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1、第七章第七章 反馈放大电路反馈放大电路7.1 反馈的基本概念与分类反馈的基本概念与分类一、反馈的基本概念一、反馈的基本概念将将输出输出信号（电压或电流）信号（电压或电流）馈送到输入馈送到输入回路，回路，与输入信号进行运算（一般是加减）得到净与输入信号进行运算（一般是加减）得到净输入信号（电压或电流）输入信号（电压或电流） ，从而，从而改变净输入改变净输入信号，最终实现信号，最终实现控制输出控制输出的目的的目的是否存在反馈通路是否存在反馈通路? ?反馈通路反馈通路（本级）（本级）反馈通路反馈通路（本级）（本级）反馈通路反馈通路（级间）（级间）无反馈无反馈输出输出Xo反馈的方框图反馈的方框图输入输
2、入Xi反馈反馈Xf基本放基本放大电路大电路A反馈电路反馈电路FAXiFXo净输入净输入XidAXiAXidXo、 Xf、 Xi、 Xid可以是电压信号、也可以是电流信号可以是电压信号、也可以是电流信号Xf、 Xi、 Xid都是电压或都是电流信号都是电压或都是电流信号直流反馈直流反馈交、直流反馈交、直流反馈二、直流反馈与交流反馈二、直流反馈与交流反馈三、正反馈与负反馈三、正反馈与负反馈净输入净输入信号信号AF.Xi.Xid.Xf.Xo.输输出出信信号号反馈反馈信号信号输输入入信信号号正反馈：正反馈：负反馈：负反馈：净输入信号净输入信号大于大于输入信号输入信号净输入信号净输入信号小于小于输入信号输
3、入信号判别方法：判别方法：瞬时极性法瞬时极性法在在电电路路中中，从从输输入入端端开开始始，沿沿着着信信号号流流向向，标标出出某某一一时时刻刻有有关关节节点点电电压压变变化化的的斜斜率率（正正斜斜率率或或负负斜斜率率，用用“+”“+”、“-”“-”号表示）号表示）iiifid净输入减少，负反馈净输入减少，负反馈vdvf净输入增加，正反馈净输入增加，正反馈Vf与与Vi极性相反极性相反级间反馈通路级间反馈通路净输入量减小净输入量减小级间负反馈级间负反馈反馈通路反馈通路净输入量减小净输入量减小本级负反馈本级负反馈净输入净输入信号信号AF.Xi.Xid.Xf.Xo.输输出出信信号号反馈反馈信号信号输输入
4、入信信号号输入端的输入端的连接方式连接方式Xf.为电压信号，为电压信号， 与与 串连叠加串连叠加得得Xf.Xi.Xid.串联反馈串联反馈Xf.为电流信号，为电流信号， 与与 并连叠加并连叠加得得Xf.Xi.Xid.并联反馈并联反馈四、串联反馈与并联反馈四、串联反馈与并联反馈串联串联串联：串联：输入以电压形式求和输入以电压形式求和（KVLKVL） - -v vi i+ +v vidid+ +v vf f=0 =0 即即 v vidid= =v vi i- - v vf f并联：并联：输入以电流形式求和输入以电流形式求和（KCLKCL） i ii i- -i iidid- -i if f=0 =0
5、 即即 i iidid= =i ii i- -i if f并联并联并联反馈并联反馈级间反馈级间反馈通路通路xf (if)串联反馈串联反馈级间反馈级间反馈xf (vf)净输入净输入信号信号AF.Xi.Xid.Xf.Xo.输输出出信信号号反馈反馈信号信号输输入入信信号号输出端的输出端的连接方式连接方式Xf.与输出电压成正比与输出电压成正比（ 为为电压信号）电压信号）Xo.电压电压反馈反馈Xf.与输出电流成正比与输出电流成正比（ 为为电流信号电流信号）Xo.电流电流反馈反馈五、电压反馈与电流反馈五、电压反馈与电流反馈电压反馈：反馈信号电压反馈：反馈信号x xf f和输出电压成比例，即和输出电压成比例
