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1、第七章第七章 反馈放大电路反馈放大电路一一. 从一个例子说起从一个例子说起稳定工作点电路稳定工作点电路输入量：输入量：Vi、VBE、iB反反响响将将电电子子系系统统输输出出回回路路的的电电量量电电压压或或电电流流），以以一一定的方式送回到输入回路的过程。定的方式送回到输入回路的过程。7.1 反馈的基本概念反馈的基本概念输出量：输出量：VO、VCE、iC正向传输正向传输信号从输入端到输出端的传输信号从输入端到输出端的传输TUBEICICUEIB二二. 几个基本概念几个基本概念1. 正向传输与反向传输正向传输与反向传输电电路路中中只只有有正正向向传传输输，没没有有反反向传输，称为开环状态。向传输，
2、称为开环状态。正向传输正向传输信号从输入端到信号从输入端到输出端的传输输出端的传输信号的正信号的正向传输向传输反向传输反向传输信号从输信号从输出端到输入端的传输出端到输入端的传输反馈传输反馈传输(通路通路)（反馈网（反馈网络）络）信号的正信号的正向传输向传输既既有有正正向向传传输输，又又有有反反馈馈 称称为为闭闭环状态。环状态。直流反馈直流反馈若电路将直流量反馈到输入回路，若电路将直流量反馈到输入回路，则称直流反馈。则称直流反馈。2.直流反馈与交流反馈直流反馈与交流反馈直流反馈直流反馈电路中引入直流反馈的目的，一般是为了稳定静态工作点电路中引入直流反馈的目的，一般是为了稳定静态工作点Q。交流反
3、馈交流反馈若电路若电路将交流量反馈到输入将交流量反馈到输入回路，则称交流反馈。回路，则称交流反馈。（如去掉电容（如去掉电容Ce）交流反馈交流反馈交流反馈，影响电路的交流工作交流反馈，影响电路的交流工作性能。性能。 解解：根根据据反反馈馈到到输输入入端端的的信信号号是是交交流流，还还是是直直流流，或或同同时存在，来进行判别。时存在，来进行判别。例例：判判断断下下图图中中有有哪哪些些反反馈馈回回路路，是是交交流流反反馈馈还还是是直直流反馈。流反馈。交流反馈交流反馈交、直流反交、直流反馈馈例：基本放大器，无反馈，净输例：基本放大器，无反馈，净输入量入量Vbe=Vi，电压放大倍数为：，电压放大倍数为：
4、3.负反馈与正反馈负反馈与正反馈负反馈负反馈输入量不变时，引入反馈后使净输入量减小，输入量不变时，引入反馈后使净输入量减小，放大倍数减小。放大倍数减小。引入反馈后，净输入量引入反馈后，净输入量Vbe =Vi- Vf ，电压放大倍数为：电压放大倍数为：可见，净输入量减小，放大倍数减小，所以是负反馈。可见，净输入量减小，放大倍数减小，所以是负反馈。正反馈正反馈输入量不变时，引入反馈后使净输入量增加，输入量不变时，引入反馈后使净输入量增加，放大倍数增加。放大倍数增加。=- RLrbe +（1+ ）ReAu本级反馈本级反馈反馈只存在于某一级放大反馈只存在于某一级放大器中器中 级间反馈级间反馈反馈存在于
5、两级以上的放大器中反馈存在于两级以上的放大器中例例反馈通路反馈通路本级反馈本级反馈通路通路级间反馈级间反馈通路通路4.本级反馈与级间反馈本级反馈与级间反馈基本放大电路基本放大电路A反馈网络反馈网络F放大：放大：迭加：迭加：1.方框图：方框图：A称为开环称为开环放大倍数放大倍数+ 反响：反响：AF称为闭环放大倍数称为闭环放大倍数AF=Xo / Xi输出信号输出信号输入信号输入信号反馈信号反馈信号差值信号差值信号负反馈放大器负反馈放大器F称为反馈系数称为反馈系数设设Xf与与Xi同相同相三三. 负反馈放大电路的方框图负反馈放大电路的方框图2. 负反馈放大器的一般关系负反馈放大器的一般关系闭环放大倍数
