模拟电子技术第

1、模 拟 电 子 技 术第第 五五章章小结小结反反 馈馈 模 拟 电 子 技 术 引言引言 5.1.2 负反馈放大电路的基本类型负反馈放大电路的基本类型 5.1.3 负反馈放大电路分析负反馈放大电路分析 5.1.1 反馈放大电路的组成及基本关系式反馈放大电路的组成及基本关系式模 拟 电 子 技 术反馈反馈 将电路的输出量将电路的输出量( (电压或电流电压或电流) )的部分或全的部分或全 部，通过一定的元件，以一定的方式回送到输部，通过一定的元件，以一定的方式回送到输入回入回 路并影响输入量路并影响输入量( (电压或电流电压或电流) )和和输出量的过程。输出量的过程。引言引言2. 信号的两种流向信

2、号的两种流向正向传输：正向传输：输入输入 输出输出反向传输：反向传输：输输出出 输入输入 开环开环 闭环闭环输入输入 输出输出 放大电路放大电路 反馈网络反馈网络模 拟 电 子 技 术Aidxoxix+比较比较环节环节5.1.1 反馈放大电路的组成反馈放大电路的组成一、反馈的组成和基本关系式一、反馈的组成和基本关系式基本放大电路基本放大电路fxF反馈网络反馈网络 xi 输入信号输入信号( (ii 或或 ui ) ) xid 净输入信号净输入信号( (iid 或或 uid) ) xo 输出信号输出信号( (io 或或 uo ) ) xf 反馈信号反馈信号( (if 或或 uf ) )模 拟 电

3、子 技 术二、反馈的分类二、反馈的分类1. 正反馈和负反馈正反馈和负反馈正反馈正反馈 反馈使净输入电量增加，反馈使净输入电量增加，从而使输出量增大。从而使输出量增大。负反馈负反馈 反馈使净输入电量减小，反馈使净输入电量减小，从而使输出量减小。从而使输出量减小。判断法：瞬时极性法判断法：瞬时极性法2. 直流反馈和交流反馈直流反馈和交流反馈直流反馈直流反馈 直流信号的反馈。直流信号的反馈。交流反馈交流反馈 交流信号的反馈。交流信号的反馈。模 拟 电 子 技 术例例 5.1.1输入输入回路回路输出输出回路回路判断电路是否存在反馈。是正反馈还是负反判断电路是否存在反馈。是正反馈还是负反馈？直反馈还是交

4、流反馈？馈？直反馈还是交流反馈？ RE 介于输入输出回路，有反馈。介于输入输出回路，有反馈。反馈使反馈使 uid 减小，为负反馈。减小，为负反馈。既有直流反馈，又有交流反馈。既有直流反馈，又有交流反馈。模 拟 电 子 技 术5.1.2 负反馈放大电路的基本类型负反馈放大电路的基本类型一、电压反馈和电流反馈一、电压反馈和电流反馈电压反馈电压反馈 反馈信号取自输出电压的部分或全部。反馈信号取自输出电压的部分或全部。判别法：判别法：使使 uo = 0 ( (RL 短路短路) )， 若若反馈消失则为电压反馈反馈消失则为电压反馈。电流反馈电流反馈 反馈信号取自输出电流。反馈信号取自输出电流。判别法：判别

5、法：使使 io = 0( (RL 开路开路) )， 若反馈消失则为电流反馈。若反馈消失则为电流反馈。AFRLuo电压电压反馈反馈电流电流反馈反馈iouoFARLio模 拟 电 子 技 术二、串联反馈和并联反馈二、串联反馈和并联反馈串联反馈：串联反馈：反馈信号与输入信号以反馈信号与输入信号以电压相加减的形式在输入端出现。电压相加减的形式在输入端出现。uid = = ui uf特点：特点：信号源内阻越小，信号源内阻越小， 反馈效果越明显。反馈效果越明显。并联反馈：并联反馈：反馈信号与输入信号以反馈信号与输入信号以电流相加减的形式在输入端出现。电流相加减的形式在输入端出现。iid = = ii if

