第6章反馈(机械工业黄丽亚)

1、2022年6月1日星期三模拟电子技术1第第6章章 反馈反馈6.1 反馈的基本概念及类型反馈的基本概念及类型6.1.1 反馈的概念反馈的概念6.1.2反馈放大器的基本框图反馈放大器的基本框图 6.1.3反馈放大器的基本方程反馈放大器的基本方程2022年6月1日星期三模拟电子技术26.1.4 负反馈放大电路的组态和四种基本类型负反馈放大电路的组态和四种基本类型一、电压反馈和电流反馈及其判断方法一、电压反馈和电流反馈及其判断方法 二、串联反馈和并联反馈及其判断方法二、串联反馈和并联反馈及其判断方法三、四种基本反馈类型三、四种基本反馈类型四、反馈类型汇总四、反馈类型汇总五、反馈放大器特征增益和特征反馈

2、系数的定义五、反馈放大器特征增益和特征反馈系数的定义2022年6月1日星期三模拟电子技术36.2 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6.2.1 稳定放大倍数稳定放大倍数 6.2.2 展宽通频带展宽通频带 6.2.3 减小非线性失真减小非线性失真6.2.4 减少反馈环内的干扰和噪声减少反馈环内的干扰和噪声 6.2.5 改变输入电阻和输出电阻改变输入电阻和输出电阻一、对输入电阻的影响一、对输入电阻的影响二、对输出电阻的影响二、对输出电阻的影响2022年6月1日星期三模拟电子技术46.3 深度负反馈放大电路的近似计算深度负反馈放大电路的近似计算6.3.1深度负反馈条件下，近似计算法

3、的原理与步骤深度负反馈条件下，近似计算法的原理与步骤6.3.2 深负反馈放大电路的近似计算深负反馈放大电路的近似计算6.4 负反馈放大电路的稳定性负反馈放大电路的稳定性6.4.1 负反馈放大电路的自激振荡负反馈放大电路的自激振荡6.4.2 负反馈放大电路稳定性的判断负反馈放大电路稳定性的判断 2022年6月1日星期三模拟电子技术5第第6章章 反馈反馈（1）掌握反馈的基本概念和反馈类型的判断方法。）掌握反馈的基本概念和反馈类型的判断方法。（2）掌握深度负反馈条件下放大电路的近似估算法。）掌握深度负反馈条件下放大电路的近似估算法。（3）了解负反馈对放大电路性能的影响。）了解负反馈对放大电路性能的影

4、响。（4）了解负反馈放大电路产生自激振荡的原因、稳定）了解负反馈放大电路产生自激振荡的原因、稳定判据和消除自激振荡的方法。判据和消除自激振荡的方法。2022年6月1日星期三模拟电子技术66.1 反馈的基本概念及类型反馈的基本概念及类型6.1.1 反馈的概念反馈的概念反馈：反馈：将放大器的输出量（电流或电压）通过一将放大器的输出量（电流或电压）通过一定的网络定的网络，回送到放大器的输入回路回送到放大器的输入回路，并同输入并同输入信号一起参与放大器的输入控制作用信号一起参与放大器的输入控制作用，从而使放，从而使放大器的某些性能获得有效改善的过程。大器的某些性能获得有效改善的过程。2022年6月1日

5、星期三模拟电子技术7C1RB2RB1RECEC2RCRLUCCUiICQIEQV.Uo. 图图6.1.1负反馈稳定静态工作点电路负反馈稳定静态工作点电路 2022年6月1日星期三模拟电子技术8反馈网络反馈网络F基本放大器基本放大器A取样取样比较比较XfXi净输净输入信号入信号反馈信号反馈信号输输出出信信号号输输入入信信号号AfXiXo 图图62反馈放大器基本框图反馈放大器基本框图 6.1.2反馈放大器的基本框图反馈放大器的基本框图 注：对一个实际电路，当基本放大器的反向传输效应（与反馈网络注：对一个实际电路，当基本放大器的反向传输效应（与反馈网络的反向传输效应对比）和反馈网络的正向传输效应（与

