模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程課件：第五章　放大電路中的反饋

1、第五章放大電路中的反饋,5.1反饋的基本概念,5.2負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響,5.3負(fù)反饋放大電路的分析計(jì)算,5.4負(fù)反饋放大電路的自激振蕩,5.1反饋的基本概念,在電子設(shè)備中經(jīng)常采用反饋的方法來改善電路的性能，以達(dá)到預(yù)定的指標(biāo)。例如，采用直流負(fù)反饋穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。,Rb1 和 Rb2 分壓，使基極 UB 固定。,UBQ 固定,使 ICQ 基本不隨溫度變化，穩(wěn)定了靜態(tài)工作點(diǎn)。,5.1.1反饋概念的建立,圖 5.1.1,圖 5.1.1,放大電路中的反饋，是指將放大電路輸出電量(輸出電壓或輸出電流)的一部分或全部，通過一定的方式，反送回輸入回路中。,UBEQ UBQ - ICQRE,將輸出電流

2、ICQ(IEQ) 反饋回輸入回路，改變UBEQ，使 ICQ 穩(wěn)定。,由此可見，欲穩(wěn)定電路中的某個(gè)電量，應(yīng)采取措施將該電量反饋回輸入回路。,5.1.2反饋的分類,一、正反饋和負(fù)反饋,反饋信號(hào)增強(qiáng)了外加輸入信號(hào)，使放大電路的放大倍數(shù)提高 ,正反饋,反饋信號(hào)削弱了外加輸入信號(hào)，使放大電路的放大倍數(shù)降低 ,負(fù)反饋,反饋極性的判斷方法：瞬時(shí)極性法。,先假定某一瞬間輸入信號(hào)的極性，然后按信號(hào)的放大過程，逐級(jí)推出輸出信號(hào)的瞬時(shí)極性，最后根據(jù)反饋回輸入端的信號(hào)對(duì)原輸入信號(hào)的作用，判斷出反饋的極性。,(a)正反饋,(b)負(fù)反饋,例：用瞬時(shí)極性法判斷電路中的反饋極性。,因?yàn)椴钅］斎腚妷旱扔谳斎腚妷号c反饋電壓之差，

3、反饋增強(qiáng)了輸入電壓，所以為正反饋。,反饋信號(hào)削弱了輸入信號(hào)，因此為負(fù)反饋。,圖 5.1.2,二、直流反饋和交流反饋,圖 5.1.3直流反饋與交流反饋,(a)直流負(fù)反饋,(b)交流負(fù)反饋,直流負(fù)反饋可穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，交流負(fù)反饋用以改善放大電路的性能。,三、電壓反饋和電流反饋,如果反饋信號(hào)取自輸出電壓，則為電壓反饋；電壓負(fù)反饋的反饋信號(hào)與輸出電壓成比例； 反饋信號(hào)取自輸出電流，則為電流反饋，電流負(fù)反饋的反饋信號(hào)與輸出電流成比例。,判斷方法：,假設(shè)將輸出端交流短路，如果反饋信號(hào)消失，則為電壓反饋；否則為電流反饋。,Re1 兩端的電壓與輸出信號(hào)無關(guān)，即反饋信號(hào)消失，所以為電壓反饋。,例：,圖 5.1.

4、3(b),在圖 5.1.1中，反饋信號(hào)末消失，所以為電流反饋。,四、串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋,反饋信號(hào)與輸入信號(hào)在輸入回路中以電壓形式求和，為串聯(lián)反饋；如果二者以電流形式求和，為并聯(lián)反饋。,例：上圖,所以為并聯(lián)反饋；,所以為串聯(lián)聯(lián)反饋。,下圖,5.1.3負(fù)反饋的四種組態(tài),一、電壓串聯(lián)負(fù)反饋,圖 5.1.4電壓串聯(lián)負(fù)反饋,(a)電路圖,反饋信號(hào)與輸出電壓成正比，集成運(yùn)放的凈輸入電壓等于輸入電壓與反饋電壓之差，,圖 5.1.4電壓串聯(lián)負(fù)反饋,(b)方框圖,電壓放大倍數(shù)：,反饋系數(shù)：,因?yàn)椋?所以反饋系數(shù)：,二、電壓并聯(lián)負(fù)反饋,圖 5.1.5電壓并聯(lián)負(fù)反饋,(a)電路圖,反饋信號(hào)與輸出電壓成正比，凈輸入電

