模电第6章-1负反馈放大器

1、第第6 6章章 放大电路中的反馈放大电路中的反馈 6.1 反馈的基本概念及判断方法 6.2 四种负反馈类型的分析 6.3 反馈的基本方程 6.4 负反馈对放大电路性能的影响 6.5 负反馈放大器自激振荡及消除方法一、反馈的定义一、反馈的定义二、负反馈和正反馈二、负反馈和正反馈三、电压反馈和电流反馈三、电压反馈和电流反馈四、串联反馈和并联反馈四、串联反馈和并联反馈五、交流反馈和直流反馈五、交流反馈和直流反馈6 6.1 反馈的基本概念及判断方法反馈的基本概念及判断方法一、 反馈的定义反馈的定义 在放大电路中信号的传输是从输入端到输出端，这个方向称为正向传输。反馈就是将输出信号取出一部分或全部送回到

2、放大电路的输入回路，与原输入信号相加或相减后再作用到放大电路的输入端。反馈信号的传输是反向传输。所以放大电路无反馈也称开环，放大电路有反馈也称闭环。6 6.1.1 反馈的基本概念反馈的基本概念反馈概念方框图 图中： 是输入信号， 是反馈信号， 称为净输入信号。iXfXiXfiiXXX 所以有 二、二、负反馈和正反馈负反馈和正反馈负反馈加入反馈后，净输入信号| Xi | | Xi | ， 输出幅度增加 。 正反馈和负反馈的判断法之一：瞬时极性法正反馈和负反馈的判断法之一：瞬时极性法 在放大电路的输入端，假设一个输入信号对地的极性，可用“+”、“-”或“”、“”表示。按信号传输方向依次判断相关点的

3、瞬时极性，直至判断出反馈信号的瞬时极性。如果反馈信号的瞬时极性使净输入减小，则为负反馈；反之为正反馈。6.1.2 反馈的判断一、 有无反馈的判断二、 反馈极性的判断三、直流反馈和交流反馈直流反馈和交流反馈 反馈信号只有交流成分时为交流反馈，反馈信号只有直流成分时为直流反馈，既有交流成分又有直流成分时为交直流反馈。例 直流反馈与交流反馈判断 交流负反馈的作用：交流负反馈的作用： 使输出稳定。使输出稳定。6 6.2 负反馈放大电路的四种基本组态负反馈放大电路的四种基本组态 为了对放大电路进行定量分析，为了对放大电路进行定量分析，交流负反馈首先研究的是：交流负反馈首先研究的是：从输出端看，反馈量是取

4、自输出电压，还从输出端看，反馈量是取自输出电压，还 是取自输出电流。是取自输出电流。从输入端看，反馈量与输入量是以电压量相从输入端看，反馈量与输入量是以电压量相叠加，还是以电流量相叠加。叠加，还是以电流量相叠加。6.2.1 负反馈放大电路 的分析要点 将输出电压将输出电压短路短路，若反馈信号为零，若反馈信号为零，则为电压反馈。则为电压反馈。一、电压串联负反馈电压反馈：电压反馈：反馈信号的大小与输出电压成比反馈信号的大小与输出电压成比 例的反馈称为电压反馈；例的反馈称为电压反馈；6.2.2 负反馈放大电路的四种组态串联反馈：串联反馈：反馈信号和反馈信号和输入信号以电压量相加输入信号以电压量相加减

5、。减。例：例：定量分析：求定量分析：求uo 将输出电压将输出电压短路短路，若反馈信号为零，则，若反馈信号为零，则为电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为电流反为电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为电流反馈。馈。二、电流串联负反馈电流反馈的判断：电流反馈的判断：电流反馈：电流反馈：反馈信号的大小与输出电流成比反馈信号的大小与输出电流成比 例的反馈称为电流反馈。例的反馈称为电流反馈。R2RL例：例：定量分析：求定量分析：求io三、电压并联负反馈三、电压并联负反馈电压反馈：电压反馈：反馈信号的大小与输出电压成比例。反馈信号的大小与输出电压成比例。并联反馈：并联反馈：反馈信号和输入信号以电流量相加减。反馈信

6、号和输入信号以电流量相加减。例：例：定量如下：定量如下： 求求uo四、电流并联负反馈四、电流并联负反馈电压反馈：电压反馈：反馈信号的大小与输出电流成比例。反馈信号的大小与输出电流成比例。并联反馈：并联反馈：反馈信号和输入信号以电流量相加减。反馈信号和输入信号以电流量相加减。例：例：定量分析：求定量分析：求io五、四种组态的放大倍数五、四种组态的放大倍数电压串联负反馈电路：电压串联负反馈电路：IOxxfxxAIOuufuuA电流串联负反馈电路：电流串联负反馈电路：IOiufuiA电压并联负反馈电路：电压并联负反馈电路：IOuifiuA电流并联负反馈电路：电流并联负反馈电路：IOiifiiA6.2

