模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)第八章反饋放大電路

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)第八章反饋放大電路第一頁，共96頁。8.1反饋的基本概念與分類8.1.1什么是反饋8.1.2直流反饋與交流反饋8.1.3正反饋與負反饋8.1.4串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋8.1.5電壓反饋與電流反饋8.1.6負反饋放大電路的四種組態(tài)第二頁，共96頁。8.1.1什么是反饋

將電子系統(tǒng)輸出回路的電量（電壓或電流），送回到輸入回路的過程。內(nèi)部反饋外部反饋第三頁，共96頁。輸出信號反饋放大電路的輸入信號反饋信號基本放大電路的輸入信號（凈輸入信號）框圖第四頁，共96頁。反饋通路——信號反向傳輸?shù)那篱_環(huán)——無反饋通路閉環(huán)——有反饋通路反饋通路（反饋網(wǎng)絡(luò)）信號的正向傳輸?shù)谖屙摚?6頁。判斷電路是否存在反饋通路反饋通路（本級）反饋通路（本級）反饋通路（級間）第六頁，共96頁。理論上電源線和地線不能作為反饋通路反饋通路（級間）第七頁，共96頁。8.1.2直流反饋與交流反饋

根據(jù)反饋到輸入端的信號是交流，還是直流，或同時存在，來進行判別。交、直流反饋交流反饋第八頁，共96頁。直流反饋交、直流反饋第九頁，共96頁。8.1.3正反饋與負反饋正反饋：輸入量不變時，引入反饋后輸出量變大了。負反饋：輸入量不變時，引入反饋后輸出量變小了。從輸出端看從輸入端看正反饋：引入反饋后，使凈輸入量變大了。負反饋：引入反饋后，使凈輸入量變小了。凈輸入量可以是電壓，也可以是電流。第十頁，共96頁。判別方法：瞬時極性法。即在電路中，從輸入端開始，沿著信號流向，標出某一時刻有關(guān)節(jié)點電壓變化的斜率（正斜率或負斜率，用“+”、“-”號表示）。(+)(+)(-)(-)(-)凈輸入量減小(+)(+)(-)(-)凈輸入量增大負反饋正反饋反饋通路反饋通路第十一頁，共96頁。(+)(+)(+)(+)(-)(-)級間反饋通路凈輸入量減小級間負反饋反饋通路本級反饋通路第十二頁，共96頁。(+)(-)(+)(+)級間反饋通路凈輸入量減小級間負反饋第十三頁，共96頁。(+)(+)(+)反饋通路凈輸入量減小本級負反饋第十四頁，共96頁。8.1.4串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋由反饋網(wǎng)絡(luò)在放大電路輸入端的連接方式判定串聯(lián)串聯(lián)：輸入以電壓形式求和（KVL）

-vi+vid+vf=0即vid=vi-vf并聯(lián)：輸入以電流形式求和（KCL）

ii-iid-if=0即iid=ii-if并聯(lián)第十五頁，共96頁。并聯(lián)：反饋量xf和輸入量xi接于同一輸入端。串聯(lián)：反饋量xf和輸入量xi接于不同的輸入端。由信號在輸入端的連接方式判定第十六頁，共96頁。判斷電路中的級間交流反饋是串聯(lián)反饋還是并聯(lián)反饋并聯(lián)反饋級間反饋通路xf(if)第十七頁，共96頁。串聯(lián)反饋級間反饋通路xf(vf)判斷電路中的級間交流反饋是串聯(lián)反饋還是并聯(lián)反饋第十八頁，共96頁。信號源對反饋效果的影響串聯(lián)負反饋vid=vi-vf

