负反馈放大电路课件

Chapter4负反馈放大电路1Chapter4负反馈放大电路1主要内容

反馈的基本概念与分类

负反馈对放大电路的影响

深度负反馈放大电路的增益计算

负反馈放大电路的稳定性分析2主要内容反馈的基本概念与分类2§4.1反馈的基本概念与分类反馈的基本概念反馈的分类与判断3§4.1反馈的基本概念与分类反馈的基本概念34.1.1反馈的基本概念1、反馈的定义将放大电路输出信号（电压或电流）的一部分或全部通过反馈网络回送到输入端，并参与对放大的控制过程，称为反馈。基本放大电路A反馈网络F+放大电路引入反馈后，组成反馈放大电路。44.1.1反馈的基本概念1、反馈的定义基本放大电路反馈网基本放大电路A反馈网络F+输出信号反馈环：信号流向反馈系数输入信号反馈信号比较环节净输入信号。经反馈量影响基本放大电路输入其中：反馈放大电路的闭环增益：5基本放大电路反馈网络+输出信号反馈环反馈系数输入信号反馈信号2、反馈的分类正反馈与负反馈直流反馈与交流反馈电压反馈与电流反馈串联反馈与并联反馈本级反馈与级间反馈62、反馈的分类正反馈与负反馈6★反馈环节的判断◆输出与输入之间跨接的电路◆输出回路与输入回路的共有电路7★反馈环节的判断◆输出与输入之间跨接的电路7在输入端，输入信号与反馈信号以电压形式相比较为串联反馈。（1）串联反馈与并联反馈a）串联反馈b）并联反馈在输入端，输入信号与反馈信号以电流形式相比较为并联反馈。8在输入端，输入信号与反馈信号以电压形式相比较为串联反馈。（1串联反馈与并联反馈由反馈网络在放大电路输入端的连接方式判定串联串联：输入以电压形式求和:-vi+vid+vf=0

即vid=vi-

vf并联：输入以电流形式求和：

ii-iid-if=0

即iid=ii-if并联9串联反馈与并联反馈由反馈网络在放大电路输入端的连接方式判定串串联反馈和并联反馈的判断方法

反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的同一个电极，则为并联反馈；反之，加在放大电路输入回路的两个电极，则为串联反馈。此时反馈信号与输入信号是电流相加减的关系。此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。对于运算放大器来说，反馈信号与输入信号同时加在同相输入端或反相输入端，则为并联反馈；一个加在同相输入端一个加在反相输入端，则为串联反馈。对于三极管来说，反馈信号与输入信号同时加在输入三极管的基极或发射极，则为并联反馈；一个加在基极一个加在发射极则为串联反馈。10串联反馈和并联反馈的判断方法反馈信号与输入信号判断电路中的级间交流反馈是串联反馈还是并联反馈串联反馈与并联反馈并联反馈级间反馈通路xf(if)11判断电路中的级间交流反馈是串联反馈还是并联反馈串联反馈与并联判断电路中的级间交流反馈是串联反馈还是并联反馈串联反馈与并联反馈串联反馈级间反馈通路xf(vf)12判断电路中的级间交流反馈是串联反馈还是并联反馈串联反馈与并联（2）正反馈与负反馈a）正反馈引入反馈后，使净输入信号加强的反馈为正反馈。即基本放大A反馈网络F+正反馈会使放大电路工作不稳定，容易产生自激振荡，即在无信号输入时，也会产生无关的信号输出。b）负反馈引入反馈后，使净输入信号削弱的反馈为负反馈。即负反馈可在多方面改善放大电路的性能，但会使电路的增益下降。13（2）正反馈与负反馈a）正反馈基本放大反馈网络+正反馈会使放正反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变大了。负反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变小了。从输出端看从输入端看正反馈：引入反馈后，使净输入量变大了。负反馈：引入反馈后，使净输入量变小了。净输入量可以是电压，也可以是电流。14正反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变大了。负反馈：输入量正、负反馈的判别方法－瞬时极性法（1）首先假设输入信号Xi为“＋”，然后按照基本放大器的性质，根据信号传输的方向逐级向后推断，确定输出信号Xo的极性；（2）根据输出信号Xo的极性和反馈网络的性质确定反馈信号Xf的极性；（3）根据反馈信号与输入信号的连接方式，计算净输入信号Xd：并联反馈连接方式（电流比较）：Xd=Xi+Xf串联反馈连接方式（电压比较）：Xd=Xi–Xf（4）根据定义作出结论。15正、负反馈的判别方法－瞬时极性法（1）首先假设输入信号Xi负反馈正反馈增大++++--uid+-AR2R1R3uiuouF+-uid+-AR2R1R4R3uouiuF+-反馈电压增强了输入信号的作用反馈电压削弱了输入信号的作用减小-+16负反馈正反馈增大++++--uid+-AR2R1R3uiuo（3）电压反馈与电流反馈a）电压反馈b）电流反馈在输出端，反馈信号的取样对象为输出电压时，称为电压反馈。在输出端，反馈信号的取样对象为输出电流时，称为电流反馈。17（3）电压反馈与电流反馈a）电压反馈b）电流反馈在输出端，反电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈由反馈网络在放大电路输出端的取样对象决定：电压反馈：反馈信号xf和输出电压成比例，即xf=Fvo电流反馈：反馈信号xf与输出电流成比例，即xf=Fio

