反饋放大電路

第七章反饋放大電路掌握內(nèi)容：負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響理解內(nèi)容：四種類型反饋組態(tài)的特點(diǎn)了解內(nèi)容：反饋的概念；負(fù)反饋放大電路的框圖重點(diǎn)：反饋的分類、反饋類型的判別;負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響;負(fù)反饋放大器的近似計(jì)算難點(diǎn)：負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定條件本章學(xué)時(shí)：81§7-1．反饋的基本概念與分類§7-2．負(fù)反饋放大電路的方框圖及增益的一般表達(dá)式

§7-3．負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響§7-4．負(fù)反饋放大電路的分析方法§7-5．負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定問(wèn)題主要內(nèi)容：

第七章反饋放大電路2§7-1．反饋的基本概念與分類一、什么是反饋在電子電路中，將輸出量的一部分或全部通過(guò)一定的電路形式作用到輸入回路，用來(lái)影響其輸入量的措施稱為反饋。（一）反饋的基本概念A(yù)+–比較環(huán)節(jié)基本放大電路F反饋網(wǎng)絡(luò)

xi—輸入信號(hào)(ii或ui

)

xid

—

凈輸入信號(hào)(iid

或uid)

xo—輸出信號(hào)(io

或uo

)

xf—

反饋信號(hào)(if或uf

)反饋放大電路方框圖3判斷有無(wú)反饋:§7-1．反饋的基本概念與分類4二、正反饋與負(fù)反饋根據(jù)反饋極性的不同，可以分為正反饋和負(fù)反饋。正反饋：凈輸入量增大；輸出量的變化增大。負(fù)反饋：凈輸入量減?。惠敵隽康淖兓瘻p小?！?-1．反饋的基本概念與分類5正反饋和負(fù)反饋的判斷(瞬時(shí)極性法)在放大電路的輸入端，假設(shè)一個(gè)輸入信號(hào)對(duì)地的極性，用“+”、“-”表示。按信號(hào)傳輸方向依次判斷相關(guān)點(diǎn)的瞬時(shí)極性，直至判斷出反饋信號(hào)的瞬時(shí)極性。如果反饋信號(hào)的瞬時(shí)極性使凈輸入減小，則為負(fù)反饋；反之為正反饋。反饋信號(hào)和輸入信號(hào)加于輸入回路一點(diǎn)時(shí)，瞬時(shí)極性相同的為正反饋，瞬時(shí)極性相反的是負(fù)反饋。反饋信號(hào)和輸入信號(hào)加于輸入回路兩點(diǎn)時(shí)，瞬時(shí)極性相同的為負(fù)反饋，瞬時(shí)極性相反的是正反饋。以上輸入信號(hào)和反饋信號(hào)的瞬時(shí)極性都是指對(duì)地而言，這樣才有可比性。對(duì)三極管來(lái)說(shuō)這兩點(diǎn)是基極和發(fā)射極，對(duì)運(yùn)算放大器來(lái)說(shuō)是同相輸入端和反相輸入端?！?-1．反饋的基本概念與分類6判斷：§7-1．反饋的基本概念與分類7三、直流反饋與交流反饋

根據(jù)反饋信號(hào)本身的交、直流性質(zhì)，可以分為直流反饋和交流反饋直流反饋：反饋量只含直流成分。交流反饋：反饋量只含交流成分。在很多情況下，交、直流兩種反饋兼而有之。判斷：§7-1．反饋的基本概念與分類8§7-1．反饋的基本概念與分類練習(xí)：輸入回路輸出回路判斷電路是否存在反饋。是正反饋還是負(fù)反饋？直反饋還是交流反饋？RE介于輸入輸出回路，有反饋。反饋使uid

減小，為負(fù)反饋。既有直流反饋，又有交流反饋。9根據(jù)反饋信號(hào)在放大電路輸出端采樣方式的不同，可以分為電壓反饋和電流反饋。電壓反饋：反饋信號(hào)取自輸出電壓電流反饋：反饋信號(hào)取自輸出電流判斷方法：若Vo=0(RL短路),反饋不存在，則為電壓反饋；（二）四種類型的反饋組態(tài)§7-1．反饋的基本概念與分類AFRLuo電壓反饋電流反饋iouoFARLio若Io=0(RL開路),反饋不存在，則為