則vi最好為恒壓源，即信號源內(nèi)阻Rs越小越好。

要想反饋效果明顯，就要求vf變化能有效引起vid的變化。第十九頁，共96頁。信號源對反饋效果的影響并聯(lián)負反饋iid=ii-if

則ii最好為恒流源，即信號源內(nèi)阻Rs越大越好。

要想反饋效果明顯，就要求if變化能有效引起iid的變化。第二十頁，共96頁。8.1.5電壓反饋與電流反饋

電壓反饋與電流反饋由反饋網(wǎng)絡(luò)在放大電路輸出端的取樣對象決定電壓反饋：反饋信號xf和輸出電壓成比例，即xf=Fvo并聯(lián)結(jié)構(gòu)串聯(lián)結(jié)構(gòu)電流反饋：反饋信號xf與輸出電流成比例，即xf=Fio

第二十一頁，共96頁。電壓負反饋RLvoxf

xidvo

電壓負反饋穩(wěn)定輸出電壓xf=Fvo，

xid=xi－xf第二十二頁，共96頁。電流負反饋RLioxf

xidio

電流負反饋穩(wěn)定輸出電流xf=Fio，

xid=xi－xf第二十三頁，共96頁。判斷方法：負載短路法

將負載短路，反饋量仍然存在——電流反饋。

將負載短路（未接負載時輸出對地短路），反饋量為零——電壓反饋。電壓反饋電流反饋反饋通路反饋通路第二十四頁，共96頁。電壓反饋反饋通路第二十五頁，共96頁。電流反饋反饋通路第二十六頁，共96頁。8.1.6負反饋放大電路的四種組態(tài)由此可組成四種組態(tài)：輸入端：輸出端：電壓串聯(lián)電壓并聯(lián)電流串聯(lián)電流并聯(lián)四種組態(tài)反饋網(wǎng)絡(luò)在放大電路輸入端的連接分為串聯(lián)和并聯(lián)兩種方式。反饋信號在輸出端分為電壓取樣和電流取樣兩種方式。第二十七頁，共96頁。1.電壓串聯(lián)負反饋放大電路

輸入以電壓形式求和（KVL）：vid=vi-

vf

穩(wěn)定輸出電壓特點：

電壓控制的電壓源（VCVS），電壓/電壓轉(zhuǎn)換第二十八頁，共96頁。

輸入以電流形式求和（KCL）：iid=ii-if

穩(wěn)定輸出電壓

電流控制的電壓源（CCVS），電流/電壓轉(zhuǎn)換特點：2.電壓并聯(lián)負反饋放大電路第二十九頁，共96頁。

輸入以電壓形式求和（KVL）：vid=vi-

vf

穩(wěn)定輸出電流

電壓控制的電流源（VCCS），電壓/電流轉(zhuǎn)換特點：3.電流串聯(lián)負反饋放大電路第三十頁，共96頁。

輸入以電流形式求和（KCL）：iid=ii-if

穩(wěn)定輸出電流

電流控制的電流源（CCCS），電流/電流轉(zhuǎn)換特點：4.電流并聯(lián)負反饋放大電路第三十一頁，共96頁。電壓負反饋：穩(wěn)定輸出電壓，具有恒壓特性串聯(lián)反饋：輸入端電壓求和（KVL）電流負反饋：穩(wěn)定輸出電流，具有恒流特性并聯(lián)反饋：輸入端電流求和（KCL）不同組態(tài)的特點：第三十二頁，共96頁。反饋組態(tài)判斷舉例（交流）(+)(-)(-)(-)級間電流并聯(lián)負反饋第三十三頁，共96頁。(+)(+)(-)(-)電壓并聯(lián)負反饋反饋組態(tài)判斷舉例（交流）第三十四頁，共96頁。(+)(+)(-)(+)(+)(+)直流反饋交、直流反饋電流串聯(lián)負反饋反饋組態(tài)判斷舉例（交流）第三十五頁，共96頁。(+)(+)(-)(+)(+)電壓串聯(lián)負反饋反饋組態(tài)判斷舉例（交流）第三十六頁，共96頁。

例:試判斷下圖所示電路的反饋組態(tài)。解:

