第5章-反馈放大电路

1、第五章第五章 反馈放大电路反馈放大电路国家级精品课程国家级精品课程模拟电子技术基础教程模拟电子技术基础教程编写组编写组5.1 反馈的基本概念与分类反馈的基本概念与分类 5.1.1 反馈的基本概念反馈的基本概念 5.1.2 反馈的分类与判断反馈的分类与判断5.2 负反馈对放大电路性能的影响负反馈对放大电路性能的影响5.3 深度负反馈放大电路的分析计算深度负反馈放大电路的分析计算5.4 负反馈放大电路的稳定性分析负反馈放大电路的稳定性分析第五章第五章 反馈放大电路反馈放大电路5.1 反馈的基本概念与分类反馈的基本概念与分类5.1.1 反馈的基本概念反馈的基本概念1C CCV CRLR ou 2CB

2、1R CEuCi BEuBiSR iu SuB2RER EC CTI（稳定）（稳定） C I EERI BEU BI电流负反馈电流负反馈反馈反馈:将电子系统输出回路的电量（电压或将电子系统输出回路的电量（电压或电流），送回到输入回路的过程。电流），送回到输入回路的过程。5.1.1 反馈的基本概念反馈的基本概念反馈反馈:将电子系统输出回路的电量（电压或将电子系统输出回路的电量（电压或电流），送回到输入回路的过程。电流），送回到输入回路的过程。放大器放大器输出输出输入输入开环开环(无反馈通路无反馈通路)闭环闭环(有反馈通路有反馈通路)反馈网络反馈网络叠加叠加反馈反馈信号信号实际被放大信号实际被放大

3、信号开环放大倍数：未引入反馈时的放大倍数开环放大倍数：未引入反馈时的放大倍数(A)(A)。闭环放大倍数：引入反馈后的放大倍数闭环放大倍数：引入反馈后的放大倍数(A(Af f) )。5.1.1 反馈的基本概念反馈的基本概念反馈反馈:将电子系统输出回路的电量（电压或将电子系统输出回路的电量（电压或电流），送回到输入回路的过程。电流），送回到输入回路的过程。放大器放大器输出输出输入输入加强输入信号加强输入信号 正反馈正反馈 用于振荡器用于振荡器削弱输入信号削弱输入信号 负反馈负反馈 用于放大器用于放大器开环开环闭环闭环反馈网络反馈网络叠加叠加反馈反馈信号信号实际被放大信号实际被放大信号 （净输入）（

4、净输入）负反馈负反馈:引回的信号削弱了输入信号引回的信号削弱了输入信号 净输入减小净输入减小正反馈正反馈:引回的信号增强了输入信号引回的信号增强了输入信号 净输入增加净输入增加净输入：净输入：运放、差放：运放、差放：uid三极管：三极管：ube场效应管：场效应管：ugs5.1.2 反馈的分类与判断反馈的分类与判断一一. .正反馈与负反馈正反馈与负反馈如何判别如何判别正反馈正反馈还是还是负反馈负反馈?采用交流电位的采用交流电位的瞬时极性法瞬时极性法瞬时极性瞬时极性设设“地地”点电位为零，如果某点对点电位为零，如果某点对“地地”的交流电压处的交流电压处于正半周，则该点交流电位的瞬时极性为正，在负半

5、周于正半周，则该点交流电位的瞬时极性为正，在负半周为负为负CRLR ouBRBCESR iu Su1t2t(V)iut(V)out（1 1）先设输入端为正（）先设输入端为正（+ +）（2 2）按照放大、反馈信号传递途径逐级推出各相关点的）按照放大、反馈信号传递途径逐级推出各相关点的 瞬时极性瞬时极性瞬时极性法瞬时极性法T+VCC(+)+VCC(+)T(-)(+)+VCCT(+)(+)（3 3）最后判断反馈信号的瞬时极性。）最后判断反馈信号的瞬时极性。若反馈信号削弱输入信号，则为负反馈，否则为正反馈若反馈信号削弱输入信号，则为负反馈，否则为正反馈 反馈到输入端的信号的瞬时极性用反馈到输入端的信号

