模擬電子學基礎課件第七章

7反饋放大電路7.1反饋的基本概念與分類7.3負反饋放大電路增益的一般表達式7.4負反饋對放大電路性能的影響7.5深度負反饋條件下的近似計算7.2負反饋放大電路的四種組態(tài)7.6負反饋放大電路設計7.7負反饋放大電路的頻率響應7.8負反饋放大電路的穩(wěn)定性7反饋放大電路7.1反饋的基本概念與分類7.3負反17.1反饋的基本概念與分類7.1.2直流反饋與交流反饋7.1.3正反饋與負反饋7.1.4串聯反饋與并聯反饋7.1.1什么是反饋7.1.5電壓反饋與電流反饋7.1反饋的基本概念與分類7.1.2直流反饋與交流反27.1.1什么是反饋反饋：將電路輸出電量(電壓或電流)的一部分或全部通過反饋回路，用一定的方式送回到輸入回路，以影響輸入電量(電壓或電流)的過程。電路中的反饋又可分為：內部反饋或寄生反饋外部反饋7.1.1什么是反饋反饋：將電路輸出電量(電壓或電流)的3反饋放大電路：引入反饋的放大電路，由基本放大電路A和反饋網絡F組成的閉環(huán)回路。如圖7.1.1所示為反饋放大電路的組成框圖。反饋放大電路的輸入信號基本放大電路的輸入信號(凈輸入信號)輸出信號反饋信號反饋通路信號反向傳輸的渠道開環(huán)無反饋通路閉環(huán)有反饋通路反饋系數反饋放大電路：引入反饋的放大電路，由基本放大電路A和反饋網絡4判斷一個放大電路是否存在反饋，就是看電路的輸出回路和輸入回路間是否存在反饋通路。例7.1.1試判斷圖7.1.2所示電路中是否存在反饋。該電路中，雖然輸出端通過電阻RL與反相輸入端相連，但由于反相端接地，因而無反饋信號，從而不存在反饋。該電路為兩級放大電路，A1構成電壓跟隨器，A2構成反相比例運算電路。每級放大都存在反饋——局部反饋反饋通路(本級)反饋通路(本級)反饋通路(級間)兩級放大間也存在反饋——級間反饋判斷一個放大電路是否存在反饋，就是看電路的輸出回路和輸入回路57.1.2直流反饋與交流反饋直流反饋存在于放大電路的直流通路中的反饋。交流反饋存在于放大電路的交流通路中的反饋。直流反饋影響放大電路的直流性能，交流反饋影響交流性能。判斷方法：根據反饋到輸入端的信號是交流，還是直流，或同時存在，來進行判別。例7.1.2試判斷圖7.1.3所示電路中，哪些元件引入了級間直流反饋？哪些元件引入了級間交流反饋？解：首先畫出該電路的直流通路和交流通路，如圖7.1.4a、b所示。7.1.2直流反饋與交流反饋直流反饋存在于放大電路的直流6在直流通路中，Rf1、Rf2組成了級間直流反饋通路。電阻Re1也能引入級間直流反饋。在交流通路中，Re1還能引入級間交流反饋。在直流通路中，Rf1、Rf2組成了級間直流反饋通路。電阻Re77.1.3正反饋與負反饋正反饋：輸入量不變時，引入反饋后輸出量xO變大了。引入反饋后，使凈輸入量xID變大了。引入反饋后，使凈輸入量xID變小了。負反饋：輸入量不變時，引入反饋后輸出量xO變小了。凈輸入量可以是電壓，也可以是電流。7.1.3正反饋與負反饋正反饋：輸入量不變時，引入反饋后8正負反饋判別方法：瞬時極性法在電路中先假設輸入信號vi在某一瞬時變化的極性為正(相對于共同端)，用(+)號標出；假設信號頻率在該電路的通頻帶內，根據各種基本放大電路輸入與輸出信號間的相位關系，從輸入到輸出逐級標出放大電路中各有關點電位的瞬時極性，或有關支路電流的瞬時流向，從而確定反饋信號的瞬時極性；最后，判斷反饋信號使凈輸入信號是削弱還是增強，若削弱則為負反饋，若增強則為正反饋。正負反饋判別方法：瞬時極性法在電路中先假設輸入信號vi在某一9例7.1.3試判斷圖7.1.5所示各電路中級間交流反饋的極性。該電路為基極分壓式射極偏置連接，通帶內其輸出與輸入反相，因而集電極電位相對于基極電位反相。顯然發(fā)射極電位ve(vf)為正，即未加反饋凈輸入電壓信號vbe=vi，加入反饋后變?yōu)関be=vi-vf，因而Re1引入交流負反饋。io例7.1.3試判斷圖7.1.5所示各電路中級間交流反饋10該電路中，T1和T2組成第一級單端輸入﹣單端輸出的差分放大電路，且輸入與輸出信號分別在T1的基極和集電極，且相位相反。T3組成第二級共射放大電路，其輸出與輸入信號也反相。電阻Rf和Rb2組成級間反饋網絡，顯然反饋信號也為正。接入反饋前，凈輸入信號為vid=vb1，接入后為vid=vb1-vb2(vf)，Rf與Rb2引入負反饋。該電路中，T1和T2組成第一級單端輸入﹣單端輸出的差分放大電117.1.4串聯反饋與并聯反饋串并聯反饋判別：由反饋網絡在放大電路輸入端的連接方式判定。串聯反饋：反饋網絡與基本放大電路串聯連接，實現電壓比較。并聯反饋：反饋網絡與基本放大電路并聯連接，實現電流比較。凈輸入信號凈輸入信號7.1.4串聯反饋與并聯反饋串并聯反饋判別：由反饋網絡在12對串聯反饋而言，要使其反饋效果好即使反饋信號vf對vid的調節(jié)作用最強，則vi最好固定不變。顯然只有當信號源內阻Rs=0時才能實現，因此串聯反饋要求信號源內阻越小越好。而對并聯反饋則相反，要求信號源內阻越大越好。例7.1.4試判斷圖7.1.2d和圖7.1.5b所示電路中的級間交流反饋是串聯反饋還是并聯反饋。解：如前所述，R2引入級間交流負反饋。由于反饋信號和輸入信號均接在同一節(jié)點，即運放A1的同相輸入端，顯然是以電流形式比較，因而為并聯反饋。對串聯反饋而言，要使其反饋效果好即使反饋信號vf對vid的調137.1.5電壓反饋與電流反饋電壓反饋與電流反饋由反饋網絡在放大電路輸出端的取樣對象決定。電壓反饋：反饋信號xf和輸出電壓成比例，即xf=Fvo電流反饋：反饋信號xf與輸出電流成比例，即xf=Fio電壓負反饋穩(wěn)定輸出電壓電流負反饋穩(wěn)定輸出電流7.1.5電壓反饋與電流反饋電壓反饋與電流反饋由反饋網絡14電壓電流反饋判別方法：“輸出短路法”假設輸出電壓vo=0或令負載電阻RL=0，若反饋信號消失，則說明反饋信號與輸出電壓成比列，即為電壓反饋；若反饋信號仍然存在，則為電流反饋。例7.1.5試判斷7.1.8所示各電路中的交流反饋是電壓反饋還是電流反饋。解：顯然，該電路中，電阻Re、RL組成反饋通路，且交流反饋信號為電壓vf=vo。按照輸出短路法，令vo=0，則即反饋信號不再存在，因此該交流反饋為電壓反饋。電壓電流反饋判別方法：“輸出短路法”假設輸出電壓vo=0或令15該電路中，Re構成反饋回路，交流反饋信號為Re上的電壓信號。按照輸出短路法，令vo=0，但由于ic受ib的控制而不為零，因而反饋信號vf≠0，所以該交流反饋為電流反饋。該電路中，Rf構成反饋回路，且反饋信號為電流if，根據“虛地”，vn≈0，且有按照輸出短路法，令vo=0，則有該交流反饋為電壓反饋該電路中，Re構成反饋回路，交流反饋信號為Re上的電壓信號。167.2負反饋放大電路的四種組態(tài)7.2.2電壓并聯負反饋放大電路7.2.3電流串聯負反饋放大電路7.2.4電流并聯負反饋放大電路7.2.1電壓串聯負反饋放大電路7.2負反饋放大電路的四種組態(tài)7.2.2電壓并聯負反177.2.1電壓串聯負反饋放大電路圖7.2.1a所示為電壓串聯負反饋放大電路。