康華光模擬第7章負(fù)反饋放大電路

1、反饋放大電路反饋反饋 在電子系統(tǒng)中把輸出回路輸出回路的電量（電電壓壓或電流電流）饋送到輸入回路輸入回路的過程。 反饋就是將輸出信號取出一部分或全部送回到放大電路的輸入回路，與原輸入信號相加或相減后再作用到放大電路的輸入端。反饋信號的傳輸是反向傳輸。所以放大電路無反饋也稱開環(huán)，放大電路有反饋也稱閉環(huán)閉環(huán)。輸入信號反饋信號凈輸入信號正反饋負(fù)反饋凈輸入信號| Xi | | Xi |輸出幅度增加 。凈輸入信號| Xi | 1時稱為深度負(fù)反饋，相當(dāng)與 1+ 1。于是閉環(huán)放大倍數(shù)FAFFAAA11fFAFAFAVVab環(huán)路增益說明 在深度負(fù)反饋條件下，閉環(huán)放大倍數(shù)近似等于反饋系數(shù)的倒數(shù)，與有源器件的參數(shù)基

2、本無關(guān)。一般反饋網(wǎng)絡(luò)是無源元件構(gòu)成的，其穩(wěn)定性優(yōu)于有源器件，因此深度負(fù)反饋時的放大倍數(shù)比較穩(wěn)定。 在此還要注意的是 、 和 可以是 電壓信號，也可以是電流信號。iXfXoX 1.當(dāng)它們都是電壓信號時， 、 、 無量綱， 和 是電壓放大倍數(shù)。 AfAFAfA 2.當(dāng)它們都是電流信號時， 、 、 無量綱， 和 是電流放大倍數(shù)。 AfAFAfA 3.當(dāng)它們既有電壓信號也有電流信號時， 、 、 有量綱， 和 也有專門的放大倍數(shù) 稱謂。fAAAfAF解:在求電壓放大倍數(shù)表達式時，可以把A1和A2看成一個運算放大器，見圖中棕色線框。 因A1和A2 都是反相輸入的，因此可確定輸入信號 圖09.04 例題09

3、.03電路圖和輸出信號之間的極性。該電路相當(dāng)同相比例運算電路，所以 651RRAvv例09.03 ：求圖09.04電路的電壓放大倍數(shù)。 反饋系數(shù)：ioiofVVXXAvvvvvvvvFAA1ofofVVXXFvv對于圖09.02(a) ：對于圖09.02(b)：e1fe1RRRFvv1f1RRRFvv （2 2）閉環(huán)放大倍數(shù) 對于串聯(lián)電壓負(fù)反饋，在輸入端是輸入電壓和反饋電壓相減，所以 反饋系數(shù)：ioiofVVXXAvvvvvvvvFAA1ofofVVXXFvv對于圖09.02(a) ：對于圖09.02(b)：e1fe1RRRFvv1f1RRRFvv （2 2）閉環(huán)放大倍數(shù) 對于串聯(lián)電壓負(fù)反饋，

4、在輸入端是輸入電壓和反饋電壓相減，所以9.3.2 電壓并聯(lián)負(fù)反饋 電壓并聯(lián)負(fù)反饋的電路如圖09.06所示。因反饋信號與輸入信號在一點相加，為并聯(lián)反饋。根據(jù)瞬時極性法判斷，為負(fù)反饋，且為電壓負(fù)反饋。因為并聯(lián)反饋在輸入端采用電流相加減。即圖09.06 電壓并聯(lián)負(fù)反饋 具有電阻的量綱 具有電阻的量綱 具有電導(dǎo)的量綱iofIVAviivviviFAA1fofo1/RVRVFiv1f11f1ioiof1RRFRRARIVVVAivvivv而電壓增益為:ifi IIIio/IVAviiof/IVAviof/VIFiv 稱為互阻增益， 稱為互導(dǎo)反饋系數(shù), 相乘無量綱。對于深度負(fù)反饋，互阻增益為fviAivF

5、ivviFAivviFA1f 9.3.3電流串聯(lián)負(fù)反饋 電流串聯(lián)負(fù)反饋電路如圖09.07所示。圖(a)是基本放大電路將Ce去掉而構(gòu)成，圖(b)是由集成運放(見下頁)構(gòu)成。 對圖(a)，反饋電壓從Re1上取出，根據(jù)瞬時極性和反饋電壓接入方式，可判斷為串聯(lián)負(fù)反饋。因輸出電壓短路，反饋電壓仍然存在，故為串聯(lián)電流負(fù)反饋。圖09.07(a) 電流串聯(lián)負(fù)反饋對圖09.07(b)的電路求其互導(dǎo)增益fivAviF1RIRIFvioo圖09.07(b) 于是 1/R ，這里忽略了Rf的分流作用。電壓增益為:fivARRRARVIVVAivvvLLfLioiofof/=IIFiif22of2offf=0)(RRR

