模电sun2篇4章负反馈

1、一、反馈基本概念反馈将放大器输出电量（电压或电流）中的一部分（或全部），通过适当的电路连接（称反馈网络），送回到输入回路，与原输入电量（电压或电流）叠加改变放大器的净输入量，从而使输出电量得以自动调节。放大器和反馈网络组成了一个闭环系统，称为反馈放大器；未加反馈的放大器称为开环放大器。2.4.1 反馈的基本概念与第四章 负反馈放大电路.输出电量Xo 经过反馈网络，产生反馈量 X,f.XS送回到输入回路中,与输入量比较求和.后，产生净输入信号 X，再由基本放大器i放大，送到输出，从而形成闭环。1、反馈放大器的方框图表示：Ø反馈网络功能1. 反馈网络首先应完成从放大器输出取样电量的功能，

2、检测出输出电压的一部分或是输出电流的一部分；2.将取样电压或电流送回到放大器的输入回路， 与输入信号进行比较求和，这是反馈网络的第二个功能。2. 电压、电流反馈和串联、并联反馈Ø取样电路的二种型式电压取样:反馈信号与输出电压成正比电压反馈电流取样:反馈信号与输出电流成正比电流反馈Ø比较求和的二种型式V&i= V&s- V&fI&i= I&s- I&f电压比较求和串联反馈电流比较求和并联反馈3.正、负反馈和有无反馈若比较求和后使基本放大器的净输入量增大（因而输出量也增大），称之为正反馈；反之，若比较求和的结果使净输入量(因而输出

3、量也减小)，则为负反馈。一个放大电路是否反馈，首先应检查各级放大电路的净输入回路，特别是第一级放大电路的净输入(如双极型管放大级中，净输入回路为三极管的b-e之间；差分放大级的净输入回路为两个三极管的基极之间；的净输入回路为同相与反相输入端之间)，检查净输入回路与输出回路之间是否反馈网络。【例】试图所示的各电路中是否反馈。(a)(b)(c)（a）没有引入反馈。（b）引入了反馈。(d)解（c）、（d）电路中都没有引入反馈。三、负反馈放大器的四种基本组态Ø 按反馈的极性来分：若输入反馈后，使净输入增加，则为正反馈； 若输入反馈后，使净输入减小，则为负反馈。Ø 按反馈信号对输出回

4、路的取样对象来分：若反馈量正比于输出电压时为电压反馈； 若反馈量正比于输出电流时为电流反馈。Ø 按反馈信号在输入回路中叠加的方式来分：若按电流比较求和，则为并联反馈； 若按电压比较求和，则为串联反馈。Ø 按反馈通路分：如果反馈量只含有直流量则称为直流反馈； 如果反馈量只含有交流量，则为交流反馈。或者说，仅在直流通路中仅在交流通路中的反馈称为直流反馈，的反馈称为交流反馈。综上所述，负反馈分四种组态：电压串联负反馈、电压并联负反馈、电流串联负反馈、电流并联负反馈四种反馈类型1.电压串联负反馈.反馈量与输出电压成正比，Xµ V of.X.反馈量为电压= Vff反馈量与输

5、入源电.压信号 V S相串联连接，改变净输入×××电压 V i = V S - Vf2.电压并联负反馈.反馈量与输出电压成正比 X.µ V of.X.= I f反馈量为电流量，即f.I.I s× 相并联，f 与输入源电流× 信号×I i = I S - I形成节点。即f3.电流串联负反馈.X.µ I o反馈量与输出电流成正比f.X.= Vf反馈量为电压量，即f.V×与输入源电压信号 V S形成串f联连接，即×××V i = V S - Vf4.电流并联负反馈.反馈量与输出电流

6、成正比 X.µ I of.X= I f反馈量为电流，即f×与输入源电流信号 I S 并联形成.If×××节点，即I i = I S - If【例2.4.1】试分析下列电路，说明电路连接为何种的反馈组态（即正/负反馈、电压/电流反馈、串联/并联反馈等）。解：+.V i(a)电路+.V.Vff×××V i = V S - Vf电路中，取样信号是输出电压，反馈信号是R1××电压信号,根据“虚断”×V= V OfR1 + Rf×V S反馈信号 V与输入信号形成串联连接。f由于电路是同