電流反饋。10§7-1．反饋的基本概念與分類根據(jù)反饋信號(hào)與輸入信號(hào)在放大電路輸入回路中求和形式的不同，可以分為串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋。串聯(lián)反饋：反饋信號(hào)與輸入信號(hào)以電壓相加減的形式在輸入端出現(xiàn)。uid

=

ui

uf特點(diǎn)：信號(hào)源內(nèi)阻越小，反饋效果越明顯。并聯(lián)反饋：反饋信號(hào)與輸入信號(hào)以電流相加減的形式在輸入端出現(xiàn)。iid

=

ii

if特點(diǎn)：信號(hào)源內(nèi)阻越大，反饋效果越明顯。AFiiifisiidRSRSAFuiuidufus11一、電壓串聯(lián)負(fù)反饋§7-1．反饋的基本概念與分類AFuiuidufusRSRLuo電壓串連負(fù)反饋原理圖12瞬時(shí)極性法當(dāng)vi一定時(shí)：若RLvovfvidvo電壓負(fù)反饋串聯(lián)負(fù)反饋輸出回路輸入回路基本放大器反饋網(wǎng)絡(luò).AFAF⊕⊕⊕⊕vividvfvo反饋信號(hào)和輸入信號(hào)加于輸入回路兩點(diǎn)時(shí)，瞬時(shí)極性相同為負(fù)反饋。電壓負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電壓反饋信號(hào)與電壓成比例，是電壓反饋。反饋電壓Vf與輸入電壓Vid是串聯(lián)關(guān)系，故為串聯(lián)負(fù)反饋。§7-1．反饋的基本概念與分類13例1：試分析該電路存在的反饋，并判斷其反饋組態(tài)。⊕⊕⊕⊕○經(jīng)Rf加在發(fā)射極E1上的反饋電壓Vf與輸入電壓Vi是串聯(lián)關(guān)系，故為串聯(lián)負(fù)反饋。+vf-解：根據(jù)瞬時(shí)極性法判斷該電路為負(fù)反饋。輸出回路反饋信號(hào)與電壓成比例，是電壓反饋。輸入回路反饋信號(hào)和輸入信號(hào)加于輸入回路兩點(diǎn)時(shí)，瞬時(shí)極性相同為負(fù)反饋。電壓串聯(lián)負(fù)反饋14例2：試分析該電路存在的反饋，并判斷其反饋組態(tài)?！皎挩挕稹鸾?根據(jù)瞬時(shí)極性法電路是負(fù)反饋。