6、IIFRIIRIii)1 (12ffRRFAiiiiof22fIRRRI電流放大倍數(shù)： 電流反饋系數(shù)是 ，以圖09.08(b) 為例 顯然，電流放大倍數(shù)基本上只與外電路的參數(shù)有關(guān)，與運放內(nèi)部參數(shù)無關(guān)。電壓放大倍數(shù)為：1L2f1Lf1iLoiof)1 (=RRRRRRARIRIVVAiivv 例題09.4:回答下列問題。 圖09.09 例題09.4電路圖求圖 09.09 在靜態(tài)時運放的共模輸入電壓;若要實現(xiàn)串聯(lián)電壓反饋, Rf 應(yīng)接向何處?要實現(xiàn)串聯(lián)電壓負(fù)反饋,運放的輸入端極性如何確定？求引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋后的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)。 解：靜態(tài)時運放的共模輸入電壓，即靜態(tài)時 T1和T2的集電極 電位。

7、 圖09.09 例題09.4電路圖 Ic1 = Ic2 = Ic3 /2V7 . 97 . 09V9156V666241515BE3B3E3EER2B3221EECCR2VVVVVVRRRVVVV5mA5 . 0mA13 . 5157 . 9c1C1CCC2C1C2C1e3EEE3C3RIVVVIIRVVI 解 :可以把差動放大電路看成運放A的輸入級。 輸入信號加在T1的基極，要實現(xiàn)串聯(lián)反饋，反 饋信號必然要加在B2。所以要實現(xiàn)串聯(lián)電壓反解既然是串聯(lián)反饋, 反饋和輸入信號接到差放的兩個輸入端。要實現(xiàn)負(fù)反饋，必為同極性信號。差放輸入端的瞬時極性，見圖中紅色標(biāo)號。根據(jù)串聯(lián)反饋的要求，可確定B2的極

8、性，見圖中綠色標(biāo)號，由此可確定運放的輸入端極性。饋, Rf應(yīng)接向B2。 圖09.09 例題09.4電路圖 解:求引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋后的閉環(huán)電壓增 益，可把差放和運放合為一個整體看待。 圖09.09 例題09.4電路圖為了保證獲得運放綠色標(biāo)號的極性，B1相當(dāng)同相輸入端，B2相當(dāng)反向輸入端。為此該電路相當(dāng)同相輸入比例運算電路。所以電壓增益為2bf1RRAvv負(fù)反饋對放大電路性能的影響負(fù)反饋對放大電路性能的影響對通頻帶對通頻帶的影響的影響對輸出對輸出電阻的電阻的影響影響對輸入對輸入電阻的電阻的影響影響對增益對增益的影響的影響對非線性對非線性失真的影響失真的影響對噪聲、對噪聲、干擾和溫漂干擾和溫漂的影

9、響的影響負(fù)反饋是改善負(fù)反饋是改善放大電路性能的重要技術(shù)放大電路性能的重要技術(shù)措施，廣泛應(yīng)用于放大電路措施，廣泛應(yīng)用于放大電路和反饋控制系統(tǒng)之中。和反饋控制系統(tǒng)之中。負(fù)反饋對增益的影響負(fù)反饋對增益的影響時，當(dāng)反饋很深，即11FAFFAAXXAioF11 有反饋時增益的穩(wěn)定性比無反饋時提高了(1+AF)倍。 引入深度負(fù)反饋后，放大電路的增益由反饋網(wǎng)絡(luò)決定，與基本放大電路無關(guān)。負(fù)反饋對非線性失真的影響負(fù)反饋對非線性失真的影響 負(fù)反饋可以改善放大電路的非線性失真，但是只能改善反饋環(huán)內(nèi)產(chǎn)生的非線性失真，而對反饋環(huán)外產(chǎn)生的非線性失真不起作用。ViVo開環(huán)傳輸特性閉環(huán)傳輸特性動畫9-3動畫9-4負(fù)反饋對噪聲

