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1、8 反馈放大电路,8.1 反馈的基本概念与分类 8.2 负反馈放大电路增益的一般表达式 8.3 负反馈对放大电路性能的影响 8.4 深度负反馈条件下的近似计算 8.5 负反馈放大电路设计 8.6 负反馈放大电路的稳定性,一、反馈的基本概念,1. 什么是反馈,放大电路输出量的一部分或全部通过一定的方式引回到输入回路，影响输入，称为反馈。,要研究哪些问题？,反馈放大电路可用方框图表示。,复习,2. 正反馈和负反馈,从反馈的结果来判断，凡反馈的结果使输出量的变化减小的为负反馈，否则为正反馈；,引入反馈后其变化是增大？还是减小？,引入反馈后其变化是增大？还是减小？,或者，凡反馈的结果使输入量减小的为负
2、反馈，否则为正反馈。,复习,3. 直流反馈和交流反馈,直流通路中存在的反馈称为直流反馈，交流通路中存在的反馈称为交流反馈。,引入交流负反馈,复习,二、交流负反馈的四种组态,将输出电压的一部分或全部引回到输入回路来影响输入量的为电压反馈,将输出电流的一部分或全部引回到输入回路来影响输入量的为电流反馈,描述放大电路和反馈网络在输出端的连接方式，即反馈网络的取样对象。,1. 电压反馈和电流反馈,复习,2. 串联反馈和并联反馈,描述放大电路和反馈网络在输入端的连接方式，即输入量、反馈量、输入量的叠加关系。,-串联负反馈,-并联负反馈,负反馈,复习,3. 四种反馈组态,电压串联负反馈,电流串联负反馈,电
3、压并联负反馈,电流并联负反馈,复习,三、反馈的判断,“找联系”：找输出回路与输入回路的联系，若有则有反馈，否则无反馈。,将输出电压全部反馈回去,无反馈,1. 有无反馈的判断,即在输入回路又在输出回路,复习,2. 直流反馈和交流反馈的判断,“看通路”，即看反馈是存在于直流通路还是交流通路。,设以下电路中所有电容对交流信号均可视为短路。,仅有直流反馈,仅有交流反馈,交、直流反馈共存,仅有直流反馈,复习,3. 正、负反馈（反馈极性）的判断,“看反馈的结果” ，即输入量是被增大还是被减小。,瞬时极性法： 给定 的瞬时极性，并以此为依据分析电路中各电流、电位的极性从而得到 的极性；,复习,3. 正、负反
4、馈的判断,反馈量是仅仅决定于输出量的物理量。,复习,在判断集成运放构成的反馈放大电路的反馈极性时，输入电压指的是集成运放两个输入端的电位差，输入电流指的是同相输入端或反相输入端的电流。,反馈量仅决定于输出量,输入电流减小，引入了负反馈,输入电流增大，引入了正反馈,复习,4. 电压反馈和电流反馈的判断,电路引入了电压负反馈,令输出电压为0，若反馈量随之为0，则为电压反馈；若反馈量依然存在，则为电流反馈。,复习,反馈量是仅仅决定于输出量的物理量。,5. 串联反馈和并联反馈的判断,在输入端，输入量、反馈量和输入量以电压的方式叠加，为串联反馈；以电流的方式叠加，为并联反馈。,引入了并联反馈,引入了串联
5、反馈,复习,分立元件放大电路中的输入量和输出电流,在判断分立元件反馈放大电路的反馈极性时，输入电压常指输入级晶体管的b-e（e-b）间或场效应管g-s（s-g）间的电位差，输入电流常指输入级晶体管的基极电流（射极电流）或场效应管的栅极（源极）电流。 在分立元件电流负反馈放大电路中，反馈量常取自于输出级晶体管的集电极电流或发射极电流，而不是负载上的电流；此时称输出级晶体管的集电极电流或发射极电流为输出电流，反馈的结果将稳定该电流。,复习,“悟”出来了吗？,直流反馈,交、直流反馈,“悟”出来了吗？,(a)直流通路 (b)交流通路,“悟”出来了吗？,反馈组态判断举例（交流）,级间电流并联负反馈,“悟