6、特点：特点：信号源内阻越大，信号源内阻越大， 反馈效果越明显。反馈效果越明显。AFiiifisiidRSRSAFuiuidufus模 拟 电 子 技 术三、四种基本反馈类型三、四种基本反馈类型AFuiuidufusRSRLuoAFuiuidufusRSiouoRLio电电压压串串联联负负反反馈馈电电流流串串联联负负反反馈馈模 拟 电 子 技 术FAiiifisiidRSRLuoFAiiifisiidRSiouoRLio电电压压并并联联负负反反馈馈电电流流并并联联负负反反馈馈模 拟 电 子 技 术5.1.3 负反馈放大电路分析负反馈放大电路分析例例 5.1.2 AF电压串联电压串联负负反馈反馈

7、模 拟 电 子 技 术uo 经经 Rf 与与 R1 分压反馈到输入回路，故有反馈。分压反馈到输入回路，故有反馈。反馈使净输入电压反馈使净输入电压 uid 减小，为负反馈。减小，为负反馈。RL = 0，无反馈，故为电压反馈。，无反馈，故为电压反馈。uf = uoR1/(R1 + Rf) 也说明是电压反馈。也说明是电压反馈。uid = ui uf 故为串联反馈。故为串联反馈。模 拟 电 子 技 术例例 5.1.3 Rf 为输入回路和输出回路的公共电阻，故有反馈。为输入回路和输出回路的公共电阻，故有反馈。 反馈使净输入电压反馈使净输入电压 uid 减小，为负反馈。减小，为负反馈。RL = 0，反馈存

8、在，故为电流反馈。，反馈存在，故为电流反馈。uf = ioRf ，也说明是电流反馈。，也说明是电流反馈。uid = ui uf 故为串联反馈。故为串联反馈。AF电流串联负反馈电流串联负反馈模 拟 电 子 技 术例例 5.1.4 Rf 为输入回路和输出回路的公共电阻，故有反馈。为输入回路和输出回路的公共电阻，故有反馈。反馈使净输入电流反馈使净输入电流 iid 减小，为负反馈。减小，为负反馈。RL = 0，无反馈，故为电压反馈。，无反馈，故为电压反馈。iid = ii if ，故为并联反馈。，故为并联反馈。AF电压并联电压并联负负反馈反馈模 拟 电 子 技 术例例 5.1.5 Rf 介于输入回路和

9、输出回路，故有反馈。介于输入回路和输出回路，故有反馈。 反馈使净输入电流反馈使净输入电流 iid 减小，为负反馈。减小，为负反馈。RL = 0，反馈存在，故为电流反馈。，反馈存在，故为电流反馈。iid = ii if ，故为并联反馈。，故为并联反馈。AF电流并联电流并联负负反馈反馈模 拟 电 子 技 术 电流串联负反馈电流串联负反馈电压串联负反馈电压串联负反馈例例 5.1.6 反馈类型的判断反馈类型的判断模 拟 电 子 技 术 RE 引入本级电流串联负反馈；引入本级电流串联负反馈；引入级间电流并联负反馈。引入级间电流并联负反馈。例例 5.1.7 反馈信号反馈信号与输入信号与输入信号在不同节点为

10、串联在不同节点为串联反馈，在反馈，在同一个节点为并联反馈。同一个节点为并联反馈。反馈取自输出端或输出分压端为电压反反馈取自输出端或输出分压端为电压反馈，反馈取自非输出端为电流反馈。馈，反馈取自非输出端为电流反馈。规规 律：律：模 拟 电 子 技 术5.1.4反馈放大电路的框图表示法反馈放大电路的框图表示法一、反馈放大电路的框图一、反馈放大电路的框图在一个带反馈的放大电路中，放大电路本身在一个带反馈的放大电路中，放大电路本身和反馈网络是紧密相连、混为一体的。但是和反馈网络是紧密相连、混为一体的。但是，为了突出反馈的作用，分析反馈对放大电，为了突出反馈的作用，分析反馈对放大电路的影响，我们又希望把

