模電課件第六章

第六章反饋

16―1反饋的基本概念及基本方程6―1―1什么是反饋 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(luò)，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(hào)對(duì)輸入信號(hào)起增強(qiáng)作用（如振蕩器）。負(fù)反饋：反饋信號(hào)對(duì)輸入信號(hào)起減弱作用（使放大器的某些性能得到改善）。2圖6―1負(fù)反饋穩(wěn)定工作點(diǎn)電路直流反饋：僅在直流通路中存在的反饋稱為直流反饋。交流反饋：僅在交流通路中存在的反饋稱為交流反饋。3直流負(fù)反饋主要用于穩(wěn)定放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)，本章重點(diǎn)討論交流負(fù)反饋，引入交流負(fù)反饋的放大器稱為負(fù)反饋放大器。4圖6―2反饋放大器基本框圖

6―1―2反饋放大器的基本框圖基本放大器A取樣∑比較Xi.′凈輸入信號(hào)Xf.反饋信號(hào)輸出信號(hào)＋輸入信號(hào)Af反饋放大器Xi.Xo...反饋網(wǎng)絡(luò)F.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))5圖6―2反饋放大器基本框圖

6―1―2反饋放大器的基本框圖基本放大器A取樣反饋網(wǎng)絡(luò)F∑比較Xf.Xi.′凈輸入信號(hào)反饋信號(hào)輸出信號(hào)＋輸入信號(hào)Af反饋放大器Xi.Xo....反饋網(wǎng)絡(luò)的傳輸系數(shù)(也稱反饋系數(shù))6圖6―2反饋放大器基本框圖

6―1―2反饋放大器的基本框圖基本放大器A取樣反饋網(wǎng)絡(luò)F∑比較Xf.Xi.′凈輸入信號(hào)反饋信號(hào)輸出信號(hào)＋輸入信號(hào)Af反饋放大器Xi.Xo....反饋放大器的傳輸增益（也稱閉環(huán)增益）76―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(luò)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(dǎo)增益或互阻增益。8反饋放大器的基本方程9結(jié)論（1）負(fù)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(qiáng)弱；D1或AF1

，深反饋條件10（3）深反饋條件下，（4）若正反饋，則116.1.4負(fù)反饋放大電路的組態(tài)和四種基本類型一、電壓反饋和電流反饋及其判斷方法根據(jù)反饋網(wǎng)絡(luò)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(luò)與基本放大器輸出端并聯(lián)連接，反饋信號(hào)直接取自于輸出電壓。電流反饋：反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大器輸出端串聯(lián)連接，反饋信號(hào)直接取自于輸出電流。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―6電壓反饋和電流反饋13 采用“輸出負(fù)載短路法”。只要令輸出端負(fù)載短路，輸出電壓為零，若反饋量也隨之為零，則說明電路中引入了電壓反饋；若反饋量依然存在，則說明電路中引入了電流反饋。

判斷方法141516 根據(jù)反饋網(wǎng)絡(luò)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(luò)串聯(lián)在基本放大器的輸入回路中，使得凈輸入電壓U

i’等于總輸入電壓Ui減去反饋電壓Uf，即Ui’=Ui－Uf。并聯(lián)反饋：反饋網(wǎng)絡(luò)直接并聯(lián)在基本放大器的輸入端，在這種反饋方式中，放大器的凈輸入電流Ii’等于輸入電流Ii減去反饋電流If，即Ii’=Ii－If，

。二、串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋及其判斷方法17ARiF＋－Ui.－RifUf＋－＋Ui′Ii...(a)串聯(lián)反饋1）Ui’與Uf是串聯(lián)關(guān)系。2）輸入信號(hào)與反饋信號(hào)不在同一節(jié)點(diǎn)上。3）18ARiF＋－Ui.RifIi.Ii.′If.(b)并聯(lián)反饋1）Ui’與Uf是并聯(lián)關(guān)系。2）輸入信號(hào)與反饋信號(hào)在同一節(jié)點(diǎn)上。3）19＋－uiR1Ii.Ii.′If.Rf反饋＋－Ui.Ui.′REUf.Rf反饋圖6―10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20一般地，串聯(lián)反饋是輸入信號(hào)與反饋信號(hào)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(gè)輸入端。串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋的判斷方法21Ui.AFUo.＋－－＋Uf.Ui.′AFUo.Us.RsIi.If.Ii.′