6、：闭环放大倍数：放大：放大：反响：反响：迭加：迭加：AF=Xo / Xi =Xo / (Xd+ Xf)= Xo / ( + XoF) =XoA11A+F=A1+AF3. 关于反馈深度的讨论关于反馈深度的讨论一般负反馈一般负反馈称为反馈深度称为反馈深度深度负反馈深度负反馈正反馈正反馈自激振荡自激振荡7.2 负反馈放大器的四种类型负反馈放大器的四种类型负反馈类型有四种组态负反馈类型有四种组态: : 电压串联负反馈电压串联负反馈 电压并联负反馈电压并联负反馈 电流串联负反馈电流串联负反馈 电流并联负反馈电流并联负反馈一一. . 电压串联负反馈电压串联负反馈因为反馈电压：因为反馈电压：从输入端看，有：
7、从输入端看，有：根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电压串联负根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电压串联负反馈反馈vd = vi -vF故为串联负反馈。故为串联负反馈。用用“瞬时极性法判断反馈极性：瞬时极性法判断反馈极性： 假设某一瞬时，在放大电路的输入端加入一个正极性假设某一瞬时，在放大电路的输入端加入一个正极性的输入信号，按信号传输方向依次判断相关点的瞬时极的输入信号，按信号传输方向依次判断相关点的瞬时极性，直至判断出反馈信号的瞬时极性。如果反馈信号的性，直至判断出反馈信号的瞬时极性。如果反馈信号的瞬时极性使净输入减小，则为负反馈；反之为正反馈。瞬时极性使净输入减小，则为负反馈；反之
8、为正反馈。反馈量与输出电压成比例，反馈量与输出电压成比例，所以是电压反馈。所以是电压反馈。分立电路电压串联负反馈分立电路电压串联负反馈RLvOvFvd(vbe) vO 电压负反馈的特性电压负反馈的特性稳定输出电压稳定输出电压稳定过程：稳定过程：负载变化时，输出电压稳定负载变化时，输出电压稳定输出电阻输出电阻二二. .电压并联负反馈电压并联负反馈 因为反馈电流：根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电压串联负根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电压串联负反馈反馈id = ii -iF从输入端看有：从输入端看有：反馈量与输出电压成比例，反馈量与输出电压成比例，所以是电压反馈。所以是电压反馈。故为
9、并联负反馈。故为并联负反馈。分立电路电压并联负反馈分立电路电压并联负反馈+UCCRCC2C1Rfuiuoibifii反馈量与输出电压成比例，反馈量与输出电压成比例，所以是电压反馈。所以是电压反馈。根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电压串联负根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电压串联负反馈反馈id = ii -iF在输入端有在输入端有故为并联负反馈。故为并联负反馈。 因为反馈电流：三三. .电流并联负反馈电流并联负反馈 因为反馈电流：根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电流串联负根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电流串联负反馈反馈又因为在输入端有又因为在输入端有: :id = iI
