模擬電子技術(shù)0CH07-2

7.5深度負(fù)反饋條件下的近似計(jì)算1.深度負(fù)反饋的特點(diǎn)2.舉例11.深度負(fù)反饋的特點(diǎn)即，深度負(fù)反饋條件下，閉環(huán)增益只與反饋網(wǎng)絡(luò)有關(guān)由于則又因?yàn)榇肷鲜降茫ㄒ渤?xiě)為xf

xi）凈輸入量近似等于零由此可得深度負(fù)反饋條件下，基本放大電路“兩虛”的概念輸入量近似等于反饋量（xid

0）21.深度負(fù)反饋的特點(diǎn)串聯(lián)負(fù)反饋，輸入端電壓求和深度負(fù)反饋條件下

xid=

xi-

xf

0

虛短虛斷虛短虛斷并聯(lián)負(fù)反饋，輸入端電流求和vid=

vi-

vf

0iid=

ii-

if

0vid=

iid

ri

0342.舉例電壓串聯(lián)負(fù)反饋反饋系數(shù)實(shí)際上該電路就是第2章介紹的同相比例放大電路，該結(jié)果與第2章所得結(jié)果相同設(shè)電路滿(mǎn)足深度負(fù)反饋條件，試寫(xiě)出該電路的閉環(huán)電壓增益表達(dá)式。解：根據(jù)虛短、虛斷閉環(huán)增益（就是閉環(huán)電壓增益）52.舉例(例7.5.1)電壓串聯(lián)負(fù)反饋設(shè)電路滿(mǎn)足深度負(fù)反饋條件，試寫(xiě)出該電路的閉環(huán)電壓增益表達(dá)式。解：根據(jù)虛短、虛斷閉環(huán)電壓增益62.舉例(例7.5.4)電流并聯(lián)負(fù)反饋設(shè)電路滿(mǎn)足深度負(fù)反饋條件，試寫(xiě)出該電路的閉環(huán)增益和閉環(huán)源電壓增益表達(dá)式。解：且符合：虛短、虛斷條件iR題目分析:電路滿(mǎn)足深度負(fù)反饋條件：則再看電路形式：反饋與輸入端是連在一起－是并聯(lián)反饋再看輸出端RL短路后反饋仍存在－是電流反饋所以是72.舉例(例7.5.4)對(duì)電流并聯(lián)負(fù)反饋設(shè)電路滿(mǎn)足深度負(fù)反饋條件，試寫(xiě)出該電路的閉環(huán)增益和閉環(huán)源電壓增益表達(dá)式。解：iR題目要求:電路的閉環(huán)增益應(yīng)求：還要求：閉環(huán)源電壓增益82.舉例(例7.5.4)設(shè)電路滿(mǎn)足深度負(fù)反饋條件，試寫(xiě)出該電路的閉環(huán)增益和閉環(huán)源電壓增益表達(dá)式。解：根據(jù)虛短、虛斷閉環(huán)增益iR求閉環(huán)增益（Iid≈0）（Rf和R上電壓相等）（節(jié)點(diǎn)電流和為零）上式變量有：if、ii、io和iR，iR

和if是多出變量-消掉先求：92.舉例(例7.5.4)設(shè)電路滿(mǎn)足深度負(fù)反饋條件，試寫(xiě)出該電路的閉環(huán)增益和閉環(huán)源電壓增益表達(dá)式。解：根據(jù)虛短、虛斷iR求閉環(huán)源電壓增益：上式變量有：if、ii、io，if是多出變量-消掉再求：從輸入到輸出建立vs、vo關(guān)系式輸入輸入與輸出之間，反饋鏈路輸出10解:（3）

