模擬電子線路：第四章 負反饋放大器

1、第四章 負反饋放大器這一章主要包括四個部分： 1、反饋的類型的判斷 2、反饋對電路性能的影響 3、反饋放大器放大倍數(shù)的計算 4、反饋電路的穩(wěn)定性問題（重點）（難點）4.1 反饋放大器的基本概念一、什么是反饋？反饋概念的引出 對于電子系統(tǒng)，在輸入信號一定時，要求輸出信號是穩(wěn)定的，但由于各種因素的影響，輸出信號會發(fā)生不應有的變化。因此，需要設法將輸出信號的變化送回到輸入回路，讓輸入信號根據(jù)輸出量的變化作調(diào)整，以保持輸出量的穩(wěn)定，這一過程就是“反饋”。將輸出量（電壓、電流）的一部分或全部通過一定的網(wǎng)絡反饋到輸入回路的過程。稱為反饋。放大電路無反饋也稱開環(huán)，放大電路有反饋也稱閉環(huán)。反饋元件：跨接在輸入

2、和輸出回路之間的元件。(2) 反饋的定義負責饋送輸出信號變化量的元器件和線路構成反饋網(wǎng)絡；它們的作用是對輸出信號進行采樣，并將采樣量(反饋信號)送回輸入回路；它們的位置特點是既屬于輸入回路，又屬于輸出回路，或者跨接在輸入和輸出回路之間。二、反饋放大器的原理方框圖 1、x 可能是電壓，也可能是電流 注意：2、忽略信號通過反饋網(wǎng)絡從輸入端向輸出端的正向傳輸3、忽略反饋信號通過基本放大器從輸出端向輸入端的反向傳輸正反饋： 表示輸入信號和反饋信號疊加 負反饋： 反饋信號起增強輸入信號的作用 反饋信號起削弱輸入信號的作用 凈輸入量4.2 反饋放大器的理想閉環(huán)增益基本放大器的增益： 開環(huán)增益 反饋網(wǎng)絡的反

3、饋系數(shù)： 反饋放大器的增益： 閉環(huán)增益 (1) 表達式的推導環(huán)路增益 fAkT=對于負反饋： (2) 反饋深度 fAkF+=1反饋”這種情況稱為“深度負。響，放大性能比較穩(wěn)定參數(shù)以及其它干擾的影，不受晶體管于反饋系數(shù)此時，閉環(huán)增益只取決fk()0ixfixxfoioxxxx1ffkA4.3 反饋類型的判斷一、判定有無反饋方法：檢查電路中是否存在反饋網(wǎng)絡，即：是否有元器件、線路既屬于輸入回路、又屬于輸出回路，或者跨接在輸入和輸出回路之間。反饋元件反饋元件2、判斷直流反饋和交流反饋直流反饋：反饋信號只有直流成分。交流反饋：反饋信號只有交流成分。交直流反饋：反饋信號中既含直流成分又含交流成分。判斷方

4、法：畫出直流通路和交流通路， 直流通路上存在反饋就是直流反饋； 若交流通路存在反饋就是交流反饋。注：一般將交流反饋和交直流反饋統(tǒng)稱為交流反饋，即反饋信號中只要含有交流成分即稱為交流反饋。 Rf1和Rf2：直流反饋Re1：級間交流反饋Re2：本級交流反饋3、判斷串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋 -輸入端連接方式 在放大電路的輸入端，反饋信號和輸入信號有兩種連接方式：串聯(lián)和并聯(lián)3、判斷串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋 -輸入端連接方式 在放大電路的輸入端，反饋信號和輸入信號有兩種連接方式：串聯(lián)和并聯(lián)串聯(lián)反饋：反饋信號和輸入信號以電壓的形式疊加。并聯(lián)反饋：反饋信號和輸入信號以電流的形式疊加。簡單判別方法：是看反饋有沒有引回到輸

5、入端。 反饋沒有引回到輸入端 （反饋信號和輸入信號分別加在輸入回路的不同兩個電極上）反饋引回到輸入端（反饋信號和輸入信號加在輸入回路的同一個電極上） 并聯(lián)反饋串聯(lián)反饋并聯(lián)反饋串聯(lián)反饋方法2：將輸入端“短路”或信號源“短路”，若反饋網(wǎng)絡也被“短路”了，則為并聯(lián)反饋；若反饋網(wǎng)絡仍然存在，則為串聯(lián)反饋。輸入端短路，反饋消失，所以是并聯(lián)反饋4、判斷電壓反饋和電流反饋-輸出采樣 從需要穩(wěn)定的輸出量和輸出端的采樣方式來劃分，反饋分為：電壓反饋：電流反饋：4、判斷電壓反饋和電流反饋-輸出采樣 簡單的方法：看電路的反饋量有沒有引自于輸出端 。反饋量引自于輸出端（反饋信號和輸出信號從同一個電極引出） 從需要穩(wěn)定