10、 -iF反馈量与输出电流成比例，反馈量与输出电流成比例，所以是电流反馈。所以是电流反馈。故为并联负反馈。故为并联负反馈。分立电路组成的电流并联负反馈分立电路组成的电流并联负反馈引入电流负反馈的目的引入电流负反馈的目的稳定输出电流稳定输出电流稳定过程：稳定过程：负载变化时，输出电流稳定负载变化时，输出电流稳定输出电阻输出电阻RL iOiFid iO 四.电流串联负反馈 因为反馈电压：Uf=ioRf根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电流串联负根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电流串联负反馈反馈vd = vi -vF又因为在输入端有又因为在输入端有反馈量与输出电流成比例，反馈量与输出电流成比
11、例，所以是电流反馈。所以是电流反馈。故为串联负反馈。故为串联负反馈。分立电路组成的电流串联负反馈分立电路组成的电流串联负反馈IO vF vd IO 引入电流负反馈的目的引入电流负反馈的目的稳定输出电流稳定输出电流稳定过程：稳定过程：负载变化时，输出电流稳定负载变化时，输出电流稳定输出电阻输出电阻RL 五.反馈类型及判别方法总结1.1.直流反馈与交流反馈直流反馈与交流反馈注意电容的注意电容的“隔直通交作用隔直通交作用 例题1:试判断下图电路中有哪些反馈支路，各是直流反馈还是交流反馈？2.2.反馈极性：正反馈与负反馈反馈极性：正反馈与负反馈判定方法判定方法“瞬时极性法瞬时极性法”例题例题2:试判断
12、下列电路中反馈支路的反馈极性。试判断下列电路中反馈支路的反馈极性。对于串联反馈：输入量与反馈量作用在不同的两点上，若瞬时极性对于串联反馈：输入量与反馈量作用在不同的两点上，若瞬时极性相同为负反馈，瞬时极性相反为正反馈。相同为负反馈，瞬时极性相反为正反馈。对于并联反馈：输入量与反馈量作用在同一点上，若反馈元件两端对于并联反馈：输入量与反馈量作用在同一点上，若反馈元件两端瞬时极性相反为负反馈，瞬时极性相同为正反馈。瞬时极性相反为负反馈，瞬时极性相同为正反馈。3. 取样方式取样方式电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈 假设输出端交流短路假设输出端交流短路RL=0），即），即UO=0，若反馈信号消失了
13、，则为电压反馈；若反馈信号若反馈信号消失了，则为电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为电流反馈。仍然存在，则为电流反馈。电压反馈：反馈信号的大小与输出电压成比电压反馈：反馈信号的大小与输出电压成比 例。例。判断方法判断方法输出短路法：输出短路法：电流反馈：反馈信号的大小与输出电流成比电流反馈：反馈信号的大小与输出电流成比 例。例。例题例题3:试判断下列电路中引入的反馈是电试判断下列电路中引入的反馈是电压反馈还是电流反馈。压反馈还是电流反馈。 4.比较方式串联反馈和并联反馈串联反馈：反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路串联反馈：反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的两个电极。有：的两个电极。有：
14、 此时反馈信号与输入信号是电流相加减的关系。 此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。 对于运算放大器来说，反馈信号与输入信号同时加在同相输入端或反相输入端，则为并联反馈；一个加在同相输入端一个加在反相输入端则为串联反馈。 对于三极管来说，反馈信号与输入信号同时加在三极管的基极或发射极，则为并联反馈；一个加在基极一个加在发射极则为串联反馈。并联反馈：反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路并联反馈：反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的同一个电极。有：的同一个电极。有： vd = vi -vFid = iI -iF例题例题4:试判断下列电路中引入的反馈是串试判断下列电路中引入的反馈是串联反馈
