模擬電子學(xué)基礎(chǔ)第七章

模擬電子學(xué)基礎(chǔ)課件第七章第1頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7反饋放大電路7.1反饋的基本概念與分類(lèi)7.3負(fù)反饋放大電路增益的一般表達(dá)式7.4負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響7.5深度負(fù)反饋條件下的近似計(jì)算7.2負(fù)反饋放大電路的四種組態(tài)7.6負(fù)反饋放大電路設(shè)計(jì)7.7負(fù)反饋放大電路的頻率響應(yīng)7.8負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定性第2頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7.1反饋的基本概念與分類(lèi)7.1.2直流反饋與交流反饋7.1.3正反饋與負(fù)反饋7.1.4串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋7.1.1什么是反饋7.1.5電壓反饋與電流反饋第3頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7.1.1什么是反饋反饋：將電路輸出電量(電壓或電流)的一部分或全部通過(guò)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(guò)程。電路中的反饋又可分為：內(nèi)部反饋或寄生反饋外部反饋第4頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月反饋放大電路：引入反饋的放大電路，由基本放大電路A和反饋網(wǎng)絡(luò)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(hào)基本放大電路的輸入信號(hào)(凈輸入信號(hào))輸出信號(hào)反饋信號(hào)反饋通路信號(hào)反向傳輸?shù)那篱_(kāi)環(huán)無(wú)反饋通路閉環(huán)有反饋通路反饋系數(shù)第5頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月判斷一個(gè)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(guò)電阻RL與反相輸入端相連，但由于反相端接地，因而無(wú)反饋信號(hào)，從而不存在反饋。該電路為兩級(jí)放大電路，A1構(gòu)成電壓跟隨器，A2構(gòu)成反相比例運(yùn)算電路。每級(jí)放大都存在反饋——局部反饋反饋通路(本級(jí))反饋通路(本級(jí))反饋通路(級(jí)間)兩級(jí)放大間也存在反饋——級(jí)間反饋第6頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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(jù)反饋到輸入端的信號(hào)是交流，還是直流，或同時(shí)存在，來(lái)進(jìn)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(jí)間直流反饋？哪些元件引入了級(jí)間交流反饋？解：首先畫(huà)出該電路的直流通路和交流通路，如圖7.1.4a、b所示。第7頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在直流通路中，Rf1、Rf2組成了級(jí)間直流反饋通路。電阻Re1也能引入級(jí)間直流反饋。在交流通路中，Re1還能引入級(jí)間交流反饋。第8頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7.1.3正反饋與負(fù)反饋正反饋：輸入量不變時(shí)，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(fù)反饋：輸入量不變時(shí)，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。第9頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月正負(fù)反饋判別方法：瞬時(shí)極性法在電路中先假設(shè)輸入信號(hào)vi在某一瞬時(shí)變化的極性為正(相對(duì)于共同端)，用(+)號(hào)標(biāo)出；假設(shè)信號(hào)頻率在該電路的通頻帶內(nèi)，根據(jù)各種基本放大電路輸入與輸出信號(hào)間的相位關(guān)系，從輸入到輸出逐級(jí)標(biāo)出放大電路中各有關(guān)點(diǎn)電位的瞬時(shí)極性，或有關(guān)支路電流的瞬時(shí)流向，從而確定反饋信號(hào)的瞬時(shí)極性；最后，判斷反饋信號(hào)使凈輸入信號(hào)是削弱還是增強(qiáng)，若削弱則為負(fù)反饋，若增強(qiáng)則為正反饋。第10頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例7.1.3試判斷圖7.1.5所示各電路中級(jí)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(nèi)其輸出與輸入反相，因而集電極電位相對(duì)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(hào)vbe=vi，加入反饋后變?yōu)関be=vi-vf，因而Re1引入交流負(fù)反饋。