6、，即x xf f= =FvFvo o电流反馈：反馈信号电流反馈：反馈信号x xf f与输出电流成比例，即与输出电流成比例，即x xf f= =FiFio o 并联并联结构结构串联串联结构结构电压负反馈电压负反馈RL vo o xf xid vo 电压负反馈稳定输出电压电压负反馈稳定输出电压xf=Fvo ， xid= xixf负反馈对输出信号的稳定作用负反馈对输出信号的稳定作用电流负反馈电流负反馈RL io o xf xid io 电流负反馈稳定输出电流电流负反馈稳定输出电流xf=Fio ， xid= xixf电压反馈与电流反馈判断方法电压反馈与电流反馈判断方法负载短路法负载短路法将将负载负载短
7、路，反馈量仍然存在短路，反馈量仍然存在电流反馈电流反馈将将负负载载短短路路（未未接接负负载载时时输输出出对对地地短短路路），反馈量为零反馈量为零电压反馈电压反馈电压反馈电压反馈电流反馈电流反馈反馈反馈通路通路反馈反馈通路通路电压反馈电压反馈反馈通反馈通路路负反馈放大电路的四种组态负反馈放大电路的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并联负反馈电流并联负反馈电流串联负反馈电流串联负反馈电压电压串串联联反馈反馈电压电压并并联联反馈反馈电流电流串串联联反馈反馈电流电流并并联联反馈反馈净输入净输入信号信号AF.Xi.Xid.Xf.Xo.输输出出信信号号反馈反馈信号信号输输
8、入入信信号号FXo. .Xf.为电压为电压Xo.为电压为电压,（ 与与 串联叠加得串联叠加得 ）Xf.Xi.Xid.Xf.为电流为电流Xo.为电压为电压,（ 与与 并联叠加得并联叠加得 ）Xf.Xi.Xid.Xf.为电压为电压Xo.为电流为电流,（ 与与 串联叠加得串联叠加得 ）Xf.Xi.Xid.Xf.为电流为电流Xo.为电流为电流,（ 与与 并联叠加得并联叠加得 ）Xf.Xi.Xid.FAUSUiUoUidUf反馈电压反馈电压Uf与输出与输出电压电压Uo成正比成正比Uf与与Ui串联串联叠加得叠加得净输入电压净输入电压UidUid UiUf反馈使净输入反馈使净输入信号减小信号减小负反馈负反馈
9、电电压压串串联联负负反反馈馈FUiUoUfUidUf与与Uo成正比成正比电压电压反馈反馈Uid UiUfUf与与Ui串联串联叠加得叠加得Uid 负反馈负反馈电压串连电压串连负反馈负反馈F电电流流并并联联负负反反馈馈iiioifUoiid即使即使Uo=0，反馈反馈仍然存在，反馈不是仍然存在，反馈不是与与Uo成正比，而是成正比，而是与输出电流与输出电流成正比成正比=0电流反馈电流反馈=0F 与与A的输入端并联的输入端并联并联反馈并联反馈iSiid ii if净输入电流减小，负反馈净输入电流减小，负反馈FUoUo 0io反馈仍然存在反馈仍然存在电流反馈电流反馈iiiidifiid ii if负反馈负
10、反馈F与与A的输入端并联的输入端并联 并联反馈并联反馈电流并联电流并联负反馈负反馈F电压并联负反馈电压并联负反馈UoUo 0Uo 0时，时，Rf仅接仅接在输入回路，反馈在输入回路，反馈消失消失电压反馈电压反馈F与与A的输入端并联的输入端并联 并联反馈并联反馈iiiidifiid ii if负反馈负反馈FUoiiiidif电压并联电压并联负反馈负反馈F电流串联负反馈电流串联负反馈UoUiUfUid电流反馈电流反馈串联反馈串联反馈电压并联负反馈电压并联负反馈反馈组态判断举例反馈组态判断举例(+)(+)(-)(+)(+)(+)电流串联负反馈电流串联负反馈UiUoUo1Uo3UfUidUid = Ui
11、Uf电压串联负反馈电压串联负反馈电压负反馈：电压负反馈：稳定输出电压，具有恒压特性稳定输出电压，具有恒压特性串联反馈：串联反馈：输入端电压求和（输入端电压求和（KVLKVL）电流负反馈：电流负反馈：稳定输出电流，具有恒流特性稳定输出电流，具有恒流特性并联反馈：并联反馈：输入端电流求和（输入端电流求和（KCLKCL）小结小结串联负反馈串联负反馈v vid id = = v vi i - -v vf f则则v vi i最好为恒压源，即信号源内阻最好为恒压源，即信号源内阻R RS S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v vf f变变化能有效引起化能有效引起v vidi
