(模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件)8.反饋放大電路02

(模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件)8.反饋放大電路022021/10/10星期日1一、反饋的基本概念1.什么是反饋

放大電路輸出量的一部分或全部通過(guò)一定的方式引回到輸入回路，影響輸入，稱為反饋。要研究哪些問(wèn)題？怎樣引回是從輸出電壓還是輸出電流引出反饋多少怎樣引出

反饋放大電路可用方框圖表示。影響放大電路的輸入電壓還是輸入電流復(fù)習(xí)2021/10/10星期日22.正反饋和負(fù)反饋

從反饋的結(jié)果來(lái)判斷，凡反饋的結(jié)果使輸出量的變化減小的為負(fù)反饋，否則為正反饋；引入反饋后其變化是增大？還是減?。恳敕答伜笃渥兓窃龃?？還是減?。?/p>

或者，凡反饋的結(jié)果使凈輸入量減小的為負(fù)反饋，否則為正反饋。復(fù)習(xí)2021/10/10星期日33.直流反饋和交流反饋

直流通路中存在的反饋稱為直流反饋，交流通路中存在的反饋稱為交流反饋。引入交流負(fù)反饋引入直流負(fù)反饋復(fù)習(xí)2021/10/10星期日4二、交流負(fù)反饋的四種組態(tài)

將輸出電壓的一部分或全部引回到輸入回路來(lái)影響凈輸入量的為電壓反饋

將輸出電流的一部分或全部引回到輸入回路來(lái)影響凈輸入量的為電流反饋

描述放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)在輸出端的連接方式，即反饋網(wǎng)絡(luò)的取樣對(duì)象。1.電壓反饋和電流反饋復(fù)習(xí)2021/10/10星期日52.串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋

描述放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)在輸入端的連接方式，即輸入量、反饋量、凈輸入量的疊加關(guān)系。--串聯(lián)負(fù)反饋--并聯(lián)負(fù)反饋+_負(fù)反饋復(fù)習(xí)2021/10/10星期日63.四種反饋組態(tài)電壓串聯(lián)負(fù)反饋電流串聯(lián)負(fù)反饋電壓并聯(lián)負(fù)反饋電流并聯(lián)負(fù)反饋復(fù)習(xí)2021/10/10星期日7三、反饋的判斷

“找聯(lián)系”：找輸出回路與輸入回路的聯(lián)系，若有則有反饋，否則無(wú)反饋。將輸出電壓全部反饋回去無(wú)反饋1.有無(wú)反饋的判斷即在輸入回路又在輸出回路復(fù)習(xí)2021/10/10星期日82.直流反饋和交流反饋的判斷“看通路”，即看反饋是存在于直流通路還是交流通路。設(shè)以下電路中所有電容對(duì)交流信號(hào)均可視為短路。僅有直流反饋僅有交流反饋交、直流反饋共存僅有直流反饋復(fù)習(xí)2021/10/10星期日93.正、負(fù)反饋（反饋極性）的判斷“看反饋的結(jié)果”，即凈輸入量是被增大還是被減小。瞬時(shí)極性法：給定的瞬時(shí)極性，并以此為依據(jù)分析電路中各電流、電位的極性從而得到的極性；復(fù)習(xí)2021/10/10星期日103.正、負(fù)反饋的判斷反饋量是僅僅決定于輸出量的物理量。復(fù)習(xí)2021/10/10星期日11

在判斷集成運(yùn)放構(gòu)成的反饋放大電路的反饋極性時(shí)，凈輸入電壓指的是集成運(yùn)放兩個(gè)輸入端的電位差，凈輸入電流指的是同相輸入端或反相輸入端的電流。反饋量反饋量?jī)H決定于輸出量?jī)糨斎腚娏鳒p小，引入了負(fù)反饋凈輸入電流增大，引入了正反饋復(fù)習(xí)2021/10/10星期日124.電壓反饋和電流反饋的判斷電路引入了電壓負(fù)反饋

令輸出電壓為0，若反饋量隨之為0，則為電壓反饋；若反饋量依然存在，則為電流反饋。復(fù)習(xí)反饋量是僅僅決定于輸出量的物理量。2021/10/10星期日135.串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋的判斷

