dzxlx_5xin电子线路第五章

1、第第 5 章放大器中的负反馈章放大器中的负反馈概述概述5.1反馈放大器的基本概念反馈放大器的基本概念5.2负反馈对放大器性能的负反馈对放大器性能的影响影响5.3 负反馈放大器的性能分析负反馈放大器的性能分析5.4负反馈放大器的稳定性负反馈放大器的稳定性概概 述述为了提高放大器的质量，常常在基本放大器上加一负为了提高放大器的质量，常常在基本放大器上加一负反馈网络，引入负反馈可以改善放大器的性能，如可提高反馈网络，引入负反馈可以改善放大器的性能，如可提高放大器的增益稳定度，可展宽频带，减小非线性失真等。放大器的增益稳定度，可展宽频带，减小非线性失真等。因负反馈是实现高质量放大器的一种重要措施，因而

2、负反因负反馈是实现高质量放大器的一种重要措施，因而负反馈在电子电路中应用非常广泛，可以这么说几乎所有的实馈在电子电路中应用非常广泛，可以这么说几乎所有的实用放大电路都是带负反馈的电路。用放大电路都是带负反馈的电路。第第 5 章放大器中的负反馈章放大器中的负反馈5.1.1反馈放大器的组成反馈放大器的组成第第 5 章放大器中的负反馈章放大器中的负反馈将放大器输出信号的一部分或全部，通过反馈网络（比如将放大器输出信号的一部分或全部，通过反馈网络（比如Re)送到电路输入端，并对输入信号进行调整的过程就称送到电路输入端，并对输入信号进行调整的过程就称为为反馈反馈。对应的放大器称为。对应的放大器称为反馈放

3、大器反馈放大器。基本放大器基本放大器 A反馈网络反馈网络 kfxoxix ixf净输入信号净输入信号 fiixxx 输入信号输入信号反馈信号反馈信号输出信号输出信号q 反馈放大器增益一般表达式反馈放大器增益一般表达式基本放大器基本放大器 A反馈网络反馈网络 kfxoxix ixfiof/ xxA 开环增益开环增益io/ xxA 反馈系数反馈系数off/ xxk 闭环增益闭环增益fioxxx FAAkA f1ifio/1/xxxx 反馈深度反馈深度f1AkF T 1环路增益环路增益fif/AkxxT 反馈深度反馈深度 F( (或环路增益或环路增益 T ) )是衡量反馈强弱的一项是衡量反馈强弱的一

4、项重要指标。其值直接影响电路性能。重要指标。其值直接影响电路性能。第第 5 章放大器中的负反馈章放大器中的负反馈q 反馈极性反馈极性fiixxx 由于净输入信号由于净输入信号 若若 xf 削弱削弱了了xi，使使 x i xi正反馈正反馈说明说明负反馈具有自动调整作用，可改善放大器性能。负反馈具有自动调整作用，可改善放大器性能。 例：某原因例：某原因ox fx)(fiixxx ox正反馈使放大器工作不稳定，多用于振荡器中。正反馈使放大器工作不稳定，多用于振荡器中。 负反馈的自动调整作用是以牺牲增益为代价的。负反馈的自动调整作用是以牺牲增益为代价的。第第 5 章放大器中的负反馈章放大器中的负反馈5

5、.1.2四种类型负反馈放大器四种类型负反馈放大器q 根据输出端连接方式根据输出端连接方式 电压反馈电压反馈 AkfRL+-voxixfx i在输出端，凡反馈网络与基本放大器在输出端，凡反馈网络与基本放大器并接并接，反馈信号取，反馈信号取自负载上输出电压的反馈称为电压反馈。自负载上输出电压的反馈称为电压反馈。输出量输出量 xo = voxixfx iAkfRLio 在输出端，凡反馈网络与基本放大器在输出端，凡反馈网络与基本放大器串接串接，反馈信号取自，反馈信号取自负载中输出电流的反馈称为电流反馈。负载中输出电流的反馈称为电流反馈。 电流反馈电流反馈输出量输出量 xo = io第第 5 章放大器中

6、的负反馈章放大器中的负反馈q 根据输入端连接方式根据输入端连接方式 串联反馈串联反馈 在输入端，反馈网络与基本放大器在输入端，反馈网络与基本放大器串接串接，反馈信号以电压，反馈信号以电压vf 的的形式出现，并在输入端进行电压比较，即形式出现，并在输入端进行电压比较，即 v i = vi - - vf 。在输入端，反馈网络与基本放大器在输入端，反馈网络与基本放大器并接并接，反馈信号以电流，反馈信号以电流if 的形式出现，并在输入端进行电流比较，即的形式出现，并在输入端进行电流比较，即 ii = ii - - if 。 并联反馈并联反馈 AkfRS+-vs+-vivfv i+-+-xoAkfRSi