io第11頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月該電路中，T1和T2組成第一級(jí)單端輸入﹣單端輸出的差分放大電路，且輸入與輸出信號(hào)分別在T1的基極和集電極，且相位相反。T3組成第二級(jí)共射放大電路，其輸出與輸入信號(hào)也反相。電阻Rf和Rb2組成級(jí)間反饋網(wǎng)絡(luò)，顯然反饋信號(hào)也為正。接入反饋前，凈輸入信號(hào)為vid=vb1，接入后為vid=vb1-vb2(vf)，Rf與Rb2引入負(fù)反饋。第12頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7.1.4串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋串并聯(lián)反饋判別：由反饋網(wǎng)絡(luò)在放大電路輸入端的連接方式判定。串聯(lián)反饋：反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大電路串聯(lián)連接，實(shí)現(xiàn)電壓比較。并聯(lián)反饋：反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大電路并聯(lián)連接，實(shí)現(xiàn)電流比較。凈輸入信號(hào)凈輸入信號(hào)第13頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)串聯(lián)反饋而言，要使其反饋效果好即使反饋信號(hào)vf對(duì)vid的調(diào)節(jié)作用最強(qiáng)，則vi最好固定不變。顯然只有當(dāng)信號(hào)源內(nèi)阻Rs=0時(shí)才能實(shí)現(xiàn)，因此串聯(lián)反饋要求信號(hào)源內(nèi)阻越小越好。而對(duì)并聯(lián)反饋則相反，要求信號(hào)源內(nèi)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(jí)間交流反饋是串聯(lián)反饋還是并聯(lián)反饋。解：如前所述，R2引入級(jí)間交流負(fù)反饋。由于反饋信號(hào)和輸入信號(hào)均接在同一節(jié)點(diǎn)，即運(yùn)放A1的同相輸入端，顯然是以電流形式比較，因而為并聯(lián)反饋。第14頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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(wǎng)絡(luò)在放大電路輸出端的取樣對(duì)象決定。電壓反饋：反饋信號(hào)xf和輸出電壓成比例，即xf=Fvo電流反饋：反饋信號(hào)xf與輸出電流成比例，即xf=Fio電壓負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電壓電流負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電流第15頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電壓電流反饋判別方法：“輸出短路法”假設(shè)輸出電壓vo=0或令負(fù)載電阻RL=0，若反饋信號(hào)消失，則說(shuō)明反饋信號(hào)與輸出電壓成比列，即為電壓反饋；若反饋信號(hào)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(hào)為電壓vf=vo。按照輸出短路法，令vo=0，則即反饋信號(hào)不再存在，因此該交流反饋為電壓反饋。第16頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月該電路中，Re構(gòu)成反饋回路，交流反饋信號(hào)為Re上的電壓信號(hào)。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(hào)vf≠0，所以該交流反饋為電流反饋。該電路中，Rf構(gòu)成反饋回路，且反饋信號(hào)為電流if，根據(jù)“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第17頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7.2負(fù)反饋放大電路的四種組態(tài)7.2.2電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路7.2.3電流串聯(lián)負(fù)反饋放大電路7.2.4電流并聯(lián)負(fù)反饋放大電路7.2.1電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路第18頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7.2.1電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路圖7.2.1a所示為電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路。