2054416336康华光电子技术基础(第六版)模拟部分ch08

1、华中科技大学华中科技大学 张林张林 2华中科技大学 张林 电子技术电子技术基础模拟部分基础模拟部分 1 1 绪论绪论 2 2 运算放大器运算放大器 3 3 二极管及其基本电路二极管及其基本电路 4 4 场效应三极管及其放大电路场效应三极管及其放大电路 5 5 双极结型三极管及其放大电路双极结型三极管及其放大电路 6 6 频率响应频率响应 7 7 模拟集成电路模拟集成电路 8 8 反馈放大电路反馈放大电路 9 9 功率放大电路功率放大电路 10 10 信号处理与信号产生电路信号处理与信号产生电路 11 11 直流稳压电源直流稳压电源 华中科技大学 张林3 8 8 反馈放大反馈放大电路电路 8.1

2、 8.1 反馈的基本概念与分类反馈的基本概念与分类 8.2 8.2 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 8.3 8.3 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 8.4 8.4 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 8.5 8.5 负反馈放大电路设计负反馈放大电路设计 8.6 8.6 负反馈放大电路的稳定性负反馈放大电路的稳定性 华中科技大学 张林4 8.1 反馈的基本概念与分类反馈的基本概念与分类 8.1.1 什么是反馈什么是反馈 8.1.2 直流反馈与交流反馈直流反馈与交流反馈 8.1.3 正反馈与负反馈正反馈与负反馈 8.1.4 串联

3、反馈与并联反馈串联反馈与并联反馈 8.1.5 电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈 8.1.6 负反馈放大电路的四种组态负反馈放大电路的四种组态 5华中科技大学 张林 8.1.1 什么是反馈什么是反馈 rb1 vi + cb2 rb2 re rc cb1 vo + rl t i1 ib ic ie= ic+ib vcc b c e vb 图图射极偏置电路射极偏置电路 将电子系统输出回路的电量（电压或电流），将电子系统输出回路的电量（电压或电流）， 送回到输入回路的过程。送回到输入回路的过程。 内部反馈内部反馈 外部反馈外部反馈 6华中科技大学 张林 8.1.1 什么是反馈什么是反馈 输出信号输

4、出信号 反馈放大电路反馈放大电路 的输入信号的输入信号 反馈信号反馈信号 基本放大电路的输入基本放大电路的输入 信号（净输入信号）信号（净输入信号） 框图框图 7华中科技大学 张林 8.1.1 什么是反馈什么是反馈 vi vo + - - rl vi vo + - - rl r2 r1 反馈通路反馈通路信号反向传输的渠道信号反向传输的渠道 开环开环 无反馈通路无反馈通路 闭环闭环 有反馈通路有反馈通路 反馈通路反馈通路 （反馈网络）（反馈网络） 信号的正向传输信号的正向传输 8华中科技大学 张林 8.1.1 什么是反馈什么是反馈 判断电路是否存在反馈通路判断电路是否存在反馈通路 反馈通路反馈通

5、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） 9华中科技大学 张林 8.1.1 什么是反馈什么是反馈 理论上电源线和地线不能作为反馈通路理论上电源线和地线不能作为反馈通路 反馈通路反馈通路 （级间）（级间） 10华中科技大学 张林 8.1.2 直流反馈与交流反馈直流反馈与交流反馈 根据反馈到输入端的信号是交流，还是直流，根据反馈到输入端的信号是交流，还是直流， 或同时存在，来进行判别。或同时存在，来进行判别。 vi vo - - + c r1 r2 交、直流反馈交、直流反馈 交流反馈交流反馈 11华中科技大学 张林 8.1.2 直流反馈与交流反馈

6、直流反馈与交流反馈 直流反馈直流反馈 交、直流反馈交、直流反馈 12华中科技大学 张林 8.1.3 正反馈与负反馈正反馈与负反馈 正反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变大了。正反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变大了。 负反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变小了。负反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变小了。 从输出端看从输出端看 从输入端看从输入端看 正反馈：引入反馈后，使净输入量变大了。正反馈：引入反馈后，使净输入量变大了。 负反馈：引入反馈后，使净输入量变小了。负反馈：引入反馈后，使净输入量变小了。 + - - 净输入量净输入量 （压差）（压差） 净输入量净输入量 （压差）（压差）