7、Siiifii xo第第 5 章放大器中的负反馈章放大器中的负反馈q 四种类型负反馈放大器增益表达式四种类型负反馈放大器增益表达式AvkfvRS+-vs+-vivfv i+-+-RL+-voArkfgRL+-voRSiSiiifii 电压串联负反馈电压串联负反馈 io/vvAv 开环开环电压增益电压增益电压反馈系数电压反馈系数off/vvkv 闭环电压增益闭环电压增益)1/(ffvvvvkAAA 电压并联负反馈电压并联负反馈io/ivAr 开环开环互阻增益互阻增益互导反馈系数互导反馈系数off/vikg 闭环互阻增益闭环互阻增益)1/(ffgrrrkAAA 第第 5 章放大器中的负反馈章放大器

8、中的负反馈AgkfrRLioRS+-vs+-vivfv i+-+-RSiSiiifii AikfiRLio 电流串联负反馈电流串联负反馈 io/viAg 开环开环互导增益互导增益互阻反馈系数互阻反馈系数off/ivkr 闭环互导增益闭环互导增益)1/(ffrgggkAAA 电流并联负反馈电流并联负反馈 io/iiAi 开环开环电流增益电流增益电流反馈系数电流反馈系数off/iiki 闭环电流增益闭环电流增益)1/(ffiiiikAAA 注意：注意：不同反馈类型对应不同输入、输出电量，因此不同类不同反馈类型对应不同输入、输出电量，因此不同类 型反馈电路的型反馈电路的 A、kf 、Af 含义不同含

9、义不同。第第 5 章放大器中的负反馈章放大器中的负反馈Akfxoxixfx i5.1.3反馈放大器反馈放大器的判别的判别 一一 .反馈元件的判别反馈元件的判别看电路输出与输入之间是看电路输出与输入之间是否接有元件，若有则为反馈电否接有元件，若有则为反馈电路，该元件即为反馈元件。路，该元件即为反馈元件。例例 1Rf 为反馈元件为反馈元件。RE 为反馈元件为反馈元件。viVCCRCRfvoviVCCRCvo+-+-RERB1RB2例例 2第第 5 章放大器中的负反馈章放大器中的负反馈二二. .判断反馈类型判断反馈类型 采用短路法采用短路法 假设输出端交流短路，若反馈信号消失，则为电压反馈；假设输出

10、端交流短路，若反馈信号消失，则为电压反馈；反之为电流反馈。反之为电流反馈。 判断电压与电流反馈判断电压与电流反馈 判断串联与并联反馈判断串联与并联反馈 假设输入端交流短路，若反馈作用消失，则为并联反馈；假设输入端交流短路，若反馈作用消失，则为并联反馈；反之为串联反馈。反之为串联反馈。AvkfvRS+-vs+-vivfv i+-+-RL+-voiiii ioRSiSifAikfiRL 负反馈负反馈第第 5 章放大器中的负反馈章放大器中的负反馈三三. . 判断反馈极性判断反馈极性 采用瞬时极性法采用瞬时极性法Akfxoxixfxi 设设 vi 瞬时极性瞬时极性为为用正负号表示电路中各点电压的瞬时极

11、性，或用箭头表示用正负号表示电路中各点电压的瞬时极性，或用箭头表示各节点电流瞬时流向的方法称瞬时极性法。各节点电流瞬时流向的方法称瞬时极性法。 比较比较 xf 与与 xi 的的极性极性 ( ( xi = xi - - xf ) )若若 xf 与与 xi 同相，使同相，使 xi 减小的，为负反馈；减小的，为负反馈；若若 xf 与与 xi 反相，使反相，使 xi 增大的，为正反馈。增大的，为正反馈。经经 A判判断断 vo？经经 kf判断判断 xf？第第 5 章放大器中的负反馈章放大器中的负反馈说明说明 用瞬时极性法比较用瞬时极性法比较 xf 与与 xi 极性时：极性时：若是并联反馈：若是并联反馈：

