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1、第五章 反馈放大电路及其稳定性分析, 5.1 反馈的基本概念与分类, 5.4 负反馈放大电路的稳定性分析 及频率补偿, 5.2 负反馈对放大电路性能的改善, 5.3 深度负反馈放大电路的分析计算,(1-2),1. 反馈 将电路的输出量(电压或电流)的部分或全部，通过一定的元件，以一定的方式回送到输入回路并影响输入量(电压或电流)和输出量的过程。,2.信号的两种流向,正向传输：输入 输出,反向传输：输出 输入, 开环, 闭环,一、反馈的基本概念,(1-3),基本放大电路,反馈网络,xi 输入信号(ii 或 ui ),xid 净输入信号(iid 或 uid),xo 输出信号(io 或 uo ),x
2、f 反馈信号(if 或 uf ),3. 反馈的组成和基本关系式,(1-4),二、反馈的分类,使净输入信号加强,使净输入信号削弱,判断：瞬时极性法,对直流量反馈,对交流量反馈,直流负反馈常用于稳定静态工作点， 交流负反馈用来改善放大电路的交流性能。,(1-5),电压反馈 反馈信号直接取样于输出电压,电流反馈 反馈信号直接取样于输出电流,判别方法之一：假设 uo = 0 (即RL 短路)，若反馈消失则为电压反馈，否则为电流反馈,电压负反馈能稳定输出电压，电流负反馈则稳定输出电流,(1-6),串联反馈：在输入端，反馈网络与信号源、基本放大电路串 联连接，实现 uid=uiuf,并联反馈：在输入端，反
3、馈网络与信号源、基本放大电路并 联连接，实现 iid=iiif,判别方法之一：,反馈信号与输入信号从不同节点加入，则为串 联反馈，从同一个节点加入，则为并联反馈。,信号源内阻越小， 反馈效果越明显。,信号源内阻越大， 反馈效果越明显。,(1-7),例：分析下图电路是否存在反馈，反馈元件是什么，正反馈还是负反馈？交流反馈还是直流反馈？电压反馈还是电流反馈？串联反馈还是并联反馈？,判断有无反馈，并判别反馈元件,方法：看输出回路与输入回路之间有无起联系作用的反馈网络。构成反馈网络的元件均为反馈元件。,电阻RE既包含于输出 回路又包含于输入回路， 把uo反馈到输入回路中， 因此存在反馈，反馈元件 为R
4、E 。,(1-8),（2） 判别反馈极性,假定ui 瞬时极性为正，则由电压跟随特性得uf的瞬时极性为正。由于uid=ui uf ，故uf削弱了净输入信号uid ，引入的是负反馈。,(1-9),（3） 判别直流反馈和交流反馈,方法：反馈仅存在于直流通路中的为直流反馈，仅存在于交流通路的为交流反馈，既存在于直流通路中，又存在于交流通路中，则既有直流反馈又有交流反馈。,RE既通直流也通交流，所以该电路同时存在直流反馈和交流反馈。,(1-10),（4） 判别电压反馈和电流反馈,方法：假设 uo = 0 ，若反馈消失则为电压反馈，否则为电流反馈。,若uo = 0 ，则反馈消失，故为电压反馈 。,（5）
5、判别串联反馈和并联反馈,反馈信号与输入信号串联，实现 uid=uiuf，故为串联反馈。,(1-11),三、负反馈的四种基本组态,(1-12),例1. 分析反馈放大电路,(+),(+),(+),uo 经 R2 与 R1 分压反馈到输入回路，故有反馈。,反馈使净输入电压 uid 减小，为负反馈。,RL = 0，无反馈，故为电压反馈。,uid = ui uf 故为串联反馈。,Fuu =Uf/ Uo=R1/(R1 + R2) 为反馈网络的反馈系数。,(1-13),(+),(+),(+),例2. 分析反馈放大电路,Rf 为输入回路和输出回路的公共电阻，故有反馈。,反馈使净输入电压 uid 减小，为负反馈
6、。,RL 开路，反馈不存在，故为电流反馈。,uid = ui uf 故为串联反馈。,Fui =Uf/ Io=Rf为反馈网络的反馈系数。,(1-14),iid = ii if ，故为并联反馈。,例3. 分析反馈放大电路,Rf 为输入回路和输出回路的公共电阻，故有反馈。,反馈使净输入电流 iid 减小，为负反馈。,RL = 0，反馈不存在，故为电压反馈。,Fiu=If/ Uo=-1/Rf为反馈网络的反馈系数。,(1-15),iid = ii if ，故为并联反馈。,例4. 分析反馈放大电路,Rf 为输入回路和输出回路的公共电阻，故有反馈。,反馈使净输入电流 iid 减小，为负反馈。,RL 开路，反
7、馈不存在，故为电流反馈。,Fii=If/ Io=-R/(R+Rf)为反馈网络的反馈系数。,(1-16),电流串联负反馈,电压串联负反馈,例5 反馈组态的判断,(1-17),电流串联负反馈。,(1-18),RE -引入本级电流串联负反馈；,Rf -引入级间电流并联负反馈。,反馈信号与输入信号在不同节点为串联反馈，在同一个节点为并联反馈。,反馈取自输出端或输出分压端为电压反 馈，反馈取自非输出端为电流反馈。,规 律：,(1-19),四、反馈放大电路的方框图表示及其一般表达式,1.反馈放大电路的方框图表示,反馈放大电路由基本放大电路和反馈网络组成;假定基本放大电路只有单方向的信号正向传输通路，反馈网