閉環(huán)增益例7.5.5…（3）求大環(huán)反饋的閉環(huán)增益以及對(duì)信號(hào)源的閉環(huán)電壓增益；…

電壓并聯(lián)負(fù)反饋根據(jù)虛短、虛斷0V2.舉例求：11解:（3）

例7.5.5…（3）求大環(huán)反饋的閉環(huán)增益以及對(duì)信號(hào)源的閉環(huán)電壓增益；…

電壓并聯(lián)負(fù)反饋0V2.舉例1213特點(diǎn)：反饋回路上也有放大器！反饋組態(tài)？反饋沒(méi)有回到相同端：串聯(lián)反饋輸出短路，反饋沒(méi)有了：電壓反饋反饋組態(tài)是電壓串聯(lián)負(fù)反饋14求閉環(huán)電壓增益：157.6負(fù)反饋放大電路設(shè)計(jì)7.6.1設(shè)計(jì)負(fù)反饋放大電路的一般步驟7.6.2設(shè)計(jì)舉例167.6.1設(shè)計(jì)負(fù)反饋放大電路的一般步驟1.選定需要的反饋類(lèi)型2.確定反饋系數(shù)的大小3.適當(dāng)選擇反饋網(wǎng)絡(luò)中的電阻阻值4.通過(guò)仿真分析，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)是否滿(mǎn)足要求信號(hào)源性質(zhì)對(duì)輸出信號(hào)的要求對(duì)輸入、輸出電阻的要求對(duì)信號(hào)變換的要求（V-V、V-I、I-V、I-I

）深度負(fù)反饋時(shí)盡量減小反饋網(wǎng)絡(luò)對(duì)基本放大電路的負(fù)載效應(yīng)177.6.2設(shè)計(jì)舉例例7.6.2設(shè)計(jì)一個(gè)帶負(fù)反饋的光電隔離器的驅(qū)動(dòng)電路。設(shè)vs的變化范圍為0～5V，內(nèi)阻Rs=500Ω。要求LED的io1=10-3vs(A)。已知運(yùn)放的Avo=104，Ri=5kΩ，Ro=100Ω。設(shè)計(jì)后仿真檢驗(yàn)發(fā)光二極管的電流。解:驅(qū)動(dòng)電路需要將電壓vs轉(zhuǎn)換為電流io1已知LED的光強(qiáng)度——流過(guò)LED的電流io1線(xiàn)性——電壓信號(hào)vs線(xiàn)性選用電流串聯(lián)負(fù)反饋電路光電隔離器18解:選用電流串聯(lián)負(fù)反饋電路所以Rf=1kΩ又因?yàn)楦鶕?jù)虛斷有深度負(fù)反饋時(shí)7.6.2設(shè)計(jì)舉例例7.6.2設(shè)計(jì)一個(gè)帶負(fù)反饋的光電隔離器的驅(qū)動(dòng)電路。設(shè)vs的變化范圍為0～5V，內(nèi)阻Rs=500Ω。要求LED的io1=10-3vs(A)。已知運(yùn)放的Avo=104，Ri=5kΩ，Ro=100Ω。設(shè)計(jì)后仿真檢驗(yàn)發(fā)光二極管的電流。19解:仿真電路io1與vs的呈線(xiàn)性關(guān)系，