6、的瞬时极性用 或或 表示表示+信号的单向化传输信号的单向化传输Xo基本放大基本放大A电路电路Xid反馈网络反馈网络FXf+Xi信号的正向传输信号的正向传输信号的反向传输信号的反向传输例例1ui+uf-+正反馈正反馈加入反馈后，净输入信号加入反馈后，净输入信号| Xi | | Xi | ，输出输出幅度增加幅度增加 。fiiduuu _uo+ +AR1R3R2+uid- +例例2+uf-负反馈负反馈加入反馈后，净输入信号加入反馈后，净输入信号| Xi | | Xi| ，输出输出幅度减小幅度减小 。fiiduuu +ui+uo- +AR1R3R2+uid- +二、交流反馈与直流反馈二、交流反馈与直流

7、反馈交流反馈：交流反馈：反馈只对交流信号起作用。反馈只对交流信号起作用。直流反馈：直流反馈：反馈只对直流起作用。反馈只对直流起作用。若在反馈网络中若在反馈网络中串接隔直电容，串接隔直电容，则可以隔断则可以隔断直流，此时反馈只对交流起作用。直流，此时反馈只对交流起作用。在起反馈作用的电阻两端在起反馈作用的电阻两端并联旁路电容并联旁路电容，可，可以使其只对直流起作用。以使其只对直流起作用。有的反馈只对交流信号起作用；有的反馈只有的反馈只对交流信号起作用；有的反馈只对直流信号起作用；有的反馈对交、直流信对直流信号起作用；有的反馈对交、直流信号均起作用。号均起作用。增加隔直电容增加隔直电容C后，后，R

8、F只对交流起反馈作用只对交流起反馈作用改善交改善交流性能流性能+C1RB1RC1RB21RC2C3+VCCuoui+RFCRB22RE2CEC2T1T2RE1增加旁路电容增加旁路电容C后，后，RF只对直流起反馈作用只对直流起反馈作用稳定稳定 静态工作点静态工作点QC+C1RB1RC1RB21RC2C3+VCCuouiRB22RE2CEC2+T1T2RFRE1三三. 交流负反馈组态交流负反馈组态1.电压反馈和电流反馈电压反馈和电流反馈电流电流： RL0，使，使 Uo0， Xf 0 。电压电压：RL0，使，使 Uo0， Xf0。 电压反馈电压反馈：Xf取自取自Uo ，与，与Uo成比例，稳定成比例，

9、稳定Uo ， Ro电流反馈电流反馈：Xf取自，与取自，与Io成比例，稳定成比例，稳定Io ， Ro 判断方法判断方法输出短路法输出短路法AFRL+UO-XiXfXidAFRLIOXiXfXid3. 交流负反馈组态交流负反馈组态(1). 电压反馈和电流反馈电压反馈和电流反馈判断方法判断方法CFusuoRc1- -+ + +- -Rc2Re1Re2RFRs+VCCT1T2RbusuoRc1- -+ + +- -Rc2Re1Re2RFC1C2Rs+VCCup=0up 0电流电流： RL0，使，使 Uo0， Xf 0 。电压电压：RL0，使，使 Uo0， Xf0。3. 交流负反馈组态交流负反馈组态判断

10、方法判断方法并联并联： Xf和和Xi接于同一接于同一输入节点。输入节点。fXiX fX iX fXiX fX iX (2). 串连反馈和并联反馈串连反馈和并联反馈 并联反馈并联反馈： Xf和和Xi并列并列,以电流形式比较。以电流形式比较。串连反馈串连反馈： Xf和和Xi串联串联,以电压形式比较。以电压形式比较。 串连串连： Xf和和Xi接于不同接于不同输入节点。输入节点。3. 交流负反馈组态交流负反馈组态判断方法判断方法(2). 串连反馈和并联反馈串连反馈和并联反馈CFusuoRc1- -+ + +- -Rc2Re1Re2RFRs+VCCT1T2RbusuoRc1- -+ + +- -Rc2R