6、基本放大器的反向传输效应对比）和反馈网络的正向传输效应（与基本放大器的正向传输效应对比）均可忽略时，才可采用该模型。的正向传输效应对比）均可忽略时，才可采用该模型。2022年6月1日星期三模拟电子技术9反馈网络反馈网络F基本放大器基本放大器AXfXiXiXo基本放大器的传输增益基本放大器的传输增益(开环增益开环增益或开环放大倍数或开环放大倍数)ifofioXXXXXXAFT ioXXA ofXXF 反馈反馈放大器的传输增益（放大器的传输增益（闭闭环增益环增益）iofXXA 反馈网络的传输系数反馈网络的传输系数(反馈系数反馈系数)环路增益环路增益(回归比回归比) 反馈深度反馈深度 D = 1+A

7、F6.1.3反馈放大器的基本方程反馈放大器的基本方程2022年6月1日星期三模拟电子技术10iofXXA 反馈反馈放大器的基本方程放大器的基本方程AFA1fiiXXXA oiiFXXXA AFAA 1f反馈网络反馈网络F基本放大器基本放大器AXfXiXiXo2022年6月1日星期三模拟电子技术11结结 论论（1）负反馈使）负反馈使放大器的增益下降了（放大器的增益下降了（1+AF）倍；）倍；（2）反馈深度）反馈深度D = 1+AF，表征反馈强弱；，表征反馈强弱；D1或或AF 1 深反馈条件深反馈条件iiifiofio11XXXXXXXXXAFD DXXii iiif1XXXXD ，则，则若若（3

8、）深反馈条件下，深反馈条件下，FAFAA11f 2022年6月1日星期三模拟电子技术12一、电压反馈和电流反馈及其判断方法一、电压反馈和电流反馈及其判断方法 (a).AFRLUoXf.节点型连接形式节点型连接形式电压取样电压取样图图6.1.4电压反馈和电流反馈框图电压反馈和电流反馈框图UCCRC2uoRE2RC1RE1RfuiRB1RB2V2V16.1.4 负反馈放大电路的组态和四种基本类型负反馈放大电路的组态和四种基本类型2022年6月1日星期三模拟电子技术13一、电压反馈和电流反馈及其判断方法一、电压反馈和电流反馈及其判断方法(a).AFRLUoXf.节点型连接形式节点型连接形式UCCRC

9、2uoRE2RC1RE1RfuiRB1RB2V2V1电压取样电压取样图图6.1.4电压反馈电压反馈和电流反馈框图和电流反馈框图2022年6月1日星期三模拟电子技术14(b)Io.AFRLUoXf.回路型连接形式回路型连接形式电流取样电流取样图图6.1.4电压反馈电压反馈和电流反馈框图和电流反馈框图一、电压反馈和电流反馈及其判断方法一、电压反馈和电流反馈及其判断方法UCCRC2uoRE2RC1RE1RfuiRB1RB2V2V12022年6月1日星期三模拟电子技术15(b)Io.AFRLUoXf.回路型连接形式回路型连接形式电流取样电流取样图图6.1.4电压反馈电压反馈和电流反馈框图和电流反馈框图

10、一、电压反馈和电流反馈及其判断方法一、电压反馈和电流反馈及其判断方法UCCRC2uoRE2RC1RE1RfuiRB1RB2V2V12022年6月1日星期三模拟电子技术16二、串联反馈和并联反馈及其判断方法二、串联反馈和并联反馈及其判断方法 fiiUUUARiFUi. .RifUfUiIi. . . .(a)串联反馈串联反馈若为负反馈若为负反馈回路型连接形式回路型连接形式图图6.1.7串联反馈和并联反馈框图串联反馈和并联反馈框图2022年6月1日星期三模拟电子技术17. .ARiFUi. .RifIiIi. .If. .图图6.1.7串联反馈和并联反馈框图串联反馈和并联反馈框图(b)并联反馈并联

11、反馈fii III节点型连接形式节点型连接形式若为负反馈若为负反馈二、串联反馈和并联反馈及其判断方法二、串联反馈和并联反馈及其判断方法2022年6月1日星期三模拟电子技术18Ui.AFUo.Uf.Ui.AFUo.Us.RsIi.If.Ii. 图图6.1.9 四种典型的负反馈组态电路四种典型的负反馈组态电路(a) 电压串联负反馈电压串联负反馈(b) 电流串联负反馈电流串联负反馈(c) 电压并联负反馈电压并联负反馈(d) 电流并联电流并联负反馈负反馈AFUo.IoUs.RsIi.Ii.If.AFUo.Ui.Uf.Ui.Io.三、四种基本反馈类型三、四种基本反馈类型2022年6月1日星期三模拟电子技