并联结构串联结构18电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈由反馈网电压反馈与电流反馈电压负反馈RLvoxf

xidvo电压负反馈稳定输出电压xf=Fvo，

xid=xi－xf19电压反馈与电流反馈电压负反馈RLvoxfxidv电压反馈与电流反馈电流负反馈RLioxf

xidio电流负反馈稳定输出电流xf=Fio，

xid=xi－xf20电压反馈与电流反馈电流负反馈RLioxfxid电压反馈与电流反馈判断方法：负载短路法将负载短路，反馈量仍然存在——电流反馈。将负载短路（未接负载时输出对地短路），反馈量为零——电压反馈。电压反馈电流反馈反馈通路反馈通路简易判别：若反馈信号取自负载上端则为电压反馈，不取自负载上端则为电流反馈。21电压反馈与电流反馈判断方法：负载短路法将负载短电压反馈与电流反馈电压反馈反馈通路22电压反馈与电流反馈电压反馈反馈通路22（4）直流反馈与交流反馈a）直流反馈：反馈信号中只包含直流成分。影响电路直流性能，主要用于稳定静态工作点。b）交流反馈：反馈信号中只包含交流成分。影响电路动态性能，主要用于改善放大电路的动态性能，如提高A的稳定性、增加ri，降低ro，增大BW，改善输出波形、抑制干扰等。判断方法：电容观察法。反馈通路如果存在隔直电容，就是交流反馈；反馈通路存在旁路电容，则是直流反馈；如果不存在电容，就是交、直流反馈。在直接耦合放大电路中，既可传输交流信号，也可传输直流信号，此时引入的反馈为交、直流反馈。23（4）直流反馈与交流反馈a）直流反馈：反馈信号中只包含直流成基本放大A反馈网络F+3、反馈放大电路增益的一般表达式由方框图可得：（1）闭环增益的一般表达式24基本放大反馈网络+3、反馈放大电路增益的一般表达式由方框图可（2）闭环增益一般表达式的分析a）反馈深度开环增益与闭环增益之比，反映了反馈对放大电路的影响。若，则，即引入反馈后增益下降，这种反馈为负反馈。若，则，即引入反馈后增益增加，这种反馈为正反馈。若，则，说明放大电路没有输入信号时也有输出，此时电路处于自激振荡状态。25（2）闭环增益一般表达式的分析a）反馈深度开环增益与闭环增益b）环路增益c）深度负反馈时增益的近似表达式净输入量经基本放大电路和反馈网络循环一周所具有的增益称环路增益。也是描述反馈放大电路性能的重要指标。当时，相应的负反馈称深度负反馈，则26b）环路增益c）深度负反馈时增益的近似表达式净输入量经基本放4.1.2负反馈放大电路的四种组态在输出回路中，按Xf的来源不同，有电压反馈和电流反馈；在输入回路中，按Xf的接入方式不同，又分串联反馈和并联反馈。它们的不同组合，使负反馈放大电路有以下四种组态：电压串联负反馈电流串联负反馈电压并联负反馈电流并联负反馈274.1.2负反馈放大电路的四种组态在输出回路中，按1、电压串联负反馈3）用瞬时极性法判断正负反馈。负反馈1）由输出端判断电压或电流反馈。当时，故为电压反馈2）由输入端判断串联或并联反馈。电压比较，故为串联反馈又：该电路为直接耦合，即为交直流反馈。电压串联交直流负反馈281、电压串联负反馈3）用瞬时极性法判断正负反馈。负反馈1）由3）用瞬时极性法判断正负反馈。负反馈1）由输出端判断电压或电流反馈。电压反馈2）由输入端判断串联或并联反馈。串联反馈4）由反馈信号判断直流或或交流反馈。交流反馈电压串联交流负反馈293）用瞬时极性法判断正负反馈。负反馈1）由输出端判断电压或电2、电流串联负反馈3）判断反馈极性。负反馈1）判断电压或电流反馈。电流反馈2）判断串联或并联反馈。串联反馈4）判断直流或或交流反馈。交直流反馈电流串联交直流负反馈302、电流串联负反馈3）判断反馈极性。负反馈1）判断电压或电流3）判断反馈极性负反馈1）判断电压或电流反馈电流反馈2）判断串联或并联反馈串联反馈4）判断直流或或交流反馈交直流反馈电流串联交直流负反馈313）判断反馈极性负反馈1）判断电压或电流反馈电流反馈2）判断3、电压并联负反馈3）判断反馈极性。负反馈1）判断电压或电流反馈。电压反馈2）判断串联或并联反馈。并联反馈4）判断直流或或交流反馈。交直流反馈电压并联交直流负反馈电流比较电压反馈能稳定输出电压。uoifi'iuo323、电压并联负反馈3）判断反馈极性。负反馈1）判断电压或电流3）判断反馈极性。负反馈1）判断电压或电流反馈。电压反馈2）判断串联或并联反馈。并联反馈4）判断直流或或交流反馈。交直流反馈电压并联交直流负反馈333）判断反馈极性。