6、”出来了吗？,电压并联负反馈,反馈组态判断举例（交流）,“悟”出来了吗？,直流反馈,交、直流反馈,电流串联负反馈,反馈组态判断举例（交流）,“悟”出来了吗？,电压串联负反馈,反馈组态判断举例（交流）,8.3 负反馈对放大电路性能的影响,8.3.1 提高增益的稳定性 8.3.2 减小非线性失真 8.3.3 抑制反馈环内噪声 8.3.4 对输入电阻和输出电阻的影响 8.3.5 扩展频带,8.3.1 提高增益的稳定性,闭环时,对A求导得,只考虑幅值有,即闭环增益相对变化量比开环减小了1+AF,另一方面,在深度负反馈条件下,即闭环增益只取决于反馈网络。当反馈网络由稳定的线性元件组成时，闭环增益将有很高
7、的稳定性。,负反馈的组态不同，稳定的增益不同（Avf 、Arf 、Agf 、Aif）,8.3.2 减小非线性失真,闭环时增益减小，线性度变好。,只能减少环内放大电路产生的失真，如果输入波形本身就是失真的，即使引入负反馈，也无济于事。,8.3.3 抑制反馈环内噪声,自学,8.3.4 对输入电阻和输出电阻的影响,串联负反馈,1. 对输入电阻的影响,开环输入电阻 Ri = vid/ii,因为 vf = Fxo xo = Avid,闭环输入电阻 Rif = vi/ii,所以 vi = vid+vf = (1+AF ) vid,闭环输入电阻 Rif= vi/ii,引入串联负反馈后，输入电阻增加了。,8.
8、3.4 对输入电阻和输出电阻的影响,并联负反馈,闭环输入电阻,引入并联负反馈后，输入电阻减小了。,注意: 反馈对输入电阻的影响仅限于环内，对环外不产生影响。,1. 对输入电阻的影响,8.3.4 对输入电阻和输出电阻的影响,例如,图中R1不在环内,但是,当R1 时，反馈对Rif几乎没有影响。,1. 对输入电阻的影响,8.3.4 对输入电阻和输出电阻的影响,电压负反馈,2. 对输出电阻的影响,8.3.4 对输入电阻和输出电阻的影响,闭环输出电阻,而 d= - xf= - Fvt,忽略反馈网络对it的分流,所以,引入电压负反馈后，输出电阻减小了。,电压负反馈,2. 对输出电阻的影响,8.3.4 对输
9、入电阻和输出电阻的影响,电流负反馈,闭环输出电阻,引入电流负反馈后，输出电阻增大了。,注意: 反馈对输出电阻的影响仅限于环内，对环外不产生影响。,2. 对输出电阻的影响,8.3.4 对输入电阻和输出电阻的影响,负反馈对放大电路性能的改善，是以牺牲增益为代价的，且仅对环内的性能产生影响。,串联负反馈 ,并联负反馈 ,电压负反馈 ,电流负反馈 ,特别注意表8.3.1的内容,增大输入电阻,减小输入电阻,减小输出电阻，稳定输出电压,增大输出电阻，稳定输出电流,8.3.5 扩展频带,1. 频率响应的一般表达式,基本放大电路的高频响应,为基本放大电路通带增益,比开环时增加了,闭环通带增益,其中,同理可得,
10、闭环上限频率,比开环时减小了,闭环下限频率,8.3.5 扩展频带,2. 引入负反馈后的频带,引入负反馈后的幅频特性,fL,fH,8.3.5 扩展频带,放大电路的增益-带宽积为常数,闭环增益-带宽积,开环增益-带宽积,3. 增益-带宽积,小结,8.4 深度负反馈条件下的近似计算,1. 深度负反馈的特点,即，深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈网络有关,由于,则,又因为,代入上式,得,（也常写为 xf ）,输入量近似等于零,由此可得深度负反馈条件下，基本放大电路“两虚”的概念,输入量近似等于反馈量,（d 0 ）,# 如何满足深度负反馈条件？,# 既然深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈网络有关，那么是