11、反馈放大电路分解路的影响，我们又希望把反馈放大电路分解为两部分：一是不带反馈的为两部分：一是不带反馈的“基本放大电路基本放大电路”，二是，二是“反馈网络反馈网络”。所以能这样做，依。所以能这样做，依据的是所谓据的是所谓“信号单方向作用的假定信号单方向作用的假定”。模 拟 电 子 技 术 前面已多次提到信号的正向和反向传输前面已多次提到信号的正向和反向传输 通道，前者是指放大电路本身，而后者通道，前者是指放大电路本身，而后者 是指反馈网络。实际上，这两个通道是是指反馈网络。实际上，这两个通道是 很难分开的。因为一般由无源元件很难分开的。因为一般由无源元件R和和C 组成的反馈网络显然是双向作用的，

12、而组成的反馈网络显然是双向作用的，而 放大电路本身也存在固有的内部反馈。放大电路本身也存在固有的内部反馈。 但是，在工程实践中的我们有必要也有但是，在工程实践中的我们有必要也有 理由来做一些合理的假定，目的在于突理由来做一些合理的假定，目的在于突 出主要的因素，略去次要的因素，使工出主要的因素，略去次要的因素，使工 作机理更清晰，问题的处理更简单作机理更清晰，问题的处理更简单。模 拟 电 子 技 术先看信号的正向传输，输入信号可以通过放大电路，也可以通过反馈网络作正向传输。前者有很强的放大作用，而后者只能由衰减作用。两相比较，我们有理由略去通过反馈网络的信号正向传输，而认为信号的正向传输只能通

13、过放大电路。同样，如果略去放大电路本身固有的内部反馈，则可以认为信号的反向传输只能通过反馈网络。总之，通过基本放大电路的只有信号的正向传输，而通过反馈网络的只有信号的反向传输。模 拟 电 子 技 术再作这样的假定之后，就可以把一个反馈放再作这样的假定之后，就可以把一个反馈放大电路表示为如图所示。大电路表示为如图所示。在图中，各量既可为电压，又可为电流，因在图中，各量既可为电压，又可为电流，因此用一般的加相应的下标表示。此用一般的加相应的下标表示。图中，图中，A是基本放大电路的开环放大倍数是基本放大电路的开环放大倍数ioidoXXXXA= = =Aidxoxix+比较比较环节环节基本放大电路基本

14、放大电路fxF反馈网络反馈网络模 拟 电 子 技 术F是反馈量是反馈量 与输出量与输出量 之比，叫之比，叫“反馈系数反馈系数”，即即因此因此表示从输入端的净输入量表示从输入端的净输入量 经正向通道经正向通道A和反和反向通道向通道F,沿反馈形成的闭合环路绕行一周后，作沿反馈形成的闭合环路绕行一周后，作为反馈量出现在输入端的信号传输系数，通常叫为反馈量出现在输入端的信号传输系数，通常叫做做“环路增益环路增益”。fXoXofXXF= =idfofidoXXXXXXAF= = =AFidX模 拟 电 子 技 术二、闭环增益的一般表达式二、闭环增益的一般表达式 在上图中，输出量与输入量之比叫做反在上图中

15、，输出量与输入量之比叫做反馈放大电路的馈放大电路的“闭环增益闭环增益”，即它和开环增，即它和开环增益益A有着本质的区别。有着本质的区别。 所以可得：所以可得： 这就是反馈放大电路中闭环增益与开环这就是反馈放大电路中闭环增益与开环增益的一般表达式。增益的一般表达式。ifXXA0= = AFAXAFXAXXAididiof = = = = =11模 拟 电 子 技 术三、三、反馈深度反馈深度由式由式 可得：可得：量量 是开环增益与闭环增益幅值之比，是开环增益与闭环增益幅值之比，它自然反映了反馈对放大电路的影响程度。它自然反映了反馈对放大电路的影响程度。我们把我们把 叫做叫做“反馈深度反馈深度”。