7、.3 放大电路反馈组态的判断6 6.3 负反馈放大电路的方块图及一般表达式负反馈放大电路的方块图及一般表达式开环放大倍数：ioXXA闭环放大倍数：iofXXA反馈系数：ofXXF环路放大倍数：ifXXFA在信号的中频段，在信号的中频段，oiiXXX、均为实数。均为实数。6.3.1负反馈放大电路的方块图表示法FAAAf16.3.2 四种组态的方块图电压反馈：ooUX电流反馈：ooIX串联反馈：ffiiiiUXUXUX,并联反馈：ffiiiiIXIXIX,准备知识：一、电压串联负反馈电压反馈：ooUX串联反馈：ffiiiiUXUXUX,求出： 开环放大倍数：ioXXA闭环放大倍数：iofXXA反馈

8、系数：ofXXF电路功能：电压放大二、电流串联负反馈电流反馈：ooIX串联反馈：ffiiiiUXUXUX,求出： 开环放大倍数：ioXXA闭环放大倍数：iofXXA反馈系数：ofXXF电路功能：输入电压控制输出电流。三、电压并联负反馈并联反馈：ffiiiiIXIXIX,电压反馈：ooUX求出： 开环放大倍数：ioXXA闭环放大倍数：iofXXA反馈系数：ofXXF电路功能：输入电流控制输出电压。四、电流并联负反馈并联反馈：ffiiiiIXIXIX,电流反馈：ooIX求出： 开环放大倍数：ioXXA闭环放大倍数：iofXXA反馈系数：ofXXF电路功能：电流放大。6.4 深度负反馈放大电路放大倍

9、数的分析6.4.1 深度负反馈的实质：若放大电路：FAAAf111FA且满足：则闭环放大倍数：FAf1iofXXAofXXFfofXXFA1结论1：当电路引入深度串联负反馈时有：fiUU结论2：当电路引入深度并联负反馈时有：fiII闭环放大倍数：FAAAf1在信号的中频段，在信号的中频段，oiiXXX、均为实数。即：均为实数。即：6.3.3 负反馈放大电路的一般表达式AFAAf1若反馈深度：11 AF则闭环放大倍数：FAf1讨论反馈深度讨论反馈深度的三种情况：的三种情况：反馈深度讨论 称为反馈深度 它反映了反馈对放大电路影响的程度。可分为下列三种情况 (1)当 1时， ，相当负反馈 (2)当

10、1时， ，相当正反馈 (3)当 =0 时， = ，相当于输入为零时仍有输出，故称为“自激状态”。FA1FA1fAAFA1FA1FA1fAAAfAfA环路增益 环路增益 是指放大电路和反馈网络所形成环路的增益，当 1时称为深度负反馈，与 1+ 1相当。于是闭环放大倍数FAFAFFAAA11fFAFA 也就是说在深度负反馈条件下，闭环放大倍数近似等于反馈系数的倒数，与有源器件的参数基本无关。一般反馈网络是无源元件构成的，其稳定性优于有源器件，因此深度负反馈时的放大倍数比较稳定。 在此还要注意的是 、 和 可以是 电压信号，也可以是电流信号。iXfXoX 1.当它们都是电压信号时， 、 、 无量纲，

11、 和 是电压放大倍数。 AfAFAfA 2.当它们都是电流信号时， 、 、 无量纲， 和 是电流放大倍数。 AfAFAfA 3.当它们既有电压信号也有电流信号时， 、 、 有量纲， 和 也有专门的放大倍数 称谓。fAAAfAF6.4.2 深度负反馈放大电路放大倍数的分析一、 电压串联负反馈求：1、反馈系数2、放大倍数3、电压放大倍数6.4.2 深度负反馈放大电路放大倍数的分析二、 电流串联负反馈求：1、反馈系数2、放大倍数3、电压放大倍数三、 电压并联负反馈求：1、反馈系数2、放大倍数3、电压放大倍数四、 电流并联负反馈求：1、反馈系数2、放大倍数3、电压放大倍数例6.4.1求：1、反馈系数2

12、、放大倍数3、电压放大倍数判断反馈组态例6.4.2求：1、反馈系数2、放大倍数3、电压放大倍数判断反馈组态例6.4.3求：1、反馈系数2、放大倍数3、电压放大倍数判断反馈组态例6.4.4求：1、反馈系数2、放大倍数3、电压放大倍数判断反馈组态 6.5 负反馈对放大电路性能的影响 负反馈是改善放大电路性能的重要技术负反馈是改善放大电路性能的重要技术措施，广泛应用于放大电路和反馈控制系统措施，广泛应用于放大电路和反馈控制系统之中。之中。6.5.1 6.5.1 负反馈对增益的影响负反馈对增益的影响6.5.2 6.5.2 负反馈对输入电阻和输出电阻的影响负反馈对输入电阻和输出电阻的影响6.5.3 6.