7、相输入，输入与输出同相位。使反馈回来在R1上的信号为上（+）下（-），净输入信号减少了，所以该电路的反馈组态是：电压串联负反馈。I& fI& f(b)电路I&id 取样信号是输出电压。根据“虚短、虚断”，反馈信号是电流信号。××V O0 - V O××I id××I»= -R= I S - IffRff流入的净输入电流减少电压并联负反馈。【例2.4.2】试分析下图所示电路的反馈组态。+V&id-解：(a)电路.I o+V&f反馈网络由R1、R2和Rf组成，取样信号是输出电流，而反馈信号

8、为电压信号，即R2×V×= I OR1fR + R + R12f该电压信号与输入电压形成电压串联连接，使净输入电压下降，所以是电流串联负反馈。.If.I.I id(b)电路s反馈网络由R2和Rf组成，取样信号是输出电流，其反馈信号是电流信号，即：×R×= I O 2Rf+ R2If由极性可知，× 反馈×回来× 的电量使净输入电= I S - II id流减少，即f所以，电路是一个电流并联负反馈。梳理： 1.电压反馈还是电流反馈取决于取样信号，即反馈量Xf是正比于输出电压还是正比于输出电流？.X.X.µ V O 电压

9、反馈µ I O电流反馈ff： 1）写表达式(不能含RL）.V O = 0则为电压反馈；2）令输时短路，即.如果此时无反馈了，X= 0f.如果X¹ 0 则为电流反馈。f令输出回路开路（或RL开路），.I O = 0即输出回路无电流或.如果此时无反馈了，即 X f= 0 时，为电流反馈；.如果X¹ 0 则为电压反馈。f2.串联反馈还是并联反馈取决于反馈信号Xf是电流量还是电压量，即反馈网络与输入信号的连接方式。串联反馈：其反馈信号Xf一定是电压量，电压量才能相串联(反馈量端)；、输入量不同并联反馈：其反馈信号Xf一定是电流量，电流量才能并联(反馈量、输入量同一端)进行

10、电流求和。，3.正反馈和负反馈（在频带的中频段）正反馈负反馈反馈后净输入增加反馈后净输入减少用瞬时极性法：假若在某瞬时输入极性为，然后根据放大器的组态，逐级推出该时刻的瞬时变化极性、经反馈网络后的极性，然后决定反馈信号与原信号的相位。最终反馈后净输入增加or减少ÅÅÅ(a)【2.4.3】试分析下图所示分立元件放大电路的反馈组态。×V×R2» V Of.V fR + R2f解（a）电路第一级是差分放大器，第二级是射极输出器，R2和Rf 组成反馈网络，取样信号输出电压，其反馈信号是电压信号，即：反馈回来的电压和输入电压串联后，使净输

11、15;入电压减少了，即 V串联负反馈。××= V- V。所以是电压idSf这种电路连接，可以用负反馈来等效，的电压串联；(+)(+)(+).V id等效对（b）电路也有两级放大器，第一级差分，第二级准共射放大电路，反馈网络为Rf，Rf和R1组成取样电路，取样信号输出电压，其反馈信号为电流信号，即:×××V b1- V O- V O.I.I f=»fRfRf.I s.I id.If.I s(+)(-)(+).I id等效其净输入电流减少×I id××= I S - If所以，电路的反馈组态是一个电压并联负反

12、馈组态。这种电路连接，可以用压并联负反馈等效，的电：1.电压负反馈时，当负载电阻RL变化情，其作用是维持输出电压不变。在输入信号不变的条件下，当RL改变时，其电压的下：电压并联负反馈过程如.| I.| I id | .如果 | V O|f电压负反馈的作用是电流负反馈的作用是输出电压； 输出电流。电压串联负反馈. | V id | V O | V|如果 f2. 电流负反馈时，当负载电阻RL变化情况下，其作用是维持输出电流不变。在输入信号不变的条件下，当RL改变时，其电流的过 程如下：+.V id.Io电流串联负反馈+.V f因R0.| V.| V.| | V|.如果 | I ofido电流并联负