7、 净输入量净输入量 （压差）（压差） 净输入量可以是电压，也可以是电流。净输入量可以是电压，也可以是电流。 13华中科技大学 张林 8.1.3 正反馈与负反馈正反馈与负反馈 判别方法：判别方法：瞬时极性法瞬时极性法。即在电路中，从输入端开始，沿着。即在电路中，从输入端开始，沿着 信号流向，标出某一时刻有关节点电压变化的斜率信号流向，标出某一时刻有关节点电压变化的斜率 （正斜率或负斜率，用（正斜率或负斜率，用“+”+”、“-”-”号表示）。号表示）。 vi vo - - + rl r2 r1 (+)(+) (-) (-) (-) 净输入量减小净输入量减小 vi vo - - + rl r2 r1

8、 (+)(+) (-) (-) 净输入量增大净输入量增大 负反馈负反馈 正反馈正反馈 反馈通路反馈通路 反馈通路反馈通路 14华中科技大学 张林 vo - - + r4 r5 r3 - - + vi r1 r2 (+)(+) (+) (+) (-) (-) 8.1.3 正反馈与负反馈正反馈与负反馈 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 反馈通路反馈通路本级反馈通路本级反馈通路 15华中科技大学 张林 (+) (-) (+) (+) 8.1.3 正反馈与负反馈正反馈与负反馈 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 16华中科技

9、大学 张林 rb1 vi + cb2 rb2 re rc cb1 vo + rl t vcc (+) (+) (+) 8.1.3 正反馈与负反馈正反馈与负反馈 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 17华中科技大学 张林 8.1.4 串联反馈与并联反馈串联反馈与并联反馈 由反馈网络在放大电路输入端的连接方式判定由反馈网络在放大电路输入端的连接方式判定 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（kvl） -vi+vid+vf=0 即即 vid=vi- vf 并联：并联：输入以电流形式求和输入以电流形式求和（kcl） ii-iid-if=0 即即 ii

10、d=ii-if 并联并联 18华中科技大学 张林 8.1.4 串联反馈与并联反馈串联反馈与并联反馈 并联：反馈量并联：反馈量xf和输入量和输入量xi接于同一输入端。接于同一输入端。 串联：反馈量串联：反馈量xf和输入量和输入量xi接于不同的输入端。接于不同的输入端。 xf xi xf xi xf xi xf xi 由信号在输入端的连接方式判定由信号在输入端的连接方式判定 xf xi xf xi 19华中科技大学 张林 8.1.4 串联反馈与并联反馈串联反馈与并联反馈 判断电路中的级间交流反馈是串联反馈还是并联反馈判断电路中的级间交流反馈是串联反馈还是并联反馈 并联反馈并联反馈 级间反馈通路级间

11、反馈通路 xf (if) 20华中科技大学 张林 8.1.4 串联反馈与并联反馈串联反馈与并联反馈 串联反馈串联反馈 级间反馈通路级间反馈通路 xf (vf) 判断电路中的级间交流反馈是串联反馈还是并联反馈判断电路中的级间交流反馈是串联反馈还是并联反馈 21华中科技大学 张林 8.1.4 串联反馈与并联反馈串联反馈与并联反馈 信号源对反馈效果的影响信号源对反馈效果的影响 串联负反馈串联负反馈 vid = vi -vf 则则vi最好为恒压源，即最好为恒压源，即 信号源内阻信号源内阻rs越小越好。越小越好。 要想反馈效果明显，就要想反馈效果明显，就 要求要求vf变化能有效引起变化能有效引起vid的

12、的 变化。变化。 22华中科技大学 张林 8.1.4 串联反馈与并联反馈串联反馈与并联反馈 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 iid = ii -if 则则ii最好为恒最好为恒流流源，即信源，即信 号源内阻号源内阻rs越大越好。越大越好。 要想反馈效果明显，就要想反馈效果明显，就 要求要求if变化能有效引起变化能有效引起iid的的 变化。变化。 23华中科技大学 张林 8.1.5 电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈 电压反馈与电流反馈由反馈网络在放大电路输出端的取样电压反馈与电流反馈由反馈网络在放大电路输出端的取样 对象决定对象决定 电压反馈：反馈信号电压反