根據(jù)瞬時極性法，見圖中的紅色“+”、“-”號，可知經(jīng)電阻R1加在基極B1上的是直流并聯(lián)負反饋。因反饋信號與輸出電流成比例，故又為電流反饋。結(jié)論：是直流電流并聯(lián)負反饋。

經(jīng)Rf加在E1上是交流負反饋。反饋信號和輸入信號加在T1兩個輸入電極，故為串聯(lián)反饋。結(jié)論：交流電壓串聯(lián)負反饋。第三十七頁，共96頁。

例:試判斷下圖的反饋組態(tài)。解:

根據(jù)瞬時極性法，見圖中的紅色“+”、“-”號，可知是負反饋。因反饋信號和輸入信號加在運放A1的兩個輸入端，故為串聯(lián)反饋。

因反饋信號與輸出電壓成比例，故為電壓反饋。結(jié)論：交直流串聯(lián)電壓負反饋。第三十八頁，共96頁。8.2負反饋放大電路增益的一般表達式輸入輸出1.信號的單向化傳輸信號的正向傳輸信號的反向傳輸信號在反饋網(wǎng)絡(luò)中的正向傳輸信號在基本放大電路中的反向傳輸正向傳輸：信號由輸入到輸出的傳輸反向傳輸：信號由輸出到輸入的傳輸?shù)谌彭摚?6頁。輸入輸出信號的正向傳輸信號的反向傳輸正向傳輸：信號由輸入到輸出的傳輸反向傳輸：信號由輸出到輸入的傳輸?shù)谒氖?，?6頁。開環(huán)增益反饋系數(shù)閉環(huán)增益因為所以已知閉環(huán)增益的一般表達式即2.閉環(huán)增益的一般表達式第四十一頁，共96頁。信號量或信號傳遞比反饋組態(tài)電壓串聯(lián)電流并聯(lián)電壓并聯(lián)電流串聯(lián)Av=vo/vidAi=io/iidF=xf/xoFv=vf/voFi=if/ioAvf=vo/vi功能vi控制vo，電壓放大ii控制io，電流放大xoxi、xf、xidAf=xo/xi負反饋放大電路中各種信號量的含義A=xo/xidvoiovi、vf、vidii、if、iidii控制vo，電流轉(zhuǎn)換為電壓vi控制io，電壓轉(zhuǎn)換為電流voiovi、vf、vidii、if、iid第四十二頁，共96頁。一般負反饋稱為反饋深度深度負反饋正反饋自激振蕩

一般情況下，A和F都是頻率的函數(shù)，當考慮信號頻率的影響時，Af、A和F分別用、和表示。即3.反饋深度討論第四十三頁，共96頁。8.3負反饋對放大電路性能的影響8.3.1提高增益的穩(wěn)定性8.3.2減小非線性失真8.3.3抑制反饋環(huán)內(nèi)噪聲8.3.4對輸入電阻和輸出電阻的影響8.3.5擴展頻帶第四十四頁，共96頁。8.3.1提高增益的穩(wěn)定性閉環(huán)時對A求導(dǎo)得只考慮幅值有即閉環(huán)增益相對變化量比開環(huán)減小了1+AF另一方面,在深度負反饋條件下

即閉環(huán)增益只取決于反饋網(wǎng)絡(luò)。當反饋網(wǎng)絡(luò)由穩(wěn)定的線性元件組成時，閉環(huán)增益將有很高的穩(wěn)定性。負反饋的組態(tài)不同，穩(wěn)定的增益不同（Avf

、Arf

、Agf

、Aif）第四十五頁，共96頁。8.3.2減小非線性失真閉環(huán)時增益減小，線性度變好。

只能減少環(huán)內(nèi)放大電路產(chǎn)生的失真，如果輸入波形本身就是失真的，即使引入負反饋，也無濟于事。第四十六頁，共96頁。8.3.3抑制反饋環(huán)內(nèi)噪聲自學(xué)第四十七頁，共96頁。8.3.4對輸入電阻和輸出電阻的影響