13、反馈因R0.| I id.如果 | I| I| V|ofo3.直流反馈和交流反馈在直流通路中在交流通路中的反馈的反馈直流反馈交流反馈交直流反馈并存在交直流通路中都有反馈直流负反馈静态工作点，交流负反馈放大器的动态指标 。Re2只直流反馈，没有交流反馈；Rf、Cf只Re1既交流反馈，没有直流反馈；着直流反馈，同时也交流反馈，即交直流反馈并存；三、负反馈放大电路的方框图表示及增益函数开环放大器负反馈放大电路的方框图表示反馈网络.X.OA f =.X s闭环放大器闭环增益四种反馈下各参数的物理意义反馈组态.开环增益 A.闭环增益 A f.反馈系数 F f电压串联负反馈.V O电压Av =.V i增益

14、.V OAvf=.V s.V f电压传F v =.输比V o电压并联负反馈.= V O电阻Ar.I i增益.V OArf=.I S.I f电导传F g =.输比V o电流串联负反馈.I O电导Ag =.V i增益.I OAgf=.V s.V f电阻传F r =.输比I o.电流并联负反馈.I O电流Ai =.增益I i.I OAif=.I s.I fF i =电流传.I o输比负反馈放大电路的闭环增益函数由负反馈放大器的方块图可知，放大器的闭环增益函数为：.XXX.A fooo=.X.Xi + XX i + F X o.Afs.A Xi=.X.i + AF X1 + AFi.AF称”环路增益”

15、或”回路增益”。式中的项.| 1 +| 称反馈深度，它越大，反馈深度越深。AF.| A|.| Af| =将上式写成幅模形式讨论如下：.|1 + AF |.|<| A |如果| 1 + AF |> 1 ，闭环增益小于开环增益| A f.则电路为负反馈。若| 1 + AF |>> 1 ，则电路为深度负反馈，此时，其电压增益为：.| A|1.| Af| =».当 | 1 + AF |< 1.| F |1 + AF |.|>| A |表示其反馈为正反馈。则| A f.当| 1 + AF |= 0.X o.| Af|=.| A f|® ¥

16、说明在无输入信号的情则.X s也有输出，此时电路产生了自激振荡。Ø 如果 |1 + A& F& |1 时，闭环增益| A& f| A& |，说明所引入的反馈是负反馈，并使闭环增益下降为开环时的1/ |1 + A& F& |。.X f.= Xs - AF Xi.Xs.= (1+ A .F ) Xi.| Xs |Xs.Xi =| Xi |=.1+ AF|1+ A F |.|1+ AF |> 1时.| Xi|< | X s |净输入量减小可见根据净输入量的变化来正负反馈和根据闭环增益的变化来正负反馈其实是一致的。.XsA&

17、X&X&A&.XA& f=o =i=X& s+ F&A&X& i1 + A&F&X& ii.AF1+|1 + A& F& |1，则 | A& f| A& |Ø 若表示放大电路中引入了正反馈。.|1+ AF |< 1时.| X i |>| X s：|净输入量增大|1 + A& F& |Ø 若=0，这是正反馈中的情况，放大器产生了自激振荡。.。 。.X.A F = -1反馈信号X s -= X i × AF = - X i

18、if在大小和相位上恰好能取代输入，从而维持一定的输出.负反馈牺牲了放大器增益提高了放大器的性能指标正反馈虽提高增益但性差，会使放大器无法工作负反馈降低了增益，但一、提高闭环增益的了许多技术指标的。性放大器的增益会受环境各种因素的影响而发生变化，负反馈会抑制这种变化，使其增益。信号在中频段，且反馈网络为纯电阻，.故放大倍数益函数表A 和反馈系数 F 都是实数。所以增：= (1+ AF ) - AF dA =AdAA=dAf(1+ AF )2(1+ AF )2f1 + AF= (1 + AF )dA - AFdA =dAdAf(1 + AF )2(1 + AF )2两边同除Af后得dAfdAdA&