在輸入端，輸入量、反饋量和凈輸入量以電壓的方式疊加，為串聯(lián)反饋；以電流的方式疊加，為并聯(lián)反饋。引入了并聯(lián)反饋引入了串聯(lián)反饋復(fù)習(xí)2021/10/10星期日14分立元件放大電路中的凈輸入量和輸出電流在判斷分立元件反饋放大電路的反饋極性時(shí)，凈輸入電壓常指輸入級(jí)晶體管的b-e（e-b）間或場(chǎng)效應(yīng)管g-s（s-g）間的電位差，凈輸入電流常指輸入級(jí)晶體管的基極電流（射極電流）或場(chǎng)效應(yīng)管的柵極（源極）電流。在分立元件電流負(fù)反饋放大電路中，反饋量常取自于輸出級(jí)晶體管的集電極電流或發(fā)射極電流，而不是負(fù)載上的電流；此時(shí)稱輸出級(jí)晶體管的集電極電流或發(fā)射極電流為輸出電流，反饋的結(jié)果將穩(wěn)定該電流。復(fù)習(xí)2021/10/10星期日15“悟”出來(lái)了嗎？直流反饋交、直流反饋2021/10/10星期日16“悟”出來(lái)了嗎？(a)直流通路(b)交流通路2021/10/10星期日17“悟”出來(lái)了嗎？反饋組態(tài)判斷舉例（交流）(+)(-)(-)(-)級(jí)間電流并聯(lián)負(fù)反饋2021/10/10星期日18“悟”出來(lái)了嗎？(+)(+)(-)(-)電壓并聯(lián)負(fù)反饋反饋組態(tài)判斷舉例（交流）2021/10/10星期日19(+)(+)(-)(+)(+)(+)“悟”出來(lái)了嗎？直流反饋交、直流反饋電流串聯(lián)負(fù)反饋反饋組態(tài)判斷舉例（交流）2021/10/10星期日20(+)(+)(-)(+)(+)“悟”出來(lái)了嗎？電壓串聯(lián)負(fù)反饋反饋組態(tài)判斷舉例（交流）2021/10/10星期日218.3負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響8.3.1提高增益的穩(wěn)定性8.3.2減小非線性失真8.3.3抑制反饋環(huán)內(nèi)噪聲8.3.4對(duì)輸入電阻和輸出電阻的影響8.3.5擴(kuò)展頻帶2021/10/10星期日228.3.1提高增益的穩(wěn)定性閉環(huán)時(shí)對(duì)A求導(dǎo)得只考慮幅值有即閉環(huán)增益相對(duì)變化量比開環(huán)減小了1+AF另一方面,在深度負(fù)反饋條件下

即閉環(huán)增益只取決于反饋網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)反饋網(wǎng)絡(luò)由穩(wěn)定的線性元件組成時(shí)，閉環(huán)增益將有很高的穩(wěn)定性。負(fù)反饋的組態(tài)不同，穩(wěn)定的增益不同（Avf

、Arf

、Agf

、Aif）2021/10/10星期日238.3.2減小非線性失真閉環(huán)時(shí)增益減小，線性度變好。

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。2021/10/10星期日248.3.3抑制反饋環(huán)內(nèi)噪聲自學(xué)2021/10/10星期日258.3.4對(duì)輸入電阻和輸出電阻的影響

串聯(lián)負(fù)反饋1.對(duì)輸入電阻的影響開環(huán)輸入電阻Ri=vid/ii因?yàn)関f=F·xoxo=A·vid閉環(huán)輸入電阻Rif=vi/ii所以vi=vid+vf=(1+AF)vid閉環(huán)輸入電阻Rif=vi/ii引入串聯(lián)負(fù)反饋后，輸入電阻增加了。2021/10/10星期日268.3.4對(duì)輸入電阻和輸出電阻的影響

并聯(lián)負(fù)反饋閉環(huán)輸入電阻

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。1.對(duì)輸入電阻的影響2021/10/10星期日278.3.4對(duì)輸入電阻和輸出電阻的影響例如圖中R1不在環(huán)內(nèi)但是當(dāng)R1>>

時(shí)，反饋對(duì)Rif幾乎沒有影響。1.對(duì)輸入電阻的影響2021/10/10星期日288.3.4對(duì)輸入電阻和輸出電阻的影響

電壓負(fù)反饋2.對(duì)輸出電阻的影響2021/10/10星期日298.3.4對(duì)輸入電阻和輸出電阻的影響閉環(huán)輸出電阻而xid=-xf=-Fvt