5、流等于外加輸入電流與反饋電流之差,圖 5.1.5電壓并聯(lián)負(fù)反饋,(b)方框圖,放大倍數(shù)：,轉(zhuǎn)移電阻,反饋系數(shù)：,因?yàn)椋?所以反饋系數(shù)：,2,三、電流串聯(lián)負(fù)反饋,圖 5.1.6電流串聯(lián)負(fù)反饋,(a)電路圖,反饋信號(hào)與輸出電流成正比，凈輸入電壓等于外加輸入信號(hào)與反饋信號(hào)之差,Io,圖 5.1.6電流串聯(lián)負(fù)反饋,(b)方框圖,轉(zhuǎn)移電導(dǎo),反饋系數(shù)：,因?yàn)椋?所以反饋系數(shù)：,四、電流并聯(lián)負(fù)反饋,圖 5.1.7電流并聯(lián)負(fù)反饋,(a)電路圖,反饋信號(hào)與輸出電流成正比，凈輸入電流等于外加輸入信號(hào)與反饋信號(hào)之差：,Io,圖 5.1.7電流并聯(lián)負(fù)反饋,(b)方框圖,電流放大倍數(shù)：,反饋系數(shù)：,因?yàn)椋?所以反饋系數(shù)

6、：,四種負(fù)反饋組態(tài)的電壓放大倍數(shù)、反饋系數(shù)之比較P232 例,電壓放大倍數(shù),轉(zhuǎn)移電阻,轉(zhuǎn)移電導(dǎo),電流放大倍數(shù),5.1.4反饋的一般表達(dá)式,圖 5.1.9反饋放大電路方框圖,分別為輸入信號(hào)、輸出信號(hào)和反饋信號(hào)；,開環(huán)放大倍數(shù),無反饋時(shí)放大網(wǎng)絡(luò)的放大倍數(shù)；,因?yàn)椋?所以：,得：閉環(huán)放大倍數(shù),閉環(huán)放大倍數(shù),引入反饋后，放大電路對(duì)外加輸入信號(hào)的放大倍數(shù)。,回路增益,在反饋放大電路中，信號(hào)沿放大網(wǎng)絡(luò)和反饋網(wǎng)絡(luò)組成的環(huán)路傳遞一周后所得到的放大倍數(shù)。,反饋深度,引入反饋后，放大電路的放大倍數(shù)與無反饋時(shí)相比所變化的倍數(shù)。,負(fù)反饋；,正反饋。,若,深度負(fù)反饋,結(jié)論：深度負(fù)反饋放大電路的放大倍數(shù)主要由反饋網(wǎng)絡(luò)的反

7、饋系數(shù)決定，能保持穩(wěn)定。,若,則,自激振蕩,5.2負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響,5.2.1提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性,引入負(fù)反饋后，在輸入信號(hào)一定的情況下，當(dāng)電路參數(shù)變化、電源電壓波動(dòng)或負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，放大電路輸出信號(hào)的波動(dòng)減小，即放大倍數(shù)的穩(wěn)定性提高。 放大倍數(shù)穩(wěn)定性提高的程度與反饋深度有關(guān)。,在中頻范圍內(nèi)，,放大倍數(shù)的相對(duì)變化量：,結(jié)論：引入負(fù)反饋后，放大倍數(shù)的穩(wěn)定性提高了 (1 + AF) 倍。,圖 5.1.4(a),例：在電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路中，, 估算反饋系數(shù)和反饋深度, 估算放大電路的閉環(huán)電壓放大倍數(shù), 如果開環(huán)差模電壓放大倍數(shù) A 的相對(duì)變化量為10%，此時(shí)閉環(huán)電壓放大倍數(shù) Af 的相

8、對(duì)變化量等于多少？,解：, 反饋系數(shù),反饋深度, 閉環(huán)放大倍數(shù), Af 的相對(duì)變化量,結(jié)論：當(dāng)開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)變化 10% 時(shí)，電壓放大倍數(shù)的相對(duì)變化量只有 0.00 1%，穩(wěn)定性提高了一萬倍。,負(fù)反饋減小了波形失真,加入 負(fù)反饋,無負(fù)反饋,F,xf,xo,略大,略小,略小,略大,接近正弦波,預(yù)失真,5.2.2減小非線性失真和抑制干擾,同樣道理，負(fù)反饋可抑制放大電路內(nèi)部噪聲。,圖 5.2.2,5.2.3展寬頻帶,由于負(fù)反饋可以提高放大倍數(shù)和穩(wěn)定性，因而對(duì)于 頻率不同而引起的放大倍數(shù)下降，也可以改善。,設(shè)無反饋時(shí)放大電路在中、高頻段的放大倍數(shù)分別為 ，上限頻率為 f；,引入反饋系數(shù)為的負(fù)反饋

