电子线路高教第四版电子课件13

5.2负反馈对放大器性能的影响5.4深度负反馈*5.3负反馈放大器的性能分析5.1反馈放大器的基本概念第5章放大器中的负反馈5.5负反馈放大器的稳定性5.1反馈放大器的基本概念5.1.1反馈放大器的组成将放大器输出信号的一部分或全部，通过反馈网络回送到电路输入端，并对输入信号进行调整，所形成的闭合回路即反馈放大器。反馈放大器组成框图基本放大器A反馈网络kfxoxixixf净输入信号

输入信号反馈信号输出信号第5章放大器中的负反馈反馈放大器增益一般表达式基本放大器A反馈网络kfxoxixixf开环增益反馈系数闭环增益反馈深度环路增益反馈深度

F(或环路增益T)是衡量反馈强弱的一项重要指标。其值直接影响电路性能。第5章放大器中的负反馈反馈极性由于净输入信号若

xf

削弱了xi，使

xi<xi负反馈若

xf

增强了xi，使

xi>xi正反馈说明负反馈具有自动调整作用，可改善放大器性能。

例：某原因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。第5章放大器中的负反馈5.1.2四种类型负反馈放大器

根据输出端连接方式电压反馈AkfRL+-voxixfxi在输出端，凡反馈网络与基本放大器并接，反馈信号取自负载上输出电压的反馈称为电压反馈。输出量xo=voxixfxiAkfRLio在输出端，凡反馈网络与基本放大器串接，反馈信号取自负载中输出电流的反馈称为电流反馈。电流反馈输出量xo=io第5章放大器中的负反馈

根据输入端连接方式串联反馈在输入端，反馈网络与基本放大器串接，反馈信号以电压vf

的形式出现，并在输入端进行电压比较，即

vi=vi

-

vf

。在输入端，反馈网络与基本放大器并接，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

ii

=ii

-

if

。并联反馈AkfRS+-vs+-vivfvi+-+-xoAkfRSiSiiifiixo第5章放大器中的负反馈四种类型负反馈放大器增益表达式AvkfvRS+-vs+-vivfvi+-+-RL+-voArkfgRL+-voRSiSiiifii电压串联负反馈开环电压增益电压反馈系数闭环电压增益电压并联负反馈开环互阻增益互导反馈系数闭环互阻增益第5章放大器中的负反馈AgkfrRLioRS+-vs+-vivfvi+-+-RSiSiiifiiAikfiRLio电流串联负反馈开环互导增益互阻反馈系数闭环互导增益电流并联负反馈开环电流增益电流反馈系数闭环互阻增益注意：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

A、kf、Af

含义不同。第5章放大器中的负反馈Akfxoxixfxi5.1.2反馈极性与类型的判别判断是否为反馈电路看电路输出与输入之间是否接有元件，若有则为反馈电路，该元件即为反馈元件。例1Rf

为反馈元件。RE为反馈元件。第5章放大器中的负反馈viVCCRCRfvoviVCCRCvo+-+-RERB1RB2例2

判断反馈类型—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；反之为电流反馈。判断电压与电流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；反之为串联反馈。AvkfvRS+-vs+-vivfvi+-+-RL+-voiiiiioRSiSifAikfiRL第5章放大器中的负反馈判断反馈极性性—采用瞬时极性性法Akfxoxixfxi设vi

瞬时极性为用正负号表示示电路中各点点电压的瞬时时极性，或用用箭头表示各各节点电流瞬瞬时流向的方方法称瞬时极极性法。比较xf与xi的极性(xi=xi-xf)若xf与xi同相，使xi减小的，为负负反馈；若xf与xi反相，使xi增大的，为正正反馈。经A判断vo？？经kf判断