反饋信號(hào)vf和輸入信號(hào)vi加在運(yùn)放A1的兩個(gè)輸入端，故為串聯(lián)反饋。反饋信號(hào)與輸出電壓成比例，故為電壓反饋。反饋信號(hào)和輸入信號(hào)加于輸入回路兩點(diǎn)時(shí)，瞬時(shí)極性相同為負(fù)反饋。交直流串聯(lián)電壓負(fù)反饋15二、電流串聯(lián)負(fù)反饋§7-1．反饋的基本概念與分類AFuiuidufusRSiouoRLio電流串連負(fù)反饋原理圖16AFAF⊕⊕vividvf⊕反饋信號(hào)和輸入信號(hào)加于輸入回路兩點(diǎn)時(shí)，瞬時(shí)極性相同為負(fù)反饋。io輸出端的取樣是電流，所以是電流負(fù)反饋。輸入端Vid和Vf以串聯(lián)的方式進(jìn)行比較，所以是串聯(lián)負(fù)反饋?！?-1．反饋的基本概念與分類17例3：電流串聯(lián)負(fù)反饋試分析該電路存在的反饋，并判斷其反饋組態(tài)。反饋信號(hào)和輸入信號(hào)加于輸入回路兩點(diǎn)時(shí)，瞬時(shí)極性相同為負(fù)反饋。解：根據(jù)瞬時(shí)極性法判斷18三、電壓并聯(lián)負(fù)反饋§7-1．反饋的基本概念與分類FAiiifisiidRSRLuo電壓并聯(lián)負(fù)反饋原理圖19AF....AF⊕voIiIidIf○反饋信號(hào)和輸入信號(hào)加于輸入回路同一點(diǎn)時(shí)，瞬時(shí)極性相反為負(fù)反饋。電壓負(fù)反饋輸出端的取樣是電壓并聯(lián)負(fù)反饋輸入端Ii和If以并聯(lián)的方式進(jìn)行比較○§7-1．反饋的基本概念與分類20四、電流并聯(lián)負(fù)反饋§7-1．反饋的基本概念與分類FAiiifisiidRSiouoRLio電流并聯(lián)負(fù)反饋原理圖21AF...⊕iiiidif○AF○反饋信號(hào)和輸入信號(hào)加于輸入回路同一點(diǎn)時(shí)，瞬時(shí)極性相反為負(fù)反饋。io當(dāng)ii一定時(shí)：若RLioifiidio通過(guò)R、Rf電流負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電流電流負(fù)反饋輸出端的取樣是電流并聯(lián)負(fù)反饋輸入端Ii和If以并聯(lián)的方式進(jìn)行比較§7-1．反饋的基本概念與分類22例4：試分析該電路存在的反饋，并判斷其反饋組態(tài)。電流并聯(lián)負(fù)反饋解：根據(jù)瞬時(shí)極性法判斷○○⊕⊕⊕★輸入信號(hào)與反饋信號(hào)是并聯(lián)的形式，所以是并聯(lián)負(fù)反饋。反饋信號(hào)和輸入信號(hào)加于輸入回路同一點(diǎn)時(shí)，瞬時(shí)極性相反是負(fù)反饋?！锓答佇盘?hào)取自與輸出電流，所以是電流負(fù)反饋。○23例5：反饋信號(hào)和輸入信號(hào)加于輸入回路同一點(diǎn)時(shí)，瞬時(shí)極性相反是負(fù)反饋。試分析該電路存在的反饋，并判斷其反饋組態(tài)。電流并聯(lián)負(fù)反饋輸入信號(hào)與反饋信號(hào)是并聯(lián)的形式，所以是并聯(lián)負(fù)反饋。反饋信號(hào)取自與輸出電流，所以是電流負(fù)反饋。解：根據(jù)瞬時(shí)極性法判斷24電壓反饋和電流反饋

將輸出電壓‘短路’，若反饋信號(hào)為零，則為電壓反饋；若反饋信號(hào)仍然存在，則為電流反饋。電壓反饋：反饋信號(hào)的大小與輸出電壓成比例的反饋稱為電壓反饋；電壓反饋與電流反饋的判斷：電流反饋：反饋信號(hào)的大小與輸出電流成比例的反饋稱為電流反饋?！?-1．反饋的基本概念與分類25串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋反饋信號(hào)與輸入信號(hào)加在輸入回路的同一個(gè)電極上，則為并聯(lián)反饋；反之，加在放大電路輸入回路的兩個(gè)電極，則為串聯(lián)反饋。對(duì)于三極管來(lái)說(shuō)，反饋信號(hào)與輸入信號(hào)同時(shí)加在三極管的基極或發(fā)射極，為并聯(lián)反饋；一個(gè)加在基極一個(gè)加在發(fā)射極則為串聯(lián)反饋。對(duì)于運(yùn)算放大器來(lái)說(shuō)，反饋信號(hào)與輸入信號(hào)同時(shí)加在同相輸入端或反相輸入端，則為并聯(lián)反饋；一個(gè)加在同相輸入端一個(gè)加在反相輸入端則為串聯(lián)反饋。此時(shí)反饋信號(hào)與輸入信號(hào)是電壓相加減的關(guān)系。此時(shí)反饋信號(hào)與輸入信號(hào)是電流相加減的關(guān)系?！?-1．反饋的基本概念與分類26§7-2．負(fù)反饋放大電路的方框圖及增益的一般表達(dá)式（一）、負(fù)反饋放大電路的方框圖表示法輸入量反饋量?jī)糨斎肓枯敵隽慷x：開環(huán)放大倍數(shù)反饋系數(shù)閉環(huán)放大倍數(shù)27四種組態(tài)電路的方框圖§7-2．負(fù)反饋放大電路的方框圖及增益的一般表達(dá)式28§7-2．負(fù)反饋放大電路的方框圖及增益的一般表達(dá)式29（二）、負(fù)反饋放大電路的一般表達(dá)式一般表達(dá)式中頻當(dāng)1+AF>>1時(shí)，