12、d的变化。的变化。信号源对反馈效果的影响信号源对反馈效果的影响并联负反馈并联负反馈i iidid= = i ii i- -i if f则则i ii i最好为恒最好为恒流源，即信号源内阻流源，即信号源内阻R RS S越大越好。越大越好。要要想想反反馈馈效效果果明明显显，就就要要求求i if f变化能有效引起变化能有效引起i iidid的变化。的变化。7.3 负反馈放大电路增益的一般表达式负反馈放大电路增益的一般表达式净输入净输入信号信号AF.Xi.Xid.Xf.Xo.输输出出信信号号反馈反馈信号信号输输入入信信号号一、负反馈放大电路的方框图一、负反馈放大电路的方框图 Xid.Xf.Xi.二、负反
13、馈放大电路增益的一般表达式二、负反馈放大电路增益的一般表达式 Xid.Xf.Xi.Xo.Xid.A.Xi.F.Xo.Xi.F.Xo.)(A.( 1+A.F.)Xo.A.Xi.Af.Xo.Xi.A.1 A.F.闭环增益闭环增益净输入净输入信号信号AF.Xi.Xid.Xf.Xo.输输出出信信号号反馈反馈信号信号输输入入信信号号A.1 A.F.Af.闭环增益闭环增益A.开环增益开环增益A.F.环路增益环路增益反馈深度反馈深度1 A.F.F.反馈系数反馈系数负反馈负反馈1 A.F.11 A.F.1Af.A.正反馈正反馈1 A.F.0自激振荡自激振荡净输入净输入信号信号AF.Xi.Xid.Xf.Xo.输
14、输出出信信号号反馈反馈信号信号输输入入信信号号A.1 A.F.Af.Xo.Xi.A.Xo.Xid.电压反馈：电压反馈： 表示输出电压表示输出电压Xo.电流反馈：电流反馈： 表示输出电流表示输出电流Xo.Xid.串联反馈：串联反馈：Xi.表示相应的电压表示相应的电压Xf.Xid.并联反馈：并联反馈：Xi.表示相应的电流表示相应的电流Xf.A.Af. 与与并不一定代表电压增益并不一定代表电压增益负反馈放大电路中各种信号量的含义负反馈放大电路中各种信号量的含义7.4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一、提高增益的稳定性一、提高增益的稳定性 放大器加负反馈的最主要目的放大器加负反馈的
15、最主要目的净输入净输入信号信号AF.Xi.Xid.Xf.Xo.输输出出信信号号反馈反馈信号信号输输入入信信号号核心是核心是BJT，其参数随温，其参数随温度变化，导致度变化，导致A不稳定不稳定一般为无源元件，一般为无源元件，参数稳定，参数稳定，F稳定稳定深度负反馈：深度负反馈：A.1 A.F.Af.1A.F.A.A.F.F.1负反馈放大器以牺牲增益为代价获得增益的稳定负反馈放大器以牺牲增益为代价获得增益的稳定与不稳定的与不稳定的A无关无关一般情况一般情况闭环增益相对变化量闭环增益相对变化量开环增益相对变化量开环增益相对变化量净输入净输入信号信号AF.Xi.Xid.Xf.Xo.输输出出信信号号反馈
16、反馈信号信号输输入入信信号号Xohh ccXfhh ccXid(Xi Xf )i iccX0i ii ii ihhhh负反馈具有抑制输出波动的能力负反馈具有抑制输出波动的能力为了使稳定效果更好，为了使稳定效果更好，Xi应该稳定不变（与反馈无关应该稳定不变（与反馈无关)并联反馈并联反馈Xi为电流，希望信号源内阻大一些为电流，希望信号源内阻大一些串联反馈串联反馈Xi为电压，希望信号源内阻小一些为电压，希望信号源内阻小一些负反馈稳定输出的过程负反馈稳定输出的过程二、减小非线性失真二、减小非线性失真UoUi开环时的传输特性开环时的传输特性闭环时的传输特性闭环时的传输特性BJT非线性非线性开环传输特性开