反饋網(wǎng)絡(luò)輸入端口放大電路輸出端口并聯(lián)反饋網(wǎng)絡(luò)輸出端口放大電路輸入端口串聯(lián)圖7.2.1a所示為電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路的一個(gè)實(shí)際電路。電阻Rf與R1構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)，R1上的電壓vf為反饋信號(hào)，且當(dāng)為電壓反饋第19頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月利用瞬時(shí)極性法可判定該反饋為負(fù)反饋，其反饋系數(shù)為電壓反饋系數(shù)Fv，即電壓負(fù)反饋的重要特點(diǎn)具有穩(wěn)定輸出電壓的作用當(dāng)vi一定，由負(fù)載電阻RL減小引起vo下降，該電路能自動(dòng)進(jìn)行如下調(diào)節(jié)過(guò)程：可見(jiàn)，電壓負(fù)反饋能減小vo受RL等變化的影響。電壓負(fù)反饋放大電路具有較好的恒壓輸出特性，因而電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路可看成一個(gè)電壓控制的電壓源。第20頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7.2.2電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路圖7.2.2a所示為電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路。由于是并聯(lián)反饋，因而為電流比較，凈輸入信號(hào)為圖7.2.2b所示為電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路的一個(gè)實(shí)際電路。反饋網(wǎng)絡(luò)輸入端口放大電路輸出端口并聯(lián)反饋網(wǎng)絡(luò)輸出端口放大電路輸入端口并聯(lián)電阻Rf構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)Rf的電流if為反饋信號(hào)，且反饋系數(shù)稱(chēng)為互導(dǎo)反饋系數(shù)第21頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電壓并聯(lián)負(fù)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(lián)負(fù)反饋放大電路可看成一個(gè)電流控制的電壓源。第22頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7.2.3電流串聯(lián)負(fù)反饋放大電路圖7.2.3a所示為電流串聯(lián)負(fù)反饋放大電路。由于是串聯(lián)反饋，因而為電壓比較，凈輸入信號(hào)為反饋網(wǎng)絡(luò)輸入端口放大電路輸出端口串聯(lián)反饋網(wǎng)絡(luò)輸出端口放大電路輸入端口串聯(lián)圖7.2.3b所示為電流串聯(lián)負(fù)反饋放大電路的一個(gè)實(shí)際電路。電阻RL、Rf構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)，Rf上的電壓vf為反饋信號(hào)，且第23頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月由“輸出短路法”可以判斷出，Rf引入的是電流反饋，即反饋信號(hào)vf與輸出電流成比列，即反饋系數(shù)為互阻反饋系數(shù)電流負(fù)反饋的特點(diǎn)是維持輸出電流的基本恒定：當(dāng)輸入電壓vi一定時(shí)，若電流負(fù)反饋放大電路具有近似的恒流輸出特性，因而電流串聯(lián)負(fù)反饋放大電路可看成一個(gè)電壓控制的電流源。第24頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7.2.4電流并聯(lián)負(fù)反饋放大電路圖7.2.3a所示為電流并聯(lián)負(fù)反饋放大電路框圖。由于是并聯(lián)反饋，因而為電流比較，凈輸入信號(hào)為反饋網(wǎng)絡(luò)輸入端口放大電路輸出端口串聯(lián)反饋網(wǎng)絡(luò)輸出端口放大電路輸入端口并聯(lián)圖7.2.4b所示為電流并聯(lián)負(fù)反饋放大電路的一個(gè)實(shí)際電路。電阻Rf與R1構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)，Rf上的電流if為反饋信號(hào)，且第25頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月該電路的反饋系數(shù)為電流反饋系數(shù)，即為電流并聯(lián)負(fù)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(lián)負(fù)反饋放大電路可看成一個(gè)電流控制的電流源。