10、的影響 負(fù)反饋只對反饋環(huán)內(nèi)的噪聲和干擾有抑制作用。負(fù)反饋只對反饋環(huán)內(nèi)的噪聲和干擾有抑制作用。nsVVNS2VnsAVVNS倍。信噪比提高2VAVVVVVSFAAAAVV212101VVVVnFAAAV2111負(fù)反饋對通頻帶的影響 加了負(fù)反饋之后，放大器的加了負(fù)反饋之后，放大器的通頻帶變寬，通頻帶變寬，但放但放大器的大器的增益減小。即即增益與通頻帶之積為常數(shù)。負(fù)反饋對輸入電阻的影響負(fù)反饋對輸入電阻的影響負(fù)反饋對輸入電阻的影響與反饋加入的方式有關(guān)，即與串聯(lián)或并聯(lián)反饋有關(guān)，而與電壓或電流反饋無關(guān)。1.1.串聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻增加串聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻增加iiiiiiifiiiif)1 ( )1 ( R

11、FAIVFAIFAVVIVVIVRvvvvvv式中Ri =rid 。2.2.并聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻減小并聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻減小oiifiiiif iVFIVIIVIVRivvvidvv1iiiiiiiFArFAIIV負(fù)反饋對輸出電阻的影響 電壓負(fù)反饋可以使輸出電阻減小，這與電壓負(fù)反饋可以使輸出電壓穩(wěn)定是相一致的。輸出電阻小，帶負(fù)載能力強，輸出電壓的降落就小，穩(wěn)定性就好。以串聯(lián)電壓負(fù)反饋為例，有(1) 電壓負(fù)反饋使輸出電阻減小圖09.12電壓負(fù)反饋對輸出電阻的影響 圖09.12為求輸出電阻的等效電路，將負(fù)載電阻開路，在輸出端加入一個等效電壓Vo，并將輸入端接地。于是有式中 是負(fù)載開路時的電壓放大倍

12、數(shù)。oooooooofoooiooo)1 (RFAVRVFAVRXAVRXAVIvvvvFARIVRvooooof1ovA 此處用XS=0 是因為考慮到電壓并聯(lián)負(fù)反饋時，信號源內(nèi)阻不能為零，否則反饋信號將被信號源旁路。 XS=0 ，說明信號源內(nèi)阻還存在。負(fù)載開路(2) 電流負(fù)反饋使輸出電阻增加 電流負(fù)反饋可以使輸出電阻增加。 式中Ais是負(fù)載短路時的開環(huán)增益，即將負(fù)載短路，把電壓源轉(zhuǎn)換為電流源，再將負(fù)載開路的增益。 這與電流負(fù)反饋可以使輸出電流穩(wěn)定是相一致的。輸出電阻大，負(fù)反饋放大電路接近電流源的特性，輸出電流的穩(wěn)定性就好。 電流并聯(lián)負(fù)反饋為例，將負(fù)載電阻開路，在輸出端加入一個等效的電壓Vo，

13、并令輸入信號源為零，即VS =0?？傻胦sfsisIFAXAXAiiiosoosoo)1 (IFAIIFARViiosooof)1 (RFAIVRi四種類型的負(fù)反饋放大電路電流并聯(lián)負(fù)反饋電壓串聯(lián)負(fù)反饋電流串聯(lián)負(fù)反饋電壓并聯(lián)負(fù)反饋AfKfA電路類型)(iorIVAioiIIA )(SVIAiogiovVVA )(SVIkoffg)(iorfIVA)(offrIVk)(SVIAiogfoffvVVkoffiIIkiovfVVAioifIIA 負(fù)反饋類型的判別1. 輸出端：看反饋信號是取自輸出電壓還是輸出電流。如果取自輸出電壓電壓反饋；如果取自輸出電流電流反饋。2. 輸入端：看整個反饋放大器的輸入端

14、、基本放大器的輸入端、反饋網(wǎng)絡(luò)的輸出端，這三個端口之間的關(guān)系，如果是并聯(lián)關(guān)系并聯(lián)反饋；如果是串聯(lián)關(guān)系串聯(lián)反饋。3. 采用瞬時極性法:判斷反饋信號是增強了基本放大器的輸入信號還是削弱了基本放大器的輸入信號，判斷是正反饋還是負(fù)反饋。負(fù)反饋類型的判別負(fù)反饋類型的判別反饋類型的判別輸出端：反饋信號是取自輸出電壓電壓反饋。電壓反饋類型的判別輸入端：整個反饋放大器的輸入端、基本放大器的輸入端、反饋網(wǎng)絡(luò)的輸出端，這三個端口之間的關(guān)系是串聯(lián)串聯(lián)反饋電壓 串聯(lián)反饋類型的判別用瞬時極性法判斷是正反饋還是負(fù)反饋電壓 串聯(lián) 負(fù)反饋iViVfV反饋類型的判別首先，輸出端：反饋信號是取自輸出電流電流反饋。電流反饋類型的判