13、馈：反馈信号xf和输出电压成比例，即和输出电压成比例，即xf=fvo 并联结构并联结构 串联结构串联结构 电流反馈：反馈信号电流反馈：反馈信号xf与输出电流成比例，即与输出电流成比例，即xf=fio 24华中科技大学 张林 8.1.5 电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈 电压负反馈电压负反馈 rl vo o x f 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 25华中科技大学 张林 8.1.5 电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈 电流负反馈电流负反馈 rl io o x f xid io 电流负反馈稳定输出电流电流负反馈稳定输出电流 x

14、f=fio ， xid= xixf 26华中科技大学 张林 8.1.5 电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈 判断方法：负载短路法判断方法：负载短路法 将将负载负载短路，反馈量仍然存在短路，反馈量仍然存在电流反馈。电流反馈。 将将负载负载短路（未接负载时输出对地短路），反馈量为零短路（未接负载时输出对地短路），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 反馈通路反馈通路 反馈通路反馈通路 27华中科技大学 张林 8.1.5 电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈 电压反馈电压反馈 反馈通路反馈通路 28华中科技大学 张林 8.1.5 电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈

15、rc re rl rbe + - + - vo vf ib ib io rc re rbe + - vf ib ib io rb1 vi + cb2 rb2 re rc cb1 vo + rl t vcc vf + io 电流反馈电流反馈 反馈通路反馈通路 29华中科技大学 张林 8.1.6 负反馈放大电路的四种组态负反馈放大电路的四种组态 由此可组成四种组态：由此可组成四种组态： 输入端：输入端： 输出端：输出端： 电压串联电压串联电压并联电压并联电流串联电流串联电流并联电流并联 四种组态四种组态 反馈网络在放大电路输入端的连接分为反馈网络在放大电路输入端的连接分为串串 联联和和并联并联两种

16、方式。两种方式。 反馈信号在输出端分为反馈信号在输出端分为电压取样电压取样和和电流取电流取 样样两种方式。两种方式。 30华中科技大学 张林 8.1.6 负反馈放大电路的四种组态负反馈放大电路的四种组态 1. 电压串联负反馈放大电路电压串联负反馈放大电路 输入以电压形式求和输入以电压形式求和（kvlkvl）： vid id= =vi i- - vf f 稳定输出电压稳定输出电压 特点：特点： 电压控制的电压源电压控制的电压源（vcvsvcvs），电压，电压/电压转换电压转换 31华中科技大学 张林 8.1.6 负反馈放大电路的四种组态负反馈放大电路的四种组态 输入以电流形式求和输入以电流形式求

17、和（kclkcl）： iid id= =ii i- -if f 稳定输出电压稳定输出电压 电流控制的电压源电流控制的电压源（ccvsccvs），电流），电流/ /电压转换电压转换 特点：特点： 2. 电压并联负反馈放大电路电压并联负反馈放大电路 32华中科技大学 张林 8.1.6 负反馈放大电路的四种组态负反馈放大电路的四种组态 输入以电压形式求和输入以电压形式求和（kvlkvl）： vid id= =vi i- - vf f 稳定输出电流稳定输出电流 电压控制的电流源电压控制的电流源（vccsvccs），电压，电压/电流转换电流转换 特点：特点： 3. 电流串联负反馈放大电路电流串联负反馈放

18、大电路 33华中科技大学 张林 8.1.6 负反馈放大电路的四种组态负反馈放大电路的四种组态 输入以电流形式求和输入以电流形式求和（kclkcl）： iid id= =ii i- -if f 稳定输出电流稳定输出电流 电流控制的电流源电流控制的电流源（cccscccs），电流，电流/电流转换电流转换 特点：特点： 4. 电流并联负反馈放大电路电流并联负反馈放大电路 34华中科技大学 张林 8.1.6 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）

19、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） 不同组态的特点：不同组态的特点： 35华中科技大学 张林 8.1.6 负反馈放大电路的四种组态负反馈放大电路的四种组态 反馈组态判断举例（交流）反馈组态判断举例（交流） (+) (-) (-) (-) 级间电流并联负反馈级间电流并联负反馈 36华中科技大学 张林 8.1.6 负反馈放大电路的四种组态负反馈放大电路的四种组态 (+)(+) (-)(-) 电压并联负反馈电压并联负反馈 反馈组态判断举例（交流）反馈组态判断举例（交流） 37华中科技大学 张