6、的輸出量和輸出端的采樣方式來劃分，反饋分為：電壓反饋：電流反饋：反饋量沒有引自于輸出端（反饋信號和輸出信號從不同的兩個電極引出） 反饋引自于輸出端，所以是電壓反饋反饋沒有引自于輸出端，所以是電流反饋反饋引自于輸出端，所以是電壓反饋反饋沒有引自于輸出端，所以是電流反饋方法2：將輸出電壓短路，若反饋回來的反饋信號為零，則為電壓反饋；若反饋信號仍然存在，則為電流反饋。輸出電壓短路，反饋消失，所以是電壓反饋輸出電壓短路，反饋消失，所以是電壓反饋輸出電壓短路，反饋仍存在，所以是電流反饋5、判斷反饋的極性正反饋和負反饋定義：正反饋：引入反饋后，放大倍數(shù)增大負反饋：引入反饋后，放大倍數(shù)減小只有負反饋能起穩(wěn)定

7、輸出量的作用，而正反饋會破壞放大電路的穩(wěn)定性，甚至使其無法工作。（凈輸入量增加）（凈輸入量減少）在放大電路的輸入端，假設一個輸入信號的電壓極性，可用“+”、“-” 判斷的方法瞬時極性法步驟：按信號傳輸方向(放大網(wǎng)絡：輸入端輸出端；反饋網(wǎng)絡：輸出端輸入端)依次判斷相關點的瞬時極性，直至判斷出反饋信號的瞬時電壓極性 信號經(jīng)過電阻或耦合電容不改變極性 判斷凈輸入量(ib、vbe)的變化加入反饋后： 若凈輸入量增加：正反饋； 若凈輸入量減?。贺摲答仭Ｕ答佖摲答佖摲答乫vfi我們只關心交流負反饋的情況，那么可以構成四種類型的反饋組態(tài)： 電壓串聯(lián)負反饋 電流串聯(lián)負反饋 電壓并聯(lián)負反饋 電流并聯(lián)負反饋例

8、判斷反饋類型（例4.3.4） 第一步，找出反饋元件：第二步，看輸出端采樣：沒有引自輸出端電流反饋第三步，看輸入端連接：引回輸入端并聯(lián)反饋第四步，瞬時極性法：負反饋電流并聯(lián)負反饋fi練：判斷級間反饋組態(tài)電壓并聯(lián)正反饋a（b）電流并聯(lián)負反饋4.4 負反饋對放大器性能的影響對增益的影響對通頻帶的影響對非線性失真的影響對輸入、輸出電阻的影響一 、提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性有反饋時，增益的穩(wěn)定性比無反饋時提高了(1+Akf)倍。 AAkAAAAfffD.D+=D)(11AAAkAAfffD.+=D11例1 某放大電路的開環(huán)電壓放大倍數(shù)A104，如果由于某種原因，使A下降為8103。現(xiàn)引入反饋系數(shù)kf=0.01

9、負反饋，試求閉環(huán)電壓放大倍數(shù)Af和開環(huán)電壓放大倍數(shù)A的相對變化量。解： A0104時，A08103時，開環(huán)放大倍數(shù)A0的相對變化量為： 閉環(huán)放大倍數(shù)Af的相對變化量為： 反饋類型不同, 增益的表達式不同 放大電路增益的穩(wěn)定性提高后，在輸入量一定時，就可得到較穩(wěn)定的輸出。所以：引入電壓負反饋能夠穩(wěn)定輸出電壓； 引入電流負反饋能夠穩(wěn)定輸出電流。二、展寬通頻帶以只有一個極點的基本放大電路系統(tǒng)為例說明 若反饋系數(shù)和頻率無關,則反饋放大器的閉環(huán)增益的表達式為:其中：fAfIAHfw增益帶寬積是不變的 負反饋放大電路擴展通頻帶三、減小了非線性失真失真的反饋信號使凈輸入信號產(chǎn)生相反的失真，從而彌補了放大電路