稱深度負(fù)反饋§7-2．負(fù)反饋放大電路的方框圖及增益的一般表達(dá)式30一、深度負(fù)反饋的實(shí)質(zhì)深度負(fù)反饋§7-2．負(fù)反饋放大電路的方框圖及增益的一般表達(dá)式31二、分析步驟§7-2．負(fù)反饋放大電路的方框圖及增益的一般表達(dá)式32三、分析實(shí)例1.電壓并聯(lián)2.電壓串聯(lián)§7-2．負(fù)反饋放大電路的方框圖及增益的一般表達(dá)式333.電流并聯(lián)§7-2．負(fù)反饋放大電路的方框圖及增益的一般表達(dá)式344.電流串聯(lián)§7-2．負(fù)反饋放大電路的方框圖及增益的一般表達(dá)式35對(duì)輸出電阻的影響對(duì)通頻帶的影響對(duì)輸入電阻的影響對(duì)增益的影響對(duì)非線性失真的影響對(duì)噪聲、干擾和溫漂的影響負(fù)反饋是改善放大電路性能的重要技術(shù)措施，廣泛應(yīng)用于放大電路和反饋控制系統(tǒng)之中。§7-3．負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的改善36§7-3．負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的改善一、穩(wěn)定增益在中頻Af的相對(duì)變化量等于A的相對(duì)變化量的（1+AF）分之一。即閉環(huán)放大倍數(shù)的穩(wěn)定性提高了（1+AF）倍。對(duì)上式求全微分將上式等號(hào)兩邊都除以Af

，則Af

的相對(duì)變化量A的相對(duì)變化量37二、改變輸入電阻和輸出電阻1.對(duì)輸入電阻的影響§7-3．負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的改善串聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻增大Rif深度負(fù)反饋：ii

A

FuiuidufRiAFuid38§7-3．負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的改善并聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻減小Rif深度負(fù)反饋：ifiidii

A

FuiRiAFiid392.對(duì)輸出電阻的影響§7-3．負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的改善電壓負(fù)反饋F

與A

并聯(lián)，使輸出電阻減小。AFRoRofA為負(fù)載開路時(shí)的源電壓放大倍數(shù)。深度負(fù)反饋：電流負(fù)反饋F

與A

串聯(lián)，使輸出電阻增大AFRoRofA為負(fù)載短路時(shí)的源電壓放大倍數(shù)。深度負(fù)反饋：40三、擴(kuò)展頻帶§7-3．負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的改善無(wú)反饋時(shí)：BW=fH

fL

fH引入反饋后，fA(f)OAm0.707AmfLfHBWAf(f)Amf0.707AmffLffHfBWf可證明：fHf

=(1+AF)fHfLf

=fL/(1+AF)=(1+AF)fH

fHf

=(1+AF)BWBWf=fHf

fLf41四、減小非線性失真§7-3．負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的改善uf加入負(fù)反饋無(wú)負(fù)反饋FufAuiuo+–uiduo大小略大略小略小略大uiA接近正弦波改善了波形失真42五、負(fù)反饋對(duì)噪聲的影響§7-3．負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的改善43