负反馈1）判断电压或电流反馈。电压反馈2）4、电流并联负反馈3）判断反馈极性。负反馈1）判断电压或电流反馈。电流反馈2）判断串联或并联反馈。并联反馈4）判断直流或交流反馈。交直流反馈电流并联交直流负反馈电流反馈能稳定输出电流。ioifi'iiouR3344、电流并联负反馈3）判断反馈极性。负反馈1）判断电压或电流3）判断反馈极性。负反馈1）判断电压或电流反馈。电流反馈2）判断串联或并联反馈。并联反馈4）判断直流或或交流反馈。交直流反馈电流并联交直流负反馈353）判断反馈极性。负反馈1）判断电压或电流反馈。电流反馈2）负反馈放大电路中各种信号量的含义36负反馈放大电路中各种信号量的含义36电压负反馈：稳定输出电压，具有恒压特性串联反馈：输入端电压求和（KVL）电流负反馈：稳定输出电流，具有恒流特性并联反馈：输入端电流求和（KCL）负反馈类型小结：37电压负反馈：稳定输出电压，具有恒压特性串联反馈：输入端电压求串联负反馈信号源对反馈效果的影响Uid=Ui-Uf则Us最好为恒压源，即信号源内阻RS越小越好。要想反馈效果明显，就要求Uf变化能有效引起Uid的变化。38串联负反馈信号源对反馈效果的影响Uid=Ui-Uf信号源对反馈效果的影响并联负反馈Iid=Ii-If则Is最好为恒流源，即信号源内阻RS越大越好。要想反馈效果明显，就要求If变化能有效引起Iid的变化。39信号源对反馈效果的影响并联负反馈Iid=Ii-If§4.2负反馈对放大电路的影响负反馈对增益的影响负反馈对非线性失真的影响负反馈对通频带的影响负反馈对输入电阻的影响负反馈对输出电阻的影响负反馈对噪声、干扰和温漂的影响引入负反馈后，虽然放大倍数降低了，但对电路的性能有多方面的改善，改善的程度都与反馈深度有关。40§4.2负反馈对放大电路的影响负反馈对增益的影响引入负反4.2.1负反馈对增益的影响环境温度、电源电压的变化、电路元器件参数和特性的变化都会使放大电路的增益发生变化。1、深度负反馈情况负反馈放大电路的增益与开环放大电路的性能无关。反馈网络一般由性能稳定的无源线性元件组成。2、一般情况负反馈对放大电路增益稳定性改善的程度，通常用增益的相对变化率来衡量。414.2.1负反馈对增益的影响环境温度、电源电压的变化、电路在不考虑相位关系情况下有反馈时增益的稳定性比无反馈时提高到(1+AF)倍。另一方面,在深度负反馈条件下即闭环增益只取决于反馈网络。当反馈网络由稳定的线性元件组成时，闭环增益将有很高的稳定性。负反馈的组态不同，稳定的增益不同（Auf、Arf、Agf、Aif）42在不考虑相位关系情况下有反馈时增益的稳定性比无反馈时提高到(例 某负反馈放大器，其A=104,反馈系数F＝0.01。由于外部条件变化使A变化了±10%，求Af的相对变化量。解：43例 某负反馈放大器，其A=104,反馈系数F＝0.01。由于4.2.2负反馈对非线性失真的影响失真的反馈信号，使净输入产生相反的失真，从而弥补了放大电路本身的非线性失真。负反馈可以改善放大电路的非线性失真，但是只能改善反馈环内产生的非线性失真。非线性失真使输出波形中的谐波分量增加，引入负反馈后，在保持输出信号基波成分不变的情况下（需增大输入信号），降低了谐波成分，从而减小了非线性失真。在非线性失真不太严重时，输出波形中的非线性失真系数近似减小为原来的1/（1+AF）。444.2.2负反馈对非线性失真的影响失真的反馈信闭环时增益减小，线性度变好。只能减少环内放大电路产生的失真，如果输入波形本身就是失真的，即使引入负反馈，也无济于事。1——开环特性2——闭环特性45闭环时增益减小，线性度变好。只能减少环内放大电4.2.3负反馈对通频带的影响无反馈时中频增益引入负反馈后闭环中频增益设纯阻性464.2.3负反馈对通频带的影响无反馈时中频增益引入负反馈比开环时增加了同理可得——闭环上限频率比开环时减小了——闭环下限频率引入负反馈后，放大电路的通频带展宽了47比开环时增加了同理可得——闭环上限频率比开环时减小了——闭环4848增益一带宽积放大电路的增益-带宽积为常数闭环增益-带宽积开环增益-带宽积49增益一带宽积放大电路的增益-带宽积为常数闭环增益-带宽积开无反馈时引入负反馈后引入负反馈后通频带展宽为（1+AmF）倍，但中频增益下降为无反馈时的1/（1+AmF）。故增益带宽积基本不变。可见，负反馈的反馈深度愈深，通频带展得就愈宽，中频增益下降愈多。比较与总结：50无反馈时引入负反馈后引入负反馈后通频带展宽为（1+AmF串联负反馈开环输入电阻Ri=vid/ii因为vf=F·xo;