16、AFAXAFXAXXAididiof = = = = =11AFAAf = = 1AF 1模 拟 电 子 技 术1）如果）如果 ，则，则 。这就是负反馈。这就是负反馈的情况，因为它表示反馈的引入削弱了输入的情况，因为它表示反馈的引入削弱了输入量的作用，使闭环增益下降。量的作用，使闭环增益下降。因为因为 可见负反馈的作用是使真正加到放大电路输可见负反馈的作用是使真正加到放大电路输入端的净输入量减小到无反馈时的入端的净输入量减小到无反馈时的 ，从而使闭环增益下降。，从而使闭环增益下降。11 AFAAf AFXXiid = =1AF 11模 拟 电 子 技 术2）如果）如果 ，则，则 。这是正反馈的

17、。这是正反馈的情况，表明反馈的引入加强了输入量的作用，情况，表明反馈的引入加强了输入量的作用，使毕环增益加大。使毕环增益加大。3）当）当 时，闭环增益时，闭环增益 。这意。这意味着即使没有输入量也仍然有输出量。这种工味着即使没有输入量也仍然有输出量。这种工作状态叫做放大电路的作状态叫做放大电路的“自激自激”。在自激时，。在自激时，放大电路已失去正常的放大功能，因而一般是放大电路已失去正常的放大功能，因而一般是必须加以消除的。但是，有时又要对自激状态必须加以消除的。但是，有时又要对自激状态加以利用。加以利用。11 AFAAf 01= = AF= =iofXXA模 拟 电 子 技 术4）当）当 时

18、，就变为时，就变为 ，说明此时反馈放大电路的闭环增益将只取决于反说明此时反馈放大电路的闭环增益将只取决于反馈系数。因为反馈网络通常由无源元件组成，这馈系数。因为反馈网络通常由无源元件组成，这些元件性能非常稳定，所以在这种情况下反馈放些元件性能非常稳定，所以在这种情况下反馈放大电路的工作也将非常稳定，不受除输入量以外大电路的工作也将非常稳定，不受除输入量以外的干扰因素的影响。因为的干扰因素的影响。因为 ， ，所以叫做，所以叫做“深度反馈深度反馈”。11 AFFAFAAf11 = =1 AF11 AF模 拟 电 子 技 术 5.2.1 提高增益的稳定性提高增益的稳定性 5.2.2 减少失真和扩展通

19、频带减少失真和扩展通频带 5.2.3 改变放大电路的输入和输出电阻改变放大电路的输入和输出电阻模 拟 电 子 技 术5.2.1 提高增益的稳定性提高增益的稳定性AFAA = =1f )1(dd2fAFAA = =AAAFAAd11dff = =Af 的相对变化量的相对变化量A 的相对变化量的相对变化量放大倍数稳定性提高放大倍数稳定性提高AAAAAF dd 11 f f 负负反反馈馈，模 拟 电 子 技 术例例 5.2.1 A = 103 ，负反馈使，负反馈使放大倍数稳定性提高放大倍数稳定性提高 100 倍，求倍，求 F、Af 、A 变化变化 10% 时的时的 A f ，以及，以及 dAf /A

20、f 。解：解： 1) ) 1 + AF = 100，则则 F = (100 1) / A = 0.0992) )AFAA = =1f = 103 / 100 = 103) )%1 . 0)1 . 01001d11df f = = = =（AAAFAA此时的此时的 A f =%)1 . 01(10d1)f f (f = =AAA负反馈以牺牲放大倍数，换负反馈以牺牲放大倍数，换取了放大倍数稳定性的提高。取了放大倍数稳定性的提高。模 拟 电 子 技 术5.2.2 减少失真和扩展通频带减少失真和扩展通频带一、减少非线性失真一、减少非线性失真uf加入加入负反馈负反馈无负反馈无负反馈FufAuiuo+ui

21、duo大大小小uiA接近正弦波接近正弦波改善了波形失真改善了波形失真模 拟 电 子 技 术二、扩展通频带二、扩展通频带 BW无反馈时：无反馈时： BW = fH fL fH引入反馈后，引入反馈后， 1f，AFAA = =FAAAFAAAFAAALLLfm m mf HHHf1 ,1 1 = = = = = =，fA(f)OAm0.707AmfLfHBWAf(f)Amf0.707AmffLffHfBWf可证明：可证明：fHf = (1 + AF) fHfLf = fL / (1 + AF)= (1 + AF) fH fHf = (1 + AF) BW BWf = fHf fLf模 拟 电 子 技