圖6.1.9四種典型的負(fù)反饋組態(tài)電路(a)串聯(lián)電壓負(fù)反饋(b)串聯(lián)電流負(fù)反饋(c)并聯(lián)電壓負(fù)反饋(d)并聯(lián)電流負(fù)反饋AFUo.IoUs.RsIi.Ii.′If..AFUo.＋－Ui.－＋Uf.Ui.′Io＋－.三、四種基本反饋類型22Ui.AFUo.＋－－＋Uf.Ui.′(a)串聯(lián)電壓負(fù)反饋6-1-4四種組態(tài)反饋放大器增益和反饋系數(shù)的定義及近似計(jì)算

一、串聯(lián)電壓負(fù)反饋23

二、串聯(lián)電流負(fù)反饋(b)串聯(lián)電流負(fù)反饋AFUo.＋－Ui.－＋Uf.Ui.′Io＋－.24三、并聯(lián)電壓負(fù)反饋AFUo.Us.RsIi.If.Ii.′(c)并聯(lián)電壓負(fù)反饋25四、并聯(lián)電流負(fù)反饋(d)并聯(lián)電流負(fù)反饋AFUo.IoUs.RsIi.Ii.′If..26四、負(fù)反饋放大電路舉例1.電壓串聯(lián)負(fù)反饋27瞬時(shí)極性法：在反饋放大電路的輸入端加入對(duì)地瞬時(shí)極性為正的電壓。根據(jù)放大電路的工作原理，就可標(biāo)出電路中各點(diǎn)電壓的瞬時(shí)極性。通過檢驗(yàn)反饋信號(hào)是增強(qiáng)還是削弱凈輸入信號(hào)（串聯(lián)反饋指的是凈輸入電壓，并聯(lián)反饋指的是凈輸入電流）來判別，削弱者為負(fù)反饋，增強(qiáng)者為正反饋。正反饋和負(fù)反饋的判決方法282930在深負(fù)反饋條件下31圖6―18三種不同反饋組態(tài)的單級(jí)放大器2.電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路3233圖6―18三種不同反饋組態(tài)的單級(jí)放大器3.電流串聯(lián)負(fù)反饋電路34354.電流并聯(lián)負(fù)反饋電路36在深負(fù)反饋下376―2負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響

6―2―1負(fù)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(luò)F∑比較Xf.Xi.′凈輸入信號(hào)反饋信號(hào)輸出信號(hào)＋輸入信號(hào)Af反饋放大器Xi.Xo.圖6―2反饋放大器基本框圖..38通常用放大倍數(shù)的相對(duì)變化量來衡量放大器的穩(wěn)定性。基本放大器A取樣反饋網(wǎng)絡(luò)F∑比較Xf.Xi.′凈輸入信號(hào)反饋信號(hào)輸出信號(hào)＋輸入信號(hào)Af反饋放大器Xi.Xo....39開環(huán)放大倍數(shù)相對(duì)穩(wěn)定度為閉環(huán)放大倍數(shù)相對(duì)穩(wěn)定度為若近似以增量代替微分，則：40結(jié)論 引入負(fù)反饋使放大倍數(shù)的相對(duì)變化量減小為原相對(duì)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(fù)反饋時(shí)，Af=1/F，因此，只要F穩(wěn)定，Af也將穩(wěn)定。

注意：負(fù)反饋被穩(wěn)定的對(duì)象與反饋信號(hào)的取樣對(duì)象有關(guān)。如果取樣對(duì)象是輸出電壓，則輸出電壓將被穩(wěn)定；如果取樣對(duì)象是輸出電流，則輸出電流將被穩(wěn)定。