第26頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月負(fù)反饋放大電路四種組態(tài)特點(diǎn)總結(jié)：串聯(lián)反饋輸入端電壓比較并聯(lián)反饋輸入端電流比較電壓負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電壓，具有恒壓特性電流負(fù)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?yàn)榉答伣M態(tài)不同，放大電路的性能就不同。第27頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月經(jīng)T1倒相放大例7.2.1試判斷圖7.2.5所示各電路中級(jí)間交流反饋的類(lèi)型。解：(a)該電路為兩級(jí)放大，第一級(jí)為耗盡型JFET管T1組成的共源放大，第二級(jí)為PNP型BJT管T2構(gòu)成的共射放大。交流通路如圖所示。顯然，電阻R構(gòu)成級(jí)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(guān)系，可判斷該反饋為串聯(lián)反饋，即進(jìn)行電壓比較，反饋信號(hào)為電壓反饋用“瞬時(shí)極性法”判斷反饋極性：(+)vi為(+)(+)T2基極為(﹣)(-)經(jīng)T2倒相放大vo、vf為(+)(+)(+)從而使vid=vi﹣vf比無(wú)反饋時(shí)減小，因而為負(fù)反饋。電壓串聯(lián)負(fù)反饋第28頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(b)該電路為兩級(jí)放大，第一級(jí)為T(mén)1、T2組成的單端輸入﹣雙端輸出差分放大電路，第二級(jí)為運(yùn)放構(gòu)成的放大電路。很容易看出電阻Rf構(gòu)成級(jí)間交流反饋通路，且反饋信號(hào)與輸入信號(hào)均接至同一節(jié)點(diǎn)(T1管的基極)，因而為并聯(lián)反饋。第29頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月因而輸入與反饋信號(hào)應(yīng)進(jìn)行電流比較，即反饋信號(hào)為：經(jīng)過(guò)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(shí)極性法，可以確定該反饋為負(fù)反饋，因而最后可確定為電壓并聯(lián)負(fù)反饋。第30頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7.3負(fù)反饋放大電路增益的一般表達(dá)式1.閉環(huán)增益的一般表達(dá)式2.反饋深度討論3.環(huán)路增益第31頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.閉環(huán)增益的一般表達(dá)式圖7.3.1所示為負(fù)反饋放大電路的組成框圖?；痉糯箅娐返膬糨斎胄盘?hào)為：基本放大電路的增益(開(kāi)環(huán)增益)：反饋網(wǎng)絡(luò)系數(shù)為：負(fù)反饋放大電路增益(閉環(huán)增益)為：將前三個(gè)式子代入閉環(huán)增益表達(dá)式可得：閉環(huán)增益的一般表達(dá)式第32頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月由閉環(huán)增益的一般表達(dá)式可見(jiàn)，引入負(fù)反饋后，放大電路的增益由開(kāi)環(huán)增益A，變?yōu)殚]環(huán)增益Af，其大小與(1+AF)這一因數(shù)有關(guān)。(1+AF)通常稱(chēng)為反饋深度，是衡量反饋程度的重要指標(biāo)。AF稱(chēng)為環(huán)路增益。由于A和F一般都與頻率有關(guān)，因而可對(duì)進(jìn)行如下討論：當(dāng)時(shí)，則，即引入負(fù)反饋后，增益下降；當(dāng)說(shuō)明深度負(fù)反饋時(shí)，Af幾乎只取決于F。當(dāng)時(shí)，則，即負(fù)反饋后變?yōu)檎答?；?dāng)時(shí)，則，即在無(wú)輸入信號(hào)時(shí)，也會(huì)有有輸出信號(hào)，產(chǎn)生自激振蕩，放大電路無(wú)法正常工作；第33頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月負(fù)反饋放大電路中各種信號(hào)量的含義第34頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例7.3.1已知某電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路在中頻區(qū)的反饋系數(shù)Fv=0.01，輸入信號(hào)vi=10mV，開(kāi)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(jiàn)，在深度負(fù)反饋下，xf與xi相差很小，xid<<xi。