反饋網絡輸入端口放大電路輸出端口并聯反饋網絡輸出端口放大電路輸入端口串聯圖7.2.1a所示為電壓串聯負反饋放大電路的一個實際電路。電阻Rf與R1構成反饋網絡，R1上的電壓vf為反饋信號，且當為電壓反饋7.2.1電壓串聯負反饋放大電路圖7.2.1a所示為電壓18利用瞬時極性法可判定該反饋為負反饋，其反饋系數為電壓反饋系數Fv，即電壓負反饋的重要特點具有穩(wěn)定輸出電壓的作用當vi一定，由負載電阻RL減小引起vo下降，該電路能自動進行如下調節(jié)過程：可見，電壓負反饋能減小vo受RL等變化的影響。電壓負反饋放大電路具有較好的恒壓輸出特性，因而電壓串聯負反饋放大電路可看成一個電壓控制的電壓源。利用瞬時極性法可判定該反饋為負反饋，其反饋系數為電壓反饋系數197.2.2電壓并聯負反饋放大電路圖7.2.2a所示為電壓并聯負反饋放大電路。由于是并聯反饋，因而為電流比較，凈輸入信號為圖7.2.2b所示為電壓并聯負反饋放大電路的一個實際電路。反饋網絡輸入端口放大電路輸出端口并聯反饋網絡輸出端口放大電路輸入端口并聯電阻Rf構成反饋網絡，通過Rf的電流if為反饋信號，且反饋系數稱為互導反饋系數7.2.2電壓并聯負反饋放大電路圖7.2.2a所示為電壓20電壓并聯負反饋放大電路同樣具有穩(wěn)定輸出電壓的功能：但與前者不同之處在于，電壓并聯負反饋放大電路可看成一個電流控制的電壓源。電壓并聯負反饋放大電路同樣具有穩(wěn)定輸出電壓的功能：但與前者不217.2.3電流串聯負反饋放大電路圖7.2.3a所示為電流串聯負反饋放大電路。由于是串聯反饋，因而為電壓比較，凈輸入信號為反饋網絡輸入端口放大電路輸出端口串聯反饋網絡輸出端口放大電路輸入端口串聯圖7.2.3b所示為電流串聯負反饋放大電路的一個實際電路。電阻RL、Rf構成反饋網絡，Rf上的電壓vf為反饋信號，且7.2.3電流串聯負反饋放大電路圖7.2.3a所示為電流22由“輸出短路法”可以判斷出，Rf引入的是電流反饋，即反饋信號vf與輸出電流成比列，即反饋系數為互阻反饋系數電流負反饋的特點是維持輸出電流的基本恒定：當輸入電壓vi一定時，若電流負反饋放大電路具有近似的恒流輸出特性，因而電流串聯負反饋放大電路可看成一個電壓控制的電流源。由“輸出短路法”可以判斷出，Rf引入的是電流反饋，即反饋信號237.2.4電流并聯負反饋放大電路圖7.2.3a所示為電流并聯負反饋放大電路框圖。由于是并聯反饋，因而為電流比較，凈輸入信號為反饋網絡輸入端口放大電路輸出端口串聯反饋網絡輸出端口放大電路輸入端口并聯圖7.2.4b所示為電流并聯負反饋放大電路的一個實際電路。電阻Rf與R1構成反饋網絡，Rf上的電流if為反饋信號，且7.2.4電流并聯負反饋放大電路圖7.2.3a所示為電流24該電路的反饋系數為電流反饋系數，即為電流并聯負反饋放大電路同樣具有穩(wěn)定輸出電流的功能：但與前者不同之處在于，電流并聯負反饋放大電路可看成一個電流控制的電流源。該電路的反饋系數為電流反饋系數，即為電流并聯負反饋放大電路同25負反饋放大電路四種組態(tài)特點總結：串聯反饋輸入端電壓比較并聯反饋輸入端電流比較電壓負反饋穩(wěn)定輸出電壓，具有恒壓特性電流負反饋穩(wěn)定輸出電流，具有恒流特性正確判斷反饋放大電路的組態(tài)十分重要，因為反饋組態(tài)不同，放大電路的性能就不同。負反饋放大電路四種組態(tài)特點總結：串聯反饋輸入端電壓比較并聯反26經T1倒相放大例7.2.1試判斷圖7.2.5所示各電路中級間交流反饋的類型。解：(a)該電路為兩級放大，第一級為耗盡型JFET管T1組成的共源放大，第二級為PNP型BJT管T2構成的共射放大。交流通路如圖所示。顯然，電阻R構成級間交流反饋通路。從電阻R與vi和輸入端口(g、s極)間的連接關系，可判斷該反饋為串聯反饋，即進行電壓比較，反饋信號為電壓反饋用“瞬時極性法”判斷反饋極性：(+)vi為(+)(+)T2基極為(﹣)(-)經T2倒相放大vo、vf為(+)(+)(+)從而使vid=vi﹣vf比無反饋時減小，因而為負反饋。電壓串聯負反饋經T1倒相放大例7.2.1試判斷圖7.2.5所示各電路中27(b)該電路為兩級放大，第一級為T1、T2組成的單端輸入﹣雙端輸出差分放大電路，第二級為運放構成的放大電路。很容易看出電阻Rf構成級間交流反饋通路，且反饋信號與輸入信號均接至同一節(jié)點(T1管的基極)，因而為并聯反饋。(b)該電路為兩級放大，第一級為T1、T2組成的單端輸入﹣雙28因而輸入與反饋信號應進行電流比較，即反饋信號為：經過放大后，有vo>>vb1采用“輸出短路法”，令RL=0，vo=0，則顯然if=0，因此該反饋為電壓反饋。利用瞬時極性法，可以確定該反饋為負反饋，因而最后可確定為電壓并聯負反饋。因而輸入與反饋信號應進行電流比較，即反饋信號為：經過放大后，297.3負反饋放大電路增益的一般表達式1.閉環(huán)增益的一般表達式2.反饋深度討論3.環(huán)路增益7.3負反饋放大電路增益的一般表達式1.閉環(huán)增益的一般301.閉環(huán)增益的一般表達式圖7.3.1所示為負反饋放大電路的組成框圖?；痉糯箅娐返膬糨斎胄盘枮椋夯痉糯箅娐返脑鲆?開環(huán)增益)：反饋網絡系數為：負反饋放大電路增益(閉環(huán)增益)為：將前三個式子代入閉環(huán)增益表達式可得：閉環(huán)增益的一般表達式1.閉環(huán)增益的一般表達式圖7.3.1所示為負反饋放大電路的31由閉環(huán)增益的一般表達式可見，引入負反饋后，放大電路的增益由開環(huán)增益A，變?yōu)殚]環(huán)增益Af，其大小與(1+AF)這一因數有關。(1+AF)通常稱為反饋深度，是衡量反饋程度的重要指標。AF稱為環(huán)路增益。由于A和F一般都與頻率有關，因而可對進行如下討論：當時，則，即引入負反饋后，增益下降；當說明深度負反饋時，Af幾乎只取決于F。當時，則，即負反饋后變?yōu)檎答仯划敃r，則，即在無輸入信號時，也會有有輸出信號，產生自激振蕩，放大電路無法正常工作；由閉環(huán)增益的一般表達式可見，引入負反饋后，放大電路的增益由開32負反饋放大電路中各種信號量的含義負反饋放大電路中各種信號量的含義33例7.3.1已知某電壓串聯負反饋放大電路在中頻區(qū)的反饋系數Fv=0.01，輸入信號vi=10mV，開環(huán)電壓增益Av=104，試求該電路的閉環(huán)電壓增益Avf、反饋電壓vf和凈輸入電壓vid。解：方法一方法二由此例可見，在深度負反饋下，xf與xi相差很小，xid<<xi。例7.3.1已知某電壓串聯負反饋放大電路在中頻區(qū)的反饋347.4負反饋對放大電路性能的影響7.4.2減小非線性失真7.4.3抑制反饋環(huán)內噪聲7.4.4對輸入電阻和輸出電阻的影響7.4.1提高增益的穩(wěn)定性7.4負反饋對放大電路性能的影響7.4.2減小非線性357.4.1提高增益的穩(wěn)定性放大電路的增益會受到元器件參數變化、環(huán)境溫度變化、電源電壓波動等因素的影響而不穩(wěn)定，引入適當的負反饋，可提高閉環(huán)增益的穩(wěn)定性。