20、林 (+) (+) (-) (+) (+) (+) 8.1.6 负反馈放大电路的四种组态负反馈放大电路的四种组态 直流反馈直流反馈 交、直流反馈交、直流反馈 电流串联电流串联 负反馈负反馈 反馈组态判断举例（交流）反馈组态判断举例（交流） 38华中科技大学 张林 (+) (+) (-) (+) (+) 8.1.6 负反馈放大电路的四种组态负反馈放大电路的四种组态 电压串联电压串联 负反馈负反馈 反馈组态判断举例（交流）反馈组态判断举例（交流） 39华中科技大学 张林 8.2 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 xo 基本放大基本放大 a 电路电路 xid 反馈网络反馈

21、网络 f xf + xi 输输 入入 输输 出出 1. 信号的单向化传输信号的单向化传输 信号的正向传输信号的正向传输 信号的反向传输信号的反向传输 信号在反馈网络信号在反馈网络 中的正向传输中的正向传输 信号在基本放大电信号在基本放大电 路中的反向传输路中的反向传输 正向传输：正向传输： 信号由输入到信号由输入到 输出的传输输出的传输 反向传输：反向传输： 信号由输出到信号由输出到 输入的传输输入的传输 40华中科技大学 张林 8.2 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 xo 基本放大基本放大 a 电路电路 xid 反馈网络反馈网络 f xf + xi 输输 入入

22、输输 出出 信号的正向传输信号的正向传输 信号的反向传输信号的反向传输 正向传输：正向传输： 信号由输入到信号由输入到 输出的传输输出的传输 反向传输：反向传输： 信号由输出到信号由输出到 输入的传输输入的传输 1. 信号的单向化传输信号的单向化传输 41华中科技大学 张林 8.2 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 开环增益开环增益 id o x x a o f x x f 反馈系数反馈系数 i o f x x a 闭环增益闭环增益 因为因为 fiid xxx 所以所以 i o f x x a fid o xx x fxax x oo o / 已知已知 af a 1

23、 xo 基本放大基本放大 a 电路电路 xid 反馈网络反馈网络 f xf + xi fidi xxx 闭环增益的一般表达式闭环增益的一般表达式 即即 af a a 1 f 2. 闭环增益的一般表达式闭环增益的一般表达式 42华中科技大学 张林 ii i i a a iia f1 / iof 信 号 量 或信 号 量 或 信号传递比信号传递比 反馈组态反馈组态 电压串联电压串联电流并联电流并联电压并联电压并联电流串联电流串联 av=vo/vidai=io/iid f=xf/xofv=vf/vofi=if/io vv v fa a 1 avf=vo/vi 功能功能 vi控制控制vo，电，电 压放

24、大压放大 ii控制控制io，电，电 流放大流放大 xo xi、xf、xid af=xo/xi af a 1 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 a=xo/xid voio vi、vf、vidii、if、iid ido /iarv ido /viag of /vifg of /ifrv gr r r fa a ia 1 / iof v rg g g fa a ia 1 / iof v ii控制控制vo，电流，电流 转换为电压转换为电压 vi控制控制io，电压，电压 转换为电流转换为电流 voio vi、vf、vidii、if、iid 43华中科技大学 张林 8.2

25、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 一般负反馈一般负反馈 称为反馈深度称为反馈深度)1(fa 时，时， 11 )1( fa ， f aa 时，时， 11 )2( fa 深度负反馈深度负反馈 正反馈正反馈时，时， 11 )3( fa ， f aa 自激振荡自激振荡时，时， 01 )4( fa ， f a 一般情况下，一般情况下，a和和f都是频率的函数，当考虑信号频率的影都是频率的函数，当考虑信号频率的影 响时，响时，af、a和和f分别用分别用 、 和和 表示。表示。 f a a f 即即 fa a a 1 f 3. 反馈深度讨论反馈深度讨论 华中科技大学 张林44 8.