9、后，放大電路在中、高頻段的放大倍數(shù)分別為 ，上限頻率為 fHf。,所以：,可見，引入負(fù)反饋后，放大電路的中頻放大倍數(shù)減小為無反饋時(shí)的1 /；而上限頻率提高到無反饋時(shí)的倍。,同理，可推導(dǎo)出引入負(fù)反饋后，放大電路的下限頻率降低為無反饋時(shí)的 1 /。,結(jié)論：引入負(fù)反饋后，放大電路的上限頻率提高，下限頻率降低，因而通頻帶展寬。,fL,fH,fLf,fHf,圖 5.2.3負(fù)反饋對(duì)通頻帶和放大倍數(shù)的影響,f,5.2.4改變輸入電阻和輸出電阻,不同類型的負(fù)反饋，對(duì)輸入電阻、輸出電阻的影響不同。,一、負(fù)反饋對(duì)輸入電阻的影響,1. 串聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻增大,得：,結(jié)論：引入串聯(lián)負(fù)反饋后，輸入電阻增大為無反饋時(shí)的

10、 倍。,圖 5.2.4,2. 并聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻減小,得：,結(jié)論：引入并聯(lián)負(fù)反饋后，輸入電阻減小為無負(fù)反饋時(shí)的 1/ 。,圖 5.2.6并聯(lián)負(fù)反饋對(duì) Ri 的影響,二、負(fù)反饋對(duì)輸出電阻的影響,1. 電壓負(fù)反饋使輸出電阻減小,Rcf,放大電路的輸出電阻定義為：,得：,結(jié)論：引入電壓負(fù)反饋后，放大電路的輸出電阻減小到無反饋時(shí)的。,圖 5.2.9,2. 電流負(fù)反饋使輸出電阻增大,圖 5.2.9,結(jié)論：引入電流負(fù)反饋后，放大電路的輸出電阻增大到無反饋時(shí)的 倍。,綜上所述,1. 反饋信號(hào)與外加輸入信號(hào)的求和方式只對(duì)放大電路的輸入電阻有影響：串聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻增大；并聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻減小。 2. 反

11、饋信號(hào)在輸出端的采樣方式只對(duì)放大電路的輸出電阻有影響：電壓負(fù)反饋使輸出電阻減??；電流負(fù)反饋使輸出電阻增大。 3. 串聯(lián)負(fù)反饋只增大反饋環(huán)路內(nèi)的輸入電阻；電流負(fù)反饋只增大反饋環(huán)路內(nèi)的輸出電阻。 4. 負(fù)反饋對(duì)輸入電阻和輸出電阻的影響程度，與反饋深度有關(guān)。,5.3負(fù)反饋放大電路的分析計(jì)算,簡單的負(fù)反饋放大電路，利用微變等效電路法進(jìn)行分析計(jì)算； 對(duì)于深度負(fù)反饋放大電路，采用估算方法。,5.3.1利用關(guān)系式估算閉環(huán)電壓放大倍數(shù),對(duì)于電壓串聯(lián)負(fù)反饋，中的 代表閉環(huán)電壓放大倍數(shù)，因而可直接估算出負(fù)反饋放大電路的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)。,因而：,5.3.2利用關(guān)系式 估算閉環(huán)電壓放大倍數(shù),放大電路的閉環(huán)電壓放大倍

12、數(shù)：,深度負(fù)反饋放大電路的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)：,對(duì)于串聯(lián)負(fù)反饋：,并聯(lián)負(fù)反饋：,結(jié)論：根據(jù)負(fù)反饋組態(tài)，選擇適當(dāng)?shù)墓?；再根?jù)放大電路的實(shí)際情況，列出關(guān)系式后，直接估算閉環(huán)電壓放大倍數(shù)。,例：估算深負(fù)反饋運(yùn)放的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)。,解：,該電路為電壓并聯(lián)負(fù)反饋，在深度負(fù)反饋條件下：,則閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為：,圖 5.3.2例 5.3.1 電路(a),該電路為電壓串聯(lián)負(fù)反饋,在深度負(fù)反饋條件下,圖 5.3.2例 5.3.1 電路(b),圖 5.3.2例 5.3.1 電路(c),該電路為電流并聯(lián)負(fù)反饋，在深度負(fù)反饋條件下：,故：,閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為：,Io,圖 5.3.2例 5.3.1 電路(d),該電路