深度負反饋即(1+AF)>>1時，根據前面的分析有：說明，引入深度負反饋后，放大電路的增益決定于反饋網絡的反饋系數。由于反饋網絡一般由穩(wěn)定性較好的無源線性元件構成，因而閉環(huán)增益比較穩(wěn)定。一般情況下的反饋，增益的穩(wěn)定性常用有和無反饋時增益的相對變化量之比來衡量。將閉環(huán)增益的公式對開環(huán)增益求導數可得：該式表明，閉環(huán)時增益相對變化量較開環(huán)時減小了1+AF7.4.1提高增益的穩(wěn)定性放大電路的增益會受到元器件參數36例7.4.1設某放大電路的A=1000，由于環(huán)境溫度的變化，使增益下降為900，引入負反饋后，反饋系數F=0.099，求閉環(huán)增益的相對變化量。解：開環(huán)時的增益相對變化量為閉環(huán)時的反饋深度為閉環(huán)增益的相對變化量為閉環(huán)增益為顯然，引入負反饋后，增益穩(wěn)定性得到提高，但增益下降。注意：負反饋的引入會改變開環(huán)輸出的大小，但會使閉環(huán)時新的輸出趨于不變。且只能減小由A變化而引起的Af的變化。不同類型負反饋能穩(wěn)定的增益也不同。例7.4.1設某放大電路的A=1000，由于環(huán)境溫度的377.4.2減小非線性失真多級放大電路的輸出級的輸入信號較大，在動態(tài)過程中，容易出現輸出波形產生非線性失真。引入負反饋后，可減小這種非線性失真。圖7.4.1中所示為某電壓放大電路的開環(huán)和閉環(huán)電壓傳輸特性。曲線1為開環(huán)傳輸特性曲線該曲線的斜率反映了增益隨輸入信號的大小而變化。曲線2為引入深度負反饋后的傳輸特性曲線曲線2與1相比，斜率(增益)變小，但具有近似直線的線性關系，因而減小了非線性失真。此時Af≈1/F，曲線2近似為一條直線。當輸入信號較大時，輸出出現非線性失真。負反饋減小非線性失真的程度與反饋深度有關。只能減少環(huán)內放大電路產生的失真，如果輸入波形本身就是失真的，即使引入負反饋，也無濟于事。7.4.2減小非線性失真多級放大電路的輸出級的輸入信號較387.4.3抑制反饋環(huán)內噪聲圖7.4.2a所示為信噪比低的開環(huán)放大電路框圖。為放大電路內部產生的折算到輸入端的噪聲或干擾電壓。電壓的信噪比為：在圖a電路上增加一前置級，并認為該級為無噪聲，再加一個反饋網絡，如圖b所示。新的信噪比比原有的信噪比提高了倍實際中要盡量減小前置級的噪聲7.4.3抑制反饋環(huán)內噪聲圖7.4.2a所示為信噪比低的397.4.4對輸入電阻和輸出電阻的影響1.對輸入電阻的影響負反饋對輸入電阻的影響取決于反饋網絡與基本放大電路在輸入回路的連接方式。(1)串聯負反饋開環(huán)輸入電阻閉環(huán)輸入電阻由于vf=Fxo，xo=Avid，因此有因此有可見引入串聯負反饋后，輸入電阻增加了。7.4.4對輸入電阻和輸出電阻的影響1.對輸入電阻的影40(2)并聯負反饋開環(huán)輸入電阻閉環(huán)輸入電阻因而可推得：可見引入并聯負反饋后，輸入電阻減小了。注意:反饋對輸入電阻的影響僅限于環(huán)內，對環(huán)外不產生影響。(2)并聯負反饋開環(huán)輸入電阻閉環(huán)輸入電阻因而可推得：可見引入412.對輸出電阻的影響負反饋對輸出電阻的影響取決于反饋網絡在基本放大電輸出回路的取樣方式，即是電壓還是電流負反饋。(1)電壓負反饋對輸出電阻的影響圖中Ro為開環(huán)輸出電阻，Ao為基本放大電路在RL開路時的增益。按照求輸出電阻的方法，有閉環(huán)輸出電阻忽略反饋網絡對it的分流，由圖中可得可見引入電壓負反饋后，輸出電阻減小了。為簡化分析而忽略反饋網絡對輸出端的負載效應。2.對輸出電阻的影響負反饋對輸出電阻的影響取決于反饋網絡在42(2)電流負反饋對輸出電阻的影響圖中Ro為開環(huán)輸出電阻，As為基本放大電路在RL短路時的增益。按照求輸出電阻的方法，有閉環(huán)輸出電阻忽略反饋網絡對it的分流，由圖中可得可見引入電流負反饋后，輸出電阻增大了。注意:反饋對輸出電阻的影響僅限于環(huán)內，對環(huán)外不產生影響。(2)電流負反饋對輸出電阻的影響圖中Ro為開環(huán)輸出電阻，As43負反饋對輸入電阻和輸出電阻的影響：串聯負反饋增大輸入電阻并聯負反饋減小輸入電阻電壓負反饋減小輸出電阻，穩(wěn)定輸出電壓電流負反饋增大輸出電阻，穩(wěn)定輸出電流負反饋對放大電路性能影響總結：負反饋對放大電路性能的改善，是通過將輸出量反饋回輸入端，與輸入量進行比較，從而對輸出量進行自動調節(jié)；負反饋程度越深，即(1+AF)值越大，則反饋的調節(jié)作用越強，對放大電路性能的影響越大。但反饋深度不能無限制增加，原因是在多級放大中易引起自激；負反饋對放大電路性能的改善，是以犧牲增益為代價的，且僅對環(huán)內的性能產生影響。負反饋對輸入電阻和輸出電阻的影響：串聯負反饋增大輸入電阻并聯447.5深度負反饋條件下的近似計算就一般情況而言，大多數負反饋放大電路，特別是由集成運放組成的放大電路，都能滿足深度負反饋的條件。在深度負反饋下，有這就意味著，當(1+AF)>>1時，xf與xi相差很小，即xid=xi﹣xf≈0。因而在深度負反饋下，由于xid≈0，則有：串聯負反饋(電壓比較)虛短虛斷并聯負反饋(電流比較)虛斷虛短7.5深度負反饋條件下的近似計算就一般情況而言，大多數負45利用“虛短”和“虛斷”，可以快速方便地估算出在深度負反饋下，負反饋放大電路的閉環(huán)增益。例7.5.1設圖7.5.1所示電路滿足(1+AF)>>1的條件，試寫出該電路的閉環(huán)電壓增益表達式。解：根據電路圖所示，可以判定電阻Rb2和Rf組成反饋網絡。輸入和反饋信號分別由差分放大電路的兩個輸入端輸入，因而為串聯反饋。由輸出短路法，可判定該反饋為電壓反饋。利用瞬時極性法可判定該反饋為負反饋。虛短虛斷利用“虛短”和“虛斷”，可以快速方便地估算出在深度負反饋下，46例7.5.2試寫出圖7.5.2所示電路的閉環(huán)電壓增益表達式。解：顯然，Rf組成反饋網絡。按照瞬時極性法，圖中標出了相關節(jié)點的交流電位的瞬時極性，及各支路交流電流的瞬時流向，可判定為負反饋。該反饋為電壓并聯負反饋，電路中的運放具有較高的開環(huán)增益，因而能夠滿足深度負反饋的條件。虛斷虛短例7.5.2試寫出圖7.5.2所示電路的閉環(huán)電壓增益表477.6負反饋放大電路設計7.6.1設計負反饋放大電路的一般步驟7.6.2設計舉例7.6負反饋放大電路設計7.6.1設計負反饋放大電路487.6.1設計負反饋放大電路的一般步驟1.選定需要的反饋類型(1)根據信號源的性質選擇串聯負反饋或并聯負反饋恒壓源或內阻較小的電壓源為了使放大電路獲得盡可能大的輸入電壓，應該盡量減小信號源電壓在其內阻上的壓降，因而加入負反饋后，要盡量減小信號輸出電流即ii，即要增大放大電路的輸入電阻應采用串聯負反饋恒流源或內阻較大的電流源同樣通過分析可知，為使放大電路獲得盡可能大的輸入電流，加入負反饋后，要減小放大電路的輸入電阻應采用并聯負反饋7.6.1設計負反饋放大電路的一般步驟1.選定需要的反49(2)根據對輸出信號的要求選擇電壓負反饋或電流負反饋輸出穩(wěn)定電壓信號電壓負反饋輸出穩(wěn)定電流信號電流負反饋(3)根據信號放大或轉換要求選擇合適的反饋組態(tài)電壓信號輸入電流信號輸出電流串聯負反饋(4)若要穩(wěn)定靜態(tài)工作點則應引入直流負反饋2.確定反饋系數的大小引入深度負反饋(2)根據對輸出信號的要求選擇電壓負反饋或電流負反饋輸出穩(wěn)503.適當選擇反饋網絡中的電阻阻值盡量減小反饋網絡對基本放大電路的負載效應串聯負反饋反饋網絡輸出端等效阻抗要小并聯負反饋反饋網絡輸出端等效阻抗要大電壓負反饋反饋網絡輸入端等效阻抗要大電流負反饋反饋網絡輸入端等效阻抗要小4.通過仿真分析，檢驗設計是否滿足要求SPICE