26、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 8.3.1 提高增益的稳定性提高增益的稳定性 8.3.2 减小非线性失真减小非线性失真 8.3.3 抑制反馈环内噪声抑制反馈环内噪声 8.3.4 对输入电阻和输出电阻的影响对输入电阻和输出电阻的影响 8.3.5 扩展频带扩展频带 45华中科技大学 张林 8.3.1 提高增益的稳定性提高增益的稳定性 闭环时闭环时 fa a a 1 f 对对a求导得求导得 2 f )1( 1 d d afa a 只考虑幅值有只考虑幅值有 af a a 1 f a a afa ad 1 1d f f 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

27、减小了1+af 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 f a 1 f 即闭环增益只取决于反馈网络。当反馈网络由稳定的线性即闭环增益只取决于反馈网络。当反馈网络由稳定的线性 元件组成时，闭环增益将有很高的稳定性。元件组成时，闭环增益将有很高的稳定性。 负反馈的组态不同，稳定的增益不同（负反馈的组态不同，稳定的增益不同（avf 、arf 、agf 、aif） 46华中科技大学 张林 8.3.2 减小非线性失真减小非线性失真 vo vi o 开环特性开环特性 闭环特性闭环特性 闭环时增益减小，线性度变好。闭环时增益减小，线性度变好。 只能减少环内放大电只能减少环内放大电 路产生的失

28、真，如果输入路产生的失真，如果输入 波形本身就是失真的，即波形本身就是失真的，即 使引入负反馈，也无济于使引入负反馈，也无济于 事。事。 47华中科技大学 张林 8.3.3 抑制反馈环内噪声抑制反馈环内噪声 自学自学 48华中科技大学 张林 8.3.4 对输入电阻和输出电阻的影响对输入电阻和输出电阻的影响 串联负反馈串联负反馈 1. 对输入电阻的影响对输入电阻的影响 开环输入电阻开环输入电阻 ri = vid/ii 因为因为 vf = fxo xo = avid 闭环输入电阻闭环输入电阻 rif = vi/ii 所以所以 vi = vid+vf = (1+af ) vid 闭环输入电阻闭环输入

29、电阻 rif= vi/ii i i id )1()1(raf i af v 引入串联负反馈后，输入电阻增加了。引入串联负反馈后，输入电阻增加了。 49华中科技大学 张林 8.3.4 对输入电阻和输出电阻的影响对输入电阻和输出电阻的影响 并联负反馈并联负反馈 闭环输入电阻闭环输入电阻 af r r 1 i if 引入并联负反馈后，输引入并联负反馈后，输 入电阻减小了。入电阻减小了。 注意注意: : 反馈对输入电阻的影响仅限于环内，对环外不产生反馈对输入电阻的影响仅限于环内，对环外不产生 影响。影响。 1. 对输入电阻的影响对输入电阻的影响 50华中科技大学 张林 8.3.4 对输入电阻和输出电阻

30、的影响对输入电阻和输出电阻的影响 例如例如 vi ii if r1 iid rl rf vo + + - - a vid + - - if r rif 并联负反馈电路并联负反馈电路 图中图中r1 1不在环内不在环内 af r r 1 i if 但是但是 if1if rrr 当当r1 时，反馈对时，反馈对rif几乎没有影响。几乎没有影响。 if r 1. 对输入电阻的影响对输入电阻的影响 51华中科技大学 张林 8.3.4 对输入电阻和输出电阻的影响对输入电阻和输出电阻的影响 电压负反馈电压负反馈 2. 对输出电阻的影响对输出电阻的影响 52华中科技大学 张林 8.3.4 对输入电阻和输出电阻的

31、影响对输入电阻和输出电阻的影响 闭环输出电阻闭环输出电阻 t t of i r v 而而 xid= - xf= - fvt idoott xari v 忽略反馈网络对忽略反馈网络对it 的分流的分流 fa r i r o o t t of 1 v toott vvfari 所以所以 引入电压负反馈后，输引入电压负反馈后，输 出电阻减小了。出电阻减小了。 电压负反馈电压负反馈 2. 对输出电阻的影响对输出电阻的影响 53华中科技大学 张林 8.3.4 对输入电阻和输出电阻的影响对输入电阻和输出电阻的影响 电流负反馈电流负反馈 闭环输出电阻闭环输出电阻 os t t of )1(rfa i r v