10、本身的非線性失真 負反饋只能改善反饋環(huán)內(nèi)產(chǎn)生的非線性失真，對于輸入波形的失真沒有改善作用四、負反饋對放大器輸入電阻的影響 只與反饋放大器輸入端的連接方式有關 1 串聯(lián)反饋基本放大器的輸入電阻：加入反饋后：串聯(lián)負反饋使輸入電阻增加（1+Akf）倍 2 并聯(lián)反饋基本放大器的輸入電阻：加入反饋后：fiAkR+=1iiifIVR=并聯(lián)負反饋使輸入電阻減?。?+Akf）倍 五、負反饋對放大器輸出電阻的影響 只與反饋放大器輸出端的采樣有關 1 電壓反饋基本放大器的輸出電阻：加入反饋后：電壓負反饋使輸出電阻減?。?+Akf）倍 2 電流反饋基本放大器的輸出電阻：加入反饋后：電流負反饋使輸出電阻增加（1+Ak

11、f）倍 計算式中出現(xiàn)的Rif、Rof均是反饋環(huán)中的輸入、輸出電阻，并不是整個放大電路的輸入、輸出電阻。小結：1、直流負反饋能穩(wěn)定靜態(tài)工作點2、串聯(lián)負反饋使得輸入電阻升高 并聯(lián)負反饋使得輸入電阻減小3、電壓負反饋能夠穩(wěn)定輸出電壓， 使得輸出電阻減小 電流負反饋能夠穩(wěn)定輸出電流， 使得輸出電阻增大4、負反饋均能展寬通頻帶， 且減小非線性失真例：判斷反饋類型，若為負反饋說明反饋對放大器性能的影響電壓反饋串聯(lián)反饋fv負反饋電壓反饋串聯(lián)反饋fv負反饋 能夠穩(wěn)定輸出電壓， 使得輸出電阻減小 使得輸入電阻升高 展寬通頻帶 減小非線性失真放大電路引入負反饋的一般原則一、欲穩(wěn)定某個量，則引該量的負反饋穩(wěn)定直流，

12、引直流反饋；穩(wěn)定交流，引交流反饋；穩(wěn)定輸出電壓，引電壓反饋；穩(wěn)定輸出電流，引電流反饋。二、根據(jù)對輸入、輸出電阻的要求選擇反饋類型欲提高輸入電阻，采用串聯(lián)反饋；欲降低輸入電阻，采用并聯(lián)反饋；要求高輸出電阻，采用電流反饋；要求低輸出電阻，采用電壓反饋。三、為使反饋效果強，根據(jù)信號源及負載確定反饋類型信號源為恒壓源，采用串聯(lián)反饋；信號源為恒流源，采用并聯(lián)反饋；要求負載能力強，采用電壓反饋；要求恒流源輸出，采用電流反饋。練：電路如圖所示。判斷圖中引入了哪種組態(tài)的級間交流負反饋；此電路能否穩(wěn)定其輸出電流？若不能，反饋應如何修改？差放的極性變化+-例：電路如圖所示，（1）指出由Rf引入的是什么類型的反饋（

13、2）若要求該電路要求能夠穩(wěn)定電壓增益，圖中的連線應作哪些變動？差放作業(yè)： 4.3.1 4.4.54.5 負反饋放大器的分析一、拆環(huán)法求反饋系數(shù)* 拆環(huán)的目的是為了去掉反饋回路，作出基本放大電路，從而求出反饋系數(shù)。拆環(huán)的原則是： 畫基本放大電路的輸入端時，對電壓反饋將反饋放大電路的輸出端負載短路；電流反饋則將輸出端負載開路； 畫基本放大器的輸出端時：并聯(lián)反饋：輸入端信號源短路，串聯(lián)反饋：輸入端信號源開路。例1 若一個電壓串聯(lián)負反饋放大器的交流通路如圖所示，作出基本放大器的交流通路，并求出反饋系數(shù)。（例4.5.1 ）電壓反饋：將輸出端負載短路畫輸入端：串聯(lián)反饋：將輸入端信號源開路畫輸出端：電路的基

14、本放大器: 電壓串聯(lián)負反饋例2 判斷反饋類型，用拆環(huán)法作出基本放大器的交流通路，并求出反饋系數(shù)電流并聯(lián)負反饋 電流反饋將輸出端負載開路畫輸入端：并聯(lián)反饋：將輸入端信號源短路畫輸出端：電路的基本放大器 454RRR+-=iief=iikofif=電流并聯(lián)負反饋 二、深度負反饋下的近似計算 閉環(huán)增益和電壓增益()0ixfixxfoioxxxx1ffkA若第一級為共射放大器的反饋：對串聯(lián)深負反饋放大電路，有虛短對并聯(lián)深負反饋放大電路，有虛斷若第一級為共射放大器的反饋：例1. 設電路達到深度負反饋，近似計算對應的閉環(huán)增益、閉環(huán)電壓增益。ecRR-foVV&ioVFVVA=&eeccRIRI=&eeco