8、络仅有单方向的信号反向传输通路。可以把一个反馈放大电路表示为如图所示。,开环增益:,反馈系数:,(1-20),开环增益（考虑反馈网络的负载效应）,反馈系数,闭环增益,因为,所以,已知,即,闭环增益的一般表达式,2.反馈放大电路放大倍数的一般表达式,(1-21),称为反馈深度,一般负反馈,深度负反馈,正反馈,自激振荡,特例: 深度负反馈时,(1-22), 环路增益,(1-23),Af 的相对变化量,A 的相对变化量,放大倍数稳定性提高,一、提高放大倍数的稳定性,(1-24),例: A = 103 ，负反馈使放大倍数稳定性提高 100 倍，求 F、Af、 dAf /Af，当A 变化 10% 时的
9、Af 变化多少？,解：,1) 1 + AF = 100，,则 F = (100 1) / A = 0.099,2),= 103 / 100 = 10,3),此时的 Af =,负反馈以牺牲放大倍数，换取了放大倍数稳定性的提高。,(1-25),二、减少非线性失真,加入 负反馈,无负反馈,F,uf,uo,略大,略小,略小,略大,接近正弦波,改善了波形失真,(1-26),三、扩展通频带 BW,无反馈时： BW = fH fL fH,引入反馈后，,增益带宽积为常数,(1-27),四、改变放大电路的输入和输出电阻,（一）对输入电阻的影响,1. 串联负反馈使输入电阻增大,深度负反馈：,(1-28),2. 并
10、联负反馈使输入电阻减小,深度负反馈：,(1-29),（二）对输出电阻的影响,1.电压负反馈， F 与 A 并联，使输出电阻减小。,深度负反馈时,由于,因此,(1-30),（二）对输出电阻的影响,由于,因此,2. 电流负反馈 ，F 与 A 串联，使输出电阻增大,深度负反馈时,(1-31),放大电路引入负反馈的一般原则,一、欲稳定某个量，则引该量的负反馈,稳定直流，,引直流反馈；,稳定交流，,引交流反馈；,稳定输出电压，,引电压反馈；,稳定输出电流，,引电流反馈。,二、根据对输入、输出电阻的要求选择反馈类型,欲提高输入电阻，,采用串联反馈；,欲降低输入电阻，,采用并联反馈；,(1-32),要求高内
11、阻输出，,采用电流反馈；,要求低内阻输出，,采用电压反馈。,三、为使反馈效果强，根据信号源及负载确定反馈类型,信号源为恒压源，,采用串联反馈；,信号源为恒流源，,采用并联反馈；,要求负载能力强，,采用电压反馈；,要求恒流源输出，,采用电流反馈。,(1-33),一、深度负反馈的特点,串联负反馈：,并联负反馈：,(1-34),二、 深度负反馈电路性能的估算：,(1)电压串联负反馈,例 1,(1-35),例 2,例 3,(1-36),(2)电压并联负反馈,运算放大器在线性 应用时同时存在虚 短和虚断,例 1,(1-37),例 2,(1-38),(3)电流串联负反馈,例 1,(1-39),例 2,(1
12、-40),(4)电流并联负反馈,例 1,(1-41),1. 自激振荡现象,在不加任何输入信号的情况下，放大电路仍会产生一定频率的信号输出。,2. 产生原因,在高频区或低频区产生的附加相移达到180，使中频区的负反馈在高频区或低频区变成了正反馈，当满足了一定的幅值条件时，便产生自激振荡。,一、负反馈放大电路的稳定性分析,(1-42),3. 自激振荡条件,自激振荡,反馈深度,即,又,得自激振荡条件,幅值条件,相位条件（附加相移）,注：输入端求和的相位（-1）不包含在内,闭环增益,(1-43),4. 稳定工作条件,破坏自激振荡条件,或写为,其中,Gm幅值裕度，一般要求Gm -10dB,m相位裕度，一
13、般要求m 45,保证可靠稳定，留有余地。,(1-44),5. 负反馈放大电路稳定性分析,环路增益的幅频响应写为,利用波特图分析,即该点满足,(1-45),判断稳定性方法,若P点在 水平线之下，稳定；否则不稳定。,或,(1-46),可见： 反馈系数F 越大即反馈越深， 则越易自激。,(1-47),若能使反馈线与开环幅频特性曲线交于 20dB /十倍频 的区域，则可有 a 135，即有45 及以上相位裕量，使电路稳定。, a 135,(1-48),例、,某负反馈放大电路中，开环频率特性如图所示，设反馈网络为纯电阻网络，为保证电路稳定工作，试确定反馈系数的最大值。,解：,为保证可靠稳定，设 相位裕量为45 ，则 由图可得:,135,(1-49),二、 消除自激的方法,频率补偿即在电路中接入一些电容、电阻元件，改变放大电路开环增益在高频段的相频特性，使电路具有足够的稳定裕量，故频率补偿也称相位补偿。,常用措施：,(1-50),简单电容补偿方法：补偿电容加于上限频率最低的那个放大器的输入端，使反馈线只能处于开环幅频特性曲线斜率为 20dB /十倍频 的区域。,由于反馈线只能在横轴上方，因此补偿后，能稳定。,以简单电容补偿为例说明频率补偿原理,电子技术,第五章 结束,模拟电路部分,