xf？？第5章放大器中中的负反馈说明用瞬时极性法法比较xf与xi极性时：若是并联反馈馈：则需根据电压压的瞬时极性性，标出相关支路的电流流向，，然后用电流流进行比较(ii=ii-if)。若是串联反馈馈：则直接用电压进行比比较(vi=vi-vf)。按交、直流性性质分：直流反馈：交流反馈：反馈信号为直直流量，用于于稳定电路静静态工作点。。反馈信号为交交流量，用于于改善放大器器动态性能。。多级放大器中中的反馈：局部反馈：越级反馈：反馈由本级输输出信号产生生，可忽略。。输出信号跨越越一个以上放放大级向输入入端传送的称称为级间(或越级)反馈。第5章放大器中中的负反馈例1判断电路的反反馈极性和反反馈类型。假设输出端交交流短路，Rf引入的反馈消消失电压反馈。假设输入端交交流短路，Rf的反馈作用消失失并联反馈。分析：→则

vc

为○-

假设vi

瞬时极性为○+○+○-→形成的if方向如图示。。iiifib因净输入电流流ib=ii-if<ii负反馈。结论：Rf引入电压并联联负反馈。第5章放大器器中的负反反馈viVCCRCRfvo+-+-例2判断图示电电路的反馈馈极性和反反馈类型。。假设输出端端交流短路路，RE上的反馈依依然存在电流反馈。。假设输入端端交流短路路，RE上的反馈没没有消失串联反馈。。分析：

假设vi

瞬时极性为○+因净输入电电压vbe=vi-vf<vi负反馈。结论：RE引入电流串串联负反馈馈。○+→则ve(即vf)极性为○+○+第5章放大器器中的负反反馈viVCCRCvo+-+-RERB1RB2viRCvo+-+-RERB1RB2例3判断下列电电路的反馈馈极性和反反馈类型。。-+AR1Rf+-vsvo-+AR1Rf+-vsvo○+○-○-电流并联负负反馈电流串联正正反馈○+○-○-○-○+○-电压并联负负反馈电压串联负负反馈○+○+○+第5章放大器器中的负反反馈viVCCRC1vo+-+-RE1RBRC2RE2RfviVCCRC1vo+-+-RE1RBRC2RE2RfviVCCRC1voVEERfRE2R1RC2RC3RST1T2T3例4判断下列电电路的反馈馈极性和反反馈类型。。viVCCRC1voVEERER1RC2RC3RST1T2T3Rf○+○-○-○+○+○+电流串联负负反馈○+电流并联负负反馈第5章放大器器中的负反反馈例4判断下列电电路的反馈馈极性和反反馈类型。。○+○+○+○+○-电压并联正正反馈○-○+电压串联负负反馈第5章放大器器中的负反反馈viVCCRD1vo+-+-RS1RG2RD2RS2RfRG1viVCCRD1vo+-+-RS1RG2RD2RS2RfRG15.2.1降低增益5.2负反馈对放放大器性能能的影响反馈越深，，电路增益益越小。由得知：注：当取源增益时，上式依然成立，即5.2.2减小增益灵灵敏度(或提高增益益稳定性)定义由得(2)(1)得(1)(2)反馈越深，，增益灵敏敏度越小。。第5章放大器器中的负反反馈5.2.3改变输入、、输出电阻阻输入电阻串联反馈+-AkfRiRsvs+-+-vfvi+-viiixo基放输入电阻环路增益反馈电路输输入电阻：：引入串联反馈，反馈越深，输入电阻越大。结论第5章放大器器中的负反反馈并联反馈反馈电路输输入电阻：：引入并联反馈，反馈越深，输入电阻越小。结论AkfRiRsisifii+-viiixo基放输入电阻环路增益第5章放大器器中的负反反馈输出电阻电压反馈Ro：考虑反馈网网络负载效效应后，基基放输出电电阻。Ast：负载开路时时，基本放放大器源增增益。i+-v基放RoxfxsAstxs反馈网络+-令xs=0由定义得Rof电路模型：由图得引入电压反馈，反馈越深，输出电阻越小，vo