12、术19反馈组态的判断反馈组态的判断.avi瞬时极性法瞬时极性法.avi 四、四、反馈类型汇总反馈类型汇总分类依据分类依据反馈类型反馈类型反馈范围反馈范围流通信号流通信号反馈极性反馈极性连接形式连接形式本级本级级间级间直流直流交流交流正正反反压串压串压并压并流串流串流并流并2022年6月1日星期三模拟电子技术20五、反馈放大器五、反馈放大器特征增益特征增益和和特征反馈系数特征反馈系数的定义的定义反馈网络反馈网络F基本放大器基本放大器AXfXiXiXo 物理量物理量反馈类型反馈类型输入端输入端输出端输出端电压电压电流电流串联串联并联并联AFAA 1fUi Ui UfIi Ii IfUoIo2022

13、年6月1日星期三模拟电子技术211. 电压串联负反馈电压串联负反馈uuuuuuFAAUUAUUFUUA 1,iofofio2022年6月1日星期三模拟电子技术22rgggrgFAAUIAIUFUIA 1,iofofio2. 电流串联负反馈电流串联负反馈2022年6月1日星期三模拟电子技术233. 电压并联负反馈电压并联负反馈grrrgrFAAIUAUIFIUA 1,iofofio2022年6月1日星期三模拟电子技术244. 电流并联负反馈电流并联负反馈iiiifiiFAAIIAIIFIIA 1,ioofio2022年6月1日星期三模拟电子技术256.2 负反馈对放大电路性能的影响负反馈对放大电

14、路性能的影响6.2.1 稳定放大倍数稳定放大倍数 )(ofoFXXXA )(fiioXXXX不变时，若不变时，若当当iXA不稳定不稳定Af稳定稳定反馈网络反馈网络F基本放大器基本放大器AXfXiXiXo2022年6月1日星期三模拟电子技术26开环放大倍数相对变化量为开环放大倍数相对变化量为闭环放大倍数相对变化量为闭环放大倍数相对变化量为AAffAA AAAFAAAAFAFAAAFAAFAAd11d111d)1(1d1f2ff 若近似以增量代替微分，则：若近似以增量代替微分，则：AAAFAA 11ff通常用放大倍数的通常用放大倍数的相对变化量相对变化量来衡量放大器的稳定性。来衡量放大器的稳定性。

15、2022年6月1日星期三模拟电子技术27例例1设计一个负反馈放大器，要求闭环放大倍数设计一个负反馈放大器，要求闭环放大倍数Af=100，当，当开环放大倍数开环放大倍数A变化变化10%时，时，Af的相对变化量在的相对变化量在0.5%以内，以内，试确定开环放大倍数试确定开环放大倍数A及反馈系数及反馈系数F值。值。AAAFAA 11ff所以所以因为因为 解：解：20%5 . 0%10/1ff AAAAAFDAFAA 1f因为因为200020100)1(f AFAA所以所以 由于由于%95. 020001919 AF19120 AF所以所以 2022年6月1日星期三模拟电子技术286.2.2 展宽通频

16、带展宽通频带 HIj1)j (ffAfA )1/(jf1)1/()jf(HIIIffFAFAAA )jf(1)jf()jf(fFAAA 有源低通滤波器有源低通滤波器 IIfI1FAAA fHfIfj1)f j (ffAA HIfH)1(fFAf 令令则则增益频带积不变增益频带积不变 HIfHfIfAfAILLf1FAff 同理同理2022年6月1日星期三模拟电子技术29无反馈放大器的频率响应无反馈放大器的频率响应有负反馈放大器的频率响应有负反馈放大器的频率响应增益增益AIAI-3 dBAIfAIf-3 dBfLfH无反馈放大器的带宽无反馈放大器的带宽f( (频率频率) ) 负反馈改善放大器频率