Simulationprogramwithintegratedcircuitemphasis一種采用了由美國加州Berkeley大學開發(fā)的spice模擬算法的最為普遍的電路級仿真程序。3.適當選擇反饋網絡中的電阻阻值盡量減小反饋網絡對基本放大517.6.2設計舉例例7.6.1用集成運放設計一個負反饋放大電路，它的輸入信號來自一個內阻Rs=2kΩ的電壓源，負載電阻RL=50Ω

。要求該電路向負載提供的輸出電壓vo=10vs，且當負載變化時，輸出電壓趨于穩(wěn)定。設計中所用運算放大器的參數為Avo=104，Ri=5kΩ，Ro=100Ω。設計合適的反饋網絡，并用SPICE檢驗設計結果。解：(1)選擇反饋類型內阻Rs=2kΩ的電壓源應采用串聯負反饋負載變化要求輸出電壓趨于穩(wěn)定應采用電壓負反饋因此，這里需要設計一個近乎理想的電壓放大電路，采用電壓串聯負反饋，其電路結構和小信號等效電路如圖7.6.1所示。7.6.2設計舉例例7.6.1用集成運放設計一個負反52(2)確定反饋系數F要求向負載提供的輸出電壓vo=10vs深度負反饋下Avfs≈1/Fv環(huán)路增益(2)確定反饋系數F要求向負載提供的輸出電壓vo=10vs深53(3)確定反饋網絡中R1、R2的阻值由電路可得，反饋電壓為因此，由Fv=0.1，可得為減小反饋網絡對放大電路vid和vo的影響，R1和R2的取值應滿足以下條件：輸出端：輸入端：綜合考慮以上三個條件，取R1=500Ω，R2=9R1=4.5kΩ。(4)用SPICE檢驗設計結果(3)確定反饋網絡中R1、R2的阻值由電路可得，反饋電壓為547.7負反饋放大電路的頻率響應7.7.1頻率響應的一般表達式7.7.2增益﹣帶寬積7.7負反饋放大電路的頻率響應7.7.1頻率響55由于在反饋網絡中，有時也會存在電抗性元件，因而反饋系數也是頻率的函數，下面簡要討論負反饋放大電路的頻率響應情況：7.7.1頻率響應的一般表達式這里先假設反饋網絡中有純電阻組成，即F與頻率無關，且放大電路在高頻區(qū)和低頻區(qū)各有一個極點。則基本放大電路高頻響應表達式為：為開環(huán)中頻增益為開環(huán)上限頻率引入負反饋后，上式變?yōu)橛缮蟽墒娇赏频闷渲校褐蓄l區(qū)閉環(huán)增益閉環(huán)上限頻率由于在反饋網絡中，有時也會存在電抗性元件，因而反饋系數也是頻56由上式可見：中頻閉環(huán)增益是中頻開環(huán)增益的倍閉環(huán)增益上限頻率增加到開環(huán)增益上限頻率的倍同樣可推導出負反饋放大電路低頻響應表達式：其中：顯然引入負反饋，使下限頻率降低，其程度與反饋深度有關。綜上所述，引入負反饋后，放大電路的通頻帶展寬，即當放大電路有多個極點，且反饋網絡有電抗元件，則情況要復雜得多，但通頻帶展寬的趨勢不變。由上式可見：中頻閉環(huán)增益是中頻開環(huán)增益的57例7.7.1設集成運算放大器電路的增益有一個極點。電路的開環(huán)低頻電壓增益Av=105，開環(huán)上限頻率

fH=10Hz。試作出反饋系數Fv分別為0.01、0.1、1時，開環(huán)增益和閉環(huán)增益的幅頻響應波特圖。解：(1)作開環(huán)增益的波特圖當f≥fH=10Hz時，增益以﹣20dB/十倍頻程下降。(2)當Fv=0.01時：當Fv=0.1時：負反饋程度越深，閉環(huán)增益下降越多，通頻帶越寬。例7.7.1設集成運算放大器電路的增益有一個極點。電路587.7.2增益﹣帶寬積放大電路的開環(huán)增益﹣帶寬積為AfH(BW≈fH)引入負反饋后，放大電路的閉環(huán)增益﹣帶寬積為：可見，放大電路的開閉環(huán)增益﹣帶寬積相同，近似為一常量。因而，對于一給定的放大電路，可以減小增益來擴展帶寬，也可減小帶寬來增大增益。7.7.2增益﹣帶寬積放大電路的開環(huán)增益﹣帶寬積為A597.8負反饋放大電路的穩(wěn)定性*7.8.2頻率補償7.8.1自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件7.8負反饋放大電路的穩(wěn)定性*7.8.2頻率補償7.607.8.1自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件1.負反饋放大電路產生自激振蕩的原因及條件在前面的討論中，已經知道引入負反饋，可以改善放大電路的性能，且反饋深度越深，則放大電路性能越好。但上述結論，是假設放大電路工作在中頻區(qū)，即輸入與輸出信號存在著固定的相位關系。此時負反饋的引入必然使

減小，即

與

肯定同相。分別為的相角但在放大電路的高頻區(qū)或低頻區(qū)，輸入與輸出信號的幅值和相位會隨著信號頻率的變化而變化，因此和不再同相。即產生附加相移：這時可能在某一頻率下，該附加相移達到180°，從而和變成反相，由減小變?yōu)樵龃?，即放大電路由負反饋變成正反饋?.8.1自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件1.負反饋放大電路產61當這種正反饋強到使時，即，則有此時在不加任何輸入信號的情況下，放大電路仍會產生一定頻率的信號輸出電路產生自激振蕩由此可得負反饋放大電路產生自激振蕩的條件為：對應的幅值和相位條件分別為：幅值條件相位條件為突出附加相移，常將相位條件寫成：(附加相移)當且更易引起自激當這種正反饋強到使622.穩(wěn)定工作條件及穩(wěn)定性分析由上面分析可知，環(huán)路增益要同時滿足自己的幅值和相位條件，放大電路才會產生自激振蕩。因此，只要使不能同時滿足這兩個條件，放大電路就能穩(wěn)定地工作，從而得到反饋放大電路穩(wěn)定工作條件為：即即在工程上，常用環(huán)路增益的波特圖，來直觀地分析、判斷負反饋放大電路的穩(wěn)定性。2.穩(wěn)定工作條件及穩(wěn)定性分析由上面分析可知，環(huán)路增益63圖7.8.2為某負反饋放大電路環(huán)路增益的近似波特圖。由圖中可見：即當時，由圖可見：即當時，由圖可見：說明幅值條件和相位條件不會同時滿足，因而具有圖示環(huán)路增益的負反饋放大電路是穩(wěn)定的。圖7.8.2為某負反饋放大電路環(huán)路增益的近似波特64由此例的分析，可得到用環(huán)路增益波特圖判斷負反饋放大電路是否穩(wěn)定的方法為：比較