越稳定。结论基放RoxfxsAstxs反馈网络+-RLxsvo+-第5章放大器器中的负反反馈电流反馈Ro：考虑反馈网网络负载效效应后，基基放输出电电阻。Asn：负载短路时时，基本放放大器源增增益。由定义得Rof电路模型：：由图得引入电流反馈，反馈越深，输出电阻越大，io

越稳定。结论基放RoxsxfxsioAsnxsRL反馈网络令xs=0i+-v基放RoxfxsAsnxs反馈网络第5章放大器器中的负反反馈5.2.4减小频率失失真(或扩展通频频带)由于负反馈馈降低了电电路增益灵灵敏度，因因此放大器器可在更宽宽的通频带带范围内维维持增益不不变。单极点系统统引入负反反馈后，反反馈越深，，上限角频频率越大,增益越小，，但其增益益带宽积维维持不变。。设基放为单极点系统：则若反馈网络反馈系数为：则闭环系统：其中：注意：通频带的扩扩展是以降降低增益为为代价的。。第5章放大器器中的负反反馈5.2.5减小非线性性失真基本放大器vovivfvi例如：一基基本放大器器，引入负反馈馈反馈网络注意：负反反馈只能减减小反馈环环内的失真真，若输入入信号本身身产生失真，，反馈电路路无能为力力。输入正弦信信号时，输输出产生失失真。vo失真减小。第5章放大器器中的负反反馈5.2.6噪声性能不不变同减小非线线性失真一一样，引入入负反馈可可减小噪声声。注意：负反馈在减减小噪声的的同时，有有用信号以以同样的倍倍数在减小小，其信噪噪比不变。。因此此，，引引入入负负反反馈馈放放大大器器噪噪声声性性能能不不变变。。综上上所所述述，，负负反反馈馈对对放放大大器器性性能能影影响响主主要要表表现现为为：：降低低增增益益减小小增增益益灵灵敏敏度度(或提提高高增增益益稳稳定定性性)改变变电电路路输输入入、、输输出出电电阻阻减小小频频率率失失真真(或扩扩展展通通频频带带)减小小非非线线性性失失真真噪声声性性能能不不变变第5章放放大大器器中中的的负负反反馈馈在电电路路输输出出端端基本本放放大大器器引引入入负负反反馈馈的的原原则则若要求电路vo