忽略反饋網(wǎng)絡(luò)對(duì)it的分流所以

引入電壓負(fù)反饋后，輸出電阻減小了。

電壓負(fù)反饋2.對(duì)輸出電阻的影響2021/10/10星期日308.3.4對(duì)輸入電阻和輸出電阻的影響

電流負(fù)反饋閉環(huán)輸出電阻

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。2.對(duì)輸出電阻的影響2021/10/10星期日318.3.4對(duì)輸入電阻和輸出電阻的影響

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。串聯(lián)負(fù)反饋——

并聯(lián)負(fù)反饋——

電壓負(fù)反饋——

電流負(fù)反饋——

特別注意表8.3.1的內(nèi)容增大輸入電阻減小輸入電阻減小輸出電阻，穩(wěn)定輸出電壓增大輸出電阻，穩(wěn)定輸出電流2021/10/10星期日328.3.5擴(kuò)展頻帶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比開環(huán)時(shí)增加了根據(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)）——閉環(huán)通帶增益其中同理可得——閉環(huán)上限頻率比開環(huán)時(shí)減小了——閉環(huán)下限頻率2021/10/10星期日338.3.5擴(kuò)展頻帶2.引入負(fù)反饋后的頻帶引入負(fù)反饋后的幅頻特性fLfHfLffHf2021/10/10星期日348.3.5擴(kuò)展頻帶放大電路的增益-帶寬積為常數(shù)閉環(huán)增益-帶寬積開環(huán)增益-帶寬積3.增益-帶寬積2021/10/10星期日35小結(jié)2021/10/10星期日368.4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)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憺閤f

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

）#

如何滿足深度負(fù)反饋條件？#既然深度負(fù)反饋條件下，閉環(huán)增益只與反饋網(wǎng)絡(luò)有關(guān)，那么是否意味著基本放大電路的增益A已經(jīng)無(wú)關(guān)緊要了？2021/10/10星期日378.4深度負(fù)反饋條件下的近似計(jì)算串聯(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=

iidri

01.深度負(fù)反饋的特點(diǎn)2021/10/10星期日388.4深度負(fù)反饋條件下的近似計(jì)算(1)找出信號(hào)放大通路和反饋通路(2)用瞬時(shí)極性法判斷正、負(fù)反饋(3)判斷交、直流反饋(4)判斷反饋組態(tài)(5)標(biāo)出輸入量、輸出量及反饋量(6)估算深度負(fù)反饋條件下電路的F、Af、Avf。（常常利用虛短和虛斷直接列表達(dá)式求解）2.分析負(fù)反饋放大電路的一般步驟2021/10/10星期日398.4深度負(fù)反饋條件下的近似計(jì)算

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，此處結(jié)果與第2章所得結(jié)果相同

設(shè)電路滿足深度負(fù)反饋條件，試寫出該電路的閉環(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）3.舉例2021/10/10星期日408.4深度負(fù)反饋條件下的近似計(jì)算

電壓串聯(lián)負(fù)反饋

設(shè)電路滿足深度負(fù)反饋條件，試寫出該電路的閉環(huán)電壓增益表達(dá)式。解：根據(jù)虛短、虛斷閉環(huán)電壓增益vivf3.舉例2021/10/10星期日41

電流并聯(lián)負(fù)反饋

設(shè)電路滿足深度負(fù)反饋條件，試寫出該電路的閉環(huán)增益和閉環(huán)電壓增益表達(dá)式。解：根據(jù)虛短、虛斷閉環(huán)增益所以閉環(huán)電壓增益iiiidifioiR又因?yàn)?.舉例8.4深度負(fù)反饋條件下的近似計(jì)算2021/10/10星期日428.5負(fù)反饋放大電路設(shè)計(jì)8.5.1設(shè)計(jì)負(fù)反饋放大電路的一般步驟8.5.2設(shè)計(jì)舉例2021/10/10星期日438.5.1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)2021/10/10星期日448.5.2設(shè)計(jì)舉例例題

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線性——電壓信號(hào)vs線性選用電流串聯(lián)負(fù)反饋電路光電隔離器2021/10/10星期日45解:例題

設(shè)計(jì)一個(gè)驅(qū)動(dòng)光電隔離器的放大電路。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。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)2021/10/10星期日46例題

設(shè)計(jì)一個(gè)驅(qū)動(dòng)光電隔離器的放大電路。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:仿真電路io1與vs的呈線性關(guān)系，

io1=10-3vs，放大電路滿足設(shè)計(jì)要求。2021/10/10星期日478.6負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定性8.6.1自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件8.6.2頻率補(bǔ)償2021/10/10星期日488.6.1自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件1.自激振蕩現(xiàn)象