f180與f0的大小來判定：負反饋放大電路穩(wěn)定負反饋放大電路產生自激一般用穩(wěn)定裕度來表征負反饋放大電路的穩(wěn)定性，包括增益裕度和相位裕度。增益裕度：

時對應的，即相位裕度：穩(wěn)定的負反饋放大電路要求Gm<0dB，一般要求Gm≤﹣10dB，以保證足夠的增益裕度。

時與180°的差值，即穩(wěn)定的負反饋放大電路要求

，一般要求

，以保證足夠的相位裕度。由此例的分析，可得到用環(huán)路增益波特圖判斷負反饋放大電路是否穩(wěn)65當反饋網絡由純電阻構成，則有：此時，可直接利用開環(huán)增益的波特圖來判別負反饋放大電路的穩(wěn)定性。圖7.8.3所示為一基本放大電路為三級直接耦合式放大電路的開環(huán)增益波特圖，其反饋網絡為純電阻組成。由圖中可知，該電路開環(huán)增益有三個極點，分別為：fp1決定開環(huán)增益的帶寬，稱為主極點。由于Fv=const.，自激的幅值條件可寫成開環(huán)增益幅頻特性可在開環(huán)增益的幅頻坐標上作出一條水平線，稱為反饋線。當反饋網絡由純電阻構成，則有：此時，可直接利用開環(huán)增益66反饋線與開環(huán)增益幅頻特性曲線的交點必然滿足自激的幅值條件。穩(wěn)定判定方法：由反饋線與開環(huán)增益幅頻特性曲線交點所對應的相移的大小及相位裕度的大小來判定穩(wěn)定性。則該電路穩(wěn)定，且具有足夠穩(wěn)定裕度。當Fv=Fv1=3×10﹣5時，有交點為M點：電路穩(wěn)定反饋線與開環(huán)增益幅頻特性曲線的交點必然滿足自激的幅值條件。穩(wěn)67當Fv=Fv2=10﹣4時，有交點為N點：電路仍然穩(wěn)定，但反饋系數已達到滿足相位裕度要求的最大值。當Fv=Fv3=10﹣3時，有此時同時滿足自激的幅值和相位條件，電路產生自激。當Fv=Fv2=10﹣4時，有交點為N點：電路仍然穩(wěn)定，但反68由上面的分析，可得出以下結論：(1)負反饋放大電路的穩(wěn)定性可根據環(huán)路增益時，相位裕度φm的大小判定。(2)若環(huán)路增益只有一個極點，則在高頻時，由于的最大相移為﹣90°，因而電路穩(wěn)定；若環(huán)路增益有兩個極點，則由于高頻時，最大相移為﹣180°，因而電路不能可靠穩(wěn)定，需采用消振措施；若環(huán)路增益有兩個以上極點，則由于高頻時相移超過﹣180°，因而電路肯定自激，必須采用消振措施；(3)由圖7.8.3可見，為保證相位裕度≥45°的條件，在設計負反饋放大電路時，通常應使時的頻率若反饋網絡為純電阻，應使反饋線開環(huán)幅頻特性曲線相交與斜率為﹣20dB/十倍頻程的線段上，同時使主極點頻率,其他頻率較高的各極點頻率都>10f0。由上面的分析，可得出以下結論：(1)負反饋放大電路的穩(wěn)定性可697反饋放大電路7.1反饋的基本概念與分類7.3負反饋放大電路增益的一般表達式7.4負反饋對放大電路性能的影響7.5深度負反饋條件下的近似計算7.2負反饋放大電路的四種組態(tài)7.6負反饋放大電路設計7.7負反饋放大電路的頻率響應7.8負反饋放大電路的穩(wěn)定性7反饋放大電路7.1反饋的基本概念與分類7.3負反707.1反饋的基本概念與分類7.1.2直流反饋與交流反饋7.1.3正反饋與負反饋7.1.4串聯反饋與并聯反饋7.1.1什么是反饋7.1.5電壓反饋與電流反饋7.1反饋的基本概念與分類7.1.2直流反饋與交流反717.1.1什么是反饋反饋：將電路輸出電量(電壓或電流)的一部分或全部通過反饋回路，用一定的方式送回到輸入回路，以影響輸入電量(電壓或電流)的過程。電路中的反饋又可分為：內部反饋或寄生反饋外部反饋7.1.1什么是反饋反饋：將電路輸出電量(電壓或電流)的72反饋放大電路：引入反饋的放大電路，由基本放大電路A和反饋網絡F組成的閉環(huán)回路。如圖7.1.1所示為反饋放大電路的組成框圖。反饋放大電路的輸入信號基本放大電路的輸入信號(凈輸入信號)輸出信號反饋信號反饋通路信號反向傳輸的渠道開環(huán)無反饋通路閉環(huán)有反饋通路反饋系數反饋放大電路：引入反饋的放大電路，由基本放大電路A和反饋網絡73判斷一個放大電路是否存在反饋，就是看電路的輸出回路和輸入回路間是否存在反饋通路。例7.1.1試判斷圖7.1.2所示電路中是否存在反饋。該電路中，雖然輸出端通過電阻RL與反相輸入端相連，但由于反相端接地，因而無反饋信號，從而不存在反饋。該電路為兩級放大電路，A1構成電壓跟隨器，A2構成反相比例運算電路。每級放大都存在反饋——局部反饋反饋通路(本級)反饋通路(本級)反饋通路(級間)兩級放大間也存在反饋——級間反饋判斷一個放大電路是否存在反饋，就是看電路的輸出回路和輸入回路747.1.2直流反饋與交流反饋直流反饋存在于放大電路的直流通路中的反饋。交流反饋存在于放大電路的交流通路中的反饋。直流反饋影響放大電路的直流性能，交流反饋影響交流性能。判斷方法：根據反饋到輸入端的信號是交流，還是直流，或同時存在，來進行判別。例7.1.2試判斷圖7.1.3所示電路中，哪些元件引入了級間直流反饋？哪些元件引入了級間交流反饋？解：首先畫出該電路的直流通路和交流通路，如圖7.1.4a、b所示。7.1.2直流反饋與交流反饋直流反饋存在于放大電路的直流75在直流通路中，Rf1、Rf2組成了級間直流反饋通路。電阻Re1也能引入級間直流反饋。在交流通路中，Re1還能引入級間交流反饋。在直流通路中，Rf1、Rf2組成了級間直流反饋通路。電阻Re767.1.3正反饋與負反饋正反饋：輸入量不變時，引入反饋后輸出量xO變大了。引入反饋后，使凈輸入量xID變大了。引入反饋后，使凈輸入量xID變小了。負反饋：輸入量不變時，引入反饋后輸出量xO變小了。凈輸入量可以是電壓，也可以是電流。7.1.3正反饋與負反饋正反饋：輸入量不變時，引入反饋后77正負反饋判別方法：瞬時極性法在電路中先假設輸入信號vi在某一瞬時變化的極性為正(相對于共同端)，用(+)號標出；假設信號頻率在該電路的通頻帶內，根據各種基本放大電路輸入與輸出信號間的相位關系，從輸入到輸出逐級標出放大電路中各有關點電位的瞬時極性，或有關支路電流的瞬時流向，從而確定反饋信號的瞬時極性；最后，判斷反饋信號使凈輸入信號是削弱還是增強，若削弱則為負反饋，若增強則為正反饋。正負反饋判別方法：瞬時極性法在電路中先假設輸入信號vi在某一78例7.1.3試判斷圖7.1.5所示各電路中級間交流反饋的極性。該電路為基極分壓式射極偏置連接，通帶內其輸出與輸入反相，因而集電極電位相對于基極電位反相。顯然發(fā)射極電位ve(vf)為正，即未加反饋凈輸入電壓信號vbe=vi，加入反饋后變?yōu)関be=vi-vf，因而Re1引入交流負反饋。