稳定或Ro

小应引入电压负反馈。若要求电路io

稳定或Ro

大应引入电流负反馈。在电电路路输输入入端端若要求Ri

大或从信号源索取的电流小引入串联负反馈。若要求Ri

小或从信号源索取的电流大引入并联负反馈。反馈馈效效果果与与信信号号源源内内阻阻RS的关关系系若电路采用RS较小的电压源激励应引入串联负反馈若电路采用RS较大的电流源激励应引入并联负反馈第5章放放大大器器中中的的负负反反馈馈反馈馈效效果果与与RS关系系的的说说明明：：串联联负负反反馈馈采用用电电压压源源激激励励时时，，若若RS0则由于于vS恒定定，，则则vf的变变化化量量全全部部转转化化为为vi的变变化化量量，，此此时时反反馈馈效效果果最最强强。。采用用电电流流源源激激励励时时，，若若RS由于于iS恒定定，，vi固定定不不变变，，结结果果导导致致反反馈馈作作用用消消失失。。+-AkfRiRsvs+-+-vfvi+-vixo(电压源激励)is+-AkfRiRs+-vfvi+-vixo(电流源激励)则恒定第5章放放大大器器中中的的负负反反馈馈iiiiifAkfRixoRsvs+-vi+-(电压源激励)ifiiiiAkfRixoisRs(电流源激励)并联联负负反反馈馈采用用电电压压源源激激励励时时，，若若RS0则由于于iS恒定定，，则则if的变变化化量量全全部部转转化化为为ii的变变化化量量，，此此时时反反馈馈效效果果最最强强。。采用用电电流流源源激激励励时时，，若若RS由于于vi固定定不不变变，，结结果果导导致致反反馈馈作作用用消消失失。。则恒定第5章放放大大器器中中的的负负反反馈馈深度度负负反反馈馈条条件件5.4深度度负负反反馈馈当电电路路满满足足深深度度负负反反馈馈条条件件时：：将T>>1或F>>1称为为深深度度负负反反馈馈条条件件。。串联联反反馈馈电电路路输输入入电电阻阻：：并联联反反馈馈电电路路输输入入电电阻阻：：电压压反反馈馈电电路路输输出出电电阻阻：：电流流反反馈馈电电路路输输出出电电阻阻：：增益：或第5章放放大大器器中中的的负负反反馈馈深度度负负反反馈馈条条件件下下Avf的估算算根据据反反馈馈类类型型确确定定kf含义义，，并并计计算算kf分析析步步骤骤：：若并并联联反反馈馈：：将将输输入入端端交交流流短短路路若串串联联反反馈馈：：将将输输入入端端交交流流开开路路则反反馈馈系系数数确定定Afs(=xo/xs)含义义，，并并计计算算Afs=1/kf将Afs转换换成成Avfs=vo/vskf=xf/xo计算算此此时时xo产生生的的xf第5章放放大大器器中中的的负负反反馈馈例1图示示电电路路，，试试在在深深度度负负反反馈馈条条件件下下估估算算Avfs。该电电路路为为电电压压串串联联负负反反馈馈放放大大器器。。解：：将输输入入端端交交流流开开路路，，即即将将T1管射射极极断断开开：：则因此第5章放放大大器器中中的的负负反反馈馈vsRC1vo+-+-RE1RLRC2RfRST1T2+-vf例2图示示电电路路，，试试在在深深度度负负反反馈馈条条件件下下估估算算Avfs。该电电路路为为电电流流并并联联负负反反馈馈放放大大器器。。解：：将输输入入端端交交流流短短路路，，即即将将T1管基基极极交交流流接接地地：：则因此此第5章放放大大器器中中的的负负反反馈馈isRC1vo+-RLRC2RfRST1T2ifRE2io例3图示示电电路路，，试试在在深深度度负负反反馈馈条条件件下下估估算算Avfs。该电电路路为为电电压压并并联联负负反反馈馈。。(1)解：：将反相相输输入入端端交交流流接接地地：：则因此该电电路路为为电电压压串串联联负负反反馈馈。。(2)解：：将反相相输输入入端端交交流流开开路路：：则因此-+AR1Rf+-vsvoif(图1)-+AR1Rf+-vsvo-+vf(图2)第5章放放大大器器中中的的负负反反馈馈5.5负反馈馈放大大器的的稳定定性实际上上，放放大器器在中中频区区施加加负反反馈时时，有有可能能因Akf在高频频区的的附加加相移移使负负反馈馈变为为正反反馈，，引起起电路路自激激。5.5.1判别稳稳定性性的准准则反馈放放大器器频率率特性性：若在某某一频频率上上T(j)=-1放大器器自激激自激振幅条件自激相位条件说明自激时时，即即使xi=0，但由于于xi=xf，因此反反馈电电路在在无输输入时时，仍仍有信信号输输出。。第5章放放大器器中的的负反反馈不自激激条件件当或时，或当时，或注意：：只要设设法破破坏自自激的的振幅幅条件件或相相位条条件，，放大大器就就不会会产生生自激激。稳定裕裕量要保证证负反反馈放放大器器稳定定工作作，还还需使它远离自自激状状态，，远离离程度度可用用稳定定裕量量表示示。当时，相位裕量当时，增益裕量g—增益交交界角角频率率；—相位交交界角角频率率。第5章放放大器器中的的负反反馈相位裕裕量图图解分分析法法假设放大器器施加加的是是电阻阻性反反馈，，kf为实数数：得由在A()或T()波特图图上找找g在A()波特图图上，，作1/kf(dB)的水平平线，，交点点即g。在T()波特图图上，，与水水平轴轴[T()=0dB]的交点点，即即g。根据g在相频频曲线线上找找T(g)判断相相位裕裕量若放大器稳定工作若放大器工作不稳定注：1/kf(dB)的水平平线称称增益益线。。第5章放放大器器中的的负反反馈例1已知A(j)波特图图，判判断电电路是是否自自激。。(1/kf)dBgT(g)(1)在A()波特图图上作作1/kf(dB)的水平平线。。分析：：(2)找出交交点，，即g。(3)在T()波特图图上，，找出出T(g)。(4)由于>45，因此电电路稳稳定工工作，，不自自激。。A()/dBOT()O-180-90第5章放放大器器中的的负反反馈例2已知T(j)波特图图，判判断电电路是是否自自激。。T(g)(1)由T()波特图图与横横轴的的交点点，找找出g。分析：：(2)由g在T()波特图图上，，找出出T(g)。T()/dBOT()O-180og(3)由于<0，因此电电路自自激。。第5章放放大器器中的的负反反馈利用幅幅频特特性渐渐近波波特图图判别别稳定定性一无零零三极极系统统波特特图如如下，，分析g落在何何处系系统稳稳定。。Op20.1p110p3A()-90p1p3-180-270p2p1A