17、环传输特性非线性非线性深度负反馈深度负反馈AFVi.Vid.Vf.Ii.Xo.输入电阻增加输入电阻增加三、改变输入输出电阻三、改变输入输出电阻串联负反馈串联负反馈电压负反馈电压负反馈输出电压更加稳定输出电压更加稳定电流负反馈电流负反馈输出电流更加稳定输出电流更加稳定并联负反馈并联负反馈输入电阻减小输入电阻减小输出电阻减小输出电阻减小输出电阻增加输出电阻增加四、抑制反馈环内噪声四、抑制反馈环内噪声A（无噪声）（无噪声）vso vonvsivinA（有噪声有噪声）visvos von放大器输出放大器输出的噪声折算的噪声折算到输入端到输入端负反馈使增益降低负反馈使增益降低为了使输出信号不变为了使输出
18、信号不变必然要增加输入信号必然要增加输入信号信噪比信噪比增加增加输出信号降低输出信号降低输出噪声同时降低输出噪声同时降低比原有的信噪比提高了比原有的信噪比提高了 倍倍电压的信噪比电压的信噪比 增加一前置级增加一前置级 并认为该级为无噪声的并认为该级为无噪声的 新的信噪比新的信噪比 注意注意负反馈只能降低反馈环内的噪声负反馈只能降低反馈环内的噪声对输入信号中已有的噪声对输入信号中已有的噪声负反馈并不能改善信噪比负反馈并不能改善信噪比要增加输入信号，要增加输入信号，必然要增加前置级必然要增加前置级前置级又会产生新的噪声前置级又会产生新的噪声要求前置级必须是低噪声放大电路要求前置级必须是低噪声放大电
19、路开环增益开环增益闭环增益闭环增益对高频响应的影响对高频响应的影响五、扩展频带五、扩展频带同理：同理：AM0.707AMAM /（1AMF）0.707AM /（1AMF）w wHw wHfw wLw wLf对低频响应的影响对低频响应的影响VS.7.5 深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈条件下的近似计算A.1 A.F.Af.1F.Vo.Vi.Vf.Vid.电压串联负反馈电压串联负反馈深度负反馈的特点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即，深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈网络有关由于由于则则又因为又因为代入上式代入上式得得（也常写为（也常写为 x xf f x xi
20、i）净输入量近似等于零净输入量近似等于零由此可得深度负反馈条件下，基本放大电路由此可得深度负反馈条件下，基本放大电路“两虚两虚”的概念的概念输入量近似等于反馈量输入量近似等于反馈量（x xid id 0 0 ）串联负反馈，输入端电压求和串联负反馈，输入端电压求和深度负反馈条件下深度负反馈条件下 x xidid= = x xi i - - x xf f 0 0 虚短虚短虚断虚断虚短虚短虚断虚断并联负反馈，输入端电流求和并联负反馈，输入端电流求和v vidid= = v vi i - - v vf f 0 0i iidid= = i ii i - - i if f 0 0v vidid= = i
21、iid id r ri i 0 0 电压串联负反馈电压串联负反馈设电路满足深度设电路满足深度负反馈负反馈条件，试写出该电路的闭条件，试写出该电路的闭环电压增益表达式。环电压增益表达式。 解：解： 根据根据虚短虚短、虚断虚断闭环电压增益闭环电压增益举例举例 电流并联负反馈电流并联负反馈设电路满足深度负反馈条件，试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源写出该电路的闭环增益和闭环源电压增益表达式。电压增益表达式。 解：解： 根据根据虚短虚短、虚断虚断闭环增益闭环增益闭环源电压增益闭环源电压增益iR电流串联负反馈电流串联负反馈Vo.Vi.Io.Vf.UiUoUo1Uo3UfUidUi