11、e1Re2RFC1C2CeRs+VCC并联并联： Xf和和Xi接于同一接于同一输入节点。输入节点。串连串连： Xf和和Xi接于不同接于不同输入节点。输入节点。3. 交流负反馈组态交流负反馈组态由此可组成四种阻态：由此可组成四种阻态：输入端：输入端：串联串联和和并联并联两种方式。两种方式。输出端：输出端：电压电压和和电流电流两种方式。两种方式。电压串联电压串联电压并联电压并联电流串联电流串联电流并联电流并联 四种阻态的判断方法四种阻态的判断方法类型类型并联并联： Xf和和Xi接于同一输入节点。接于同一输入节点。串连串连： Xf和和Xi接于不同输入节点。接于不同输入节点。电流电流： RL0，使，使

12、 Uo0， Xf 0 。电压电压：RL0，使，使 Uo0， Xf0。分析步骤：分析步骤：3. 是否负反馈？是否负反馈？4. 是交流负反馈是交流负反馈,那么是何种类型的负反馈那么是何种类型的负反馈（判断反馈的组态）（判断反馈的组态）1. 找出反馈网络（电阻）。找出反馈网络（电阻）。2. 是交流反馈还是直流反馈？是交流反馈还是直流反馈？五、负反馈的组态判断五、负反馈的组态判断二、反馈组态的判断二、反馈组态的判断(返回返回)是负反馈。是负反馈。为串联反馈。为串联反馈。 因因uo =0，up=0 , 为电压反馈为电压反馈 。+-+iuouK300RBK4RE2C1CCCVbce（）（）（）（）Pu0u

13、fube=ui-ufibuoic稳定稳定uo1. 电压串联负反馈电压串联负反馈是负反馈。是负反馈。为串联反馈。为串联反馈。 uo =0，up=0 , 为电压反馈为电压反馈 。1. 电压串联负反馈电压串联负反馈_+ + R2R1Ruiuo（）（）（）（）（）（）upuo_2. 电流并联负反馈电流并联负反馈()()iiii if()()是负反馈。是负反馈。为并联反馈。为并联反馈。 因因uo =0，up 0 , 为电流反馈为电流反馈 。Pi0ifio稳定稳定ioii =ii-if+VCCRCC2C1Rfuiuoiibif并联反馈并联反馈()()()3. 电压并联负反馈电压并联负反馈是负反馈。是负反馈

14、。up 因因uo =0，up =0 , 为电压反馈为电压反馈 。3. 电压并联负反馈电压并联负反馈 是负反馈。是负反馈。 uo_+ + RfR1R2uiiiif()()()up 因因uo =0，up =0 , 为电压反馈为电压反馈 。为并联反馈。为并联反馈。 4. 电流串联负反馈电流串联负反馈(返回返回)()是负反馈。是负反馈。为串联反馈。为串联反馈。 因因uo =0，up 0 , 为电流反馈为电流反馈 。()()_+ + uiRPRLio+uo-P() 试判断图示电路的反馈组态。试判断图示电路的反馈组态。为负反馈。为负反馈。()()()()()为串联反馈。为串联反馈。up 因因uo =0，u

15、p =0 , 为电压反馈为电压反馈 。 5.1.3 反馈放大器的方框图表示反馈放大器的方框图表示 及一般表达式及一般表达式反馈放大器由反馈放大器由基本放大器基本放大器和和反馈网络反馈网络组成组成1. 构成构成输出信号输出信号反馈放大电路反馈放大电路的输入信号的输入信号反馈信号反馈信号基本放大电路的输入基本放大电路的输入信号（净输入信号）信号（净输入信号）反馈网络反馈网络FXf+Xi Xo 基基本本放放大大 A 电电路路 Xi 2.2.反馈放大倍数的一般表达式反馈放大倍数的一般表达式 ofXXF反馈网络的反馈系数反馈网络的反馈系数iofXXA闭环放大倍数闭环放大倍数 (1) 开环放大倍数开环放大