32、 引入电流负反馈后，输引入电流负反馈后，输 出电阻增大了。出电阻增大了。 注意注意: : 反馈对输出电阻的影响仅限于环内，对环外不产生影响。反馈对输出电阻的影响仅限于环内，对环外不产生影响。 2. 对输出电阻的影响对输出电阻的影响 54华中科技大学 张林 8.3.4 对输入电阻和输出电阻的影响对输入电阻和输出电阻的影响 负反馈对放大电路性能的改善，是以牺牲增负反馈对放大电路性能的改善，是以牺牲增 益为代价的，且仅对环内的性能产生影响。益为代价的，且仅对环内的性能产生影响。 串联负反馈串联负反馈 并联负反馈并联负反馈 电压负反馈电压负反馈 电流负反馈电流负反馈 特别注意表特别注意表8.3.1的内

33、容的内容 增大输入电阻增大输入电阻 减小输入电阻减小输入电阻 减小输出电阻，稳定输出电压减小输出电阻，稳定输出电压 增大输出电阻，稳定输出电流增大输出电阻，稳定输出电流 55华中科技大学 张林 8.3.5 扩展频带扩展频带 1. 频率响应的一般表达式频率响应的一般表达式 基本放大电路的高频响应基本放大电路的高频响应 h m h j1 f f a a 为基本放大电为基本放大电 路通带增益路通带增益 m a 比开环时增加了比开环时增加了 hf mf h h hf j1 1 f f a fa a a 根据闭环增益表达式有根据闭环增益表达式有 （设反馈网络为纯阻网络）（设反馈网络为纯阻网络） 闭环通带

34、增益闭环通带增益 mf a 其中其中 同理可得同理可得 闭环上限频率闭环上限频率 hmhf )1(ffaf 比开环时减小了比开环时减小了 闭环下限频率闭环下限频率 fa f f m l lf 1 f hlfhff fffbw 56华中科技大学 张林 8.3.5 扩展频带扩展频带 2. 不同负反馈深度下的频带不同负反馈深度下的频带 57华中科技大学 张林 8.3.5 扩展频带扩展频带 放大电路的增益放大电路的增益- -带宽积为常数带宽积为常数 hhhff 1 1 affaf af a fa 闭环增益闭环增益- -带宽积带宽积开环增益开环增益- -带宽积带宽积 3. 增益增益-带宽积带宽积 58华

35、中科技大学 张林 8.4 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 1. 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 11 fa 由于由于 fa a a 1 f 则则 ffa a 1 又因为又因为 i o f x x a o f x x f 代入上式代入上式 if xx 得得（也常写为（也常写为 xf f xi i） ） 0 fiid xxx 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

36、量输入量近似等于反馈量 （xid id 0 ） ） 59华中科技大学 张林 8.4 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 串联负反馈，输入端电压求和串联负反馈，输入端电压求和 0 i id id r i v 深度负反馈条件下深度负反馈条件下 xid id= = xi i - - xf f 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 vf vi + - vid iid vf vi + - vid iid vf vi + - iid vid if ii + - vid iid if ii + - vid iid if ii +

37、- iid vid vid id= = vi i - - vf f 0 iid id= = ii i - - if f 0 vid id= = iidid ri i 0 1. 深度负反馈的特点深度负反馈的特点 60华中科技大学 张林 8.4 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 (1) (1) 找出信号放大通路和反馈通路找出信号放大通路和反馈通路 (2) (2) 用瞬时极性法判断正、负反馈用瞬时极性法判断正、负反馈 (3) (3) 判断交、直流反馈判断交、直流反馈 (4) (4) 判断反馈组态判断反馈组态 (5) (5) 标出输入量、输出量及反馈量标出输入量、输出量及反馈量 (

38、6) (6) 估算深度负反馈条件下电路的估算深度负反馈条件下电路的 f、af 、avf 。 （常常利用虚短和虚断直接列表达式求解）（常常利用虚短和虚断直接列表达式求解） 2. 分析负反馈放大电路的一般步骤分析负反馈放大电路的一般步骤 61华中科技大学 张林 8.4 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 电压串联负反馈电压串联负反馈 反馈系数反馈系数 o f v v v f 实际上该电路就是第实际上该电路就是第2 2章介绍的同相比例放大电路，此章介绍的同相比例放大电路，此 处结果与第处结果与第2 2章所得结果相同章所得结果相同 - - + a vi r1 rf rl vo v i