15、RIRI=&fiVV負反饋時電流串聯(lián)負反饋，深度:對應的閉環(huán)增益：eR1=eecRII=foVIiogfVIA=1、若為深度反饋，近似求解放大器的對應的閉環(huán)增益。電壓串聯(lián)負反饋2. 電路如圖所示，若反饋為深度反饋：(1)判斷Rf引入的大環(huán)反饋的組態(tài)；(2) 給出大環(huán)反饋閉環(huán)增益的近似表達式；(3)計算大環(huán)反饋閉環(huán)源電壓增益的近似表達式電壓并聯(lián)負反饋sfRR-=sfoRIVsioRIVsovfVVA=3. 設電路達到深度負反饋，近似計算對應的閉環(huán)增益。電壓串聯(lián)負反饋 fiVV負反饋時深度:foVV&iovfVVA=&4、設電路達到深度負反饋，近似計算電壓增益。 00211=RivvveebbeQ

16、對應的閉環(huán)增益：電流并聯(lián)負反饋練：判斷圖中引入了哪種組態(tài)的級間交流負反饋；如果電路滿足深度負反饋條件，估算電壓放大倍數(shù)作業(yè)： 4.5.5 4.5.84.6 負反饋放大器的穩(wěn)定性帶有反饋的放大電路在輸入端不加輸入信號，輸出端會出現(xiàn)具有一定頻率和幅度的輸出波形，這種現(xiàn)象稱為自激或自激振蕩。因為基本放大電路在高頻區(qū)有附加相移，所以在中頻區(qū)是負反饋，但是到了高頻區(qū)有可能是正反饋而使放大器產(chǎn)生自激。 自激產(chǎn)生原因：自激產(chǎn)生的原因附加相移負反饋放大電路不穩(wěn)定增幅振蕩等幅振蕩|T|1 |T|=1 |T| 1減幅振蕩自激振蕩一、穩(wěn)定工作的條件1、自激振蕩產(chǎn)生條件幅度條件：相位條件：2、負反饋放大電路穩(wěn)定性條件

17、3、由環(huán)路增益波特圖判斷負反饋放大電路的穩(wěn)定性例1 有一個負反饋放大器的環(huán)路增益的波特圖如圖所示，判斷這一反饋系統(tǒng)是否穩(wěn)定。（例4.6.1 ） 即因此系統(tǒng)是穩(wěn)定的 2、已知一個反饋放大器是電壓串聯(lián)負反饋，反饋網(wǎng)絡是由電阻組成的，且電壓增益頻率表達式為：試求：(1) 作出基本放大器的波特圖； (2) 保證系統(tǒng)穩(wěn)定，最大可以應用的反饋系數(shù)310-fk,0|lg2060+=fk|lg20|lg20|lg20+=ffkAAk180-=Doajj系統(tǒng)才穩(wěn)定時，在,0|lg20180-45dB100dB0mmmmGGjj，一般要求，穩(wěn)定的負反饋放大電路系統(tǒng)要求留有 的相位裕量時,放大電路穩(wěn)定性條件: 所以

18、，如果我們要留有45的相位裕量時即要求: 問： 當kf=10-4.5時，求幅度裕量和相位裕量,并判斷電路是否穩(wěn)定；例1、已知一個反饋放大器是電壓串聯(lián)負反饋，反饋網(wǎng)絡是由電阻組成的，且電壓增益頻率表達式為： 要求相位裕量為45o時，最大可以應用的反饋系數(shù)； 此時的幅度裕度為多少？求反饋系數(shù)為最大允許值時，反饋放大器的中頻 閉環(huán)電壓增益。 20dB/十倍頻40dB/十倍頻60dB/十倍頻90|lg20180-=oAww10lg20|lg201805.4-=oAwwlg20180=oAkGfmww因為Gm0,所以系統(tǒng)穩(wěn)定。解：dB208060-=-=三、相位補償技術要改善放大器的性能，需要加深負反饋，但是負反饋太深會引起放大器自激 。要解決這一矛盾,就要利用相位補償技術。 相位補償就是在基本放大器或反饋網(wǎng)絡中增加一些阻容元件（如R、C等），人為地拉開各極點間的間距,使在一定要求