负反馈放大电路

1、负反馈放大电路内容引出：在前面的静态工作点稳定电路里，我们已经碰到了负反馈的概念。 在电子电路中，为了改善放大电路的性能，普遍采用反馈的方法。反馈是指将放大电路的输出量 （U 0或者I 0）或者输出量的一部分，通过一定的方式或路径,量进行比较，从而达到控制输出量的目的。本章内容是本课程的一个非常重要的内容， 馈组态的判断及闭环电压放大倍数的估算方法、 放大电路产生自激振荡的条件及常用的校正措施。本章主要内容：6.1反馈的基本概念6.2负反馈对放大器性能的影响6.3负反馈放大电路的自激振荡本章小结重点：反馈的基本概念难点：负反馈放大电路的自激振荡6.1反馈的基本概念讲课思路：反馈的一般方框图及表

2、达式反送到放大电路的输入端，将反馈量与输入要求掌握本章中出现的各个概念的含义、反负反馈对放大电路性能的影响，了解负反馈t具体反馈类型的判断t反馈组态的确定、闭环增益Af及其闭环电压放大倍数 A uuf的估算。6.1.1反馈的定义及一般表达式反馈朮草本施大屯密A反馈网络圈负反锻放人电珞的一般方护图输入屋審+ 廻挣输入图6 .1所示，是负反馈放大电路的一般方框图。图中,输入量X o输出量X f反馈量定义：开环放大倍数:X - i 净输入量在不同的反愦组态里，这些星，可能是电圧量, 也可能是电涼重，观具体情况而定.血被取样的输岀量U_ T；I：黴后的浄會A量片f反馈量F =反馈系数:文Q被取样的输出

3、量尿被职样的输岀量 歩与t克喲就K量闭环放大倍数： 净输入量：X- i = X - i - X - fX i + F X o = XX i则引入反馈后的闭环放大倍数一般表达式:A=T=iAFA F 环路增益1+ A F 反馈深度反馈深度是一个很重要的参数，负反馈对放大电路性能的影响都与它的大小有关。闭环放大倍数一般表达式的讨论： 当 | 1+ A F - |1 , 表明 | A - f | A - | ，即 X - i 1 深度负反馈。这时A f = X o X i = A 1+ A F 1 F = X o X f 表明深 度负反馈时，闭环放大倍数A . f 仅由F .决定。上式等价于 Xi

4、Xf或Xi0。 表明深度负反馈时，输入量 X . i 近似等于反馈量 X f .当敢大电路引入探度负反馈时，常用这两个关系式1 万或X严纭近似估算闭环放大借数. 当I1+ A F- | A- | ，即 X - i X - i ,反馈后，引起净输入量增加一一正反馈。 当|1+ A F |1 ,即 | 1+ A F |=0, A f = X o X i = A 1+ A F ，说明 X - i =0 而X o工0 ,放大器即便不加输入信号，但也有一定的输出信号一一自激振荡。 电路一旦发生自激振荡，输出信号将不受输入信号控制， 失去放大作用。6.1.2反馈类型及其判定1. 按反馈极性分：正反馈和负反

5、馈。正反馈一一反馈信号X f对输入信号X i起助长作用(X i = X i +X f ),使净输入量 X i增大.负反馈一一反馈信号X f对输入信号X i起削弱作用(X i = X i-X f ),使净输入量 X i减小。负反馈多用于改善放大器的性能；正反馈多用于振荡电路。判断方法一一瞬时极性法。其步骤如下：首先，在基本放大器输入端设定输入信号瞬时增加，标注为“”；然后逐级推演出反馈信号的变化极性；最后判定反馈信号对输入端的影响。若使输入增强，则为正反馈；若使输入减弱，则为负反馈。2. 按对输出电量的取样分：电压反馈和电流反馈电压反馈一一反馈信号X f正比于被采样的输出信号为X o。X f x

