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1、第5章 反馈和负反馈放大电路,51 反馈的基本概念及类型,反馈就是把输出的信息反送到输入端，从而影响整个系统工作过程。,TICQIEQUEQ(=IEQRE) UBEQIBQ ICQ ,利用输出电流IC在RE上的压降变化返送到输入回路，产生了抑制输出电流改变的作用，使输出电流基本不变，,这种作用称为直流电流负反馈。,5.1.1 反馈的基本概念,反馈把放大电路的输出量（电压或电流）的一部分或全部，经过反馈网络，返送到放大电路的输入回路一，个反馈量（电压或电流），这个反馈量与原来的外加输入量进行比较，得到一个净输入量加到放大电路某一放大器件的真正的输入端，以影响放大电路性能的手段。,放大元件的输入端
2、：,双极型晶体管放大电路B、E,单极型晶体管放大电路G、S,双极型晶体管组成的差分放大电路B1、B2,运放电路同相、反相输入端,反馈放大电路的示意方框图,反馈放大电路是由基本放大电路A和反馈网络F组成的一个闭环系统。称为闭环放大电路。,基本放大电路则称为开环放大电路,反馈放大电路增益（放大倍数）称为闭环增益。记为Af,基本放大电路增益（放大倍数）称为开环增益。记为A,x电压或电流信号,xi 输入信号,xo 输出信号,xf 反馈信号,xid 净输入信号,2 交流反馈与直流反馈,直流反馈反馈作用仅在直流通路中存在,交流信号在射极电阻RE产生压降,使加到晶体管的输入端的电压ube减小，即RE对交流信
3、号也产生了反馈。,交流反馈 在交流通路中存在的反馈,3 正反馈与负反馈,负反馈当反馈信号能削弱输入信号的作用，使净输入信号小于原输入信号的反馈,正反馈当反馈信号加强了输入信号的作用，使净输入信号大于原输入信号的反馈,正反馈使放大电路的性能变坏,负反馈改善放大电路的性能,a.在反馈放大电路的输入端加入对地瞬时极性为正 的电压ui.,b.根据放大电路的工作原理，就可标出电路中各点电压的瞬时极性。,c.判断反馈信号是增强还是削弱输入信号。,d.反馈信号削弱了输入信号为负反馈，增强了输入信号则为正反馈。,4 瞬时极性法判断正负反馈,判断方法,反馈信号削弱了输入信号，净输入信号小于输入信号，所以为负反馈
4、,反馈信号加强了输入信号，净输入信号大于输入信号，所以为正反馈,512 负反馈放大电路的四种基本类型,根据反馈信号的来源分,a.电压反馈反馈信号的来源输出电压，反馈信号与输出电压成正比。,b.电流反馈反馈信号的来源输出电流，反馈信号与输出电流成正比。,判断电压、电流反馈的方法：,a.令输出电压为零（uo=0） ，即输出端短路，若反馈信号消失，即xf=0。则为电压反馈，否则为电流反馈。,b.令输出电流为零（io=0 )，即输出端开路，若反馈信号消失，即xf=0。则为电流反馈，否则为电压反馈。,根据反馈信号在输入端的连接方式分,a.串联反馈若反馈网络串联于输入回路，反馈信号为电压，反馈信号与输入电
5、压串联（即求差 ）后共同作用于基本放大电路的输入端。,b.并联反馈若反馈网络并联于输入回路，反馈信号为电流，反馈信号与输入电流并联（即求差 ）后共同作用于基本放大电路的输入端。,负反馈放大电路的四种基本类型,a. 电压串联负反馈,b. 电压并联负反馈,c. 电流串联负反馈,d. 电流并联负反馈,电压串联 电压并联 电流串联 电流并联,3四种类型负反馈的表达式,513 负反馈放大电路举例,1电压串联负反馈,负反馈的判断,负反馈的组态判断,a. 反馈网络F与RL并联，属电压反馈,b. 反馈网络F与输入回路串联，属串联反馈,电压串联负反馈,负反馈的组态,电压负反馈能够稳定输出电压,稳定输出电压的原理