15、还是并联反馈。联反馈还是并联反馈。例题例题5:试判断下列电路中的反馈组态。试判断下列电路中的反馈组态。解解:电压串联负反馈。电压串联负反馈。（a）：）：解解:电压并联负反馈。电压并联负反馈。（b）：）：（1串联反馈串联反馈 5. 信号源对反馈效果的影响信号源对反馈效果的影响vd = vI -vF 所以所以vI应为恒压源，即信号源内阻应为恒压源，即信号源内阻RS越小越好。越小越好。 要要想想反反馈馈效效果果明明显显，就就要要求求vF变变化化能能有有效效引引起起vd的变化。的变化。（2并联反馈并联反馈id = iI -iF 所所以以iI应应为为恒恒流流源源，即即信号源内阻信号源内阻RS越大越好。越
16、大越好。 要要想想反反馈馈效效果果明明显显，就就要要求求iF变变化化能能有有效效引引起起id的的变化。变化。 例题: 回答下列问题。 1.若要实现串联若要实现串联电压反馈电压反馈, Rf 应应接向何处接向何处?2.要实现串联电要实现串联电压负反馈压负反馈,运放运放的输入端极性如的输入端极性如何确定？何确定？7.3 负反馈对放大电路性能的影响负反馈对放大电路性能的影响 提高增益的稳定性提高增益的稳定性 减少非线性失真减少非线性失真 扩展频带扩展频带 改变输入电阻和输出电阻改变输入电阻和输出电阻 在放大器中在放大器中引入负反馈引入负反馈 降低了放大倍数降低了放大倍数 使放大器的性能得以改使放大器的
17、性能得以改善：善：一一. 提高放大倍数的稳定性提高放大倍数的稳定性闭环时闭环时那么那么只考虑幅值有只考虑幅值有即闭环增益相对变化量比开环减小了即闭环增益相对变化量比开环减小了1+AF倍倍另一方面另一方面:在深度负反馈条件下在深度负反馈条件下 即即闭闭环环增增益益只只取取决决于于反反馈馈网网络络。当当反反馈馈网网络络由由稳稳定定的的线性元件组成时，闭环增益将有很高的稳定性。线性元件组成时，闭环增益将有很高的稳定性。2. 改善放大器的非线性失真改善放大器的非线性失真Auiufuiuoud加反馈前加反馈前加反馈后加反馈后AF+ 失真失真改善改善uouo3. 扩展放大器的通频带 放大电路加入负反馈后，
18、增益下降，但通频带却加宽了。放大电路加入负反馈后，增益下降，但通频带却加宽了。 无反馈时放大器的通频带： fbw= f HfL f H 有反馈时放大器的通频带： fbwf= f HffLf f Hf可以证明：可以证明：fbwf = (1+AF) fbw放大器的一个重要特性：增益与通频带之积为常数。放大器的一个重要特性：增益与通频带之积为常数。 即：即： Amf fbwf= Am fbw4. 4. 负反馈对输入电阻的影响负反馈对输入电阻的影响 (1) 串联负反馈使输入电阻增加 无反馈时： 有反馈时：(2)并联负反馈使输入电阻减小并联负反馈使输入电阻减小 无反馈时： 有反馈时：5. 负反馈对输出电
19、阻的影响 电压负反馈稳定输出电压当负载变化时）恒压源输出电阻小。(1) 电压负反馈使输出电阻减小电压负反馈使输出电阻减小 电流负反馈稳定输出电流当负载变化时）恒流源输出电阻大。(2) 电流负反馈使输出电阻提高电流负反馈使输出电阻提高为改善性能引入负反馈的一般原则为改善性能引入负反馈的一般原则 要稳定直流量要稳定直流量引直流负反馈引直流负反馈 要稳定交流量要稳定交流量引交流负反馈引交流负反馈 要稳定输出电压要稳定输出电压 引电压负反馈引电压负反馈 要稳定输出电流要稳定输出电流 引电流负反馈引电流负反馈 要增大输入电阻要增大输入电阻 引串联负反馈引串联负反馈 要减小输入电阻要减小输入电阻 引并联负