第35頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7.4負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響7.4.2減小非線(xiàn)性失真7.4.3抑制反饋環(huán)內(nèi)噪聲7.4.4對(duì)輸入電阻和輸出電阻的影響7.4.1提高增益的穩(wěn)定性第36頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7.4.1提高增益的穩(wěn)定性放大電路的增益會(huì)受到元器件參數(shù)變化、環(huán)境溫度變化、電源電壓波動(dòng)等因素的影響而不穩(wěn)定，引入適當(dāng)?shù)呢?fù)反饋，可提高閉環(huán)增益的穩(wěn)定性。深度負(fù)反饋即(1+AF)>>1時(shí)，根據(jù)前面的分析有：說(shuō)明，引入深度負(fù)反饋后，放大電路的增益決定于反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù)。由于反饋網(wǎng)絡(luò)一般由穩(wěn)定性較好的無(wú)源線(xiàn)性元件構(gòu)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(wú)反饋時(shí)增益的相對(duì)變化量之比來(lái)衡量。將閉環(huán)增益的公式對(duì)開(kāi)環(huán)增益求導(dǎo)數(shù)可得：該式表明，閉環(huán)時(shí)增益相對(duì)變化量較開(kāi)環(huán)時(shí)減小了1+AF第37頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例7.4.1設(shè)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(fù)反饋后，反饋系數(shù)F=0.099，求閉環(huán)增益的相對(duì)變化量。解：開(kāi)環(huán)時(shí)的增益相對(duì)變化量為閉環(huán)時(shí)的反饋深度為閉環(huán)增益的相對(duì)變化量為閉環(huán)增益為顯然，引入負(fù)反饋后，增益穩(wěn)定性得到提高，但增益下降。注意：負(fù)反饋的引入會(huì)改變開(kāi)環(huán)輸出的大小，但會(huì)使閉環(huán)時(shí)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(lèi)型負(fù)反饋能穩(wěn)定的增益也不同。第38頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7.4.2減小非線(xiàn)性失真多級(jí)放大電路的輸出級(jí)的輸入信號(hào)較大，在動(dòng)態(tài)過(guò)程中，容易出現(xiàn)輸出波形產(chǎn)生非線(xiàn)性失真。引入負(fù)反饋后，可減小這種非線(xiàn)性失真。圖7.4.1中所示為某電壓放大電路的開(kāi)環(huán)和閉環(huán)電壓傳輸特性。曲線(xiàn)1為開(kāi)環(huán)傳輸特性曲線(xiàn)該曲線(xiàn)的斜率反映了增益隨輸入信號(hào)的大小而變化。曲線(xiàn)2為引入深度負(fù)反饋后的傳輸特性曲線(xiàn)曲線(xiàn)2與1相比，斜率(增益)變小，但具有近似直線(xiàn)的線(xiàn)性關(guān)系，因而減小了非線(xiàn)性失真。此時(shí)Af≈1/F，曲線(xiàn)2近似為一條直線(xiàn)。當(dāng)輸入信號(hào)較大時(shí)，輸出出現(xiàn)非線(xiàn)性失真。負(fù)反饋減小非線(xiàn)性失真的程度與反饋深度有關(guān)。只能減少環(huán)內(nèi)放大電路產(chǎn)生的失真，如果輸入波形本身就是失真的，即使引入負(fù)反饋，也無(wú)濟(jì)于事。第39頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7.4.3抑制反饋環(huán)內(nèi)噪聲圖7.4.2a所示為信噪比低的開(kāi)環(huán)放大電路框圖。為放大電路內(nèi)部產(chǎn)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(jí)，并認(rèn)為該級(jí)為無(wú)噪聲，再加一個(gè)反饋網(wǎng)絡(luò)，如圖b所示。新的信噪比比原有的信噪比提高了倍實(shí)際中要盡量減小前置級(jí)的噪聲第40頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7.4.4對(duì)輸入電阻和輸出電阻的影響1.對(duì)輸入電阻的影響負(fù)反饋對(duì)輸入電阻的影響取決于反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大電路在輸入回路的連接方式。(1)串聯(lián)負(fù)反饋開(kāi)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(jiàn)引入串聯(lián)負(fù)反饋后，輸入電阻增加了。第41頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(2)并聯(lián)負(fù)反饋開(kāi)環(huán)輸入電阻閉環(huán)輸入電阻因而可推得：可見(jiàn)引入并聯(lián)負(fù)反饋后，輸入電阻減小了。注意:反饋對(duì)輸入電阻的影響僅限于環(huán)內(nèi)，對(duì)環(huán)外不產(chǎn)生影響。