6、,由运算放大器组成的电压跟随器电路,2电压并联负反馈,负反馈的判断,负反馈的组态判断,a. 反馈网络F与RL并联，属电压反馈,b. 反馈网络F与输入回路并联，属并联反馈,电压并联负反馈,负反馈的组态,稳定输出电压的原理,当电阻R1=0时,净输入电流的大小取决于输入电压，与反馈电流if无关，即电路没有反馈作用了。,由运算放大器组成的电压并联负反馈电路,3电流串联负反馈,负反馈的判断,负反馈的组态判断,a. 反馈网络F与RL串联，属电流反馈,b. 反馈网络F与输入回路串联，属串联反馈,电流串联负反馈,负反馈的组态,稳定机理,电流负反馈能够稳定输出电流,4电流并联负反馈,负反馈极性及类型的判断,电流
7、并联负反馈,514 负反馈放大电路的一般表达式,由图可知,闭环增益,负反馈放大电路的放大倍数的一般表达式,可见，闭环放大倍数下降到A/(1+AF) ，即为开环放大倍数的1/(1+AF) 。,称 D=1+AF为反馈深度,称 D=1+AF1为深负反馈,放大倍数下降的原因,可见引入负反馈之后，电路的净输入信号降为原输入信号的1/(1+AF) 。,对负反馈放大电路放大倍数的一般表达式讨论,电路引入负反馈,电路引入正反馈,电路没有引入反馈,它表明在反馈深度(1+AF)足够大的条件下，闭环放大倍数Af只取决于反馈系数F，与开环放大倍数A几乎无关。,电路深负反馈的优点,a.它给设计、分析和计算负反馈放大电路
8、带来了极大的方便.,b.当选用较高质量的元件组成反馈网络时，由于F较为稳定，从而使闭环放大倍数的稳定性大大提高。,电路产生了自激振荡,上式中，因为Xo为一有限数，只有当Xi=0时才成立。,即电路没有输入，但仍有一定的输出。,52 负反馈对放大电路性能的影响,5.2.1 降低了放大倍数,5.2.2 稳定被取样的输出信号,电压反馈可以稳定输出电压,电流反馈可以稳定输出电流,5.2.3 提高放大倍数的稳定性,由,得,或,可见，引入负反馈后，Af的相对变化量，仅为A的相对变化量的(1+AF)分之一。,5.2.4 扩展通频带,已知高频区的开环放大倍数,式中，Am为中频区的开环放大倍数,fh为上限截止频率
9、,引入反馈后高频区的闭环放大倍数为（设反馈系数为实数F）,式中,为引入负反馈后的电路上限截止频率,为引入负反馈后的电路中频放大倍数,同理可证，引入负反馈后的电路下限截止频率,开环电路的通频带,引入负反馈后电路的通频带,引入负反馈后电路的通频带是开环时的通频带的(1+AmF) 倍，但中频区放大倍数确下到开环时的1/ (1+AmF) 。,两者的乘积为一常数，通常称为增益带宽积。即,常数,可见，反馈放大电路中通频带的扩展是用牺牲放大倍数换取而来的。,525 减小非线性失真,526 抑制反馈环内的干扰和噪声,信噪比放大电路的输出信号功率与输出端的噪声功率之比值,527 对输入电阻和输出电阻的影响,1对
10、输入电阻的影响,（1） 串联负反馈,基本放大电路的输入电阻为,负反馈放大电路的输入电阻为,图中,反馈电压为,可见，串联负反馈使输入电阻增大,负反馈放大电路的输入电阻为,（2）并联负反馈,基本放大电路的输入电阻,负反馈放大电路输入电阻,图中,可见，并联负反馈使输入电阻减小,2对输出电阻的影响,（1）电压负反馈,根据输出电阻的求法,求输出电阻的等效电路,图中Ao是负载RL开路时电路的放大倍数,忽略反馈网络对电流i的分流作用,图中,由此可得,反馈放大电路的输出电阻,电压负反馈使输出电阻减小,（2）电流负反馈,画出求输出电阻的等效电路,忽略反馈网络对电流i的分流作用,由图可知,电流负反馈使输出电阻增大
11、,526 正确引入反馈,a. 减小信号源的负载,引入反馈的目的,b. 提高输出端的负载能力,正确引入反馈的主要问题：,a. 选择合适的负反馈放大电路的类型,b. 正确选用个元件参数,对于电压电流变换器，选择电流串联负反馈电路,对于电流电压变换器，选择电压并联负反馈电路,对于电压放大器，选择电压串联负反馈电路,对于电流放大器，选择电流并联负反馈电路,对于高内阻、低内阻的信号源，应该选择何种类型的负反馈电路？,思考题,选择元件参数的依据:,反馈深度1+AF,目前，设计放大电路大多都选用集成运算放大器，一旦运放选定后，Au、ro、ri即被确定，剩下的工作就是估算反馈系数F。,53 负反馈放大电路的分