負(fù)反饋只對(duì)反饋環(huán)內(nèi)的噪聲和干擾有抑制作用?！?-3．負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的改善44穩(wěn)定直流，引直流反饋；穩(wěn)定交流，引交流反饋；穩(wěn)定輸出電壓，引電壓反饋；穩(wěn)定輸出電流，引電流反饋。2、根據(jù)對(duì)輸入、輸出電阻的要求選擇反饋類型欲提高輸入電阻，采用串聯(lián)反饋；欲降低輸入電阻，采用并聯(lián)反饋；要求高內(nèi)阻輸出，采用電流反饋；要求低內(nèi)阻輸出，采用電壓反饋。六、放大電路中引入負(fù)反饋的一般原則§7-3．負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的改善1、欲穩(wěn)定某個(gè)量，則引該量的負(fù)反饋453、為使反饋效果強(qiáng)，根據(jù)信號(hào)源及負(fù)載確定反饋類型信號(hào)源為恒壓源，采用串聯(lián)反饋；信號(hào)源為恒流源，采用并聯(lián)反饋；要求負(fù)載能力強(qiáng)，采用電壓反饋；要求恒流源輸出，采用電流反饋?！?-3．負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的改善461.深度負(fù)反饋的特點(diǎn)：AFAxidAFxid(1+AF)xid即：串聯(lián)負(fù)反饋：虛短并聯(lián)負(fù)反饋：虛斷§7-4．深度負(fù)反饋放大電路的分析方法472.深度負(fù)反饋電路性能的估算：(1)電壓串聯(lián)負(fù)反饋8uiC1R1uoR2Rfuiduf虛短RifRifRof例1:§7-4．深度負(fù)反饋放大電路的分析方法48例2:RifRifR0f例3:49(2)電壓并聯(lián)負(fù)反饋運(yùn)算放大器在線性應(yīng)用時(shí)同時(shí)存在虛短和虛斷虛斷虛地例4:§7-4．深度負(fù)反饋放大電路的分析方法50虛斷虛地例5:51(3)電流串聯(lián)負(fù)反饋虛短虛斷例6:§7-4．深度負(fù)反饋放大電路的分析方法52虛短例7:53(4)電流并聯(lián)負(fù)反饋例8:虛地§7-4．深度負(fù)反饋放大電路的分析方法54§7-5．負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定問(wèn)題一、負(fù)反饋放大電路自激振蕩產(chǎn)生的原因和條件自激振蕩現(xiàn)象：輸入為零時(shí)，輸出產(chǎn)生一定頻率和一定幅度的信號(hào)。1.自激振蕩產(chǎn)生的原因附加相移負(fù)反饋→正反饋ui=0AuouiAuo552.自激振蕩的平衡條件即(n為整數(shù))平衡條件起振條件§7-5．負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定問(wèn)題561、波特圖的繪制有效地判斷放大電路是否能自激的方法，是用波特圖。不過(guò)前面波特圖的Y軸坐標(biāo)是20lgA，單位是分貝，X軸是對(duì)數(shù)坐標(biāo)，單位是赫茲。有一個(gè)三極點(diǎn)直接耦合開環(huán)放大電路的頻率特性方程式如下其波特圖如下圖所示，頻率的單位為Hz?！?-5．負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定問(wèn)題二、用波特圖判斷負(fù)反饋放大電路的自激57根據(jù)給定的頻率特性方程，放大電路在高頻段有三個(gè)極點(diǎn)頻率fp1、fp2和fp3。105代表中頻電壓放大倍數(shù)（100dB），于是可畫出幅度頻率特性曲線和相位頻率特性曲線。總的相頻特性曲線是用每個(gè)極點(diǎn)頻率的相頻特性曲線合成而得到的。相頻特性曲線的Y坐標(biāo)是附加相移A。當(dāng)A=－180時(shí)，即圖中的S點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率稱為臨界頻率fc。當(dāng)f=fc時(shí)反饋信號(hào)與輸入信號(hào)同相，負(fù)反饋?zhàn)兂闪苏答仯灰盘?hào)幅度滿足要求，即可自激?！?-5．負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定問(wèn)題582、放大電路自激的判斷