20、反馈引并联负反馈7.4 负反馈放大电路的计算负反馈放大电路的计算 本节重点讨论深度负反馈条件下的近似计算1. 估算的依据估算的依据 深度负反馈：深度负反馈：即，深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈系数有关即，深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈系数有关由由得得 方法一：方法一：一一. 估算电压增益估算电压增益 方法二：方法二：根据根据将将代入上式代入上式得得即：输入量近似等于反馈量即：输入量近似等于反馈量净输入量近似等于零净输入量近似等于零由由此此可可得得深深度度负负反反馈馈条条件件下下，基基本本放放大大电电路路“虚短虚短”、“虚断的概念虚断的概念深度负反馈条件下：深度负反馈条件下：Xd=Xi-X
21、f0V+=V-（运放电路）（运放电路）Ve=Vb三极管电路）三极管电路）(1)“虚短虚短”Vd0(2)“虚断虚断”Id0ii+=ii-=0 （运放电路）（运放电路）ib=0三极管电路）三极管电路）“虚短与虚短与“虚断虚断”（1 1） 电压串联负反馈电压串联负反馈 例1.分立电路电压串联负反馈2. 举例举例 解：用方法一。 求反馈系数： 求闭环电压放大倍数：例例2.2.运放组成的电压串联负反馈电路运放组成的电压串联负反馈电路 解：用方法二。 利用虚短和虚断的概念得知利用虚短和虚断的概念得知那么那么闭环电压增益闭环电压增益 =（2 ）电流并联负反馈放大器）电流并联负反馈放大器反馈系数为反馈系数为闭
22、环增益闭环增益闭环电压增益闭环电压增益 解：用方法一。 例1.分立电路电流并联负反馈闭闭 环环 电电 压压 增增 益益 ：Ausf=VO/Vi利用虚短和虚断可知利用虚短和虚断可知例例2. 运放组成的电流并联负反馈放大器运放组成的电流并联负反馈放大器 解：用方法二。Vi=Ii R1 Ii=If+VCCRCC2C1RfuSuoibifiiRSRL（3电压并联负反馈电压并联负反馈 例1.分立电路电压并联负反馈反馈系数为反馈系数为闭环增益闭环增益闭环电压增益闭环电压增益 解：用方法一。 例2.运放组成的电压并联负反馈利用虚短和虚断可知利用虚短和虚断可知V+=V-=0Ii=IfVi/R1=-VO/Rf得
23、：得：Auf=VO/Vi闭环增益闭环增益闭环电压增益闭环电压增益例例1. 分立元件组成的电流串联负反馈分立元件组成的电流串联负反馈反馈系数为反馈系数为 解：用方法一。由由第第二二章章知知，该该电电路闭环电压增益路闭环电压增益:（4电流串联负反馈电流串联负反馈 Uf=-IORe1例例2.2.运放组成的电流串联负反馈运放组成的电流串联负反馈闭环电压增益闭环电压增益:利用虚短和虚断可知利用虚短和虚断可知 解：用方法二。二二. 估算输入输出电阻估算输入输出电阻在深度负反馈条件下：在深度负反馈条件下：注：表中的输入、输出电阻均指反馈环中的输入、输出电阻。注：表中的输入、输出电阻均指反馈环中的输入、输出电
24、阻。（1 1电压串联负反馈电压串联负反馈举例举例 RifRifRb1/Rb2ROf0（2 2电压并联负反馈电压并联负反馈Rif0RifRSROf0（3电流串联负反馈电流串联负反馈ROfRC1RifRifRb1/Rb2ROf综合举例综合举例1：求电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。：求电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。+C1RC1RC2R2C2uoui+T1T2RF2RLRE1CER1Re2RF1综合举例综合举例2综合举例综合举例3例例求：求：(1)判断反馈阻态；判断反馈阻态；闭环电压增益闭环电压增益在在深深度度负负反反馈馈条条件件下下，利用虚短和虚断可知利用虚短和虚断可知解：解：(1)电压串联负