11、否意味着基本放大电路的增益A已经无关紧要了？,8.4 深度负反馈条件下的近似计算,串联负反馈，输入端电压求和,深度负反馈条件下 d= - xf 0,虚短,虚断,虚短,虚断,并联负反馈，输入端电流求和,vid= iid ri 0,1. 深度负反馈的特点,8.4 深度负反馈条件下的近似计算,(1) 找出信号放大通路和反馈通路,(2) 用瞬时极性法判断正、负反馈,(3) 判断交、直流反馈,(4) 判断反馈组态,(5) 标出输入量、输出量及反馈量,(6) 估算深度负反馈条件下电路的 F、Af 、Avf 。,（常常利用虚短和虚断直接列表达式求解）,2. 分析负反馈放大电路的一般步骤,8.4 深度负反馈条
12、件下的近似计算,电压串联负反馈,反馈系数,实际上该电路就是第2章介绍的同相比例放大电路，此处结果与第2章所得结果相同,设电路满足深度负反馈条件，试写出该电路的闭环电压增益表达式。,解：,根据虚短、虚断,闭环增益 （就是闭环电压增益）,3. 举例,8.4 深度负反馈条件下的近似计算,电压串联负反馈,设电路满足深度负反馈条件，试写出该电路的闭环电压增益表达式。,解：,根据虚短、虚断,闭环电压增益,3. 举例,电流并联负反馈,设电路满足深度负反馈条件，试写出该电路的闭环增益和闭环电压增益表达式。,解：,根据虚短、虚断,闭环增益,所以闭环电压增益,又因为,3. 举例,8.4 深度负反馈条件下的近似计算
13、,8.5 负反馈放大电路设计,8.5.1 设计负反馈放大电路的一般步骤 8.5.2 设计举例,8.5.1 设计负反馈放大电路的一般步骤,1. 选定需要的反馈类型,2. 确定反馈系数的大小,3. 适当选择反馈网络中的电阻阻值,4. 通过仿真分析，检验设计是否满足要求,信号源性质,对输出信号的要求,对输入、输出电阻的要求,对信号变换的要求（V-V、V-I、I-V、I-I ）,深度负反馈时,尽量减小反馈网络对基本放大电路的负载效应,8.5.2 设计举例,例题 设计一个带负反馈的光电隔离器的驱动电路。设vs的变化范围为05V，内阻Rs=500。要求LED的io1=10-3vs(A)。已知运放的Avo=
14、104，Ri=5k，Ro=100。设计后仿真检验发光二极管的电流。,解:,驱动电路需要将电压vs转换为电流io1,选用电流串联负反馈电路,解:,例题 设计一个驱动光电隔离器的放大电路。设vs的变化范围为05V，内阻Rs=500。要求LED的io1=10-3vs(A)。已知运放的Avo=104，Ri=5k，Ro=100。设计后仿真检验发光二极管的电流。,选用电流串联负反馈电路,所以 Rf=1k,又因为根据虚断有,深度负反馈时,例题 设计一个驱动光电隔离器的放大电路。设vs的变化范围为05V，内阻Rs=500。要求LED的io1=10-3vs(A)。已知运放的Avo=104，Ri=5k，Ro=10
15、0。设计后仿真检验发光二极管的电流。,解:,仿真电路,io1与vs的呈线性关系， io1=10-3vs， 放大电路满足设计要求。,8.6 负反馈放大电路的稳定性,8.6.1 自激振荡及稳定工作的条件 8.6.2 频率补偿,8.6.1 自激振荡及稳定工作的条件,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。,低频干扰或产生了轻微低频振荡,高频干扰或产生了轻微高频振荡,实验波形,8.6.1 自激振荡及稳定工作的条件
16、,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）,闭环增益,注：负反馈放大电路是否自激振荡实际上与输入信号无关。,由于电路通电后输出量有一个从小到大直至稳幅的过程，起振条件为,8.6.1 自激振荡及稳定工作的条件,4. 稳定工作条件,破坏自激振荡条件,当反馈网络为纯电阻网络时， f = 0。,其中,Gm幅值裕度，一般要求Gm -10dB,m相位裕度，一般要求m 45,（保证可靠稳定，留有余地）,写成等式，且幅值用分贝数表示时,8.6.1 自激振荡及稳定工作的条件,用波特图表示,或,Gm -10dB 或 m 45,4. 稳定工作条件,8.6.1 自激振荡及稳定工作的条件,5. 负反馈放大电路稳定性分析,环路