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。2.產(chǎn)生原因

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)滿足了一定的幅值條件時(shí)，便產(chǎn)生自激振蕩。低頻干擾或產(chǎn)生了輕微低頻振蕩高頻干擾或產(chǎn)生了輕微高頻振蕩實(shí)驗(yàn)波形2021/10/10星期日498.6.1自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件3.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）閉環(huán)增益注：負(fù)反饋放大電路是否自激振蕩實(shí)際上與輸入信號(hào)無(wú)關(guān)。

由于電路通電后輸出量有一個(gè)從小到大直至穩(wěn)幅的過(guò)程，起振條件為2021/10/10星期日508.6.1自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件4.穩(wěn)定工作條件破壞自激振蕩條件或

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

-10dB

m——相位裕度，一般要求

m45（保證可靠穩(wěn)定，留有余地）寫成等式，且幅值用分貝數(shù)表示時(shí)2021/10/10星期日518.6.1自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件用波特圖表示或Gm-10dB或

m454.穩(wěn)定工作條件2021/10/10星期日528.6.1自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件5.負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性分析環(huán)路增益的幅頻響應(yīng)寫為一般與頻率無(wú)關(guān)，則的幅頻響應(yīng)是一條水平線利用波特圖分析關(guān)鍵作出的幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)波特圖水平線的交點(diǎn)為即該點(diǎn)滿足2021/10/10星期日538.6.1自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件(2)作水平線判斷穩(wěn)定性方法(1)作出的幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)波特圖在水平線的交點(diǎn)作垂線交相頻響應(yīng)曲線的一點(diǎn)(3)判斷兩線交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的相位是否滿足相位裕度（

m45）若該點(diǎn)滿足相位裕度，穩(wěn)定；否則不穩(wěn)定。在相頻響應(yīng)的點(diǎn)處作垂線交于P點(diǎn)或若P點(diǎn)在水平線之下（），穩(wěn)定；否則不穩(wěn)定。5.負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性分析2021/10/10星期日548.6.1自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件反饋系數(shù)為F1時(shí)負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定

m=90

45

5.負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性分析2021/10/10星期日558.6.1自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件反饋系數(shù)為F2時(shí)(F2>F1)不穩(wěn)定5.負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性分析

m=0

45

2021/10/10星期日568.6.1自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件越容易產(chǎn)生自激越大，反饋深度越深，越下移，水平線5.負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性分析2021/10/10星期日578.6.1自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件推論：P點(diǎn)交在的斜率為-20dB/十倍頻程處，放大電路是穩(wěn)定的。5.負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性分析2021/10/10星期日588.6.1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（簡(jiǎn)化法）已知環(huán)路增益的頻率特性來(lái)判斷閉環(huán)后電路的穩(wěn)定性。使環(huán)路增益下降到0dB的頻率，記作fc；使φA＋φF＝(2n＋1)π的頻率，記作f0。fcf0fcf02021/10/10星期日598.6.1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（簡(jiǎn)化法）fcf0滿足起振條件電路不穩(wěn)定電路穩(wěn)定

f0＜fc，電路不穩(wěn)定，會(huì)產(chǎn)生自激振蕩；f0＞

fc，電路穩(wěn)定，不會(huì)產(chǎn)生自激振蕩。fcf0Gm幅值裕度φm相位裕度電路穩(wěn)定不滿足起振條件當(dāng)Gm≤－10dB且φm＞45o，才具有可靠的穩(wěn)定性。2021/10/10星期日60*8.6.2頻率補(bǔ)償（自學(xué)）741的頻率補(bǔ)償要求：741構(gòu)成任何深度的電壓串聯(lián)負(fù)反饋時(shí)都能穩(wěn)定工作（反饋網(wǎng)絡(luò)為純電阻）反饋?zhàn)钌顣r(shí)：即是一條0分貝水平線與相交于增益衰減斜率的-20dB/十倍頻程處

若要滿足要求，則在0分貝水平線上的衰減斜率只能是-20dB/十倍頻程，從而可保證其它反饋深度條件下2021/10/10星期日61*8.6.2頻率補(bǔ)償（741的頻率補(bǔ)償）思路：

0分貝水平線上增益的衰減斜率只有-20dB/十倍頻程措施：加入密勒電容Cc2021/1