25、反馈电压串联负反馈则反馈系数为则反馈系数为 (2)深深度度负负反反馈馈下下大大环环的闭环电压增益的闭环电压增益 。(2)7.5 负反馈放大电路的自激振荡及消除方法负反馈放大电路的自激振荡及消除方法 4.5.1 自激及稳定工作条件 *4.5.2 频率补偿技术频率补偿技术7.5.1 自激及稳定工作条件自激及稳定工作条件1. 自激振荡现象自激振荡现象 在在不不加加任任何何输输入入信信号号的的情情况况下下，放放大大电电路路仍仍会会产产生生一一定定频频率率的的信信号号输输出。出。2. 产生原因产生原因 在在高高频频区区或或低低频频区区产产生生的的附附加加相相移移达达到到180，使使中中频频区区的的负负反
26、反馈馈在在高高频频区区或或低低频频区区变变成成了了正正反反馈馈，当当满满足足了了一定的幅值条件时，便产生自激振荡。一定的幅值条件时，便产生自激振荡。7.5.1 自激及稳定工作条件自激及稳定工作条件3. 自激振荡条件自激振荡条件自激振荡自激振荡反馈深度反馈深度即即又又得自激振荡条件得自激振荡条件幅值条件幅值条件相位条件附加相移）相位条件附加相移）注：输入端求和的相位（注：输入端求和的相位（注：输入端求和的相位（注：输入端求和的相位（-1-1不包含在内不包含在内不包含在内不包含在内闭环增益闭环增益7.5.1 自激及稳定工作条件自激及稳定工作条件4. 稳定工作条件稳定工作条件破坏自激振荡条件破坏自激
27、振荡条件或或或写为或写为其中其中 Gm幅值裕度，一般要求幅值裕度，一般要求Gm -10dB m相位裕度，一般要求相位裕度，一般要求 m 45 保保证证可可靠靠稳稳定定，留有余地。留有余地。7.5.1 自激及稳定工作条件自激及稳定工作条件5. 负反馈放大电路稳定性分析负反馈放大电路稳定性分析环路增益的幅频响应写为环路增益的幅频响应写为一般一般与频率无关，与频率无关，那那么么的幅频响应是一条水平线的幅频响应是一条水平线利用波特图分析利用波特图分析关键作出关键作出的幅频响应和相频响应波特图的幅频响应和相频响应波特图水平线水平线的交点为的交点为即该点满足即该点满足7.5.1 自激及稳定工作条件自激及稳
28、定工作条件5. 负反馈放大电路稳定性分析负反馈放大电路稳定性分析(2) 作作水平线水平线判断稳定性方法判断稳定性方法(1) 作出作出的幅频响应和相频响应波特图的幅频响应和相频响应波特图在水平线在水平线的交点作垂线交相频响应曲线的一点的交点作垂线交相频响应曲线的一点(3) 判断是否满足相位裕度判断是否满足相位裕度 m 45 若该点若该点满足相位裕度，稳定；否则不稳定。满足相位裕度，稳定；否则不稳定。在相频响应的在相频响应的点处作垂线交点处作垂线交 于于P点点若若P点在点在 水平线之下，稳定；否则不稳定。水平线之下，稳定；否则不稳定。或或7.5.1 自激及稳定工作条件自激及稳定工作条件5. 负反馈
29、放大电路稳定性分析负反馈放大电路稳定性分析基本放基本放大电大电基本基本放大放大 反反馈馈深深度度越越深深，越容易自激。越容易自激。越大，水平线越大，水平线下移，越下移，越容易自激容易自激越大，说明越大，说明反馈深度越深反馈深度越深P点交在点交在 的的-20dB/十倍频程处，放大电路是稳定的。十倍频程处，放大电路是稳定的。7.5.1 自激及稳定工作条件自激及稳定工作条件考虑考虑 假假如如 在在0dB线线以以上上只只有有一一个个转转折折频频率率，则则无无论论反反馈馈深深度度如如何何，电电路路都都能能稳稳定定工工作作，对对吗吗？（假假设设 为为无无源源网网络）络）最大为最大为 1，即，即0dB线以上只有一个转折频率，那么线以上只有一个转折频率，那么在在0dB线以上的线以上的斜率为斜率为-20dB/十倍频程。十倍频程。无无论论反反馈馈深深度度如如何何，P点点都都交交在在 的的-20dB/十十倍倍频频程程处处，放大电路是稳定的。放大电路是稳定的。