串聯(lián)負反饋1.對輸入電阻的影響開環(huán)輸入電阻Ri=vid/ii因為vf=F·xoxo=A·vid閉環(huán)輸入電阻Rif=vi/ii所以vi=vid+vf=(1+AF)vid閉環(huán)輸入電阻Rif=vi/ii引入串聯(lián)負反饋后，輸入電阻增加了。第四十八頁，共96頁。

并聯(lián)負反饋閉環(huán)輸入電阻

引入并聯(lián)負反饋后，輸入電阻減小了。

注意:反饋對輸入電阻的影響僅限于環(huán)內(nèi)，對環(huán)外不產(chǎn)生影響。第四十九頁，共96頁。例如圖中R1不在環(huán)內(nèi)但是當R1>>

時，反饋對Rif幾乎沒有影響。第五十頁，共96頁。

電壓負反饋2.對輸出電阻的影響第五十一頁，共96頁。閉環(huán)輸出電阻而xid=-xf=-Fvt

忽略反饋網(wǎng)絡(luò)對it的分流所以

引入電壓負反饋后，輸出電阻減小了。

電壓負反饋第五十二頁，共96頁。

電流負反饋閉環(huán)輸出電阻

引入電流負反饋后，輸出電阻增大了。注意:反饋對輸出電阻的影響僅限于環(huán)內(nèi)，對環(huán)外不產(chǎn)生影響。第五十三頁，共96頁。

負反饋對放大電路性能的改善，是以犧牲增益為代價的，且僅對環(huán)內(nèi)的性能產(chǎn)生影響。串聯(lián)負反饋——

并聯(lián)負反饋——

電壓負反饋——

電流負反饋——

特別注意表8.3.1的內(nèi)容增大輸入電阻減小輸入電阻減小輸出電阻，穩(wěn)定輸出電壓增大輸出電阻，穩(wěn)定輸出電流第五十四頁，共96頁。為改善性能引入負反饋的一般原則

要穩(wěn)定直流量——引直流負反饋

要穩(wěn)定交流量——引交流負反饋

要穩(wěn)定輸出電壓——引電壓負反饋

要穩(wěn)定輸出電流——引電流負反饋

要增大輸入電阻——引串聯(lián)負反饋

要減小輸入電阻——引并聯(lián)負反饋第五十五頁，共96頁。例：在下圖所示的電路中，為了實現(xiàn)下述的性能要求，問各應(yīng)引入何種負反饋？將結(jié)果畫在電路上。第五十六頁，共96頁。1.

希望Vs=0時，元件參數(shù)的改變對末級集電極電流影響小；2.

希望輸入電阻較大；3.

希望輸出電阻較??；4.

希望接上負載后，電壓放大倍數(shù)基本不變；5.

希望信號源為電流源時，反饋的效果比較好。1.直流電流負反饋2.串聯(lián)負反饋3.電壓負反饋4.穩(wěn)定輸出電壓，電壓負反饋5.并聯(lián)負反饋第五十七頁，共96頁。1.直流電流負反饋第五十八頁，共96頁。2.串聯(lián)負反饋第五十九頁，共96頁。3.電壓負反饋第六十頁，共96頁。4.穩(wěn)定輸出電壓，電壓負反饋第六十一頁，共96頁。5.并聯(lián)負反饋第六十二頁，共96頁。8.3.5擴展頻帶1.頻率響應(yīng)的一般表達式基本放大電路的高頻響應(yīng)