16、倍数 ioXXAFAAXAFXXA 1iiioifiXFXXXXXoo Xo 基基本本放放大大 A 电电路路 Xi 反馈网络反馈网络FXf+Xi3. 反馈深度反馈深度FA 1FAAA 1f一般负反馈一般负反馈时，时， 11 )1( FA， fAA 时，时， 11 )4( FA深度负反馈，此时深度负反馈，此时正反馈正反馈时，时， 11 )2( FA， fAA 自激振荡自激振荡时，时， 01 )3( FA， f AFFAAA11f 与与A无关无关FFAAA11f 环路增益环路增益 ：放大电路和反馈网络所形成环路：放大电路和反馈网络所形成环路的增益的增益. FA环路增益环路增益1FA深度负反馈深度负

17、反馈基本放大基本放大电路电路A AiX反馈回路反馈回路F FfXba取决于反馈系数取决于反馈系数F F，与开环放大倍数，与开环放大倍数A A无关。无关。反馈网络多由电阻、电容组成，不受环境、温度等因素的影响。反馈网络多由电阻、电容组成，不受环境、温度等因素的影响。 5.2 负反馈对放大器性能的改善负反馈对放大器性能的改善5.2.1 提高放大倍数的稳定性提高放大倍数的稳定性5.2.2 减少非线性失真减少非线性失真5.2.3 扩展通频带扩展通频带5.2.4 对输入电阻和输出电阻的影响对输入电阻和输出电阻的影响5.2.5 负反馈的正确引入原则负反馈的正确引入原则5.2.1 5.2.1 提高放大倍数的

18、稳定性提高放大倍数的稳定性闭环放大倍数一般表达式为闭环放大倍数一般表达式为 fAAFA 1 fdA22)1 (d)1 (dd)1 (AFAAFAAFAAF dd1 AAAFAAf1f 有反馈时增益的稳定性比无反馈时提有反馈时增益的稳定性比无反馈时提高了高了(1+AF)倍。倍。5.2.2 5.2.2 减小非线性失真减小非线性失真 负反馈只能改善负反馈只能改善反馈环内反馈环内产生的产生的非线性非线性失真失真 Aouiuo加反馈前加反馈前加反馈后加反馈后ufuiudAoF+ 改善改善uouo5.2.3 扩展通频带扩展通频带引入负反馈使电路的通频带宽度增加：引入负反馈使电路的通频带宽度增加：BWFAB

19、Wf)1( fABWAAFBWfHmHff )FA1(fLmLffFA11f增益与通频带之积为常数增益与通频带之积为常数：BWABWAmfmf 1. 负反馈对输入电阻的影响负反馈对输入电阻的影响(1). 串联负反馈使电路的输入电阻增加：串联负反馈使电路的输入电阻增加：iifRAFR)1 ( (2). 并联负反馈使电路的输入电阻减小：并联负反馈使电路的输入电阻减小：)1(AFRRiif 例如例如:射极输出器射极输出器理解：理解：串联负反馈相当于在输入回路中串联了串联负反馈相当于在输入回路中串联了一个电阻，故输入电阻增加。一个电阻，故输入电阻增加。理解：理解：并联负反馈相当于在输入回路中并联了并联

20、负反馈相当于在输入回路中并联了一条支路，故输入电阻减小。一条支路，故输入电阻减小。5.2.4 负反馈对输入和输出电阻的影响负反馈对输入和输出电阻的影响 2.负反馈对输出电阻的影响负反馈对输出电阻的影响(1). 电压负反馈使电路的输出电阻减小：电压负反馈使电路的输出电阻减小：)1(AFRRoof 例如例如:射极输出器射极输出器理解：理解：电压负反馈目的是阻止电压负反馈目的是阻止 uo的变化，稳定的变化，稳定输出电压输出电压。放大电路空载时放大电路空载时可等效右图框中可等效右图框中为电压源：为电压源：输出电阻越小，输出电压越稳定，反之亦然。输出电阻越小，输出电压越稳定，反之亦然。RoesouoRL