41例1設(shè)計(jì)一個(gè)負(fù)反饋放大器，要求閉環(huán)放大倍數(shù)Af=100,當(dāng)開環(huán)放大倍數(shù)A變化±10%時(shí)，Af的相對(duì)變化量在±0.5%以內(nèi)，試確定開環(huán)放大倍數(shù)A及反饋系數(shù)F值。所以，反饋深度D必須滿足因?yàn)榻庖驗(yàn)?2所以因?yàn)樗?36-2-2負(fù)反饋使放大器通頻帶展寬，線性失真減小引入負(fù)反饋后，閉環(huán)增益：因此：44式中：45無反饋放大器的頻率響應(yīng)有負(fù)反饋放大器的頻率響應(yīng)增益AIAI-3dBAIfAIf-3dBfLffLfH無反饋放大器的帶寬負(fù)反饋放大器的帶寬fHff(頻率)圖6―3負(fù)反饋改善放大器頻率響應(yīng)的示意圖46圖6―4引起頻率失真的因素必須包含在反饋環(huán)之內(nèi)476-2-3負(fù)反饋使非線性失真減小，輸入動(dòng)態(tài)范圍展寬48io0ubeA＋Xi.Xo.－＋－xo0t0txi基本放大器t0xi0txi′圖6―5負(fù)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(fù)反饋使非線性失真減小txo0xf0t49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。50負(fù)反饋使非線性失真減小了（1+AF）倍。失真減小，意味著線性動(dòng)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(duì)外來信號(hào)已有的非線性失真，負(fù)反饋將無能為力。而且，只在輸入信號(hào)有增大的余地，非線性失真也不是十分嚴(yán)重的情況下才是正確的。516-2-4負(fù)反饋可以減小放大器內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲與干擾的影響利用負(fù)反饋抑制放大器內(nèi)部噪聲及干擾的機(jī)理與減小非線性失真是一樣的。負(fù)反饋輸出噪聲下降(1+AF)倍。如果輸入信號(hào)本身不攜帶噪聲和干擾，且其幅度可以增大，輸出信號(hào)分量保持不變，那么放大器的信噪比將提高(1+AF)倍。52(1)負(fù)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(guān)。(2)被改善的對(duì)象就是被取樣的對(duì)象。負(fù)反饋的特點(diǎn)(3)負(fù)反饋只能改善包含在負(fù)反饋環(huán)節(jié)以內(nèi)的放大器性能，對(duì)反饋環(huán)以外的，與輸入信號(hào)一起進(jìn)來的失真、干擾、噪聲及其它不穩(wěn)定因素是無能為力的。536-3反饋放大器的分類及對(duì)輸入、輸出阻抗的影響6-3-1電壓反饋與電流反饋 根據(jù)反饋網(wǎng)絡(luò)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：反饋信號(hào)直接取自于輸出電壓。反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大器輸出端并聯(lián)連接。電流反饋：反饋信號(hào)直接取自于輸出電流。反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大器輸出端串聯(lián)連接。54(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―6電壓反饋和電流反饋55 采用“輸出短路法”。即將輸出端短路，觀察反饋信號(hào)是否還存在。如果反饋信號(hào)不存在，說明是電壓反饋；反之，則說明是電流反饋。判斷方法56