io例7.1.3試判斷圖7.1.5所示各電路中級間交流反饋79該電路中，T1和T2組成第一級單端輸入﹣單端輸出的差分放大電路，且輸入與輸出信號分別在T1的基極和集電極，且相位相反。T3組成第二級共射放大電路，其輸出與輸入信號也反相。電阻Rf和Rb2組成級間反饋網絡，顯然反饋信號也為正。接入反饋前，凈輸入信號為vid=vb1，接入后為vid=vb1-vb2(vf)，Rf與Rb2引入負反饋。該電路中，T1和T2組成第一級單端輸入﹣單端輸出的差分放大電807.1.4串聯反饋與并聯反饋串并聯反饋判別：由反饋網絡在放大電路輸入端的連接方式判定。串聯反饋：反饋網絡與基本放大電路串聯連接，實現電壓比較。并聯反饋：反饋網絡與基本放大電路并聯連接，實現電流比較。凈輸入信號凈輸入信號7.1.4串聯反饋與并聯反饋串并聯反饋判別：由反饋網絡在81對串聯反饋而言，要使其反饋效果好即使反饋信號vf對vid的調節(jié)作用最強，則vi最好固定不變。顯然只有當信號源內阻Rs=0時才能實現，因此串聯反饋要求信號源內阻越小越好。而對并聯反饋則相反，要求信號源內阻越大越好。例7.1.4試判斷圖7.1.2d和圖7.1.5b所示電路中的級間交流反饋是串聯反饋還是并聯反饋。解：如前所述，R2引入級間交流負反饋。由于反饋信號和輸入信號均接在同一節(jié)點，即運放A1的同相輸入端，顯然是以電流形式比較，因而為并聯反饋。對串聯反饋而言，要使其反饋效果好即使反饋信號vf對vid的調827.1.5電壓反饋與電流反饋電壓反饋與電流反饋由反饋網絡在放大電路輸出端的取樣對象決定。電壓反饋：反饋信號xf和輸出電壓成比例，即xf=Fvo電流反饋：反饋信號xf與輸出電流成比例，即xf=Fio電壓負反饋穩(wěn)定輸出電壓電流負反饋穩(wěn)定輸出電流7.1.5電壓反饋與電流反饋電壓反饋與電流反饋由反饋網絡83電壓電流反饋判別方法：“輸出短路法”假設輸出電壓vo=0或令負載電阻RL=0，若反饋信號消失，則說明反饋信號與輸出電壓成比列，即為電壓反饋；若反饋信號仍然存在，則為電流反饋。例7.1.5試判斷7.1.8所示各電路中的交流反饋是電壓反饋還是電流反饋。解：顯然，該電路中，電阻Re、RL組成反饋通路，且交流反饋信號為電壓vf=vo。按照輸出短路法，令vo=0，則即反饋信號不再存在，因此該交流反饋為電壓反饋。電壓電流反饋判別方法：“輸出短路法”假設輸出電壓vo=0或令84該電路中，Re構成反饋回路，交流反饋信號為Re上的電壓信號。按照輸出短路法，令vo=0，但由于ic受ib的控制而不為零，因而反饋信號vf≠0，所以該交流反饋為電流反饋。該電路中，Rf構成反饋回路，且反饋信號為電流if，根據“虛地”，vn≈0，且有按照輸出短路法，令vo=0，則有該交流反饋為電壓反饋該電路中，Re構成反饋回路，交流反饋信號為Re上的電壓信號。857.2負反饋放大電路的四種組態(tài)7.2.2電壓并聯負反饋放大電路7.2.3電流串聯負反饋放大電路7.2.4電流并聯負反饋放大電路7.2.1電壓串聯負反饋放大電路7.2負反饋放大電路的四種組態(tài)7.2.2電壓并聯負反867.2.1電壓串聯負反饋放大電路圖7.2.1a所示為電壓串聯負反饋放大電路。反饋網絡輸入端口放大電路輸出端口并聯反饋網絡輸出端口放大電路輸入端口串聯圖7.2.1a所示為電壓串聯負反饋放大電路的一個實際電路。電阻Rf與R1構成反饋網絡，R1上的電壓vf為反饋信號，且當為電壓反饋7.2.1電壓串聯負反饋放大電路圖7.2.1a所示為電壓87利用瞬時極性法可判定該反饋為負反饋，其反饋系數為電壓反饋系數Fv，即電壓負反饋的重要特點具有穩(wěn)定輸出電壓的作用當vi一定，由負載電阻RL減小引起vo下降，該電路能自動進行如下調節(jié)過程：可見，電壓負反饋能減小vo受RL等變化的影響。電壓負反饋放大電路具有較好的恒壓輸出特性，因而電壓串聯負反饋放大電路可看成一個電壓控制的電壓源。利用瞬時極性法可判定該反饋為負反饋，其反饋系數為電壓反饋系數887.2.2電壓并聯負反饋放大電路圖7.2.2a所示為電壓并聯負反饋放大電路。由于是并聯反饋，因而為電流比較，凈輸入信號為圖7.2.2b所示為電壓并聯負反饋放大電路的一個實際電路。反饋網絡輸入端口放大電路輸出端口并聯反饋網絡輸出端口放大電路輸入端口并聯電阻Rf構成反饋網絡，通過Rf的電流if為反饋信號，且反饋系數稱為互導反饋系數7.2.2電壓并聯負反饋放大電路圖7.2.2a所示為電壓89電壓并聯負反饋放大電路同樣具有穩(wěn)定輸出電壓的功能：但與前者不同之處在于，電壓并聯負反饋放大電路可看成一個電流控制的電壓源。電壓并聯負反饋放大電路同樣具有穩(wěn)定輸出電壓的功能：但與前者不907.2.3電流串聯負反饋放大電路圖7.2.3a所示為電流串聯負反饋放大電路。由于是串聯反饋，因而為電壓比較，凈輸入信號為反饋網絡輸入端口放大電路輸出端口串聯反饋網絡輸出端口放大電路輸入端口串聯圖7.2.3b所示為電流串聯負反饋放大電路的一個實際電路。電阻RL、Rf構成反饋網絡，Rf上的電壓vf為反饋信號，且7.2.3電流串聯負反饋放大電路圖7.2.3a所示為電流91由“輸出短路法”可以判斷出，Rf引入的是電流反饋，即反饋信號vf與輸出電流成比列，即反饋系數為互阻反饋系數電流負反饋的特點是維持輸出電流的基本恒定：當輸入電壓vi一定時，若電流負反饋放大電路具有近似的恒流輸出特性，因而電流串聯負反饋放大電路可看成一個電壓控制的電流源。由“輸出短路法”可以判斷出，Rf引入的是電流反饋，即反饋信號927.2.4電流并聯負反饋放大電路圖7.2.3a所示為電流并聯負反饋放大電路框圖。由于是并聯反饋，因而為電流比較，凈輸入信號為反饋網絡輸入端口放大電路輸出端口串聯反饋網絡輸出端口放大電路輸入端口并聯圖7.2.4b所示為電流并聯負反饋放大電路的一個實際電路。電阻Rf與R1構成反饋網絡，Rf上的電流if為反饋信號，且7.2.4電流并聯負反饋放大電路圖7.2.3a所示為電流93該電路的反饋系數為電流反饋系數，即為電流并聯負反饋放大電路同樣具有穩(wěn)定輸出電流的功能：但與前者不同之處在于，電流并聯負反饋放大電路可看成一個電流控制的電流源。該電路的反饋系數為電流反饋系數，即為電流并聯負反饋放大電路同94負反饋放大電路四種組態(tài)特點總結：串聯反饋輸入端電壓比較并聯反饋輸入端電流比較電壓負反饋穩(wěn)定輸出電壓，具有恒壓特性電流負反饋穩(wěn)定輸出電流，具有恒流特性正確判斷反饋放大電路的組態(tài)十分重要，因為反饋組態(tài)不同，放大電路的性能就不同。負反饋放大電路四種組態(tài)特點總結：串聯反饋輸入端電壓比較并聯反95經T1倒相放大例7.2.1試判斷圖7.2.5所示各電路中級間交流反饋的類型。解：(a)該電路為兩級放大，第一級為耗盡型JFET管T1組成的共源放大，第二級為PNP型BJT管T2構成的共射放大。交流通路如圖所示。顯然，電阻R構成級間交流反饋通路。從電阻R與vi和輸入端口(g、s極)間的連接關系，可判斷該反饋為串聯反饋，即進行電壓比較，反饋信號為電壓反饋用“瞬時極性法”判斷反饋極性：(+)vi為(+)(+)T2基極為(﹣)(-)經T2倒相放大vo、vf為(+)(+)(+)從而使vid=vi﹣vf比無反饋時減小，因而為負反饋。