17、响应的示意图负反馈改善放大器频率响应的示意图 fLf负反馈放大器的带宽负反馈放大器的带宽fHf2022年6月1日星期三模拟电子技术30io0ubeAXi.Xo.xo0t0txi基本放大器基本放大器io0ubeAFtxoXo.t0 xiXi.Xf.0txixf0tXi.0图图6.2.1负反馈改善非线性失真的工作原理示意图负反馈改善非线性失真的工作原理示意图(a)无反馈无反馈(b)负反馈使非线性失真减小负反馈使非线性失真减小i1oAXX iif1o1XAFAXAX 1oo1XX 令令ii1XAFX）（则则 输入动态范围展宽输入动态范围展宽 6.2.3 减小非线性失真减小非线性失真2022年6月1日

18、星期三模拟电子技术311o2nh23h22hXXXXTHD nhfnhnhfAFXXX AFTHDTHD 1fAFXX 1nhnhf非线性失真系数非线性失真系数非线性失真减小，输入动态范围展宽非线性失真减小，输入动态范围展宽只在只在 非线性失真非线性失真不是十分严重的情况下才是正确的。不是十分严重的情况下才是正确的。（此时，输入信号和反馈回来的谐波信号不发生相互作（此时，输入信号和反馈回来的谐波信号不发生相互作用，即不产生新的频率分量。）用，即不产生新的频率分量。）负反馈对非线性失真的影响负反馈对非线性失真的影响.avi负反馈对非线性失真的影响负反馈对非线性失真的影响(示波器图示波器图).av

19、i2022年6月1日星期三模拟电子技术326.2.4 减少反馈环内的干扰和噪声减少反馈环内的干扰和噪声 利用负反馈抑制放大器内部噪声及干扰的机理与减利用负反馈抑制放大器内部噪声及干扰的机理与减小非线性失真是一样的。负反馈输出噪声下降小非线性失真是一样的。负反馈输出噪声下降(1+AF)倍。如果输入信号本身不携带噪声和干扰，倍。如果输入信号本身不携带噪声和干扰，且其幅度可以增大，输出信号且其幅度可以增大，输出信号分量保持不变，那么分量保持不变，那么放大器的信噪比将提高放大器的信噪比将提高(1+AF)倍。倍。 2022年6月1日星期三模拟电子技术33图图 6.2.2 负反馈抑制干扰和噪声负反馈抑制干

20、扰和噪声（a）无反馈，信号与噪声的输出波形）无反馈，信号与噪声的输出波形 （b）有反馈，信号与噪声的输出波形）有反馈，信号与噪声的输出波形 （c）提高输入信号幅度后的输出波形）提高输入信号幅度后的输出波形 2022年6月1日星期三模拟电子技术34(1)负反馈使放大器的放大倍数下降，但增益稳定度提高，负反馈使放大器的放大倍数下降，但增益稳定度提高，频带展宽，非线性失真减小，内部噪声干扰得到抑制，且所频带展宽，非线性失真减小，内部噪声干扰得到抑制，且所有性能有性能改善的程度均与反馈深度改善的程度均与反馈深度( 1+AF )有关有关。(2)被改善的对象就是被取样的对象被改善的对象就是被取样的对象。例

21、如，反馈取样的是。例如，反馈取样的是输出电流，则有关输出电流的性能得到改善；反之，取样对输出电流，则有关输出电流的性能得到改善；反之，取样对象是输出电压，则有关输出电压的性能得到改善。象是输出电压，则有关输出电压的性能得到改善。负反馈的特点负反馈的特点(3)负反馈负反馈只能改善包含在负反馈环节以内因素引起的放大器只能改善包含在负反馈环节以内因素引起的放大器性能下降性能下降，对反馈环以外的，与输入信号，对反馈环以外的，与输入信号一起进来的失真、一起进来的失真、干扰、噪声及其它不稳定因素是无能为力的。干扰、噪声及其它不稳定因素是无能为力的。2022年6月1日星期三模拟电子技术356 .2.5 改变

22、输入电阻和输出电阻改变输入电阻和输出电阻负反馈对于输入、输出阻抗的影响仅限于负反馈对于输入、输出阻抗的影响仅限于负反馈环内负反馈环内。正反馈正反馈 对于输入、输出阻抗的影响与负反馈相反。对于输入、输出阻抗的影响与负反馈相反。2022年6月1日星期三模拟电子技术36ARiFUi. .RifUfUiIi. . . . iiifIURii)1(IUAF i)1(RAF )1 (iiiifAFRIUR 串联负反馈使输入电阻变大串联负反馈使输入电阻变大一、对输入电阻的影响一、对输入电阻的影响2022年6月1日星期三模拟电子技术37. .ARiFUi. .RifIiIi. .If. . ii)1(IFAU