第42頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.對(duì)輸出電阻的影響負(fù)反饋對(duì)輸出電阻的影響取決于反饋網(wǎng)絡(luò)在基本放大電輸出回路的取樣方式，即是電壓還是電流負(fù)反饋。(1)電壓負(fù)反饋對(duì)輸出電阻的影響圖中Ro為開(kāi)環(huán)輸出電阻，Ao為基本放大電路在RL開(kāi)路時(shí)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(wǎng)絡(luò)對(duì)it的分流，由圖中可得可見(jiàn)引入電壓負(fù)反饋后，輸出電阻減小了。為簡(jiǎn)化分析而忽略反饋網(wǎng)絡(luò)對(duì)輸出端的負(fù)載效應(yīng)。第43頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(2)電流負(fù)反饋對(duì)輸出電阻的影響圖中Ro為開(kāi)環(huán)輸出電阻，As為基本放大電路在RL短路時(shí)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(wǎng)絡(luò)對(duì)it的分流，由圖中可得可見(jiàn)引入電流負(fù)反饋后，輸出電阻增大了。注意:反饋對(duì)輸出電阻的影響僅限于環(huán)內(nèi)，對(duì)環(huán)外不產(chǎn)生影響。第44頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月負(fù)反饋對(duì)輸入電阻和輸出電阻的影響：串聯(lián)負(fù)反饋增大輸入電阻并聯(lián)負(fù)反饋減小輸入電阻電壓負(fù)反饋減小輸出電阻，穩(wěn)定輸出電壓電流負(fù)反饋增大輸出電阻，穩(wěn)定輸出電流負(fù)反饋對(duì)放大電路性能影響總結(jié)：負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的改善，是通過(guò)將輸出量反饋回輸入端，與輸入量進(jìn)行比較，從而對(duì)輸出量進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)；負(fù)反饋程度越深，即(1+AF)值越大，則反饋的調(diào)節(jié)作用越強(qiáng)，對(duì)放大電路性能的影響越大。但反饋深度不能無(wú)限制增加，原因是在多級(jí)放大中易引起自激；負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的改善，是以犧牲增益為代價(jià)的，且僅對(duì)環(huán)內(nèi)的性能產(chǎn)生影響。第45頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7.5深度負(fù)反饋條件下的近似計(jì)算就一般情況而言，大多數(shù)負(fù)反饋放大電路，特別是由集成運(yùn)放組成的放大電路，都能滿(mǎn)足深度負(fù)反饋的條件。在深度負(fù)反饋下，有這就意味著，當(dāng)(1+AF)>>1時(shí)，xf與xi相差很小，即xid=xi﹣xf≈0。因而在深度負(fù)反饋下，由于xid≈0，則有：串聯(lián)負(fù)反饋(電壓比較)虛短虛斷并聯(lián)負(fù)反饋(電流比較)虛斷虛短第46頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月利用“虛短”和“虛斷”，可以快速方便地估算出在深度負(fù)反饋下，負(fù)反饋放大電路的閉環(huán)增益。例7.5.1設(shè)圖7.5.1所示電路滿(mǎn)足(1+AF)>>1的條件，試寫(xiě)出該電路的閉環(huán)電壓增益表達(dá)式。解：根據(jù)電路圖所示，可以判定電阻Rb2和Rf組成反饋網(wǎng)絡(luò)。輸入和反饋信號(hào)分別由差分放大電路的兩個(gè)輸入端輸入，因而為串聯(lián)反饋。由輸出短路法，可判定該反饋為電壓反饋。利用瞬時(shí)極性法可判定該反饋為負(fù)反饋。虛短虛斷第47頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例7.5.2試寫(xiě)出圖7.5.2所示電路的閉環(huán)電壓增益表達(dá)式。解：顯然，Rf組成反饋網(wǎng)絡(luò)。按照瞬時(shí)極性法，圖中標(biāo)出了相關(guān)節(jié)點(diǎn)的交流電位的瞬時(shí)極性，及各支路交流電流的瞬時(shí)流向，可判定為負(fù)反饋。該反饋為電壓并聯(lián)負(fù)反饋，電路中的運(yùn)放具有較高的開(kāi)環(huán)增益，因而能夠滿(mǎn)足深度負(fù)反饋的條件。