19、#215; 11× dA=(1+ AF )2 A1 + AFA1 + AFAAff该式表明：放大器引入了负反馈后， 其增益的相对变化量dAf /Af是无反馈时的1/（1+AF）。说明负反馈越深，放大倍数的性越好。二、放大器的非线性失真非线性失真由器件的非线性特性引起。假定输入信号为正弦，经放大后产生了不对称的输出波形，即产生了失真了。无负反馈情况假设基本放大器的正半于负半周，则经负反馈后，反加了负反馈波形情况馈信号正半信号正半，使净输入，从而弥补基本放大器的失真。失真信号定量分析：信号幅度大时，失真也较明显，所以图中将失真信号加在第二级前。.s开环时.Xo = A1 A2 ×

20、; Xi + A2 × X = A× X s + A2 × X.A. 2.A.Xo =× X +× X'闭环后，输出s.1+ AF1+ AF为了在同一个输.出.幅度下比较反馈引入的效果，把输入信）倍。1+ AF号扩大（. 2.AéêëùAA.Xo =(1+ AF ) Xs+2× X = A X+× X'úûS.1+ AF1+ AF1+ AF.A. 2. 2.éêëùAA.X.XXo =(1+ AF ) Xs+&

21、#215;= A X+×'úûS.1+ AF1+ AF1+ AF可见在输出幅度相同的情，失真.减小为原来的1/(1+ AF )这里必须注意：信号本身的非线性，负反馈将为力。三、抑制放大电路内部的温漂，噪声及干扰如果噪声、干扰来自电路内部时，负反馈能起到抑制作用，这时只要加大有用信号，以提高信噪比（S/N）。如果噪声、干扰混在有用信号中或来自电路外部，则负反馈为力。只能用源等、滤波或消除干扰加以剔除。四、展宽放大器的通频带反馈网络为纯电阻，F为实数， 且放大电路在低频段和高频段都只有一个转折频率（极点频率）。因此，高低频段频率特性的复数表达式分别为：fAmA

22、mj.AH=fLf.AL=f1 + j1 +jfHfL高频段低频段Am.AH=f加了负反馈后的高频段频率特性 m1 + jfHAf1 + j.AHf H.AHf=A F.1 + AH1 +F mAf= m1 + Am FAmf1 + jfHAmAmf1 + Am F=ff1 + j1 +j(1 + Am F ) f Hf Hf= (1 + Am F ) fHfHffAj加了负反馈后的低频段频率特性mf.AL= L ff1 + jjfLff.Amj Lff L.1 + j.ALf L1 + Am F.ALf.Amf= L =ff.1 + AL1 +Fjjf Lf L.Am1 +F.f1 + Am

23、F1 +jf LAmA= f/(1 + A其中fF )mf1 + ALfLmFm可见放大器引入负反馈后，上限频率升高了，下限频率降低了，因而使放大器的通频带扩展.了，。20 lg | A | / dB.20 lg | Am40|200f/Hzf 10f1102104105106LHBWBWfffLfHf× BW f» Am × BWAmf.20 lg | Amf |电压负反馈的结果是输出电压，相当于输出电阻减小了。引入电压负反馈后，闭环输出电阻Rof为开环输出电阻Ro的1/(1+AF)。在深度电压负反馈下， Rof0（从取样点看进去）。电流负反馈的结果是输出电流，

24、相当于输出电阻增大了。引入电流负反馈后，闭环输出电阻Rof为开环输出电阻Ro的(1+AF)倍。在深度电流负反馈下， Rof¥（从取样点看进去）。VoDVRo=0RO = O DIOVRo小ooRo大Io并联负反馈后的输入电阻是减小的，Rif=Ri/(1+AF )。在深度负反馈条件下， Rif 0 (从求和点看进去)。串联负反馈后的输入电阻是增大的，Rif=(1+AF)Ri。在深度负反馈条件下， Rif ¥ (从求和点看进去)。2.4.3负反馈放大电路的计算放大器加了反馈之后使电路复杂了，传统是画出等效电路后，利用电路原理中的求解各项技术指标。现在可以用计算机进行分析求取。而