23、 iiifIURAFR 1iAFRR 1iif并联负反馈使输入电阻变小并联负反馈使输入电阻变小2022年6月1日星期三模拟电子技术38 电压负反馈放大器输出电阻的计算电压负反馈放大器输出电阻的计算 （开开环环输输出出电电阻阻）输输出出电电阻阻为为oi, 0RX 二、对输出电阻的影响二、对输出电阻的影响2022年6月1日星期三模拟电子技术39oiooofRXAUI offii UFXXXXFARURUFAUIoooooooof1 0ofoofi XIURFARIURXoo0ofoof1i 电压负反馈使输出电阻变小电压负反馈使输出电阻变小2022年6月1日星期三模拟电子技术40电流负反馈放大器输出

24、电阻的计算电流负反馈放大器输出电阻的计算 2022年6月1日星期三模拟电子技术41)1(ooofAFRUI 0ofoofi XIUR iooofXARUI offiiIFXXX ofooofIAFRUI)1(o0ofoofiAFRIURX 电流负反馈使输出电阻变大电流负反馈使输出电阻变大2022年6月1日星期三模拟电子技术42fiXX 1.深度负反馈条件下，近似计算法的原理深度负反馈条件下，近似计算法的原理fiUU fiII 串联反馈串联反馈并联反馈并联反馈6.3 深度负反馈放大电路的近似计算深度负反馈放大电路的近似计算 6.3.1深度负反馈条件下，近似计算法的原理与步骤深度负反馈条件下，近似

25、计算法的原理与步骤2022年6月1日星期三模拟电子技术43求求Xf的方法：的方法：注：反馈网络的输出注：反馈网络的输出X1由两部分构成由两部分构成反馈网络的反向传输效应产生的分量反馈网络的反向传输效应产生的分量Xf 反馈网络在放大器输入端的负载效应产生的分量反馈网络在放大器输入端的负载效应产生的分量X1- Xf 串联断路；并联短路；串联断路；并联短路； 2.深度负反馈条件下，近似计算法的步骤深度负反馈条件下，近似计算法的步骤 （1）判断反馈类型；）判断反馈类型； （2）求）求Xi、 Xf的表达式的表达式 ； （3）依据）依据Xi Xf求求Auf的表达式的表达式 ；2022年6月1日星期三模拟电

26、子技术441. 电压串联负反馈电路电压串联负反馈电路oo433f UFURRRU343iofo433ofi1RRRFUUAURRRUFUUu 6.3.2 深负反馈放大电路的近似计算深负反馈放大电路的近似计算2022年6月1日星期三模拟电子技术45图图6.3.1 电压串联负反馈电路电压串联负反馈电路 2022年6月1日星期三模拟电子技术46(a)R4Ui.Ui.R3Uo.Uf.V1(b)Ui.V1R3|R4Uf.R3R3R4UoFUo. 等效到第一级射极的反馈电压等效到第一级射极的反馈电压(a)输入回路等效输入回路等效 ；(b)戴维南等效电路戴维南等效电路 )/()/()/)()/(43c143

27、b143c1b143e1RRIRRIRRIIRRI 本级反馈本级反馈负载效应负载效应2022年6月1日星期三模拟电子技术472. 电压并联负反馈电路电压并联负反馈电路18iof8of1iifi,RRUUARUIRUIIIu 2022年6月1日星期三模拟电子技术48图图6.3.2 电压并联负反馈电路电压并联负反馈电路 2022年6月1日星期三模拟电子技术493. 电流串联负反馈电路电流串联负反馈电路7L3783foiofLe3L6e3ofi37837e3f)(RRRRRRUUUUARIRRIUUURRRRRIUu 2022年6月1日星期三模拟电子技术50 图图6.3.3串联电流负反馈电路串联电流