io1=10-3vs，放大電路滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。7.6.2設(shè)計(jì)舉例例7.6.2設(shè)計(jì)一個(gè)帶負(fù)反饋的光電隔離器的驅(qū)動(dòng)電路。設(shè)vs的變化范圍為0～5V，內(nèi)阻Rs=500Ω。要求LED的io1=10-3vs(A)。已知運(yùn)放的Avo=104，Ri=5kΩ，Ro=100Ω。設(shè)計(jì)后仿真檢驗(yàn)發(fā)光二極管的電流。vLEDvSiO10.7ViO1207.7負(fù)反饋放大電路的頻率響應(yīng)7.7.2增益-帶寬積7.7.1頻率響應(yīng)的一般表達(dá)式217.7.1頻率響應(yīng)的一般表達(dá)式前述反饋放大電路討論均是在中頻帶的但是由于電路中存在電抗性元件及PN結(jié)電容反饋增益也是信號(hào)頻率的函數(shù)227.7.1頻率響應(yīng)的一般表達(dá)式基本放大電路的高頻響應(yīng)為基本放大電路通帶增益根據(jù)閉環(huán)增益表達(dá)式有（設(shè)反饋網(wǎng)絡(luò)為純阻網(wǎng)絡(luò)）237.7.1頻率響應(yīng)的一般表達(dá)式比開(kāi)環(huán)時(shí)增加了——通帶閉環(huán)增益其中同理可得——閉環(huán)上限頻率比開(kāi)環(huán)時(shí)減小了——閉環(huán)下限頻率引入負(fù)反饋后，放大電路的通頻帶展寬了247.7.1頻率響應(yīng)的一般表達(dá)式例7.7.1的波特圖開(kāi)環(huán)增益反饋系數(shù)為0.01時(shí)反饋系數(shù)為0.1時(shí)反饋系數(shù)為1時(shí)當(dāng)反饋網(wǎng)絡(luò)為阻性時(shí)，反饋系統(tǒng)的中頻增益隨反饋深度平行下降。電抗元件引起的高低頻區(qū)的下降與開(kāi)環(huán)相同。257.7.2增益-帶寬積放大電路的增益-帶寬積為常數(shù)閉環(huán)增益-帶寬積開(kāi)環(huán)增益-帶寬積end放大電路中增益與帶寬成反比要增加帶寬，就要降低增益。要增加增益，就要降低帶寬。增益和帶寬需要綜合考慮。267.8負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定性*7.8.2頻率補(bǔ)償7.8.1負(fù)反饋放大電路的自激振蕩及

穩(wěn)定工作的條件277.8.1負(fù)反饋放大電路的自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件1.自激振蕩現(xiàn)象引言前述：反饋深度越深，電路性能越好交流反饋對(duì)電路的影響程度由負(fù)反饋深度或環(huán)路增益決定但是反饋過(guò)深時(shí)：電路會(huì)產(chǎn)生一種不穩(wěn)定的現(xiàn)象：自激振蕩287.8.1負(fù)反饋放大電路的自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件1.自激振蕩現(xiàn)象當(dāng)某一時(shí)刻：反饋Xf信號(hào)相對(duì)輸入Xi信號(hào)發(fā)生180°相移圖示為正常反饋系統(tǒng)基本放大器產(chǎn)生相移反饋網(wǎng)絡(luò)也發(fā)生相移輸入Xi

與反饋信號(hào)Xf成為相加關(guān)系凈輸入增大變成正反饋?。?9當(dāng)輸入信號(hào)去掉內(nèi)部環(huán)流仍然能夠循環(huán)下去系統(tǒng)會(huì)如何？307.8.1負(fù)反饋放大電路的自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件2.自激振蕩產(chǎn)生原因便產(chǎn)生自激振蕩。在高頻區(qū)或低頻區(qū)產(chǎn)生的附加相移達(dá)到180使中頻區(qū)的負(fù)反饋在高頻區(qū)或低頻區(qū)變成了正反饋當(dāng)滿(mǎn)足了一定的幅值條件時(shí)313.自激振蕩條件自激振蕩反饋深度即又得自激振蕩條件幅值條件相位條件（附加相移）注：輸入端求和的相位（-1）不包含在內(nèi)閉環(huán)增益7.8.1負(fù)反饋放大電路的自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件32—基本放大電路在高頻或低頻區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的附加相移——反饋網(wǎng)絡(luò)高頻或低頻區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的附加相移式中(1)AF≥1，環(huán)路內(nèi)信號(hào)有循環(huán)的能量，產(chǎn)生自激振蕩。(2)如果AF<1輸出信號(hào)在不斷的減小,不會(huì)產(chǎn)生自激振蕩。相位條件是產(chǎn)生自激振蕩的必要條件幅度條件是產(chǎn)生自激振蕩的充分條件334.穩(wěn)定工作條件破壞自激振蕩條件或7.8.1負(fù)反饋放大電路的自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件環(huán)路增益小于1，信號(hào)越來(lái)越小，振蕩能量不夠相位條件不滿(mǎn)足344.穩(wěn)定工作條件破壞自激振蕩條件當(dāng)反饋網(wǎng)絡(luò)為純電阻網(wǎng)絡(luò)時(shí)，f=0。其中Gm——幅值裕度，一般要求Gm≤