虛斷虛短第48頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7.6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)舉例第49頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7.6.1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(1)根據(jù)信號(hào)源的性質(zhì)選擇串聯(lián)負(fù)反饋或并聯(lián)負(fù)反饋恒壓源或內(nèi)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(yīng)該盡量減小信號(hào)源電壓在其內(nèi)阻上的壓降，因而加入負(fù)反饋后，要盡量減小信號(hào)輸出電流即ii，即要增大放大電路的輸入電阻應(yīng)采用串聯(lián)負(fù)反饋恒流源或內(nèi)阻較大的電流源同樣通過(guò)分析可知，為使放大電路獲得盡可能大的輸入電流，加入負(fù)反饋后，要減小放大電路的輸入電阻應(yīng)采用并聯(lián)負(fù)反饋第50頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(2)根據(jù)對(duì)輸出信號(hào)的要求選擇電壓負(fù)反饋或電流負(fù)反饋輸出穩(wěn)定電壓信號(hào)電壓負(fù)反饋輸出穩(wěn)定電流信號(hào)電流負(fù)反饋(3)根據(jù)信號(hào)放大或轉(zhuǎn)換要求選擇合適的反饋組態(tài)電壓信號(hào)輸入電流信號(hào)輸出電流串聯(lián)負(fù)反饋(4)若要穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)則應(yīng)引入直流負(fù)反饋2.確定反饋系數(shù)的大小引入深度負(fù)反饋第51頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.適當(dāng)選擇反饋網(wǎng)絡(luò)中的電阻阻值盡量減小反饋網(wǎng)絡(luò)對(duì)基本放大電路的負(fù)載效應(yīng)串聯(lián)負(fù)反饋反饋網(wǎng)絡(luò)輸出端等效阻抗要小并聯(lián)負(fù)反饋反饋網(wǎng)絡(luò)輸出端等效阻抗要大電壓負(fù)反饋反饋網(wǎng)絡(luò)輸入端等效阻抗要大電流負(fù)反饋反饋網(wǎng)絡(luò)輸入端等效阻抗要小4.通過(guò)仿真分析，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)是否滿(mǎn)足要求SPICE

Simulationprogramwithintegratedcircuitemphasis一種采用了由美國(guó)加州Berkeley大學(xué)開(kāi)發(fā)的spice模擬算法的最為普遍的電路級(jí)仿真程序。第52頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7.6.2設(shè)計(jì)舉例例7.6.1用集成運(yùn)放設(shè)計(jì)一個(gè)負(fù)反饋放大電路，它的輸入信號(hào)來(lái)自一個(gè)內(nèi)阻Rs=2kΩ的電壓源，負(fù)載電阻RL=50Ω

。要求該電路向負(fù)載提供的輸出電壓vo=10vs，且當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，輸出電壓趨于穩(wěn)定。設(shè)計(jì)中所用運(yùn)算放大器的參數(shù)為Avo=104，Ri=5kΩ，Ro=100Ω。設(shè)計(jì)合適的反饋網(wǎng)絡(luò)，并用SPICE檢驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果。解：(1)選擇反饋類(lèi)型內(nèi)阻Rs=2kΩ的電壓源應(yīng)采用串聯(lián)負(fù)反饋負(fù)載變化要求輸出電壓趨于穩(wěn)定應(yīng)采用電壓負(fù)反饋因此，這里需要設(shè)計(jì)一個(gè)近乎理想的電壓放大電路，采用電壓串聯(lián)負(fù)反饋，其電路結(jié)構(gòu)和小信號(hào)等效電路如圖7.6.1所示。第53頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(2)確定反饋系數(shù)F要求向負(fù)載提供的輸出電壓vo=10vs深度負(fù)反饋下Avfs≈1/Fv環(huán)路增益第54頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(3)確定反饋網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)對(duì)放大電路vid和vo的影響，R1和R2的取值應(yīng)滿(mǎn)足以下條件：輸出端：輸入端：綜合考慮以上三個(gè)條件，取R1=500Ω，R2=9R1=4.5kΩ。(4)用SPICE檢驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果第55頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7.7負(fù)反饋放大電路的頻率響應(yīng)7.7.1頻率響應(yīng)的一般表達(dá)式7.7.2增益﹣帶寬積第56頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月由于在反饋網(wǎng)絡(luò)中，有時(shí)也會(huì)存在電抗性元件，因而反饋系數(shù)也是頻率的函數(shù)，下面簡(jiǎn)要討論負(fù)反饋放大電路的頻率響應(yīng)情況：7.7.1頻率響應(yīng)的一般表達(dá)式這里先假設(shè)反饋網(wǎng)絡(luò)中有純電阻組成，即F與頻率無(wú)關(guān)，且放大電路在高頻區(qū)和低頻區(qū)各有一個(gè)極點(diǎn)。