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1、第六章 反馈放大电路及其稳定性,6.1 反馈的基本概念与分类 6.2 负反馈对放大电路性能的影响 6.3 深度负反馈放大电路的分析计算 6.4 负反馈放大电路的稳定性分析,6.1 反馈的基本概念与分类,6.1.1 反馈的基本概念 6.1.2 反馈的分类与判断 6.1.3 反馈放大电路的方框图表示及其一般表达式,6.1.1 反馈的基本概念,反馈 是指将放大电路输出信号(输出电压或电流 ) 的一部分或全部，通过反馈网络(反馈通路)回送到放大电路输入端(或输入回路) 的一种工作方式， 如图所示。,6.1.2 反馈的分类与判断,1、 反馈的分类 (1)正反馈和负反馈 根据反馈极性的不同，可以分为正反馈
2、和负反馈。 判断电路中引入的是正反馈还是负反馈，常采用瞬时极性法。 例下页图(a)和(b),例图 (a) 和 (b),可判断出(a)是正反馈,(b)是负反馈。 1）当要求稳定放大电路的输出信号(输入信号不变)时，应采用负反馈的方式。 2）引入正反馈可构成各种波形产生电路 。,(2)直流反馈和交流反馈,根据电路中反馈信号本身的交、直流性质，可以分为直流反馈和交流反馈。 例：右图(a)和(b)。 可判断出(a)图引入的反馈是直流反馈。(b)图为交流反馈,(3)电压反馈和电流反馈,根据反馈信号在放大电路输出端采样方式的不同，可以分为电压反馈和电流反馈。 放大电路中引入的反馈是电压反馈还是电流反馈的判
3、断，可采用短路法。 例：右图(a)和(b)。 可判断出(a)为电流反馈，(b)为电压反馈。,(4)串联反馈和并联反馈,根据反馈网络与基本放大器输入端的连接方式不同，可以分为串联反馈和并联反馈。 例：右图(a)和(b)。 可判断出(a)为并联反馈，(b)为串联，反馈。,2.负反馈的组态判断,对于负反馈来说，根据反馈信号在放大电路输出端采样方式、在输入回路中求和形式的不同，共有四种类型或组态，即：电压串联负反馈、电压并联负反馈、电流串联负反馈和电流并联负反馈。,(1)电压串联负反馈,以下两个图引入的为电压串联负反馈,利用方框图来表示电压串联负反馈。如下图:,这种反馈网络的反馈系数是,放大倍数为,(
4、2)电压并联负反馈,上图(a)中的反馈是电压并联负反馈。等效方框图如图(b)所示。 放大倍数为 反馈网络的反馈系数为,(3)电流串联负反馈,左图(a)中的反馈是电压并联负反馈。等效方框图如图(b)所示。 放大倍数为 反馈网络的反馈系数为,(4)电流并联负反馈,左图(a)中的反馈是电压并联负反馈。等效方框图如图(b)。 放大倍数为 反馈网络的反馈系数为,6.1.3 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,反馈系数定义为:,2.反馈放大电路放大倍数的一般表达式,(1) 一般表达式的推导 闭环放大倍数 (2) 的一般表达式分析 反馈深度 环路增益 深度负反馈近似表达式,
5、6.2 负反馈对放大电路性能的影响,6.2.1 提高放大倍数的稳定性 6.2.2 减小非线性失真 6.2.3 扩展通频带 6.2.4 抑制内部噪声与干扰 6.2.5 对输入电阻和输出电阻的影响 6.2.6 负反馈的正确引入原则,6.2.1 提高放大倍数的稳定性,输入信号量不变时，引入电压负反馈能使输出电压稳定，引入电流负反馈能使输出电流稳定，从而使放大倍数稳定。 负反馈使闭环放大倍数的相对变化量减小为开环放大倍数相对变化量的 倍。,6.2.2 减小非线性失真,引入负反馈可以减小放大电路引起的非线性失真。如下图(a)和(b)。,负反馈只能减小放大电路本身引起的非线性失真。如果放大器输入信号波形本
6、身就已失真，这时，即使引入负反馈也无济于事。,6.2.3 扩展通频带,引入负反馈后的通频带为:,中频放大倍数与通频带的乘积基本不变(仅对单时间常数的放大器)，即:,由此可见，负反馈的反馈深度愈深，通频带展得就愈宽，但中频放大倍数下降得也愈多。引入负反馈后通频带和中频放大倍数的变化情况如图所示。,6.2.4 抑制内部噪声与干扰,放大器有用输出信号与噪声的相对比值，通常称为信噪比（用S/N表示）。信噪比愈大，噪声对放大器的有害影响就愈小。 只要把放大器的内部噪声视为谐波信号，则引入负反馈后，输出噪声下降（ ）倍。但是，与此同时，输出信号也减小到原来的 倍，信噪比并没有得到提高。因此，只有当输入信号