電壓串聯負反饋經T1倒相放大例7.2.1試判斷圖7.2.5所示各電路中96(b)該電路為兩級放大，第一級為T1、T2組成的單端輸入﹣雙端輸出差分放大電路，第二級為運放構成的放大電路。很容易看出電阻Rf構成級間交流反饋通路，且反饋信號與輸入信號均接至同一節(jié)點(T1管的基極)，因而為并聯反饋。(b)該電路為兩級放大，第一級為T1、T2組成的單端輸入﹣雙97因而輸入與反饋信號應進行電流比較，即反饋信號為：經過放大后，有vo>>vb1采用“輸出短路法”，令RL=0，vo=0，則顯然if=0，因此該反饋為電壓反饋。利用瞬時極性法，可以確定該反饋為負反饋，因而最后可確定為電壓并聯負反饋。因而輸入與反饋信號應進行電流比較，即反饋信號為：經過放大后，987.3負反饋放大電路增益的一般表達式1.閉環(huán)增益的一般表達式2.反饋深度討論3.環(huán)路增益7.3負反饋放大電路增益的一般表達式1.閉環(huán)增益的一般991.閉環(huán)增益的一般表達式圖7.3.1所示為負反饋放大電路的組成框圖?；痉糯箅娐返膬糨斎胄盘枮椋夯痉糯箅娐返脑鲆?開環(huán)增益)：反饋網絡系數為：負反饋放大電路增益(閉環(huán)增益)為：將前三個式子代入閉環(huán)增益表達式可得：閉環(huán)增益的一般表達式1.閉環(huán)增益的一般表達式圖7.3.1所示為負反饋放大電路的100由閉環(huán)增益的一般表達式可見，引入負反饋后，放大電路的增益由開環(huán)增益A，變?yōu)殚]環(huán)增益Af，其大小與(1+AF)這一因數有關。(1+AF)通常稱為反饋深度，是衡量反饋程度的重要指標。AF稱為環(huán)路增益。由于A和F一般都與頻率有關，因而可對進行如下討論：當時，則，即引入負反饋后，增益下降；當說明深度負反饋時，Af幾乎只取決于F。當時，則，即負反饋后變?yōu)檎答仯划敃r，則，即在無輸入信號時，也會有有輸出信號，產生自激振蕩，放大電路無法正常工作；由閉環(huán)增益的一般表達式可見，引入負反饋后，放大電路的增益由開101負反饋放大電路中各種信號量的含義負反饋放大電路中各種信號量的含義102例7.3.1已知某電壓串聯負反饋放大電路在中頻區(qū)的反饋系數Fv=0.01，輸入信號vi=10mV，開環(huán)電壓增益Av=104，試求該電路的閉環(huán)電壓增益Avf、反饋電壓vf和凈輸入電壓vid。解：方法一方法二由此例可見，在深度負反饋下，xf與xi相差很小，xid<<xi。例7.3.1已知某電壓串聯負反饋放大電路在中頻區(qū)的反饋1037.4負反饋對放大電路性能的影響7.4.2減小非線性失真7.4.3抑制反饋環(huán)內噪聲7.4.4對輸入電阻和輸出電阻的影響7.4.1提高增益的穩(wěn)定性7.4負反饋對放大電路性能的影響7.4.2減小非線性1047.4.1提高增益的穩(wěn)定性放大電路的增益會受到元器件參數變化、環(huán)境溫度變化、電源電壓波動等因素的影響而不穩(wěn)定，引入適當的負反饋，可提高閉環(huán)增益的穩(wěn)定性。深度負反饋即(1+AF)>>1時，根據前面的分析有：說明，引入深度負反饋后，放大電路的增益決定于反饋網絡的反饋系數。由于反饋網絡一般由穩(wěn)定性較好的無源線性元件構成，因而閉環(huán)增益比較穩(wěn)定。一般情況下的反饋，增益的穩(wěn)定性常用有和無反饋時增益的相對變化量之比來衡量。將閉環(huán)增益的公式對開環(huán)增益求導數可得：該式表明，閉環(huán)時增益相對變化量較開環(huán)時減小了1+AF7.4.1提高增益的穩(wěn)定性放大電路的增益會受到元器件參數105例7.4.1設某放大電路的A=1000，由于環(huán)境溫度的變化，使增益下降為900，引入負反饋后，反饋系數F=0.099，求閉環(huán)增益的相對變化量。解：開環(huán)時的增益相對變化量為閉環(huán)時的反饋深度為閉環(huán)增益的相對變化量為閉環(huán)增益為顯然，引入負反饋后，增益穩(wěn)定性得到提高，但增益下降。注意：負反饋的引入會改變開環(huán)輸出的大小，但會使閉環(huán)時新的輸出趨于不變。且只能減小由A變化而引起的Af的變化。不同類型負反饋能穩(wěn)定的增益也不同。例7.4.1設某放大電路的A=1000，由于環(huán)境溫度的1067.4.2減小非線性失真多級放大電路的輸出級的輸入信號較大，在動態(tài)過程中，容易出現輸出波形產生非線性失真。引入負反饋后，可減小這種非線性失真。圖7.4.1中所示為某電壓放大電路的開環(huán)和閉環(huán)電壓傳輸特性。曲線1為開環(huán)傳輸特性曲線該曲線的斜率反映了增益隨輸入信號的大小而變化。曲線2為引入深度負反饋后的傳輸特性曲線曲線2與1相比，斜率(增益)變小，但具有近似直線的線性關系，因而減小了非線性失真。此時Af≈1/F，曲線2近似為一條直線。當輸入信號較大時，輸出出現非線性失真。負反饋減小非線性失真的程度與反饋深度有關。只能減少環(huán)內放大電路產生的失真，如果輸入波形本身就是失真的，即使引入負反饋，也無濟于事。7.4.2減小非線性失真多級放大電路的輸出級的輸入信號較1077.4.3抑制反饋環(huán)內噪聲圖7.4.2a所示為信噪比低的開環(huán)放大電路框圖。為放大電路內部產生的折算到輸入端的噪聲或干擾電壓。電壓的信噪比為：在圖a電路上增加一前置級，并認為該級為無噪聲，再加一個反饋網絡，如圖b所示。新的信噪比比原有的信噪比提高了倍實際中要盡量減小前置級的噪聲7.4.3抑制反饋環(huán)內噪聲圖7.4.2a所示為信噪比低的1087.4.4對輸入電阻和輸出電阻的影響1.對輸入電阻的影響負反饋對輸入電阻的影響取決于反饋網絡與基本放大電路在輸入回路的連接方式。(1)串聯負反饋開環(huán)輸入電阻閉環(huán)輸入電阻由于vf=Fxo，xo=Avid，因此有因此有可見引入串聯負反饋后，輸入電阻增加了。7.4.4對輸入電阻和輸出電阻的影響1.對輸入電阻的影109(2)并聯負反饋開環(huán)輸入電阻閉環(huán)輸入電阻因而可推得：可見引入并聯負反饋后，輸入電阻減小了。注意:反饋對輸入電阻的影響僅限于環(huán)內，對環(huán)外不產生影響。(2)并聯負反饋開環(huán)輸入電阻閉環(huán)輸入電阻因而可推得：可見引入1102.對輸出電阻的影響負反饋對輸出電阻的影響取決于反饋網絡在基本放大電輸出回路的取樣方式，即是電壓還是電流負反饋。(1)電壓負反饋對輸出電阻的影響圖中Ro為開環(huán)輸出電阻，Ao為基本放大電路在RL開路時的增益。按照求輸出電阻的方法，有閉環(huán)輸出電阻忽略反饋網絡對it的分流，由圖中可得可見引入電壓負反饋后，輸出電阻減小了。為簡化分析而忽略反饋網絡對輸出端的負載效應。2.