6-3-2電壓反饋和電流反饋對(duì)輸出電阻的影響圖6―7電壓負(fù)反饋放大器輸出電阻的計(jì)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(fù)載開路放大倍數(shù)）。XiXi’Xf57分析：在無反饋時(shí)，將輸入短路Xi=0，則凈輸入Xi’=0，所以AoXi’=0，此時(shí)的輸出電阻為Ro。引入反饋后，當(dāng)Xi=0時(shí)，凈輸入Xi’0，而是Xi’=-Xf，此時(shí)反饋放大器的輸出電阻為：XiXi’Xf58XiXi’Xf59圖6―8電流負(fù)反饋放大器輸出電阻的計(jì)算電流負(fù)反饋對(duì)輸出電阻的影響XiXi’Xf60 根據(jù)反饋網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(luò)并接在基本放大器的輸入端。6―3―3串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋61ARiF＋－Ui.－RifUf＋－＋Ui′Ii...(a)串聯(lián)反饋1）Ui’與Uf是串聯(lián)關(guān)系。2）輸入信號(hào)與反饋信號(hào)不在同一節(jié)點(diǎn)上。3）62ARiF＋－Ui.RifIi.Ii.′If.(b)并聯(lián)反饋1）Ui’與Uf是并聯(lián)關(guān)系。2）輸入信號(hào)與反饋信號(hào)在同一節(jié)點(diǎn)上。3）63＋－uiR1Ii.Ii.′If.Rf反饋＋－Ui.Ui.′REUf.Rf反饋圖6―10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64V1V2R1R1Uf.Rf反饋Io＋－Ui.＋－R1Ii.Ii.′If.Rf反饋Ui.IoV1V2R1圖6―11差分放大器中引入串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋(a)串聯(lián)反饋(b)并聯(lián)反饋65一般地，串聯(lián)反饋是輸入信號(hào)與反饋信號(hào)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(gè)輸入端。串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋的判斷方法666―3―4串聯(lián)負(fù)反饋和并聯(lián)負(fù)反饋對(duì)放大器輸入電阻的影響ARiF＋－Ui.－RifUf＋－＋Ui′Ii...(a)串聯(lián)反饋67ARiF＋－Ui.RifIiIi′If.(b)并聯(lián)反饋68Ui.AFUo.＋－－＋Uf.Ui.′AFUo.Us.RsIi.If.Ii.′

圖6―12四種典型的負(fù)反饋組態(tài)電路(a)串聯(lián)電壓負(fù)反饋(b)串聯(lián)電流負(fù)反饋(c)并聯(lián)電壓負(fù)反饋(d)并聯(lián)電流負(fù)反饋AFUo.IoUs.RsIi.Ii.′If..AFUo.＋－Ui.－＋Uf.Ui.′Io＋－.69Ui.AFUo.＋－－＋Uf.Ui.′(a)串聯(lián)電壓負(fù)反饋6-4反饋放大器的分析和近似計(jì)算6-4-1四種組態(tài)反饋放大器增益和反饋系數(shù)的定義及近似計(jì)算