28、负反馈电路 2022年6月1日星期三模拟电子技术514. 电流并联负反馈电流并联负反馈电路电路5L165iofL565fLc2L4c2o1i1iii655c2655e2ffi)()(RRRRRUUARRRRIRIRRIURURUUIRRRIRRRIIIIu 2022年6月1日星期三模拟电子技术52 图图6.3.4 电流并联负反馈电路电流并联负反馈电路 2022年6月1日星期三模拟电子技术536.4 负反馈放大电路的稳定性负反馈放大电路的稳定性6.4.1 负反馈放大电路的自激振荡负反馈放大电路的自激振荡)j ()j (1)j ()j ( FAAAf FAAA)j (1)j ()j (f 若若F为

29、常数，则为常数，则 2022年6月1日星期三模拟电子技术541)j ()j ()j ( FAFA若若 FAAA)j (1)j ()j (f 则则-产生产生自激振荡自激振荡 FAAA)j (1)j ()j (f 反馈网络反馈网络F基本放大器基本放大器AXfXiXiXo.2022年6月1日星期三模拟电子技术55的整数）的整数）0()12()j (1)j ( nnFA -振荡的振幅条件振荡的振幅条件 -振荡的相位条件振荡的相位条件 反馈网络反馈网络F基本放大器基本放大器AXfXi0Xo.ttXi.Xf.tXo.2022年6月1日星期三模拟电子技术56幅度裕度幅度裕度Gm相位裕度相位裕度m180AB图

30、图6.4.2 负反馈电路环路增益的频率特性负反馈电路环路增益的频率特性 45 dB10 ff 0自激自激 ff 0稳定稳定相移相移0f)j ( f 环路增益环路增益0f ( (频率）频率）dB/)j(lg20FfA6.4.2 负反馈放大电路稳定性的判断负反馈放大电路稳定性的判断 1.利用环路增益判断负反馈放大电路的稳定性利用环路增益判断负反馈放大电路的稳定性 2022年6月1日星期三模拟电子技术57-45|A(j)|( (开环开环) )-20dB/10倍频程倍频程-135-40dB/10 倍频程倍频程-225稳定稳定不稳定不稳定（闭环）（闭环）AfF1fA F1( (不稳定不稳定) )-60d

31、B/10倍频程倍频程0.010.11101001000A/dB806040200-20-40f / kHz2.利用开环增益的渐近波特图判断负反馈放大电路的稳定性利用开环增益的渐近波特图判断负反馈放大电路的稳定性 1)(FjA01log20)(log20)(log20FjAFjA若闭环增益线交于若闭环增益线交于 开环增益线开环增益线十十倍倍频频/dB20 稳定稳定十倍频十倍频/dB40 若闭环增益线交于若闭环增益线交于 及以下开环增益线及以下开环增益线自激自激)1001)(101)(11 (10000)(kHzfjkHzfjkHzfjjA2022年6月1日星期三模拟电子技术58作作 业业6.16

32、.76.26.96.36.116.136.152022年6月1日星期三模拟电子技术59负反馈放大器的定量计算方法负反馈放大器的定量计算方法 1.等效电路法等效电路法 2.拆环分析法拆环分析法 3.深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈条件下的近似计算2022年6月1日星期三模拟电子技术60正向传输效应正向传输效应 负载效应负载效应 电压并联负反馈放大器中反馈网络的等效电路电压并联负反馈放大器中反馈网络的等效电路UiUoRR2k2UiI2I1k1Uo1IfAF电压并联负反馈示意图电压并联负反馈示意图 1IiU+ _+ _oU2I反馈效应反馈效应 并联短路并联短路求求Xf的方法的方法2022年6月1

33、日星期三模拟电子技术61正向传输效应正向传输效应 负载效应负载效应 电流串联负反馈放大器中反馈网络的等效电路电流串联负反馈放大器中反馈网络的等效电路电流串联负反馈示意图电流串联负反馈示意图 AFiI1U+ _+ _2UoIiU+ _oU+ _U1U2RR2k2IiIoIik1Io1反馈效应反馈效应 串联断路串联断路求求Xf的方法的方法2022年6月1日星期三模拟电子技术622022年6月1日星期三模拟电子技术632022年6月1日星期三模拟电子技术64o12i11oi11),(UgUgUUfI o22i21oi22),(UgUgUUfI f0i1111oRUIgU f0o1121iRUIgU f0i2211oRUIgU f0o2221iRUIgU 2022年6月1日星期三模拟电子技术65o12i11oi11),(UgUgUUfI o22i21oi22),(Ug