25、在工程实际中，在某些条件下，常常用估算来处理。深度负反馈放大器的工程估算：.深度负反馈的条件： 1 + AF >> 1.| 1 + AF |³ 10在工程上其反馈深度就认为是深度负反馈了.X o.A1.此时：Af=».F1 + AFX s.X.= F X o = F A Xi» (1+ AF ) X i= Xsf.f® 0净输入：X& iX& i= V&i ® 0= I&i ® 0对串联负反馈.X i= Vi® 0放大器的净输入电压近似为零，这种情况称输入端为“虚短”，好象输入端短

26、路一样(但并不是真的短接在一起)。V&f对并联负反馈.在深度负反馈下，净输入Xi= Ii ® 0 ，所以，这种情况称作“虚断”，好象输入端开路一样(意思是放大器的净输入电流近似为零，但并不是真正的断开)。.If.I S = If集放的开环增益为无穷大，由组成的各种运算电路都满足深度负反馈的条件。1.比例运算电路比例运算主要有三种：反相输入， 同相输入和差分输入三种形式。 反相输入方式（比例运算）该电路属于电压并联负反馈放大器。iF= iS= vS / R1= -( R2v= -iv)vR ,OSROF21= -R2 / R1AvfRRifR 'ofif= v/ i&#

27、174; 0R 'R= v= R/ iifIdSifSS1注意是并联反馈® 0Rof注意是电压反馈 同相输入方式（比例运算）该电路属于电压串联负反馈。由电路可知：R1v= v» vFoSR + RRvF12ofRv= (1 + R2 )v= vo= (1+ R2 )if AoSRvfvR1s1vo= vS当R1开路时，通常称为电压跟随器。= vI® ¥(Qi» 0)RifIiI.= Ro /(1 + AF ) ® 0Rof 差分输入方式（减法输入方式）两个信号分别加在同相端和反相端，通过R2闭环。RiRif采用线性电路的叠加定

28、理：R 'RR+ (1 +v= v '+ v ''= - 2 vR 2 )2voooS1S 2+ R 'R 'R1112= 0, vS1 ¹ 0时= 0, vS 2 ¹ 0时vS 2vS1输入电阻 Rif=R1+R1输出电阻Rof0R 'RRvo=v+ v'''= - 2 vR+ (1 + 2 )2vooS 2S1+ R 'R 'R1112= R= R 时,上式为:当R ',R '1122v= - R2 v+ R2= R2(v- vv)减法运算电路0S1s 2s

29、2S1RRR1112.求和运算反相求和运算由于N端是“虚地”，所以有：i1 + i2 + i3 = i fii1fii23vS1+ vS 2+ vS 3= - voR11R12R13R2= -( RRRv+vvv)oSSS 3RRR同相求和运算同样用线性电路的叠加原理求解。求出VP和VN，再由VP=VN可得。R12/ R13R11/ R12R11/ R13v=+vvvps1s3s 2R+ R/ RR+ R/ RR+ R/ R11121313111212+ vs1113)( vs+ vs= (R/ R/ R)1213RRRv = (1 + R2 )(R/ R )( vS+ vS+ vSR2vO

30、= (1+/ R)vNo1213RRRRR11双端输入求和运算求出vN 和vP ,再用vN= vP 求解R5R4v= - R5 v- R5+ (1 +)vvS 3R + RoS1S 2R / RRR123412R5R3+ (1 +)vS 4R + RR / R12343.积分和微分运算电路积分运算电路vN= vP = 0,iS= vS/ R = iC电路v = -v= - 11C òRC òdt = -iv dtoCCSvS0tvo0t微分运算电路= C dvSi= i因为v= v= 0,RCNPdtR = -RC dvS= -i所以, voRdt4.对数和指数运算电路对数运算电路= vP= 0,因为N为虚地，则vN由二极管数学模型可得：v DVvDVviR = iD = Is (e- 1) » Ise S RTTvS所以v