xo=A·vid闭环输入电阻Rif=vi/ii所以vi=vid+vf=(1+AF)vid闭环输入电阻Rif=vi/ii引入串联负反馈后，输入电阻增加了。4.2.4负反馈对输入电阻的影响与串联或并联反馈方式有关，而与电压或电流反馈无关。51串联负反馈开环输入电阻Ri=vid/ii因为v并联负反馈闭环输入电阻引入并联负反馈后，输入电阻减小了。52并联负反馈闭环输入电阻引入并联负反馈后，输入电阻减电压负反馈4.2.5负反馈对输出电阻的影响与反馈网络和放大电路输出端的取样方式有关，而与输入端的连接方式无关。53电压负反馈4.2.5负反馈对输出电阻的影响与反闭环输出电阻电压负反馈而Xid=-Xf=-FvT

忽略反馈网络对iT的分流所以引入电压负反馈后，输出电阻减小了。54闭环输出电阻电压负反馈而Xid=-Xf=-F电流负反馈闭环输出电阻引入电流负反馈后，输出电阻增大了。55电流负反馈闭环输出电阻引入电流负反馈后，输出电阻增串联负反馈——并联负反馈——电压负反馈——电流负反馈——增大输入电阻减小输入电阻减小输出电阻，稳定输出电压增大输出电阻，稳定输出电流对输入电阻和输出电阻的影响小结4.2.6负反馈对噪声、干扰和温漂的影响原理同负反馈对放大电路非线性失真的改善。负反馈只对反馈环内的噪声、干扰和温漂有抑制作用。56串联负反馈——并联负反馈——电压负反馈——电流负例设Aud=105，R1=2kΩ，R2=18kΩ1）试估算反馈系数F、反馈深度（1+AudF）；2）估算闭环增益Auf；3）若集成运放的开环增益Aud的相对变化量为±10%，求闭环增益Auf的相对变化量；解：1）反馈系数为：反馈深度为：1+AudFu