一、串聯(lián)電壓負(fù)反饋70

二、串聯(lián)電流負(fù)反饋(b)串聯(lián)電流負(fù)反饋AFUo.＋－Ui.－＋Uf.Ui.′Io＋－.71三、并聯(lián)電壓負(fù)反饋AFUo.Us.RsIi.If.Ii.′(c)并聯(lián)電壓負(fù)反饋72四、并聯(lián)電流負(fù)反饋(d)并聯(lián)電流負(fù)反饋AFUo.IoUs.RsIi.Ii.′If..73基本放大器引入負(fù)反饋的原則在電路輸出端若要求電路Uo穩(wěn)定或Ro小應(yīng)引入電壓負(fù)反饋。若要求電路Io穩(wěn)定或Ro大應(yīng)引入電流負(fù)反饋。在電路輸入端若要求Ri大或從信號(hào)源索取的電流小引入串聯(lián)負(fù)反饋。若要求Ri小或從信號(hào)源索取的電流大引入并聯(lián)負(fù)反饋。反饋效果與信號(hào)源內(nèi)阻RS的關(guān)系若電路采用RS較小的電壓源激勵(lì)應(yīng)引入串聯(lián)負(fù)反饋若電路采用RS較大的電流源激勵(lì)應(yīng)引入并聯(lián)負(fù)反饋反饋效果與增益的關(guān)系若要穩(wěn)定電壓增益應(yīng)引入串聯(lián)電壓負(fù)反饋若要穩(wěn)定電導(dǎo)增益應(yīng)引入串聯(lián)電流負(fù)反饋74深度負(fù)反饋條件下對(duì)串聯(lián)反饋對(duì)并聯(lián)反饋放大器工作在深度負(fù)反饋條件下，即求Auf時(shí)，可以利用如下關(guān)系式：75正反饋和負(fù)反饋的判決方法瞬時(shí)極性法：假設(shè)輸入信號(hào)向某一方向變化，沿閉環(huán)系統(tǒng)，逐級(jí)推出電路中其它各有關(guān)點(diǎn)信號(hào)的瞬時(shí)變化極性，最后看反饋到輸入端信號(hào)的極性對(duì)原來的信號(hào)是增強(qiáng)還是削弱。增強(qiáng)則為正反饋，削弱則為負(fù)反饋。76負(fù)反饋77負(fù)反饋78正反饋79負(fù)反饋80正反饋81負(fù)反饋826―4―3分立元件負(fù)反饋放大器的分析計(jì)算一、單級(jí)負(fù)反饋放大器電路1.單級(jí)串聯(lián)電壓負(fù)反饋電路反饋網(wǎng)絡(luò)(a)RBUCCC1Ui.C2REUfUo..RLUo.iU&￠=++83反饋網(wǎng)絡(luò)(a)RBUCCC1Ui.C2REUfUo..RLUo.iU&￠=++84圖6―18三種不同反饋組態(tài)的單級(jí)放大器2.單級(jí)串聯(lián)電流負(fù)反饋電路85用等效模型精確計(jì)算：86圖6―18三種不同反饋組態(tài)的單級(jí)放大器3.單級(jí)并聯(lián)電壓負(fù)反饋電路(c)R2UCC+_C2.RERLUo.CER1If.Ii.RCiU&￠iI&￠反饋網(wǎng)絡(luò)+_87(c)R2UCC+_C2.RERLUo.CER1If.Ii.RCiU&￠iI&￠反饋網(wǎng)絡(luò)+_88圖6―19串聯(lián)電壓負(fù)反饋對(duì)二、多級(jí)反饋放大器電路R2c1R1R5R4R6RLC1+_Uf.R3C3V1V2c2C2UoUCCUi.反饋網(wǎng)絡(luò)e1b1iU&￠+_+++_++_+891.串聯(lián)電壓負(fù)反饋對(duì)90(a)R4＋－Ui.Ui.′R3＋－Uo.Uf.V1(b)＋－Ui.V1R3||R4＋－Uf＝.R3R3＋R4Uo＝FUo..圖6―20等效到第一級(jí)射極的反饋電壓(a)輸入回路等效；(b)戴維南等效電路91圖6―21并聯(lián)電流負(fù)反饋對(duì)2.并聯(lián)電流負(fù)反饋對(duì)R2CCR3RLUo.R6CER1Ii.c1If.Ui.e1V1e2UCCR4V2R5Rof反饋網(wǎng)絡(luò)b1c2iU&￠iI&￠+_++__++__+9293圖6―22串聯(lián)電流負(fù)反饋電路3.串聯(lián)電流負(fù)反饋電路R2U’i.R3c1Ui.V1c2R4V2R5CBUf.R8b1R1CCRLUo.e3UCCR6V3R7+_+_+_++_++_+反饋網(wǎng)絡(luò)9495圖6―23三級(jí)并聯(lián)電壓負(fù)反饋電路4.并聯(lián)電壓負(fù)反饋電路Ui.V1R3CE1R1If.Ii.R2c1R4R6CE3R8R7UCCV2V3b1Rif≈R1Uo.c2c3R5iU&￠iI&￠+_+_+_++反饋網(wǎng)絡(luò)9697圖6―24串聯(lián)電流正反饋電路5.串聯(lián)電流正反饋電路98六、復(fù)反饋放大器99(b)復(fù)反饋補(bǔ)償電流高頻響應(yīng)100圖6―27例2電路三、反饋放大器例題分析101例2電路如圖6―27所示。這是一個(gè)兩級(jí)放大器，第一級(jí)為場效應(yīng)管差分放大器，第二級(jí)為運(yùn)放構(gòu)成的反相比例放大器。(1)為進(jìn)一步提高輸出電壓穩(wěn)定度，試正確引入反饋。(2)計(jì)算沒有引入反饋時(shí)放大倍數(shù)。

(3)計(jì)算引入反饋后的閉環(huán)放大倍數(shù)Auf=?(4)若一定要求引入并聯(lián)電壓負(fù)反饋，電路應(yīng)如何改接?102103