7、本身不携带噪声，且其幅度可以增大，使输出信号维持不变时，负反馈可以使放大器的信噪比提高到（ ）倍。,6.2.5 对输入电阻和输出电阻的影响,1.负反馈对输入电阻的影响 (1)串联负反馈使输入电阻增大 右图是串联负反馈 放大电路的简化方 框示意图。 输入电阻为:,在左图情况下，由于共发射极放大器的偏置电阻 ， 不包括在负反馈回路内。 电路输入电阻： 其中只有 增大到负反馈时的 倍。,(2)并联负反馈使输入电阻减小,如下图所示为并联负反馈放大电路的简化示意方框图 输入电阻为：,=,2.负反馈对输出电阻的影响,(1)电压负反馈使输出电阻减小,：当负载电阻开路时基本放大器源增益,（2)电流负反馈使输出
8、电阻增大,若存在直流负载电阻 则,结论: 1.反馈网络与基本放大器输入端的连接方式影响输入电阻。 2.反馈网络与基本放大器输出端的连接方式影响输出电阻。 3.对输入电阻、输出电阻等影响程度与反馈深度有关。,6.2.6 负反馈的正确引入原则,引入负反馈能够改善放大电路的多方面性能，负反馈越深，改善的效果越显著，但是放大倍数下降的也越多。以下为正确引入负反馈时应遵循的一般原则： (l)要稳定放大器静态工作点，应引入直流负反馈。 (2)要改善放大器交流性能，应引入交流负反馈。 (3)要想稳定输出电压(即减小输出电阻)，应引入电压负反馈；要想稳定输出电流(即增大输出电阻)，应引入电流负反馈。 (4)要
9、提高输入电阻，应引入串联负反馈；要减小输入电阻，应引入并联负反馈。 (5)对于多级放大器，引入的负反馈尽量为级间整体反馈，即从输出端直接引回至输入回路。,6.3 深度负反馈放大电路的分析计算,负反馈放大电路的分析计算方法很多，各有特点。常用方法有以下几种： 等效电路法 拆环分析法 深度负反馈条件下的近似计算 6.3.1 深度负反馈的特点 6.3.2 深度负反馈放大电路的计算,6.3.1 深度负反馈的特点,对于任何组态的负反馈放大电路，只要满足深度负反馈条件，都可以利用 的特点，直接估算闭环电压放大倍数。 可分别表示成以下两种形式： 串联负反馈: 并联负反馈 : 可利用上述特点来分析估算具有深度
10、负反馈的电路。,6.3.2 深度负反馈放大电路的计算,在估算闭环电压放大倍数时，必须首先 判断负反馈的组态是串联负反馈还是并联负反馈，以便选择式 、 中的一个，再根据放大电路的实际情况，列出 和 (或 和 )的表达式，然后直接估算闭环电压放大倍数。,6.4 负反馈放大电路的稳定性分析,6.4.1 负反馈放大电路的自激振荡与稳 定工作条件分析 6.4.2 常用的频率补偿方法,6.4.1 负反馈放大电路的自激振荡与稳定工作条件分析,1.产生自激振荡的原因与条件 负反馈放大器将可能产生自激振荡。负反馈放大电路产生自激振荡的根本原因之一是的附加相移。,当负反馈放大电路发生自激振荡时，必然有：,该式可以
11、分别用模和相角表示为： 上面两个式子分别表示负反馈放大电路产生自激振荡的幅度条件和相位条件。,2.自激振荡的判断方法,为了判断负反馈放大电路是否可能振荡，可利用其环路增益 的波特图，综合分析 的幅频特性和相频特性，判断是否同时满足自激振荡的幅度条件和相位条件。 下面以有三个极点频率的多级放大电路频率响应为例进行分析。,3.负反馈放大电路的稳定裕度,稳定裕度是指放大器远离自激的程度。通常采用增益裕度(也称幅度裕度)或相位裕度两项指标作为衡量的标准。 例:反馈放大电路的波特图,(1)增益裕度,通常将 时的 小于0dB(即 )的数值定义为幅度裕度 ，即： 对于稳定的负反馈放大电路，其 应为正值。 值
12、愈大，表示负反馈放大电路愈稳定。一般的负反馈放大电路要求,(2)相位裕度,通常将 时， 偏离 的数值定义为相位裕度 ，即： 对于稳定的负反馈放大电路， ，因此 是正值。 愈大，表示负反馈放大电路愈稳定。一般的负反馈放大电路要求 。,6.4.2 常用的频率补偿方法,频率(或相位)补偿的根本思想就是在基本放大电路或反馈网络中添加一些元件来改变反馈放大电路的开环频率特性,破坏自激振荡条件，以保证闭环稳定工作，并满足要求的稳定裕度。在实际工作中经常采用的方法是在基本放大器中接入由电容或元件组成的补偿电路，来消除自激振荡。,1.电容补偿,由于这种补偿使放大器的相位滞后，因此属于滞后补偿。其连线及等效电路图所示。,假设未补偿前频率： 补偿后： 放大倍数：,电容补偿前后幅频特性,2. 补偿 补偿的思路是设法在 的表达式的分子中引入一个零点，与其分母中的一个极点相抵消，从而使频带尽量宽一些，这种方法常称为极零抵消补偿法，如图所示电路。,传递系数为： 其中,设未经补偿的放大电路的放大倍数： 则： 改善：,RC补偿前后幅频特性,3.密勒效应补偿 实际工作中常常利用密勒效应，将补偿电路跨接在放大电路中(如图所示)。,