對輸出電阻的影響負反饋對輸出電阻的影響取決于反饋網絡在111(2)電流負反饋對輸出電阻的影響圖中Ro為開環(huán)輸出電阻，As為基本放大電路在RL短路時的增益。按照求輸出電阻的方法，有閉環(huán)輸出電阻忽略反饋網絡對it的分流，由圖中可得可見引入電流負反饋后，輸出電阻增大了。注意:反饋對輸出電阻的影響僅限于環(huán)內，對環(huán)外不產生影響。(2)電流負反饋對輸出電阻的影響圖中Ro為開環(huán)輸出電阻，As112負反饋對輸入電阻和輸出電阻的影響：串聯負反饋增大輸入電阻并聯負反饋減小輸入電阻電壓負反饋減小輸出電阻，穩(wěn)定輸出電壓電流負反饋增大輸出電阻，穩(wěn)定輸出電流負反饋對放大電路性能影響總結：負反饋對放大電路性能的改善，是通過將輸出量反饋回輸入端，與輸入量進行比較，從而對輸出量進行自動調節(jié)；負反饋程度越深，即(1+AF)值越大，則反饋的調節(jié)作用越強，對放大電路性能的影響越大。但反饋深度不能無限制增加，原因是在多級放大中易引起自激；負反饋對放大電路性能的改善，是以犧牲增益為代價的，且僅對環(huán)內的性能產生影響。負反饋對輸入電阻和輸出電阻的影響：串聯負反饋增大輸入電阻并聯1137.5深度負反饋條件下的近似計算就一般情況而言，大多數負反饋放大電路，特別是由集成運放組成的放大電路，都能滿足深度負反饋的條件。在深度負反饋下，有這就意味著，當(1+AF)>>1時，xf與xi相差很小，即xid=xi﹣xf≈0。因而在深度負反饋下，由于xid≈0，則有：串聯負反饋(電壓比較)虛短虛斷并聯負反饋(電流比較)虛斷虛短7.5深度負反饋條件下的近似計算就一般情況而言，大多數負114利用“虛短”和“虛斷”，可以快速方便地估算出在深度負反饋下，負反饋放大電路的閉環(huán)增益。例7.5.1設圖7.5.1所示電路滿足(1+AF)>>1的條件，試寫出該電路的閉環(huán)電壓增益表達式。解：根據電路圖所示，可以判定電阻Rb2和Rf組成反饋網絡。輸入和反饋信號分別由差分放大電路的兩個輸入端輸入，因而為串聯反饋。由輸出短路法，可判定該反饋為電壓反饋。利用瞬時極性法可判定該反饋為負反饋。虛短虛斷利用“虛短”和“虛斷”，可以快速方便地估算出在深度負反饋下，115例7.5.2試寫出圖7.5.2所示電路的閉環(huán)電壓增益表達式。解：顯然，Rf組成反饋網絡。按照瞬時極性法，圖中標出了相關節(jié)點的交流電位的瞬時極性，及各支路交流電流的瞬時流向，可判定為負反饋。該反饋為電壓并聯負反饋，電路中的運放具有較高的開環(huán)增益，因而能夠滿足深度負反饋的條件。虛斷虛短例7.5.2試寫出圖7.5.2所示電路的閉環(huán)電壓增益表1167.6負反饋放大電路設計7.6.1設計負反饋放大電路的一般步驟7.6.2設計舉例7.6負反饋放大電路設計7.6.1設計負反饋放大電路1177.6.1設計負反饋放大電路的一般步驟1.選定需要的反饋類型(1)根據信號源的性質選擇串聯負反饋或并聯負反饋恒壓源或內阻較小的電壓源為了使放大電路獲得盡可能大的輸入電壓，應該盡量減小信號源電壓在其內阻上的壓降，因而加入負反饋后，要盡量減小信號輸出電流即ii，即要增大放大電路的輸入電阻應采用串聯負反饋恒流源或內阻較大的電流源同樣通過分析可知，為使放大電路獲得盡可能大的輸入電流，加入負反饋后，要減小放大電路的輸入電阻應采用并聯負反饋7.6.1設計負反饋放大電路的一般步驟1.選定需要的反118(2)根據對輸出信號的要求選擇電壓負反饋或電流負反饋輸出穩(wěn)定電壓信號電壓負反饋輸出穩(wěn)定電流信號電流負反饋(3)根據信號放大或轉換要求選擇合適的反饋組態(tài)電壓信號輸入電流信號輸出電流串聯負反饋(4)若要穩(wěn)定靜態(tài)工作點則應引入直流負反饋2.確定反饋系數的大小引入深度負反饋(2)根據對輸出信號的要求選擇電壓負反饋或電流負反饋輸出穩(wěn)1193.適當選擇反饋網絡中的電阻阻值盡量減小反饋網絡對基本放大電路的負載效應串聯負反饋反饋網絡輸出端等效阻抗要小并聯負反饋反饋網絡輸出端等效阻抗要大電壓負反饋反饋網絡輸入端等效阻抗要大電流負反饋反饋網絡輸入端等效阻抗要小4.通過仿真分析，檢驗設計是否滿足要求SPICE

Simulationprogramwithintegratedcircuitemphasis一種采用了由美國加州Berkeley大學開發(fā)的spice模擬算法的最為普遍的電路級仿真程序。3.適當選擇反饋網絡中的電阻阻值盡量減小反饋網絡對基本放大1207.6.2設計舉例例7.6.1用集成運放設計一個負反饋放大電路，它的輸入信號來自一個內阻Rs=2kΩ的電壓源，負載電阻RL=50Ω

。要求該電路向負載提供的輸出電壓vo=10vs，且當負載變化時，輸出電壓趨于穩(wěn)定。設計中所用運算放大器的參數為Avo=104，Ri=5kΩ，Ro=100Ω。設計合適的反饋網絡，并用SPICE檢驗設計結果。解：(1)選擇反饋類型內阻Rs=2kΩ的電壓源應采用串聯負反饋負載變化要求輸出電壓趨于穩(wěn)定應采用電壓負反饋因此，這里需要設計一個近乎理想的電壓放大電路，采用電壓串聯負反饋，其電路結構和小信號等效電路如圖7.6.1所示。7.6.2設計舉例例7.6.1用集成運放設計一個負反121(2)確定反饋系數F要求向負載提供的輸出電壓vo=10vs深度負反饋下Avfs≈1/Fv環(huán)路增益(2)確定反饋系數F要求向負載提供的輸出電壓vo=10vs深122(3)確定反饋網絡中R1、R2的阻值由電路可得，反饋電壓為因此，由Fv=0.1，可得為減小反饋網絡對放大電路vid和vo的影響，R1和R2的取值應滿足以下條件：輸出端：輸入端：綜合考慮以上三個條件，取R1=500Ω，R2=9R1=4.5kΩ。(4)用SPICE檢驗設計結果(3)確定反饋網絡中R1、R2的阻值由電路可得，反饋電壓為1237.7負反饋放大電路的頻率響應7.7.1頻率響應的一般表達式7.7.2增益﹣帶寬積7.7負反饋放大電路的頻率響應7.7.1頻率響124由于在反饋網絡中，有時也會存在電抗性元件，因而反饋系數也是頻率的函數，下面簡要討論負反饋放大電路的頻率響應情況：7.7.1頻率響應的一般表達式這里先假設反饋網絡中有純電阻組成，即F與頻率無關，且放大電路在高頻區(qū)和低頻區(qū)各有一個極點。則基本放大電路高頻響應表達式為：為開環(huán)中頻增益為開環(huán)上限頻率引入負反饋后，上式變?yōu)橛缮蟽墒娇赏频闷渲校褐蓄l區(qū)閉環(huán)增益閉環(huán)上限頻率由于在反饋網絡中，有時也會存在電抗性元件，因而反饋系數也是頻125由上式可見：中頻閉環(huán)增益是中頻開環(huán)增益的倍閉環(huán)增益上限頻率增加到開環(huán)增益上限頻率的倍同樣可推導出負反饋放大電路低頻響應表達式：其中：顯然引入負反饋，使下限頻率降低，其程度與反饋深度有關。綜上所述，引入負反饋后，放大電路的通頻帶展寬，即當放大電路有多個極點，且反饋網絡有電抗元件，則情況要復雜得多，但通頻帶展寬的趨勢不變。由上式可見：中頻閉環(huán)增益是中頻開環(huán)增益的