加入負(fù)反饋后，放大倍數(shù)降低，頻帶展寬，設(shè)反饋系數(shù)F1=10-4，閉環(huán)波特圖與開環(huán)的波特圖交P點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的附加相移A=－90，不滿足相位條件，不自激?！?-5．負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定問(wèn)題59進(jìn)一步加大負(fù)反饋量，設(shè)反饋系數(shù)F2=10-3，閉環(huán)波特圖與開環(huán)的波特圖交P'點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的附加相移A=－135，不滿足相位條件，不自激。此時(shí)A雖不是－180，但反饋信號(hào)的矢量方向已經(jīng)基本與輸入信號(hào)相同，已進(jìn)入正反饋的范疇，因此當(dāng)信號(hào)頻率接近106Hz時(shí)，即P'點(diǎn)時(shí)，放大倍數(shù)就有所提高?！?-5．負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定問(wèn)題60再進(jìn)一步加大反饋量，設(shè)反饋系數(shù)F3=10-2，閉環(huán)波特圖與開環(huán)波特圖交P"點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的附加相移A=－180。當(dāng)放大電路的工作頻率提高到對(duì)應(yīng)P"點(diǎn)處的頻率時(shí)，滿足自激的相位條件。此時(shí)放大電路有40dB的增益，AF=100×10-2=1，正好滿足放大電路自激的幅度條件，放大電路產(chǎn)生自激。§7-5．負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定問(wèn)題613、環(huán)路增益波特圖的引入由于負(fù)反饋的自激條件是，所以將以

20為Y坐標(biāo)的波特圖改變?yōu)橐?0為Y坐標(biāo)的波特圖，用于分析放大電路的自激更為方便。由于對(duì)于幅度條件

相當(dāng)在以20為Y坐標(biāo)的波特圖上減去即可到以環(huán)路增益20為Y坐標(biāo)的波特圖了。如下圖所示：§7-5．負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定問(wèn)題62在圖中，當(dāng)F3=0.01時(shí)，MN線為20lg=0dB。20lg

=0dB這條線與幅頻特性的交點(diǎn)稱為切割頻率f0。此時(shí)=1，

A=－180，幅度和相位條件都滿足自激條件，所以20lg=0dB這條線是臨界自激線。在臨界自激線上，從S點(diǎn)向左達(dá)到對(duì)應(yīng)R點(diǎn)的頻率時(shí)，此時(shí)

A=－135，距A=－180有m=45的裕量，這個(gè)m稱為相位裕度。一般在工程上為了保險(xiǎn)起見，相位裕度m≥45。僅僅留有相位裕度是不夠的，也就是說(shuō)，當(dāng)A=－180時(shí)，還應(yīng)使

<1，即反饋量要比F=0.01再小一些，例如F=0.001，相當(dāng)于圖中的M'N'這條線。此時(shí)距線MN有Gm=-20dB的裕量，Gm稱為幅度裕度。工程上為保險(xiǎn)起見，幅度裕度|Gm|

≥10dB?！?-5．負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定問(wèn)題634、判斷自激的條件根據(jù)以上討論，可將環(huán)路增益波特圖分為三種情況，如下圖所示。(a)穩(wěn)定:fc>f0,Gm<0dB(b)自激:

fc<f0,Gm>0dB(c)臨界狀態(tài):

fc=f0,Gm=0dB

判斷自激的實(shí)用方法§7-5．負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定問(wèn)題64fc>f0,Gm<0dB。從A=－180出發(fā)，得到的Gm<0dB，即AF<1，不滿足幅度條件。判斷自激的條件歸納如下：fc<f0,Gm>0dB。從A=－180出發(fā)，得到的Gm>0dB，即AF>1，滿足幅度條件。fc=f0,Gm=0dB。從A=－180出發(fā)，得到的Gm=0dB，即AF=1。穩(wěn)定狀態(tài)：自激狀態(tài)：臨界狀態(tài)：65小結(jié)第七章66一、反饋的判斷方法1.有無(wú)反饋:2.