22、 术5.2.3 改变放大电路的输入和输出电阻改变放大电路的输入和输出电阻一、对输入电阻的影响一、对输入电阻的影响1. 串联负反馈使输入电阻增大串联负反馈使输入电阻增大RifiididifidiiifiAFuuiuuiuR = = = = = )1(i ifRAFR = =深度负反馈：深度负反馈： ifRii A FuiuidufRiAFuid模 拟 电 子 技 术2. 并联负反馈使输入电阻减小并联负反馈使输入电阻减小Rifidididf ididiiifAFiiuiiuiuR = = = = =AFRR = =1i if深度负反馈：深度负反馈：0ifRifiidii A FuiRiAFiid模

23、 拟 电 子 技 术二、对输出电阻的影响二、对输出电阻的影响1. 电压负反馈电压负反馈 F 与与 A 并联，使输出电阻减小。并联，使输出电阻减小。AFRoRofFARR = =1o ofA 为负载开路时的源电压放大倍数。为负载开路时的源电压放大倍数。深度负反馈：深度负反馈：0ofR2. 电流负反馈电流负反馈 F 与与 A 串联，使输出电阻增大串联，使输出电阻增大AFRoRof )1(o ofRFAR = =A 为负载短路时的源电压放大倍数。为负载短路时的源电压放大倍数。深度负反馈：深度负反馈： ofR模 拟 电 子 技 术 5.3.1 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

24、5.3.2 深度负反馈放大电路的特点及深度负反馈放大电路的特点及 性能估算性能估算 5.3.3 负反馈放大电路的稳定性负反馈放大电路的稳定性模 拟 电 子 技 术5.3.1 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一、欲稳定某个量，则引该量的负反馈一、欲稳定某个量，则引该量的负反馈稳定直流，稳定直流，引直流反馈；引直流反馈； 稳定交流，稳定交流，引交流反馈；引交流反馈；稳定输出电压，稳定输出电压， 引电压反馈；引电压反馈； 稳定输出电流，稳定输出电流， 引电流反馈。引电流反馈。二、根据对输入、输出电阻的要求选择反馈类型二、根据对输入、输出电阻的要求选择反馈类型欲提高输入电阻，欲

25、提高输入电阻，采用串联反馈；采用串联反馈；欲降低输入电阻，欲降低输入电阻，采用并联反馈；采用并联反馈；模 拟 电 子 技 术要求高内阻输出，要求高内阻输出，采用电流反馈；采用电流反馈；要求低内阻输出，要求低内阻输出，采用电压反馈。采用电压反馈。三、为使反馈效果强，根据信号源及负载确定反馈类型三、为使反馈效果强，根据信号源及负载确定反馈类型信号源为恒压源，信号源为恒压源，采用串联反馈；采用串联反馈；信号源为恒流源，信号源为恒流源，采用并联反馈；采用并联反馈；要求负载能力强，要求负载能力强，采用电压反馈；采用电压反馈；要求恒流源输出，要求恒流源输出，采用电流反馈。采用电流反馈。模 拟 电 子 技

26、术5.3.2 深度负反馈放大电路的特点及性能估算深度负反馈放大电路的特点及性能估算一、深度负反馈放大电路的特点一、深度负反馈放大电路的特点1. 深度负反馈的特点：深度负反馈的特点：AidxoxixfxFAxidAFxid(1 + AF)xid时：时：当当 11 AFAFAF 1即：即：0id fi xxx fi uu 串联负反馈：串联负反馈：0id u虚短虚短并联负反馈：并联负反馈： fii i 0id i虚断虚断模 拟 电 子 技 术2. 深度负反馈电路性能的估算：深度负反馈电路性能的估算：( (1) )电压串联负反馈电压串联负反馈8uiC1R1uoR2Rfuiduf0id u虚短虚短fi