6、 X o反馈系数 F=X f U oA叱He*FT一1 6 .2电丄反嚴示总图电流反馈一一反馈信号X - f正比于被采样的输出信号为I oX f x | - o 反馈系数 F = X - f I - oA-A国6 .3电流应馈小克閨电压反馈和电流反馈的判定方法:方法一一一输出短路法。将反馈放大器的输出端对地交流短路，若其反馈信号随之消失 则为电压反馈；否则为电流反馈。方法二一一按电路结构判定。在交流通路中，若放大器的输出端和反馈网络的取样端处在同一个放大器件的同一个电极上（输出端取样端同点），则为电压反馈；否则是电流反馈。(b)举例：判断反馈。图 6.4中（a）是电压反馈，（b）是电流反馈。1

7、 t负反馈t净输入信号减弱t X- i X - i | A - f| 块 1 T * 盘01 1T C1 T *ft 討O l 可见，U o的变化量大大减小，稳定性大大提高。电流负反馈稳定输出电流I o 。以图6.10所示的电流串联负反馈电路为例，当某一因素使 Io 增大时，则反馈过程：可见，Io 的变化量大大减小，稳定性大大提高。6.2.3结论3放大倍数的稳定性提高对A f = A 1+AF 求导，整理后d A f A f = 1 1+AF? dA A无论何种原因引起放大倍数发生变化，均可以通过负反馈使放大倍数相对变化量减小，放大倍数的稳定性提高了。6.2.4结论4可以展宽通频带放大电路的频

8、率响应引起放大倍数下降，通过负反馈可以展宽通频带。闭环放大倍数 A f是开环放大倍数 A的1 1+AF倍，闭环放大电路的通频带B Wf是开环放大电路的通频带 BW的(1+AF )倍。增益带宽积不变。设开环时放大电路在高频段的放大倍数为：A H = A m 1+j f f HA m开环时中频放大倍数 f H开环时上限频率引入负反馈后的高频放大倍数为：A - Hf = A - H 1+ A - H F引入负反馈后的中频放大倍数和上限频率A mf = A m 1+ AA m F ) f H 。201g|A|20lg4|圏& 12直接耦合放大电路引入负反慷的惱频特性开环放大器的通频带 BW= f H闭

9、环放大器的通频带B W f = f Hf =(1+ A m F ) f H增益带宽积不变。6.2.5结论5改变输入电阻和输出电阻输入电阻的改变情况由输入信号与反馈信号在输入端的求和方式来决定。电压求和确定为串联负反馈，求和方式为电流求和确定为并联负反馈。阁6.13串联反锁綸入山俎整理后得m F f Hf =(1 +求和方式为串联负反馈使输入电阻提高；并联负反馈使输入电阻减小。以图6.13串联反馈为例，开环输入电阻r i = U i I i闭环输入电阻r if = U i I i = Ui + U f I i = Ui +AF U iIi=(1+AF)r i可见，串联反馈使输入电阻增加，r if

10、=(1+AF) r if;理想时，r if =OO。同样可以得出，并联反馈使输入电阻减小，r if =1 1+AF r i ;理想时，r if =0图&I4并联反馈输入电郭输出电阻的改变情况由反馈信号在输出端的采样方式来决定。采样为输出电压Uo确定为电压反馈，采样为输出电流I 0 确定为电流反馈。电压负反馈使输出电阻减小；电流负反馈使输出电阻增大。电压负反馈稳定输出电压， 稳压特点说明负反馈使输出电阻减小； 理想时，r of - 0。 电流负反馈稳定输出电流， 稳流特点说明负反馈使输出电阻增大； 理想时，r of 。 626结论6减小非线性失真和抑制干扰、噪声负反惯对放大电路许多性能指标都有影