22、3Ui3电压串联负反馈电压串联负反馈7.6.1 设计负反馈放大电路的一般步骤设计负反馈放大电路的一般步骤7.6.2 设计举例设计举例7.6 负反馈放大电路设计负反馈放大电路设计7.6.1 设计负反馈放大电路的一般步骤设计负反馈放大电路的一般步骤1. 1. 选定需要的反馈类型选定需要的反馈类型2. 2. 确定反馈系数的大小确定反馈系数的大小3. 3. 适当选择反馈网络中的电阻阻值适当选择反馈网络中的电阻阻值信号源性质信号源性质对输出信号的要求对输出信号的要求对输入、输出电阻的要求对输入、输出电阻的要求对信号变换的要求（对信号变换的要求（V-VV-V、V-IV-I、I-VI-V、I-II-I ）深
23、度负反馈时深度负反馈时7.6.2 设计举例设计举例设计一个带负反馈的光电隔离器的驱动电路。设设计一个带负反馈的光电隔离器的驱动电路。设vs的变化范的变化范围为围为05V，内阻，内阻Rs=500。要求。要求LED的的io1=10-3vs(A)。已知。已知运放的运放的Avo=104，Ri=5k，Ro=100。解解: :驱动电路需要将电压驱动电路需要将电压v vs s转换为电流转换为电流i io1o1已知已知LEDLED的光强度与流过的光强度与流过LEDLED的电流的电流i io1o1成正比成正比要求要求LEDLED的光强度与电压信号的光强度与电压信号v vs s成正比成正比选选用用电电流流串串联联
24、负反馈电路负反馈电路光电隔离器光电隔离器选用电流串联负反馈电路选用电流串联负反馈电路所以所以 Rf=1k又因为根据又因为根据虚断虚断有有深度负反馈时深度负反馈时负反馈放大电路的稳定问题负反馈放大电路的稳定问题基本放大电路基本放大电路反馈网络反馈网络基本放大电路基本放大电路反馈网络反馈网络负反馈负反馈只有当只有当 与与 同相时，才能使净输入同相时，才能使净输入 减小减小注意：若电路模型中减法器换成加法器，则注意：若电路模型中减法器换成加法器，则与与 反相时，才能使净输入反相时，才能使净输入 减小减小基本放大电路基本放大电路反馈网络反馈网络负反馈负反馈只有当只有当 与与 同相时，才能使净输入同相时
25、，才能使净输入 减小减小正反馈正反馈若若 与与 反相时，将使净输入反相时，将使净输入 增加增加负反馈可以使放大器工作更稳定负反馈可以使放大器工作更稳定Vohh ccVfhh ccVid(Vi Vf )i iccV0i ii ii ihhhh正反馈将使放大器工作更加不稳定正反馈将使放大器工作更加不稳定甚至在没有输入信号时也会有输出信号甚至在没有输入信号时也会有输出信号自激振荡自激振荡基本放大电路基本放大电路反馈网络反馈网络自激振荡条件自激振荡条件当当 时时经过一次反馈循环之后的输出与原来的输出相同经过一次反馈循环之后的输出与原来的输出相同自激振荡条件自激振荡条件自激振荡条件自激振荡条件幅度条件与
26、相位条件同时满足时，才会产生自激振荡幅度条件与相位条件同时满足时，才会产生自激振荡消除自激振荡的措施：消除自激振荡的措施：消除自激振荡的措施：消除自激振荡的措施：相位裕度：相位裕度：增益裕度：增益裕度：00o-180o增益裕度增益裕度Gm相位裕度相位裕度j jm相位裕度与增益裕度越大，说明电路越不相位裕度与增益裕度越大，说明电路越不容易出现自激振荡，电路工作也更加稳定容易出现自激振荡，电路工作也更加稳定如果裕度过小，电路参数稍有波动，就可能满足自激振荡条件如果裕度过小，电路参数稍有波动，就可能满足自激振荡条件00o-180o增益裕度增益裕度Gm相位裕度相位裕度j jm负反馈放大器产生自激振荡的原因负反馈放大器产生自激振荡的原因在高低频段，各种电抗性元件的影响不能忽在高低频段，各种电抗性元件的影响不能忽略，略，A、F是频率的函数，不同的频率有不同是频率的函数，不同的频率有不同的附加相移的附加相移若在某个频率处附加相移达到若在某个频率处附加相移达到180o，Rf在对该频在对该频率信号引入的反馈将成为正反馈，如果该频率处率信号引入的反馈将成为正反馈，如果该频率处的反馈深度同时大于等于的反馈深度同时大于等于1，将产生自激振荡，将产生自激振荡