12、析及近似计算,负反馈放大电路的分析计算常用方法,a. 等效电路法，即微变等效电路法,b.分离法,首先 把负反馈放大电路分离成基本放大电路和反馈网络两部分,然后分别求出基本放大电路的各项指标和反馈网络的反馈系数。,最后分别求出Af、rid、rof、fhf等。,5.3.1 深度负反馈放大电路近似计算的一般方法,采用近似计算的依据,a. 多级放大电路的放大倍数一般比较大,b. 集成运算放大器的广泛应用,c. 放大电路很容易满足深度负反馈的条件。,已知在深度负反馈（AF1）的条件下,将,代入上式得,即,当电路引入串联负反馈时,当电路引入并联负反馈时,当并联负反馈电路满足深度负反馈条件时，其基本放大电路
13、的电压放大倍数也很大，放大电路的净输入电流也可认为近似等于零。,532 电压模运算放大器组成的反馈电路,1电压串联负反馈（同相输入比例放大器）,深度负反馈条件下uid0 (虚短),电路的闭环电压放大倍数,闭环输入电阻,闭环输出电阻,2电压并联负反馈（反相输入比例放大器）,在深度负反馈条件下，iid0 (虚断),ii if,根据uid0 (虚短)知，同相与反相输入端电压相等，即,闭环互阻增益,闭环电压放大倍数,输入、输出电阻,3电流串联负反馈-电压电流变换器,闭环互导增益,闭环电压放大倍数,输入输出电阻,4电流并联负反馈-电流放大器,闭环电流放大倍数,反馈电流,故,闭环电压放大倍数,输入电阻,输
14、出电阻,533分立元件组成的反馈电路,1电压串联负反馈,闭环电压放大倍数,2电流并联负反馈,闭环电流放大倍数,闭环电压放大倍数,电流负反馈稳定的不是负载电流，而是输出级晶体管电流。,从晶体管集电极看进去的闭环输出电阻,5.4 负反馈放大电路的自激振荡及消除,5.4.1 负反馈放大电路的自激振荡条件,即,将上式写成,基本放大电路产生的附加相移,反馈网络产生的附加相移,如果反馈网络由纯电阻组成,反馈电压信号和输入电压信号同相，形成正反馈。,对于负反馈电路，反馈信号与输入信号反相，即,当负反馈电路中的附加相移达到180o，即,这时如果,a.输出信号越来越大，电路不能正常工作。,b.可能产生自激振荡(
15、 )。,可见，相位条件是产生自激振荡的必要条件。,放大电路内部元器件的热噪声电压，或是开启电源时的瞬间冲击电压。因为噪声或冲击电压有很宽的频谱，包含非常丰富的谐波分量，只要其中某一种频率分量满足上述两个条件，这个频率的信号就会在放大电路输出端出现。,产生自激的输入信号的来源：,幅度条件产生自激振荡的充分的条件。,542负反馈放大电路的稳定性,a.负反馈放大电路仅含一阶惯性环节时，附加相移最大不会超过90；不会产生自激振荡。,b.负反馈放大电路含二阶惯性环节时，附加相移虽然可达180，但开环增益A=0，即不能满足。一般也不会产生自激振荡。,c. 负反馈电路含三阶以上惯性环节时,附加相移可达270
16、以上，在高频区或低频区才可能出现相位和幅值条件同时满足的情况，可能会产生自激振荡。,d. 电路的级数愈多，附加相移 愈大，愈容易满足相位条件，所以A愈大愈容易产生自激振荡。,e.反馈系数F愈大，也是愈容易产生自激振荡。,(1) 找相位临界频率 fc,如果AF大于等于1，电路不稳定,如果AF小于1，电路稳定,当f= fc时,1判断放大电路是否稳定的方法,(2)在幅频特性上找出幅度条件临界值,即满足AF=1 时的频率f0,当 fcf0 时，电路稳定,(3)根据 fc 和 f0 的位置判断,当 fcf0 时，电路不稳定,2稳定裕度,(1)幅度裕度Gm,(2) 相位裕度m,要求Gm-10(dB),希望m45,543 消除自激振荡的方法相位补偿,消除自激振荡的方