11、啊.影响 程度都与反惯深S（1+AF有关。墙大某项指标就是对 应的开环指标乘以U+AF）；赣小某项指标就是对应的开环指标除以tL+AFb6.3负反馈放大电路的自激振荡讲课思路：多级放大电路中引入某种负反馈组态可以改善它的许多性能指标，但不合适的反馈深度和多级放大电路的附加相移将可能使放大电路产生自激振荡，产生自激振荡的原因分析、判断方法、提出校正措施。6.3.1产生自激振荡的原因及条件A f = A 1+ A F t 1+ A F = 0 A F =-1 X i =0,X o 0负反馈变性为正反馈。 | A F |=1幅度条件 arg ? A F = （2n+1） n （n为整数）相位条件相位

12、条件中有个附加相移土 180 o 。以上两个条件都具备时， 放大电路就将产生自激振荡。 电路一旦自激， 就意味着失去控 制，不再能够实现正常放大工作。产生自激振荡的原因分析：我们在电路中引入的负反馈，实际上都是基于在中频区进行的。但A - 、 F -是频率的函数，由放大电路频率特性知道，在高频区或低频区，A 除了幅度下降，还有附加相移。这将可能导致 1+ A - F - = 0,从而产生了自激振荡。单级放大电路：附加相移0 90 o ，不会自激。两级放大电路：附加相移0 180 o ,不会自激。三级或三级以上放大电路：附加相移0 270 o 以上,则肯定有个频率 f o ,将使附加相移 ?=

13、180 o ，负反馈变性为正反馈。若这时 | A F | 1,则满足自激振荡条件，能够起振和振荡；若这时| A - F - | 1,放大器将产生自激。否则，不自激。为此，我们用环路增益A F 的频率特性一波特图来分析判断闭环放大电路的稳定性。如图6.15(a)和(b)所示分别表示不稳定与稳定的两种情况。图6.15 (a)中f 0 处：arg ?AF=? AF| f 0 =-180 o，对应的 20lg?|A F | f 0 0(即| AF|1)。由此可见满足自激振荡条件,放大器不稳定,将产生自激。图6.15 (b)中f 0 处：arg ?AF=? AF| f 0 =-180 o，对应的 20l

14、g?|A F | f 0 0(即| AF|1)。由此可见不满足自激振荡条件,放大器稳定,不会产生自激。2. 稳定裕度：引入负反馈后，为保证放大电路可靠工作，规定：幅度裕度 G m =20lg ? | A F | ? 180 0 45o （对应f c ）633自激振荡的校正措施若放大电路产生自激振荡，应适当采用措施破坏自激振荡的条件，以保证电路稳定工作。方法1减小反馈系数 | F |。改变反馈网络电阻值，减小反馈系数| F | ,使当相位条件 ？A F | = - 180o时，对应的幅度条件 20lg ?| A F | f 0 0。方法简单，但反馈深度| 1+ A F |不利于放大电路其他性能的

15、改善。方法2接入C或RC校正，使主极点左移。C或RC接到某一级的输出端或者放大管的集电极、基极之间（密勒电容）（一般接到产生主极点f Hmin的那一级），在中、低频时，C或RC基本不起作用。在高频时，使放大倍数快速下降，？A F | = - 180 o 时，对应的 20lg ? | A F | f 0 0 。实际工作中，常用一个小电容（PF级）并在放大器的输出端试探，使高频段主极点左移。这种方法不影响反馈深度| 1+ A F |和放大电路其他性能，但将损失通频带。X( -0.1)例如，假设某三级放大电路的电压放大倍数为-10 4 (1+j f 0.5 )(1+j f 1 )(1+j f 5 )30 lg 跑|申砧气卜円主极点左穆A uuf = U o U i = A uu 1+ F uu A uu1 F uu = R e1 + R f R e1主极点为f H1 =0.5MHz , 通过接入C或RC校正，使主极点左移到f H1，从而使相位条件 ？A F - | =- 180 o时，对应的幅度条件 20lg ? | A F | f 0 1的条件，可以采用近似估算法。可以利用关系式A f = X - oX - i = A - 1 + A - F -疋1F - =Xo X f或