為基本放大電路通帶增益比開環(huán)時增加了根據(jù)閉環(huán)增益表達式有（設(shè)反饋網(wǎng)絡(luò)為純阻網(wǎng)絡(luò)）——閉環(huán)通帶增益其中同理可得——閉環(huán)上限頻率比開環(huán)時減小了——閉環(huán)下限頻率第六十三頁，共96頁。2.不同負反饋深度下的頻帶第六十四頁，共96頁。放大電路的增益-帶寬積為常數(shù)閉環(huán)增益-帶寬積開環(huán)增益-帶寬積3.增益-帶寬積第六十五頁，共96頁。8.4深度負反饋條件下的近似計算1.深度負反饋的特點即，深度負反饋條件下，閉環(huán)增益只與反饋網(wǎng)絡(luò)有關(guān)由于則又因為代入上式得（也常寫為xfxi）凈輸入量近似等于零由此可得深度負反饋條件下，基本放大電路“兩虛”的概念輸入量近似等于反饋量（xid0

）#

如何滿足深度負反饋條件？#既然深度負反饋條件下，閉環(huán)增益只與反饋網(wǎng)絡(luò)有關(guān)，那么是否意味著基本放大電路的增益A已經(jīng)無關(guān)緊要了？第六十六頁，共96頁。串聯(lián)負反饋，輸入端電壓求和深度負反饋條件下

xid=

xi-

xf

0

虛短虛斷虛短虛斷并聯(lián)負反饋，輸入端電流求和vid=

vi-

vf

0iid=

ii-

if

0vid=

iidri

0第六十七頁，共96頁。(1)找出信號放大通路和反饋通路(2)用瞬時極性法判斷正、負反饋(3)判斷交、直流反饋(4)判斷反饋組態(tài)(5)標出輸入量、輸出量及反饋量(6)估算深度負反饋條件下電路的F、Af、Avf。（常常利用虛短和虛斷直接列表達式求解）2.分析負反饋放大電路的一般步驟第六十八頁，共96頁。

電壓串聯(lián)負反饋反饋系數(shù)

實際上該電路就是第2章介紹的同相比例放大電路，此處結(jié)果與第2章所得結(jié)果相同

設(shè)電路滿足深度負反饋條件，試寫出該電路的閉環(huán)電壓增益表達式。解：根據(jù)虛短、虛斷閉環(huán)增益（就是閉環(huán)電壓增益）3.舉例第六十九頁，共96頁。

電壓串聯(lián)負反饋

設(shè)電路滿足深度負反饋條件，試寫出該電路的閉環(huán)電壓增益表達式。解：根據(jù)虛短、虛斷閉環(huán)電壓增益vivf第七十頁，共96頁。

電流并聯(lián)負反饋

設(shè)電路滿足深度負反饋條件，試寫出該電路的閉環(huán)增益和閉環(huán)電壓增益表達式。解：根據(jù)虛短、虛斷閉環(huán)增益所以閉環(huán)電壓增益注意：若io參考方向不同，將影響閉環(huán)增益的結(jié)果

iiiidifioiR又因為第七十一頁，共96頁。

電流并聯(lián)負反饋

設(shè)電路滿足深度負反饋條件，試寫出該電路的閉環(huán)增益和閉環(huán)電壓增益表達式。解：根據(jù)虛短、虛斷閉環(huán)增益所以閉環(huán)電壓增益注意：若io參考方向不同，將影響閉環(huán)增益的結(jié)果

又因為iiiidifioiR參考方向不同時第七十二頁，共96頁。0Viiiidif解:閉環(huán)增益例7.5.5…（3）求大環(huán)反饋的閉環(huán)增益以及對信號源的閉環(huán)電壓增益；…

（3）電壓并聯(lián)負反饋根據(jù)虛短、虛斷第七十三頁，共96頁。解:閉環(huán)增益

（3）電壓并聯(lián)負反饋根據(jù)虛短、虛斷vs+-將信號源變?yōu)殡妷涸此蚤]環(huán)源電壓增益又因為0Viiiidif例7.5.5…（3）求大環(huán)反饋的閉環(huán)增益以及對信號源的閉環(huán)電壓增益；…第七十四頁，共96頁。