13、5.3 负反馈对通频带的影响负反馈对通频带的影响6.5.4 6.5.4 负反馈对非线性失真的影响负反馈对非线性失真的影响6.5.16.5.1负反馈对增益的影响负反馈对增益的影响 根据负反馈基本方程，不论何种负反馈，都可使反馈放大倍数下降1+AF倍，只不过不同的反馈组态A、F的量纲不同而已，但AF无量纲。对电压串联负反馈ioiofUUXXAuuuuuuuuFAA1 在负反馈条件下增益的稳定性也得到了提高，这里增益应该与反馈组态相对应AAAFAAAFAAFAAFAAFAd)1 (1d)1 (d)1 (dd)1 (dff22f 有反馈时增益的稳定性比无反馈时提高了(1+AF)倍。6.5.2 6.5.

14、2 负反馈对输入电阻和输出电阻的影响负反馈对输入电阻和输出电阻的影响(1) 串联负反馈 一、负反馈对输入电阻的影响。负反馈对输入电阻的影响与反馈加入的方式有关，即与串联或并联反馈有关，而与电压或电流反馈无关。 串联负反馈输入端的电路结构形式如图。对串联电压负反馈和串联电流负反馈效果相同。的定量求取：ifR(2)(2)并联负反馈并联负反馈 并联负反馈输入端的电路结构形式如图。 对电压并联负反馈和电流并联负反馈效果相同，只要是并联负反馈就可使输入电阻减小。的定量求取：ifR二、 负反馈对输出电阻的影响 电压负反馈可以使输出电阻减小，这与电压负反馈可以使输出电压稳定是相一致的。输出电阻小，带负载能力

15、强，输出电压的降落就小，稳定性就好。(1) 电压负反馈使输出电阻减小的定量求取：ofR(2) 电流负反馈使输出电阻增加 电流负反馈可以使输出电阻增加。这与电流负反馈可以使输出电流稳定是相一致的。 的定量求取：ofR6.5.3 负反馈对通频带的影响 放大电路加入负反馈后，增益下降，但通放大电路加入负反馈后，增益下降，但通频带却加宽了，如图所示。频带却加宽了，如图所示。 无反馈时的通频带f= f HfL Hmj1ffAAh)j1/(1)j1/(1HmHmhfffFAffAFAAAhhhfHmfmHmmj1)1 (j1)1/(ffAFAffFAA引入负反馈后上限截止频率为：Hff 以一级放大电路为例

16、，设无反馈时上限截止频率为：HfHHffFAf)1 (有反馈时的通频带fF = (1+AF) fH 负反馈放大电路扩展通频带有一个重要的特性，即增益与通频带之积为常数：HmHmmmfHmf)1 ()1 (AFAFAAA同理，可以推导出下限截止频率：FAffLLf16.5.4 6.5.4 负反馈对非线性失真的影响负反馈对非线性失真的影响消除ib失真的方法6.5.5 6.5.5 放大电路引入负反馈的一般原则放大电路引入负反馈的一般原则根据信号源的性质决定引入串联负反馈还是并联负反馈。为了稳定静态工作点，应引入直流负反馈；为改善电路的动态性能，应引入交流负反馈。根据负载对放大电路输出量的要求，决定引

17、入电压负反馈还是电流负反馈。根据负载对放大电路输出量的要求，决定引入电压负反馈还是电流负反馈。根据四种组态反馈电路的功能，在需要进行信号变换时，选择合适的组态。例例6.5.1 6.5.1 为了减小放大电路从信号源索取的为了减小放大电路从信号源索取的电流并增强带负载能力。电流并增强带负载能力。例例6.5.1 6.5.1 将输入电流转换成与之成稳定线将输入电流转换成与之成稳定线性关系的输出电流。性关系的输出电流。例例6.5.1 6.5.1 将输入电流转换成与之成稳定的输出电压。将输入电流转换成与之成稳定的输出电压。6.6.3 负反馈放大电路自激振荡及消除方法6.5.1产生自激振荡的原因及条件1、自

18、激振荡： 无输入信号，有输出。2、产生的原因 （1）定性分析 3、定量分析 AAAFf=1 当Af趋于无穷时，产生自激振荡，即有： = 0 改写为1FAFA1相位条件相位条件自激振荡的条件为：幅度条件幅度条件 1|FA AF= A+ F=(2n+1) n=0,1,2,36.5.3 负反馈放大电路稳定性的判断 定义信号的频率 时，有：0ff 。180FA0lg20FA 定义信号的频率 时，有：cff 一、判断方法：例：某放大电路频率特性如图0ff 当 时- 结论：如果 ，则电路不稳定。反之电路稳定。 0ffc 1、 幅值稳定裕度：Gm。45180FAmdB10lg200 ffmFAG0ff 当信号的频率 时， 二、稳定裕度： 2、 相位稳定