-10dBm——相位裕度，一般要求m≥45（保證可靠穩(wěn)定，留有余地）寫(xiě)成等式，且幅值用分貝數(shù)表示時(shí)7.8.1負(fù)反饋放大電路的自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件35用波特圖表示或Gm≤-10dB或m≥454.穩(wěn)定工作條件7.8.1負(fù)反饋放大電路的自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件或36自激時(shí)37(1)找相位臨界頻率fc

電路不穩(wěn)定即滿(mǎn)足的頻率點(diǎn)fc

b.如果電路穩(wěn)定a.如果≥138(3)

根據(jù)fc

和f0的位置判斷a.當(dāng)

fc＜f0

時(shí)電路不穩(wěn)定b.當(dāng)fc＞f0

時(shí)電路穩(wěn)定00dBAF/lg20||??00dBAF/lg20||??395.負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性分析環(huán)路增益的幅頻響應(yīng)寫(xiě)為一般與頻率無(wú)關(guān)，則的幅頻響應(yīng)是一條水平線(xiàn)利用波特圖分析關(guān)鍵是作出的幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)波特圖水平線(xiàn)的交點(diǎn)為即該點(diǎn)滿(mǎn)足7.8.1負(fù)反饋放大電路的自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件40(2)作水平線(xiàn)判斷穩(wěn)定性方法(1)作出的幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)波特圖(3)判斷是否滿(mǎn)足相位裕度m≥45在相頻響應(yīng)的點(diǎn)處作垂線(xiàn)與交于P點(diǎn)若P點(diǎn)在水平線(xiàn)之下，穩(wěn)定；否則不穩(wěn)定?；?.負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性分析7.8.1負(fù)反饋放大電路的自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件在水平線(xiàn)的交點(diǎn)作垂線(xiàn)交于相頻響應(yīng)曲線(xiàn)的一點(diǎn)。若該點(diǎn)|a|≤135，滿(mǎn)足相位裕度，穩(wěn)定；否則不穩(wěn)定。417.8.1自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件5.負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性分析設(shè)有一個(gè)負(fù)反饋（電壓）放大電路反饋網(wǎng)絡(luò)由純電阻構(gòu)成基本放大電路為三級(jí)直接耦合式放大電路開(kāi)環(huán)幅頻特性如圖所示：有三個(gè)極點(diǎn)，故有三個(gè)轉(zhuǎn)折頻率：每個(gè)極點(diǎn)制造-20dB/十倍頻程的下降。427.8.1自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件5.負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性分析第一極點(diǎn)制造-20dB/十倍頻程的下降。第二個(gè)極點(diǎn)制造-20dB/十倍頻程的下降，同時(shí)疊加第一個(gè)極點(diǎn)的-20dB/十倍頻程的下降。共制造-40dB/十倍頻程的下降。第三個(gè)極點(diǎn)制造-20dB/十倍頻程的下降，同時(shí)疊加前兩個(gè)極點(diǎn)的-40dB/十倍頻程的下降。共制造-60dB/十倍頻程的下降。437.8.1自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件5.負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性分析每個(gè)極點(diǎn)制造90°相移三個(gè)極點(diǎn)共制造270°相移447.8.1自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件5.負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性分析幅頻特性輪廓為開(kāi)環(huán)特性作水平線(xiàn)交與M點(diǎn)處：有M點(diǎn)對(duì)應(yīng)90°相移故系統(tǒng)穩(wěn)定457.8.1自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件5.負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性分析水平線(xiàn)下移交與N點(diǎn)處：有N點(diǎn)對(duì)應(yīng)135°相移系統(tǒng)臨界穩(wěn)定46基本放大反饋深度越深，越容易自激。越大，水平線(xiàn)下移，越容易自激越大，表明反饋深度越深7.8.1自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件5.負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性分析47負(fù)反饋電路穩(wěn)定若環(huán)路增益AF只有一個(gè)極點(diǎn)，則高頻時(shí)最大相移為-90°兩個(gè)極點(diǎn)，會(huì)制造180°相移高頻時(shí)會(huì)不穩(wěn)定高頻相移超過(guò)180°時(shí)，電路肯定自激，必須采取消振措施三個(gè)極點(diǎn)，會(huì)制造270°相移48電路1電路2穩(wěn)定不穩(wěn)定OOdBAF/lg20||??OOdBAF/lg20||??為使系統(tǒng)穩(wěn)定將180°處增益下移。4900dBAF/lg20||??電路1電路2穩(wěn)定不穩(wěn)定00dBAF/lg20||??為使系統(tǒng)穩(wěn)定將fT處相頻特性上移。507.5.1自激及穩(wěn)定工作條件思考如果在0dB線(xiàn)以上只有一個(gè)轉(zhuǎn)折頻率，則無(wú)論反饋深度如何，電路都能穩(wěn)定工作，對(duì)嗎？（假設(shè)為無(wú)源網(wǎng)絡(luò)）最大為1，即0dB線(xiàn)以上只有一個(gè)轉(zhuǎn)折頻率，則在0dB線(xiàn)以上的斜率為-20dB/十倍頻程。無(wú)論反饋深度如何，P點(diǎn)都交在的-20dB/十倍頻程處，放大電路是穩(wěn)定的。51*7.8.2頻率補(bǔ)償不作要求end5253密勒電容5455練習(xí)題[例1]