12、则需根据电压的瞬时极性，标出则需根据电压的瞬时极性，标出相相关支路关支路 的电流流向，然后用电流进行比较的电流流向，然后用电流进行比较( (ii = ii - - if ) )。若是串联反馈：若是串联反馈：则则直接直接用电压进行比较用电压进行比较( (vi = vi - - vf ) )。 按交、直流性质分：按交、直流性质分： 直流反馈：直流反馈：交流反馈：交流反馈：反馈信号为直流量，用于稳定电路静态工作点。反馈信号为直流量，用于稳定电路静态工作点。反馈信号为交流量，用于改善放大器动态性能。反馈信号为交流量，用于改善放大器动态性能。 多级放大器中的反馈：多级放大器中的反馈： 局部反馈：局部反馈

13、：越级反馈：越级反馈：反馈由本级输出信号产生，可忽略。反馈由本级输出信号产生，可忽略。 输出信号跨越一个以上放大级向输入端传送输出信号跨越一个以上放大级向输入端传送的称为级间的称为级间( (或越级或越级) )反馈。反馈。 第第 5 章放大器中的负反馈章放大器中的负反馈例例 1判断电路的反馈极性和反馈类型。判断电路的反馈极性和反馈类型。 假设输出端交流短路，假设输出端交流短路， Rf 引入的反馈消失引入的反馈消失电压反馈。电压反馈。 假设输入端交流短路，假设输入端交流短路， Rf 的的反馈作用消失反馈作用消失并联反馈。并联反馈。 分析：分析：则则 vc 为为 - - 假设假设 vi 瞬时极性瞬时

14、极性为为 + + + + - - 形成的形成的 if 方向如图示。方向如图示。iiifib因净输入电流因净输入电流 ib = ii - - if ii负反馈。负反馈。 结论：结论： Rf 引入电压并联负反馈。引入电压并联负反馈。viVCCRCRfvo+- -+- -第第 5 章放大器中的负反馈章放大器中的负反馈例例 2判断图示电路的反馈极性和反馈类型。判断图示电路的反馈极性和反馈类型。(动画动画) 假设输出端交流短路，假设输出端交流短路， RE 上的反馈依然存在上的反馈依然存在 电流反馈。电流反馈。 假设输入端交流短路，假设输入端交流短路， RE 上的反馈没有消失上的反馈没有消失串联反馈。串联

15、反馈。 分析：分析： 假设假设 vi 瞬时极性为瞬时极性为 + +因净输入电压因净输入电压 vbe = vi - - vf 45 ，因此电路稳定工作，不自激。因此电路稳定工作，不自激。A( )/dB O T( ) O- -180 - -90 第第 5 章放大器中的负反馈章放大器中的负反馈例例 2已知已知 T(j ) 波特图，判断电路是否自激。波特图，判断电路是否自激。 T( g)( (1) )由由 T( ) 波特图与横轴的交点，找出波特图与横轴的交点，找出 g 。分析：分析：( (2) )由由 g 在在 T( ) 波特图上，找出波特图上，找出 T( g)。T( )/dB O T( ) O- -

16、180o g g ( (3) )由于由于 45 p2 = 10 p1， p3 = 10 p2第第 5 章放大器中的负反馈章放大器中的负反馈O p20.1 p110 p3 A( ) - - 90 p1 p3- - 180 - - 270 p2 p1A ( )/dB 204060O p3- -20 dB/10 倍频倍频- -40 dB/10 倍频倍频- -60 dB/10 倍频倍频80 p2 = 10 p1，将将 p3 靠近靠近 p2 。由于由于| | T( p2)| | 则则 g 落在落在 p1 与与 p2 之间时，放大器依然稳定工作。之间时，放大器依然稳定工作。 第第 5 章放大器中的负反馈章

17、放大器中的负反馈结论：结论：在多极点的低通系统中，若在多极点的低通系统中，若 p3 10 p2，则只要则只要 g 落在斜率为落在斜率为( ( 20 dB/10 倍频倍频) )的下降段内，的下降段内，或或 g 落在落在 p1与与 p2 之间，放大器必稳定工作。之间，放大器必稳定工作。 将将 p2 靠近靠近 p1 ， 由于由于| | T( p2p2)| | 上述结论不成立。上述结论不成立。 O p20.1 p110 p3 A( ) - - 90 p1 p3- - 180 - - 270 p2 p1A ( )/dB 204060O p3- -20 dB/10 倍频倍频- -40 dB/10 倍频倍频