例題:回答下列問題。

圖7.15例題7.04電路圖①求圖7.15在靜態(tài)時運放的共模輸入電壓;②若要實現(xiàn)串聯(lián)電壓反饋,Rf應(yīng)接向何處?③要實現(xiàn)串聯(lián)電壓負反饋,運放的輸入端極性如何確定？第七十五頁，共96頁。

解：①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。

Ic1=Ic2=Ic3/2第七十六頁，共96頁。

解②: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)電壓反饋,Rf應(yīng)接向B2。解③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，見圖中紅色標號。根據(jù)串聯(lián)反饋的要求，可確定B2的極性，見圖中綠色標號，由此可確定運放的輸入端極性。

圖7.15例題7.04電路圖第七十七頁，共96頁。8.5負反饋放大電路設(shè)計8.5.1設(shè)計負反饋放大電路的一般步驟8.5.2設(shè)計舉例第七十八頁，共96頁。8.5.1設(shè)計負反饋放大電路的一般步驟1.選定需要的反饋類型2.確定反饋系數(shù)的大小3.適當選擇反饋網(wǎng)絡(luò)中的電阻阻值4.通過仿真分析，檢驗設(shè)計是否滿足要求信號源性質(zhì)對輸出信號的要求對輸入、輸出電阻的要求對信號變換的要求（V-V、V-I、I-V、I-I

）深度負反饋時盡量減小反饋網(wǎng)絡(luò)對基本放大電路的負載效應(yīng)第七十九頁，共96頁。8.5.2設(shè)計舉例例7.6.2設(shè)計一個帶負反饋的光電隔離器的驅(qū)動電路。設(shè)vs的變化范圍為0～5V，內(nèi)阻Rs=500Ω。要求LED的io1=10-3vs(A)。已知運放的Avo=104，Ri=5kΩ，Ro=100Ω。設(shè)計后仿真檢驗發(fā)光二極管的電流。解:驅(qū)動電路需要將電壓vs轉(zhuǎn)換為電流io1已知LED的光強度——流過LED的電流io1線性——電壓信號vs線性選用電流串聯(lián)負反饋電路光電隔離器第八十頁，共96頁。解:選用電流串聯(lián)負反饋電路所以Rf=1kΩ又因為根據(jù)虛斷有深度負反饋時第八十一頁，共96頁。8.6負反饋放大電路的穩(wěn)定性8.6.1自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件8.6.2頻率補償?shù)诎耸?，?6頁。8.6.1自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件1.自激振蕩現(xiàn)象

在不加任何輸入信號的情況下，放大電路仍會產(chǎn)生一定頻率的信號輸出。2.產(chǎn)生原因

在高頻區(qū)或低頻區(qū)產(chǎn)生的附加相移達到180，使中頻區(qū)的負反饋在高頻區(qū)或低頻區(qū)變成了正反饋，當滿足了一定的幅值條件時，便產(chǎn)生自激振蕩。第八十三頁，共96頁。3.自激振蕩條件自激振蕩反饋深度即又得自激振蕩條件幅值條件相位條件（附加相移）注：輸入端求和的相位（-1）不包含在內(nèi)閉環(huán)增益注：負反饋放大電路是否自激振蕩實際上與輸入信號無關(guān)。第八十四頁，共96頁。4.穩(wěn)定工作條件破壞自激振蕩條件或

當反饋網(wǎng)絡(luò)為純電阻網(wǎng)絡(luò)時，f=0。其中Gm——幅值裕度，一般要求Gm-10dBm——相位裕度，一般要求m45（保證可靠穩(wěn)定，留有余地）寫成等式，且幅值用分貝數(shù)表示時第八十五頁，共96頁。用波特圖表示或Gm-10dB或m45第八十六頁，共96頁。5.負反饋放大電路穩(wěn)定性分析環(huán)路增益的幅頻響應(yīng)寫為一般與頻率無關(guān)，則的幅頻響應(yīng)是一條水平線利用波特