21、 2.负反馈对输出电阻的影响负反馈对输出电阻的影响理解：理解：电流负反馈目的是阻止电流负反馈目的是阻止 io的变化，稳定的变化，稳定输出电流输出电流。放大电路空载时放大电路空载时可等效为右图框可等效为右图框中电流源：中电流源：输出电阻越大，输出电流越稳定，反之亦然。输出电阻越大，输出电流越稳定，反之亦然。(2). 电流负反馈使电路的输出电阻增加：电流负反馈使电路的输出电阻增加：oofRAFR)1( RoisoioRL结论：结论：串联负反馈串联负反馈Rif增大；并联增大；并联Rif减小。减小。电压负反馈电压负反馈Rof减小，电流减小，电流Rof增大。增大。5.2.5 负反馈的正确引入负反馈的正确

22、引入 要稳定要稳定Q 引直流负反馈引直流负反馈 要稳定交流量要稳定交流量引交流负反馈引交流负反馈 要稳定输出电压要稳定输出电压引电压负反馈引电压负反馈 要稳定输出电流要稳定输出电流引电流负反馈引电流负反馈 要增大输入电阻要增大输入电阻引串联负反馈引串联负反馈 要减小输入电阻要减小输入电阻引并联负反馈引并联负反馈一、一、 引入原则引入原则5.2.5 负反馈的正确引入负反馈的正确引入 1. 判断需引反馈类型判断需引反馈类型 2.标明电路中各节点瞬时极性标明电路中各节点瞬时极性3.连反馈支路连反馈支路二、二、 引入步骤引入步骤 例：达到如下目标应该如何引反馈？例：达到如下目标应该如何引反馈？1.稳稳

23、uo；2.稳稳io；3.Ri ；4.稳稳Q。（）（）（）（）（）（）（）（）（）（） 解：解：1. 稳稳uo引电压负反馈引电压负反馈（）（）uiuoRE2RE1RC1RC2+VCCRE3RC3 例：达到如下目标应该如何引反馈？例：达到如下目标应该如何引反馈？1.稳稳uo；2.稳稳io；3.Ri ；4.稳稳Q。（）（）（）（）（）（）（）（）（）（） 解：解： 3. Ri 引并联负反馈引并联负反馈（）（）uiuoRE2RE1RC1RC2+VCCRE3RC35.3 深度负反馈放大电路深度负反馈放大电路的分析计算的分析计算5.3.1 深度负反馈的特点深度负反馈的特点5.3.2 负反馈放大电路的分负反

24、馈放大电路的分析计算析计算5.3.1 深度负反馈的特点深度负反馈的特点一、一、FA1f fiXX 二、二、 ofXXF iofXXA foioXXXX fiXX Xf F Xo A + Xi Xid 5.3.1 深度负反馈的特点深度负反馈的特点串联负反馈：串联负反馈： ifUU 并联负反馈：并联负反馈：ifII 虚短虚短虚断虚断 fX iX fX iX 一般地，各反馈组态都有一般地，各反馈组态都有虚短和虚断虚短和虚断一、一、FA1f fiXX 二、二、5.3.2 负反馈放大电路的计算负反馈放大电路的计算例例 以下各电路均满足以下各电路均满足深度负反馈，试估算深度负反馈，试估算其电压放大倍数其电

25、压放大倍数 uI uO + + - R2 R3 R1 + uf 1.2K 3K 2K ofuRRRuu323 iuu iuu oiuRRRu322 52132. RRuuAiou电压串连负反馈电压串连负反馈 iR0 oR例例5. 假设电路满足深度负反馈条件，试估算假设电路满足深度负反馈条件，试估算闭环电压放大倍数闭环电压放大倍数Auf 。电压串联负反馈电压串联负反馈：ifUU oF1E1EfURRRU 1EFiouf1RRUUA 12B11Bif12B11Bif/RRRRRR 0of R1Ruiii 021 bbuufiii foiRuRu 11RRuuAfiou 电压并连负反馈电压并连负反馈

26、+VCCuiT1R1RcT2R1-VEE+_IRfRc3Re3iiif+_uofofRui 1RRi 0 oR1Ruiii 0 uufiii 133RiRRRuofi 133RRRRRuuALfiou 电流并连负反馈电流并连负反馈offiRRRi 331RRi oRLooRiu _+ + RfR1R2uiiiifRLio+uo-PR3例例6. 假设电路满足深度负反馈条件，试估算假设电路满足深度负反馈条件，试估算闭环电压放大倍数闭环电压放大倍数Auf 。电流串联负反馈电流串联负反馈： oE3E11E3fIRRRRI )/(LC3ooRRIU 3CL3CL1E3E11E3EioufRRRRRRRR