13、為電流串聯(lián)負(fù)反饋，在深度負(fù)反饋條件下：,Io,5.4負(fù)反饋放大電路的自激振蕩,對(duì)于多級(jí)放大電路，如果引入過深的負(fù)反饋，可能引起自激振蕩。,5.4.1產(chǎn)生自激振蕩原因,放大電路的閉環(huán)放大倍數(shù)為：,在中頻段，,在高、低頻段，放大倍數(shù)和反饋系數(shù) 的模和相角都隨頻率變化，使 。,一、自激振蕩的幅度條件和相位條件,當(dāng) 時(shí)說明，此時(shí)放大電路沒有輸入信號(hào)，但仍有一定的輸出信號(hào)，因此產(chǎn)生了自激振蕩。,所以，負(fù)反饋放大電路產(chǎn)生自激振蕩的條件是：,即：,幅度條件,相位條件,例：由單管阻容耦合共射放大電路的頻率響應(yīng),圖 5.4.1,可見，在低、高頻段，放大電路分別產(chǎn)生了 0 + 90 和 0 -90 的附加相移。,

14、兩級(jí)放大電路將產(chǎn)生 0 180 附加相移；三級(jí)放大電路將產(chǎn)生 0 270 的附加相移。 對(duì)于多級(jí)放大電路，如果某個(gè)頻率的信號(hào)產(chǎn)生的附加相移為 180o，而反饋網(wǎng)絡(luò)為純電阻，則：,滿足自激振蕩的相位條件，如果同時(shí)滿足自激振蕩的幅度條件，放大電路將產(chǎn)生自激振蕩。,結(jié)論，單級(jí)放大電路不會(huì)產(chǎn)生自激振蕩；兩級(jí)放大電路當(dāng)頻率趨于無窮大或趨于零時(shí)，雖然滿足相位條件，但不滿足幅度條件，所以也不會(huì)產(chǎn)生自激振蕩；但三級(jí)放大電路，在深度負(fù)反饋條件下，對(duì)于某個(gè)頻率的信號(hào)，既滿足相位條件，也滿足幅度條件，可以產(chǎn)生自激振蕩。,二、自激振蕩的判斷方法,利用負(fù)反饋放大電路回路增益的波特圖，分析是否同時(shí)滿足自激振蕩的幅度和相位

15、條件。,例：某負(fù)反饋放大電路的波特圖為：,圖 5.4.2(a)產(chǎn)生自激,由波特圖中的相頻特性可見，當(dāng) f = f0 時(shí)，相位移 AF = -180，滿足相位條件；,結(jié)論：當(dāng) f = f0 時(shí)，電路同時(shí)滿足自激振蕩的相位條件和幅度條件，將產(chǎn)生自激振蕩。,此頻率對(duì)應(yīng)的對(duì)數(shù)幅頻特性位于橫坐標(biāo)軸之上，即：,結(jié)論：該負(fù)反饋放大電路不會(huì)產(chǎn)生自激振蕩，能夠穩(wěn)定工作。,例：,由負(fù)反饋放大電路 的波特圖可見，當(dāng) f = f0 ，相位移 AF = -180 時(shí),三、負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定裕度,當(dāng)環(huán)境溫度、電路參數(shù)及電源電壓等在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，為保證放大電路也能滿足穩(wěn)定條件，要求放大電路要有一定的穩(wěn)定裕度。,1.

16、幅度裕度 Gm,對(duì)于穩(wěn)定的負(fù)反饋放大電路，Gm 為負(fù)值。 Gm 值愈負(fù)，負(fù)反饋放大電路愈穩(wěn)定。,一般要求 Gm -10 dB 。,圖 5.4.2,2. 相位裕度 m,當(dāng) f = fc 時(shí)，,負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定,對(duì)于穩(wěn)定的負(fù)反饋放大電路，m 為正值。m 值愈大，負(fù)反饋放大電路愈穩(wěn)定。,一般要求 m 45,5.4.2常用的校正措施,為保證放大電路穩(wěn)定工作，對(duì)于三級(jí)或三級(jí)以上的負(fù)反饋放大電路，需采取適當(dāng)措施破壞自激振蕩的幅度條件和相位條件。,最簡單的方法是減小反饋系數(shù)或反饋深度，使得在滿足相位條件時(shí)不滿足幅度條件。,但是，由于反饋深度下降，不利于放大電路其他性能的改善，因此通常采用接入電容或 RC 元件組成校正