15、別輸入端：整個反饋放大器的輸入端、基本放大器的輸入端、反饋網(wǎng)絡(luò)的輸出端，這三個端口之間的關(guān)系是串聯(lián)串聯(lián)反饋電流串聯(lián)反饋類型的判別電流串聯(lián)用瞬時極性法判斷是正反饋還是負(fù)反饋iViVfV負(fù)反饋反饋類型的判別輸出端：反饋信號是取自輸出電流電流反饋。電流反饋類型的判別電流輸入端：整個反饋放大器的輸入端、基本放大器的輸入端、反饋網(wǎng)絡(luò)的輸出端，這三個端口之間的關(guān)系是并聯(lián)并聯(lián)反饋并聯(lián)反饋類型的判別電流并聯(lián)用瞬時極性法判斷是正反饋還是負(fù)反饋iIfIiI負(fù)反饋反饋類型的判別輸出端：反饋信號是取自輸出電壓電壓反饋。電壓反饋類型的判別電壓輸入端：整個反饋放大器的輸入端、基本放大器的輸入端、反饋網(wǎng)絡(luò)的輸出端，這三個端

16、口之間的關(guān)系是并聯(lián)并聯(lián)反饋并聯(lián)反饋類型的判別電壓并聯(lián)iIfIiI用瞬時極性法判斷是正反饋還是負(fù)反饋正反饋反饋類型的判別電壓串聯(lián)負(fù)反饋iViVfV深度負(fù)反饋條件下的近似計算時，深度負(fù)反饋，即11FAFFAAXXAioF11ofVRRRV211211RRRVVFofV1212111RRRRRFAVV1.增益表達式：121RRVVAioVioVRRV)1 (12同相比例電路2.虛短概念的運用在深度負(fù)反饋條件下，ofiVRRRVV211ioXXF121RRVVAioVioVRRV)1 (12ifXXFFAAXXAioF110ifidXXX虛短例：7.4.5電壓并聯(lián)負(fù)反饋電流串聯(lián)正反饋電流串聯(lián)負(fù)反饋例：

17、7.4.5SoRFIVAfoIVfffIRIfR0ifRoofRR參考例7.4.3例：7.4.6基本放大電路有源反饋網(wǎng)絡(luò)fV電壓串聯(lián)負(fù)反饋oV oVooVRRRV344oV ooVRRRV655 ooVRRRV565 ofVRRRV878ofVRRRRRRRRRV878565434ioVFVVAfoVV865487543)()()(RRRRRRRRR負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定問題負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定問題負(fù)反饋對放大電路性能的改善取決于反饋深度FA1或環(huán)路增益FA的大小，F(xiàn)A值越大，電路的性能越好。 但是如果反饋過深，有時放大電路就不能穩(wěn)定工作，而產(chǎn)生震蕩現(xiàn)象，稱電路自激。負(fù)反饋放大電路的自激及穩(wěn)定工

18、作的條件時，當(dāng)01FA相當(dāng)與放大倍數(shù)無窮大，電路無輸入，放大電路也有輸出，這時放大電路產(chǎn)生自激。 = 0 可寫為1FAFA1相位條件幅度條件1|FA A+ F=(2n+1) ， n=0,1,2,3產(chǎn)生自激的條件相位條件幅度條件1|FAA+ F=(2n+1) ， n=0,1,2,3負(fù)反饋放大電路要穩(wěn)定工作就要破壞上述兩個條件。要求在滿足1|FAA+ F=(2n+1) ，的情況下 10.1 負(fù)反饋放大電路的自激條件10.2 用波特圖判斷負(fù)反饋放大電路的自激 負(fù)反饋可以改善放大電路的性能指標(biāo)，但是負(fù)反饋引入不當(dāng)，會引起放大電路自激。為了使放大電路正常工作，必須要研究放大電路產(chǎn)生自激的原因和消除自激的

19、有效方法。10.1 10.1 負(fù)反饋放大電路的自激條件負(fù)反饋放大電路的自激條件 根據(jù)反饋的基本方程，可知當(dāng)FA1= 0 時，相當(dāng)放大倍數(shù)無窮大，也就是不需要輸入,放大電路就有輸出，放大電路產(chǎn)生了自激。 AAAFf=1相位條件相位條件幅度條件幅度條件1|FAAF= A+ F=(2n+1) n=0,1,2,3將 = 0 改寫為1FAFA1 AF是放大電路和反饋電路的總附加相移，如果在中頻條件下，放大電路有180的相移。在其它頻段電路中如果出現(xiàn)了附加相移AF，且AF達到180，使總的相移為360，負(fù)反饋變?yōu)檎答?。如果幅度條件滿足要求，放大電路產(chǎn)生自激。 在許多情況下反饋電路是由電阻構(gòu)成的，所以F=