()/dB204060Op3-20dB/10倍频-40dB/10倍频-60dB/10倍频80放大器器必稳稳定工工作。。或g落在P1与P2之间，，只要g落在斜斜率为为：(-20dB/10倍频)的下降降段内内，g则>45p2=10p1，p3=10p2第5章放放大器器中的的负反反馈Op20.1p110p3A()-90p1p3-180-270p2p1A

()/dB204060Op3-20dB/10倍频-40dB/10倍频-60dB/10倍频80p2=10p1，将p3靠近p2。由于|T(p2)|则g落在p1与p2之间时时，放放大器器依然然稳定定工作作。第5章放放大器器中的的负反反馈结论：：在多极极点的的低通通系统统中，，若p310p2，则只要要g落在斜斜率为为(-20dB/10倍频)的下降降段内内，或g落在p1与p2之间，，放大大器必必稳定定工作作。将p2靠近p1，由于|T(p2)|上述结结论不不成立立。Op20.1p110p3A()-90p1p3-180-270p2p1A

()/dB204060Op3-20dB/10倍频-40dB/10倍频-60dB/10倍频80第5章放放大器器中的的负反反馈5.5.2集成运运放的的相位位补偿偿技术术解决方方法：采用相相位补补偿技技术。。在中频频区，，反馈馈系数数kf越大，反反馈越越深，，电路路性能能越好好。在高频频区，，kf越大，，相位位裕量量越小小，放放大器器工作作越不不稳定定。在中频频增益益AI基本不不变的的前提提下，，设法法拉长长p1与p2之间的的间距距，或或加长长斜率率为“-20dB/10倍频”线段的的长度度，使使得kf增大时时，仍仍能获获得所所需的的相位位裕量量。相位补补偿基基本思思想：：第5章放放大器器中的的负反反馈滞后补补偿技技术简单电电容补补偿—降低p1补偿方方法：：将补补偿电电容C并接在在集成成运放放产生生第一一个极极点角角频率率的节节点上上，使使p1降低到到d。AdiRCCp1降低到到d反馈增增益线线下移移稳稳定工工作允允许的的kf增大。。p2p1A

()/dBOp3AvdId20lg(1/kf)第5章放放大器器中的的负反反馈p2p1A

()/dBOp3AvdId20lg(1/kfv)d与kf之间的的关系系：由图十倍频整理得得kfvd反馈电电路稳稳定性性，，但H。kfv=1时，全补偿(C

用CS

表示)d0此时，，kfv无论取取何值值，电电路均均可稳稳定工工作。。第5章放放大器器中的的负反反馈例1一集成成运放放AvdI=105，fp1=200Hz，fp2=2MHz，fp3=20MHz，产生fp1节点上上等效效电路路R1=200k，接成同同相放放大器器，采采