39、d + - - v f 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 写出该电路的闭环电压增益表达式。写出该电路的闭环电压增益表达式。 解：解： 根据根据虚短虚短、虚断虚断 f1 1 rr r 闭环增益闭环增益 （就是闭环电压增益）（就是闭环电压增益） i o f v v v a v f 1 1 f 1 r r 3. 举例举例 62华中科技大学 张林 8.4 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 电压串联负反馈电压串联负反馈 设电路满足深度负反设电路满足深度负反 馈条件，试写出该电路的馈条件，试写出该电路的 闭环电压增益表达式。闭环电压增益表达式。 解：解： 根据根

40、据虚短虚短、虚断虚断 o fb2 b2 f vv rr r 闭环电压增益闭环电压增益 i o f v v v a b2 f 1 r r if vv vi vf 3. 举例举例 63华中科技大学 张林 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，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试写出该电路的闭环增益和闭环 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 rr rff ii- 闭环增益闭环增益 i o f i i i a)1( f r r if ii 所以闭环电压增益所以闭环电压增益 i o f v v v a 1ii riv 0 pn

41、vv loo riv 1 lf )1( r r r r 1i lo ri ri 注意：若注意：若io o参考方向不同，将影响闭环增益的结果参考方向不同，将影响闭环增益的结果 r1 rf + r rl + - n p vi vo ii iid if io ir ofr iii 又因为又因为 3. 举例举例 64华中科技大学 张林 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，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试写出该电路的闭环增益和闭环 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 rr rff ii- 闭环增益闭环增益 i o f i

42、i i a)1( f r r if ii 所以闭环电压增益所以闭环电压增益 i o f v v v a 1ii riv 0 pn vv loo riv 1 lf )1( r r r r 1i lo ri ri 注意：若注意：若io o参考方向不同，将影响闭环增益的结果参考方向不同，将影响闭环增益的结果 ofr iii 又因为又因为 r1 rf + r rl + - n p vi vo ii iid if io ir 参考方向参考方向 不同时不同时 )1( f r r ofr iii loo r-iv 3. 举例举例 65华中科技大学 张林 0v0v ii iid if 解解: : 闭环增益闭环

43、增益 f i o f r i v r a if ii 例例7.5.5 （3 3）求大环反馈的闭环增益以及对信号源的闭）求大环反馈的闭环增益以及对信号源的闭 环电压增益；环电压增益； （3 3）电压并联负反馈）电压并联负反馈 根据根据虚短虚短、虚断虚断 ffo r-iv 66华中科技大学 张林 解解: : 闭环增益闭环增益 f i o f r i v r a if ii （3 3）电压并联负反馈）电压并联负反馈 根据根据虚短虚短、虚断虚断 ffo r-iv vs + - 将信号源变将信号源变 为电压源为电压源 所以闭环源电压增益所以闭环源电压增益 s o sf v v v a sis riv 0

44、 be v f s 1 r a r si o ri v s f r r 又因为又因为 0v0v ii iid if 例例7.5.5 （3 3）求大环反馈的闭环增益以及对信号源的闭）求大环反馈的闭环增益以及对信号源的闭 环电压增益；环电压增益； 华中科技大学 张林67 8.5 负反馈放大电路设计负反馈放大电路设计 8.5.1 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 8.5.2 设计举例设计举例 68华中科技大学 张林 8.5.1 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

45、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 4. 4. 通过仿真分析，检验设计是否满足要求通过仿真分析，检验设计是否满足要求 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 ） f a 1 f 深度负反馈时深度负反馈时 尽量减小反馈网络对基本放大电路的负载效应尽量减小反馈网络对基本放大电路的负载效应 69华中科技大学 张林 8.5.2 设计举例设计举例 例例7.6.2 设计一个带负反馈的光电隔离器的驱动电路。设设计一个

46、带负反馈的光电隔离器的驱动电路。设vs的变化范围为的变化范围为 05v，内阻，内阻rs=500。要求。要求led的的io1=10-3vs(a)。已知运放的。已知运放的avo=104， ri=5k，ro=100。设计后仿真检验发光二极管的电流。设计后仿真检验发光二极管的电流。 解解: : 驱动电路需要将电压驱动电路需要将电压vs s转换为电流转换为电流io1 o1 已知已知led的光强度的光强度流过流过led的电流的电流io1 线线 性性 电压信号电压信号vs 线线 性性 选用电流串联负反馈电路选用电流串联负反馈电路 光电隔离器光电隔离器 70华中科技大学 张林 解解: : 例例7.6.2 设计