20、0 ，AF = A+F= A。 圖10.01是一個同相比例放大電路，其輸入、反饋、凈輸入和輸出信號的相位關(guān)系如圖10.02所示。因運放輸出與輸入相移為0，若附加相移達到180 ，則可形成正反饋。 圖圖10.02 10.02 同相比例運算電路同相比例運算電路 矢量圖矢量圖圖圖10.01 10.01 同相比例運算電路同相比例運算電路10.2 10.2 用波特圖判斷負(fù)反饋用波特圖判斷負(fù)反饋 放大電路的自激放大電路的自激10.2.1 10.2.1 波特圖的繪制波特圖的繪制10.2.2 10.2.2 放大電路自激的判斷放大電路自激的判斷10.2.3 10.2.3 環(huán)路增益波特圖的引入環(huán)路增益波特圖的引入

21、10.2.4 10.2.4 判斷自激的條件判斷自激的條件10.2.110.2.1波特圖的繪制波特圖的繪制 有效地判斷放大電路是否能自激的方法，是用波特圖。不過前面波特圖的Y 軸坐標(biāo)是20lgA，單位是分貝，X 軸是對數(shù)坐標(biāo)，單位是赫茲。有一個三極點直接耦合開環(huán)放大電路的頻率特性方程式如下)10j1)(10j1)(10j1 (107645idofffVVAv其波特圖如圖10.03所示，頻率的單位為Hz。 圖圖10.03 10.03 以以20lg|Av |為為Y坐標(biāo)的坐標(biāo)的波特圖波特圖（動畫動畫10-110-1） 根據(jù)給定的頻率特性方程，放大電路在高頻段有三個極點頻率fp1、fp2和fp3。105

22、代表中頻電壓放大倍數(shù)（100dB），于是可畫出幅度頻率特性曲線和相位頻率特性曲線?？偟南囝l特性曲線是用每個極點頻率的相頻特性曲線合成而得到的。 相頻特性曲線的Y坐標(biāo)是附加相移A。當(dāng)A=180時，即圖中的S點對應(yīng)的頻率稱為臨界頻率fc。當(dāng)f= fc時反饋信號與輸入信號同相，負(fù)反饋變成了正反饋，只要信號幅度滿足要求，即可自激。10.2.210.2.2放大電路自激的判斷放大電路自激的判斷 加入負(fù)反饋后，放大倍數(shù)降低，頻帶展寬，設(shè)反饋系數(shù)F1=10-4，閉環(huán)波特圖與開環(huán)的波特圖交P點，對應(yīng)的附加相移A=90，不滿足相位條件，不自激。 進一步加大負(fù)反饋量，設(shè)反饋系數(shù)F2=10-3，閉環(huán)波特圖與開環(huán)的波特

23、圖交P點，對應(yīng)的附加相移A=135，不滿足相位條件，不自激。 此時A雖不是180，但反饋信號的矢量方向已經(jīng)基本與輸入信號相同，已進入正反饋的范疇，因此當(dāng)信號頻率接近106Hz時，即P點時，放大倍數(shù)就有所提高。 再進一步加大反饋量，設(shè)反饋系數(shù)F3=10-2，閉環(huán)波特圖與開環(huán)波特圖交P點，對應(yīng)的附加相移A=180。當(dāng)放大電路的工作頻率提高到對應(yīng)P點處的頻率時，滿足自激的相位條件。 此時放大電路有 40 dB 的 增 益，AF=10010-2=1，正好滿足放大電路自激的幅度條件，放大電路產(chǎn)生自激。10.2.310.2.3環(huán)路增益波特圖的引入環(huán)路增益波特圖的引入 由于負(fù)反饋的自激條件是 ，所以將以 20 為Y坐標(biāo)的波特圖改變?yōu)橐?0 為Y坐標(biāo)的波特圖，用于分析放大電路的自激更為方便。由于1FAAlgFAlgFAFAFA/1lg20lg20lg20lg20lg20對于幅度條件 1FAdB0/1lg20lg20lg20FAFA 相當(dāng)在以20 為Y坐標(biāo)的波特圖上減去 即可到以環(huán)路增益20 為Y坐標(biāo)的 波特圖了。如圖10.04所示。Al