27、RUUA O 1EffiRIUU fiUU 5.4 5.4 负反馈放大器的稳定性分析负反馈放大器的稳定性分析5.4.1 产生自激振荡的原因及条件产生自激振荡的原因及条件5.4.2 常用的消振方法常用的消振方法5.4.1 产生自激振荡的原因与条件产生自激振荡的原因与条件1. 自激振荡现象自激振荡现象 在不加任何输在不加任何输入信号的情况下，入信号的情况下，仍会产生一定频率仍会产生一定频率的信号输出。的信号输出。2. 产生原因产生原因 在高频区或低频区产生的在高频区或低频区产生的附加相移附加相移达到达到180 ，使中，使中频区的负反馈在高频区或低频区变成了正反馈，当满足了一频区的负反馈在高频区或低

28、频区变成了正反馈，当满足了一定的幅值条件时，便产生自激振荡。定的幅值条件时，便产生自激振荡。FA和和XoAF+- XfXid-Xf5.4.1 产生自激振荡的原因与条件产生自激振荡的原因与条件1. 自激振荡现象自激振荡现象2. 产生原因产生原因ididfXXFAXFX 03. 自激振荡条件自激振荡条件1 FAXoAF+- XfXid产生自激振荡的条件产生自激振荡的条件FAAA 1=f 幅度条件幅度条件1| FA没有输入也会有输出没有输入也会有输出相位条件相位条件 AF= A+ F=(2n+1) n=0,1,2,31 FAFA 1= 0 1 FA-4. 稳定工作条件稳定工作条件破坏自激振荡条件破坏

29、自激振荡条件1 FA 180fa 1 FA 180fa 或或-4. 稳定裕度稳定裕度放大器远离自激的程度。放大器远离自激的程度。 dBlg20dBlg200cmFAFAGff 0m180|AFff增益裕度增益裕度相位裕度相位裕度mGm一般要求一般要求Gm10dB一般要求一般要求 m 45 5. 稳定性分析稳定性分析FAFA1lg20lg20lg20 环路增益的幅频响应环路增益的幅频响应利用波特图分析利用波特图分析关键作出关键作出A的幅频响应和相频响应波特图的幅频响应和相频响应波特图F1lg20水平线水平线Alg20 与与的交点为的交点为F1lg20Alg20 1 FA即该点满足即该点满足5.

30、稳定性分析稳定性分析(2) 作作F1lg20水平线水平线(1) 作出作出A的幅频响应和相频响应波特图的幅频响应和相频响应波特图F1lg20在水平线在水平线Alg20 与与的交点作垂线交相频响应曲线的一点的交点作垂线交相频响应曲线的一点(3) 判断是否满足相位裕度判断是否满足相位裕度 m 45 若该点若该点 135 a满足相位裕度，稳定；否则不稳定。满足相位裕度，稳定；否则不稳定。在相频响应的在相频响应的 135 a点处作垂线交点处作垂线交 于于P点点Alg20 若若P点在点在 水平线之下，稳定；否则不稳定。水平线之下，稳定；否则不稳定。F1lg20或或自激振荡的判断方法自激振荡的判断方法反馈系数反馈系数F1=10- -4，附加相移附加相移 A=90 ，不满足相位条件，不满足相位条件，不自激。不自激。自激振荡的判断方法自激振荡的判断方法反馈系数反馈系数F1=10- -2，附加相移附加相移 A=-180 ，满足相位条件，自满足相位条件，自激。激。 5.4.2 常用的消振方法常用的消振方法 如何既加强反馈深度，又保证所需的增如何既加强反馈深度，又保证所需的增益裕度和相位裕度呢？益裕度和相位裕度呢？方法：方法：相位补偿法。相位补偿法。根本思想：根本思想：在在A