則基本放大電路高頻響應(yīng)表達(dá)式為：為開(kāi)環(huán)中頻增益為開(kāi)環(huán)上限頻率引入負(fù)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)上限頻率第57頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月由上式可見(jiàn)：中頻閉環(huán)增益是中頻開(kāi)環(huán)增益的倍閉環(huán)增益上限頻率增加到開(kāi)環(huán)增益上限頻率的倍同樣可推導(dǎo)出負(fù)反饋放大電路低頻響應(yīng)表達(dá)式：其中：顯然引入負(fù)反饋，使下限頻率降低，其程度與反饋深度有關(guān)。綜上所述，引入負(fù)反饋后，放大電路的通頻帶展寬，即當(dāng)放大電路有多個(gè)極點(diǎn)，且反饋網(wǎng)絡(luò)有電抗元件，則情況要復(fù)雜得多，但通頻帶展寬的趨勢(shì)不變。第58頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例7.7.1設(shè)集成運(yùn)算放大器電路的增益有一個(gè)極點(diǎn)。電路的開(kāi)環(huán)低頻電壓增益Av=105，開(kāi)環(huán)上限頻率

fH=10Hz。試作出反饋系數(shù)Fv分別為0.01、0.1、1時(shí)，開(kāi)環(huán)增益和閉環(huán)增益的幅頻響應(yīng)波特圖。解：(1)作開(kāi)環(huán)增益的波特圖當(dāng)f≥fH=10Hz時(shí)，增益以﹣20dB/十倍頻程下降。(2)當(dāng)Fv=0.01時(shí)：當(dāng)Fv=0.1時(shí)：負(fù)反饋程度越深，閉環(huán)增益下降越多，通頻帶越寬。第59頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7.7.2增益﹣帶寬積放大電路的開(kāi)環(huán)增益﹣帶寬積為AfH(BW≈fH)引入負(fù)反饋后，放大電路的閉環(huán)增益﹣帶寬積為：可見(jiàn)，放大電路的開(kāi)閉環(huán)增益﹣帶寬積相同，近似為一常量。因而，對(duì)于一給定的放大電路，可以減小增益來(lái)擴(kuò)展帶寬，也可減小帶寬來(lái)增大增益。第60頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7.8負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定性*7.8.2頻率補(bǔ)償7.8.1自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件第61頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7.8.1自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件1.負(fù)反饋放大電路產(chǎn)生自激振蕩的原因及條件在前面的討論中，已經(jīng)知道引入負(fù)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(jié)論，是假設(shè)放大電路工作在中頻區(qū)，即輸入與輸出信號(hào)存在著固定的相位關(guān)系。此時(shí)負(fù)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(hào)的幅值和相位會(huì)隨著信號(hào)頻率的變化而變化，因此和不再同相。即產(chǎn)生附加相移：這時(shí)可能在某一頻率下，該附加相移達(dá)到180°，從而和變成反相，由減小變?yōu)樵龃?，即放大電路由?fù)反饋?zhàn)兂烧答仭５?2頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)這種正反饋強(qiáng)到使時(shí)，即，則有此時(shí)在不加任何輸入信號(hào)的情況下，放大電路仍會(huì)產(chǎn)生一定頻率的信號(hào)輸出電路產(chǎn)生自激振蕩由此可得負(fù)反饋放大電路產(chǎn)生自激振蕩的條件為：對(duì)應(yīng)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(xiě)成：(附加相移)當(dāng)且更易引起自激第63頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.穩(wěn)定工作條件及穩(wěn)定性分析由上面分析可知，環(huán)路增益要同時(shí)滿(mǎn)足自己的幅值和相位條件，放大電路才會(huì)產(chǎn)生自激振蕩。因此，只要使不能同時(shí)滿(mǎn)足這兩個(gè)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(lái)直觀地分析、判斷負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定性。第64頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖7.8.2為某負(fù)反饋放大電路環(huán)路增益的近似波特圖。由圖中可見(jiàn)：即當(dāng)時(shí)，由圖可見(jiàn)：即當(dāng)