某一負(fù)反饋放大電路的開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)|A|=300，反饋系數(shù)|F|=0.01。試問(wèn)(1)閉環(huán)電壓放大倍數(shù)|Af|為多少？(2)如果|A|發(fā)生20%的變化，則|Af|

的相對(duì)變化為多少？[解](1)閉環(huán)電壓放大倍數(shù)56(2)當(dāng)已知A的相對(duì)變化率來(lái)計(jì)算Af的相對(duì)變化率時(shí)，應(yīng)根據(jù)A的相對(duì)變化率的大小采用不同的方法。本例中A已有20%的變化，應(yīng)采用后一種方法。

b.當(dāng)A的相對(duì)變化率較大時(shí)，應(yīng)通過(guò)|A|/|A|計(jì)算出|Af

|后再計(jì)算|Af

|/|Af

|。a.當(dāng)A的相對(duì)變化率較小時(shí)，可對(duì)|Af|=|A|/(1+|AF|)

求導(dǎo),推出d|Af|/|Af|與d|A|/|A|的關(guān)系式后再計(jì)算。57當(dāng)A變化20%時(shí)則|Af

|的相對(duì)變化率為58當(dāng)A變化–20%時(shí)那么，|Af

|的相對(duì)變化率為59[例2]某負(fù)反饋放大電路的組成框圖如圖所示，試求電路的總閉環(huán)增益。···+–XiA1A2F1F2–+Xo··[解]該負(fù)反饋放大電路有兩個(gè)反饋環(huán)，F(xiàn)1構(gòu)成外環(huán)，F(xiàn)2構(gòu)成內(nèi)環(huán)。60·

·

·

·

內(nèi)環(huán)的閉環(huán)增益為外環(huán)的開(kāi)環(huán)增益為···+–XiA1A2F1F2–+Xo··61因而該電路的閉環(huán)增益為······················+–XiA1A2F1F2–+Xo··62[例3]一反饋放大電路在F=0.1時(shí)的幅頻特性如圖所示。(1)試求基本放大電路的放大倍數(shù)|A|及閉環(huán)放大倍數(shù)|Af

|

?！ぁ?2)試寫(xiě)出基本放大電路的放大倍數(shù)的頻率特性表達(dá)式。|A|·2040060dB/20-80dBFA/lg20&&10102103十倍頻dB/40-f/Hz十倍頻63(3)已知AF在低頻時(shí)為正數(shù)