18、- -60 dB/10 倍频倍频80第第 5 章放大器中的负反馈章放大器中的负反馈5.4.2集成运放的相位补偿技术集成运放的相位补偿技术解决方法解决方法：采用相位补偿技术。采用相位补偿技术。在中频区，反馈系数在中频区，反馈系数 kf 越越大，反馈越深，电路性能大，反馈越深，电路性能越好。越好。在高频区，在高频区，kf 越大，相位裕量越小，放大器工作越越大，相位裕量越小，放大器工作越不稳定。不稳定。在中频增益在中频增益 AI 基本不变的前提下，设法拉长基本不变的前提下，设法拉长 p1 与与 p2 之间的间距，或加长斜率为之间的间距，或加长斜率为“ 20 dB/10 倍频倍频”线段线段的长度，使得

19、的长度，使得 kf 增大时，仍能获得所需的相位裕量。增大时，仍能获得所需的相位裕量。相位补偿基本思想：相位补偿基本思想：第第 5 章放大器中的负反馈章放大器中的负反馈q 滞后补偿技术滞后补偿技术 简单电容补偿简单电容补偿 降低降低 p1补偿方法：将补偿电容补偿方法：将补偿电容 C 并接在集成运放产生第一个极并接在集成运放产生第一个极点角频率的节点上，使点角频率的节点上，使 p1 降低到降低到 d 。AdiRCC RC1p1 )(1d CCR p1 降低到降低到 d 反馈增益线下移反馈增益线下移 稳定工作允许的稳定工作允许的 kf 增大。增大。 p2 p1A ( )/dB O p3AvdI d2

20、0lg(1/kf)第第 5 章放大器中的负反馈章放大器中的负反馈 p2 p1A ( )/dB O p3AvdI d20lg(1/kfv) d 与与 kf 之间的关系：之间的关系：由图由图dB/ 20lglg)/1lg(20lg20dp2fdI vvkA十倍频十倍频整理得整理得)/(fdIP2dvvkA kfv d 反馈电路稳定性反馈电路稳定性 ，但，但 H 。 kfv = 1 时，时，dIp2d0d/vA 全补偿全补偿( (C 用用 CS 表示表示) ) d0此时，此时，kfv 无论取何值，电路均可稳定工作。无论取何值，电路均可稳定工作。 负反馈负反馈第第 5 章放大器中的负反馈章放大器中的负

21、反馈例例 1一集成运放一集成运放 AvdI = 105 ，fp1 = 200 kHz， fp2= 2 MHz， fp3 = 20 MHz，产生产生 fp1 节点上等效电路节点上等效电路 R1 = 200 k ，接成同相放大器，采用简单电容补偿。试求：接成同相放大器，采用简单电容补偿。试求：fp2fp1Avd (f )/dBfOfp310020406080解：解：( (1) )求未补偿前，同相放大器提供的最小增益求未补偿前，同相放大器提供的最小增益 ？根据题意，可画出运放的幅频渐近波特图。根据题意，可画出运放的幅频渐近波特图。未补偿前，为保证稳定工作：未补偿前，为保证稳定工作：1kfvAvfmi

22、n = 1041kfv(dB) 80 dB即即第第 5 章放大器中的负反馈章放大器中的负反馈解：解：( (2) )若要求若要求 Avf = 10，求所需的求所需的补偿电容补偿电容 C = ？由由Avf = 10，得得kfv = 0.1则则 rad/s 1022rad/s1 . 0101022256fdIP2d vvkA 由由 11P11CR 得得 pF 41P111 RC)(11dCCR由由 得得 F 4 . 011d1 CRC ( (3) )若要求若要求 Avf = 1， 求所需的求所需的补偿电容补偿电容 CS = ？解：解：由由Avf = 1，得得 kfv = 1则则 rad/s 202/

23、dIp2do vA F 411d01s CRCC 第第 5 章放大器中的负反馈章放大器中的负反馈 密勒电容补偿密勒电容补偿 降低降低 p1、增大增大 p2补偿方法：补偿方法：将补偿电容将补偿电容 C 跨接在三极管跨接在三极管 B 极与极与 C 极极之间，利用密勒倍增效应，使之间，利用密勒倍增效应，使 p1 降低降低、 P2 增大，增大，拉长拉长 p1 与与 P2 之间的间距。这种补偿方法又称极点之间的间距。这种补偿方法又称极点分离术。分离术。( (分析略分析略) )简单电容补偿缺点：简单电容补偿缺点：补偿电容补偿电容 C 数值较大数值较大( ( F 量级量级) )，集成较困难。，集成较困难。 密勒电容补偿优点：密勒电容补偿优点：用较小