電路的自激振蕩78負反饋放大電路產(chǎn)生自激振蕩 振蕩條件79-振蕩的振幅條件 -產(chǎn)生自激

15、振蕩 -振蕩的相位條件 80 如果幅值條件和相移條件不能同時滿足,負反饋放大電路就不會產(chǎn)生自激振蕩.6.4.2負反饋放大電路穩(wěn)定性的判斷1.利用環(huán)路增益判斷負反饋放大電路的穩(wěn)定性或者時時穩(wěn)定工作的條件81圖 6.4.2 負反饋電路環(huán)路增益的頻率特性（1）若不存在f，則電路穩(wěn)定；（2）若存在f ，且ff0，則電路穩(wěn)定；若存在f，但ff0，電路就穩(wěn)定。但是實際中，人們常常發(fā)現(xiàn)某些放大電路雖然滿足ff0，但是f和f0靠得很近，此時電路也非常容易產(chǎn)生自激振蕩。 因此，為保證放大器穩(wěn)定工作，必須使它遠離自激振蕩狀態(tài)，遠離自激振蕩狀態(tài)的程度用穩(wěn)定裕度表示。 83工程上，Gm 10dB，可認為放大器是穩(wěn)定的 幅度裕度相位裕度工程上， 45，可認為放大器是穩(wěn)定的 843、利用開環(huán)增益的波特圖來判別放大器的穩(wěn)定性-60dB/10倍頻20lg|A|204060801000100101102103f-20dB/10倍頻-40dB/10倍頻-45-135-2258586若 恒為0， 為常