47、一个驱动光电隔离器的放大电路。设设计一个驱动光电隔离器的放大电路。设vs的变化范围的变化范围 为为05v，内阻，内阻rs=500。要求。要求led的的io1=10-3vs(a)。已知运放的。已知运放的 avo=104，ri=5k，ro=100。设计后仿真检验发光二极管的电。设计后仿真检验发光二极管的电 流。流。 选用电流串联负反馈电路选用电流串联负反馈电路 k11000 1 gfs a fr 所以所以 rf=1k a/v10 3 s o1 fs v i ag 又因为根据又因为根据虚断虚断有有 f a 1 f 深度负反馈时深度负反馈时 f o1 f r i fr v 71华中科技大学 张林 例例

48、7.6.2 设计一个驱动光电隔离器的放大电路。设设计一个驱动光电隔离器的放大电路。设vs的变化范围的变化范围 为为05v，内阻，内阻rs=500。要求。要求led的的io1=10-3vs(a)。已知运放的。已知运放的 avo=104，ri=5k，ro=100。设计后仿真检验发光二极管的电。设计后仿真检验发光二极管的电 流。流。 解解: : 仿真电路仿真电路 io1与与vs的呈线性关系，的呈线性关系， io1=10-3vs， ， 放大电路满足设计要求。放大电路满足设计要求。 华中科技大学 张林72 8.6 负反馈放大电路的稳定性负反馈放大电路的稳定性 8.6.1 自激振荡及稳定工作的条件自激振荡

49、及稳定工作的条件 8.6.2 频率补偿频率补偿 73华中科技大学 张林 8.6.1 自激振荡及稳定工作的条件自激振荡及稳定工作的条件 1. 自激振荡现象自激振荡现象 在不加任何输入在不加任何输入 信号的情况下，放大信号的情况下，放大 电路仍会产生一定频电路仍会产生一定频 率的信号输出。率的信号输出。 2. 产生原因产生原因 在高频区或低频区产生的在高频区或低频区产生的附加相移附加相移达到达到180 ，使，使 中频区的负反馈在高频区或低频区变成了正反馈，当满足了中频区的负反馈在高频区或低频区变成了正反馈，当满足了 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。 fa 和和

50、74华中科技大学 张林 8.6.1 自激振荡及稳定工作的条件自激振荡及稳定工作的条件 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 时，时， 01 fa 即即1 fa 为为环环路路增增益益）（ fa vf 反馈网络反馈网络 f 基本放大电路基本放大电路 a vo 1 vid 又又)()()()( fa fafa 得自激振荡条件得自激振荡条件 1)()( kk fa 180)12()()( kfka n 幅值条件幅值条件 相位条件相位条件（附加相移）（附加相移） fa a a 1 f 闭环增益闭环增益 注：负反馈放大电路是注：负反馈放大电路是 否自激振荡实际上与输否自激振荡

51、实际上与输 入信号无关。入信号无关。 75华中科技大学 张林 8.6.1 自激振荡及稳定工作的条件自激振荡及稳定工作的条件 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振荡条件 1 fa 180)12( fa n 1 fa 180 fa 或 db 10lg20 m fag 180)12( fa n 0lg20 fa 180 mfa 当反馈网络为纯电阻网络时，当反馈网络为纯电阻网络时， f = 0 。 其中其中 gm幅值裕度幅值裕度，一般要求，一般要求gm - -10db m相位裕度相位裕度，一般要求，一般要求 m 45 （保证可靠稳定，（保证可靠稳定， 留有余地）留有余地） 写成等

52、式，且幅值用分贝数表示时写成等式，且幅值用分贝数表示时 76华中科技大学 张林 8.6.1 自激振荡及稳定工作的条件自激振荡及稳定工作的条件 用波特图表示用波特图表示 或或 gm -10db 或或 m 45 0lg20 fa 180 mfa db 10lg20 m fag 180)12( fa n 4. 稳定工作条件稳定工作条件 77华中科技大学 张林 8.6.1 自激振荡及稳定工作的条件自激振荡及稳定工作的条件 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 f afa 1 lg20lg20lg20 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，f 则则 f 1 lg20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a 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 f 1 lg20水平线水平线a lg20 与与的交点为的交点为 f 1 lg20a lg20