27、uu f11of RRRuu = =fLfoiof1RRuuuuAu = = = =Rif,if RR if,2ifRR= = Rof0of= =R 例例 1 模 拟 电 子 技 术 例例 2 0id ufi uu 1foiof = =uuuuAuR if,if RRif,BifRR= = R0f0of R 例例 3 fi uu 1Effoiof1RRuuuuAu = = = =模 拟 电 子 技 术( (2) )电压并联负反馈电压并联负反馈运算放大器在线性运算放大器在线性应用时同时存在虚应用时同时存在虚短和虚断短和虚断0 ii虚断虚断f i ii 0 = = uu虚地虚地1f1iffiofR

28、RRiRiuuAu = = = = 例例 1 模 拟 电 子 技 术0 id i虚断虚断f 1 ii b0 = =u虚地虚地sfsi ff sosfRRRiRiuuAu = = = = 例例 2 模 拟 电 子 技 术( (3) )电流串联负反馈电流串联负反馈0id u虚短虚短0 i虚断虚断 fi uu foRi fLoRRu= =fLiofRRuuAu= = = 例例 1 模 拟 电 子 技 术0be id = =uu虚短虚短 fi uu E1oRi= = Loo Riu = =E1LiofRRuuAu = = =94. 251. 03/3 = = = 例例 2 模 拟 电 子 技 术( (

29、4) )电流并联负反馈电流并联负反馈 例例 1 0 = = uu虚地虚地1if i Ruii= = L3fffLoo)(RRRiiRiu = = =L31f3iof)(RRRRRuuAu = = =模 拟 电 子 技 术5.3.3 负反馈放大电路的稳定性负反馈放大电路的稳定性( (消除自激振荡消除自激振荡) )一、自激振荡的现象一、自激振荡的现象ui = 0AuouiAuo二、产生自激振荡的条件和原因二、产生自激振荡的条件和原因1. 自激条件自激条件AFAA = =1f 01= = FA当当 )12 1相相位位条条件件（幅幅度度条条件件 = = = =nAFFAAF 的的附附加加相相移移 AA

30、 的的附附加加相相移移 FF 2. 自激的原因自激的原因附加相移附加相移 AF 使负反馈使负反馈 正反馈正反馈 fA模 拟 电 子 技 术3. 消除自激的方法消除自激的方法 相位补偿相位补偿在电路中加入在电路中加入 C，或，或 R、C 元件进行相位补偿，元件进行相位补偿，改变电路的高频特性，从而破坏自激条件。改变电路的高频特性，从而破坏自激条件。相位补偿形式相位补偿形式滞后补偿滞后补偿电容滞后电容滞后 RC 滞后滞后超前补偿：超前补偿：密勒效应补偿密勒效应补偿电容滞后补偿电容滞后补偿RC 滞后补偿滞后补偿密勒效应补偿密勒效应补偿R模 拟 电 子 技 术小小 结结第第 5 章章模 拟 电 子 技

31、 术一、反馈的判断方法一、反馈的判断方法1. 有无反馈有无反馈:2. 正反馈和负反馈正反馈和负反馈主要看信号有无反向传输通路。主要看信号有无反向传输通路。采用采用瞬时极性法瞬时极性法，看反馈是增强还是削弱净输入信号。，看反馈是增强还是削弱净输入信号。对于对于串联负反馈串联负反馈，反馈信号与输入信号，反馈信号与输入信号极性相同极性相同；对于对于并联负反馈并联负反馈，反馈信号与输入信号，反馈信号与输入信号极性相反极性相反。3. 四种反馈组态四种反馈组态电压和电流反馈：电压和电流反馈：模 拟 电 子 技 术规则：规则：RL 短路，短路，反馈消失则为电压反馈，反馈消失则为电压反馈， 反馈存在为电流反馈。反馈存在为电流反馈。规律：规律：电压反馈取自输出端或输出分压端；电压反馈取自输出端或输出分压端； 电流反馈取自非输出端。电流反馈取自非输出端。串联和并联反馈：串联和并联反馈：规则：