=1+1050.1≈1044）若运放的fH=7Hz，fL=0，求闭环时的通频带。57例设Aud=105，R1=2kΩ，R2=18kΩ1）试估算反2）估算闭环增益Auf3）若开环增益Aud的相对变化量为±10%，则闭环增益Auf的相对变化量为：说明引入反馈深度为104的负反馈后，增益稳定性提高了。4）若运放的fH=7Hz，fL=0，闭环时的通频带为：BWf=fHf=（1+AudFu

）fH=1047=70kHZAud=1051+AudFu

≈104582）估算闭环增益Auf3）若开环增益Aud的相对变化量为±14、反馈信号与输入信号的求和方式不同，对放大电路的输入电阻产生的影响不同。串联负反馈使输入电阻增大；并联负反馈使输入电阻减小。1、负反馈使电路增益下降，但提高了增益的稳定性。2、负反馈在牺牲增益的前提下，展宽了通频带，但闭环的增益带宽积AmfBWf与开环的增益带宽积AmBW近似相等。3、负反馈能改善环内的非线性失真，但对信号的失真无能为力。小结：594、反馈信号与输入信号的求和方式不同，对放大电路的输入电阻产5、反馈信号在输出端采样方式不同，对放大电路的输出电阻产生的影响不同。电压负反馈使输出电阻减小；电流负反馈使输出电阻增大。6、电压负反馈可稳定输出电压；电流负反馈可稳定输出电流。7、负反馈对放大电路的影响均与反馈深度（1+AF）有关。负反馈越深，改善的效果越显著，但放大倍数下降越多。605、反馈信号在输出端采样方式不同，对放大电路的输出电阻产生的练习与思考如果需要实现下列要求，在放大电路中应引入哪种类型的负反馈？1、要求输出电压UO基本稳定，并能提高输入电阻；2、要求稳定输出电流IO，并能减小输入电阻。61练习与思考如果需要实现下列要求，在放大电路中应引入哪种类型的由于则又因为代入上式得（也常写为xfxi）净输入量近似等于零由此可得深度负反馈条件下，基本放大电路“两虚”的概念输入量近似等于反馈量（xid0）§4.3深度负反馈放大电路的增益计算1.深度负反馈的特点对于负反馈放大电路，存在几种常用的分析方法，如等效电路分析法、方框图法、深度负反馈估算法等等。62由于则又因为代入上式得（也常写为xfxi）净输入量近串联负反馈，输入端电压求和深度负反馈条件下

xid=

xi-

xf

0

虚短虚断虚短虚断并联负反馈，输入端电流求和vid=

vi-

vf

0iid=

ii-

if

0vid=

iidri

063串联负反馈，输入端电压求和深度负反馈条件下虚短虚断虚短虚断并增益计算原则：计算F时应采用分离原则，分离开输入对其的影响：串联反馈：将反馈网络的反馈点开路。并联反馈：将反馈网络的反馈点对地短路。特殊：若反馈网络的反馈点与输出取样点重合，则不进行上述处理。64增益计算原则：计算F时应采用分离原则，分离开输入对其的影响：1.电压串联负反馈的计算串联反馈时：651.电压串联负反馈的计算串联反馈时：65计算反馈电压时只考虑输出对它的影响66计算反馈电压时只考虑输出对它的影响662.电流并联负反馈的计算虚短（虚地）并联反馈时：672.电流并联负反馈的计算虚短并联反馈时：67并联负反馈的输入电阻小68并联负反馈的输入电阻小683.电压并联负反馈的计算虚短（虚地）并联反馈时：693.电压并联负反馈的计算虚短并联反馈时：694.电流串联负反馈的计算串联负反馈时：704.电流串联负反馈的计算串联负反馈时：70例2试分别按下列要求将信号源us、电阻Rf正确接入该电路。71例2试分别按下列要求将信号源us、电阻Rf正确接入该电路。71）引入电压串联负反馈721）引入电压串联负反馈72例31）当ui=0时，UC1=UC2=？（设UBE=0.7V）2）要引入电压串联负反馈，Rf应如何连接？运放输入端的正负极性如何标志？3）引入电压串联负反馈后，求闭环电压增益Auf。4）要引入电压并联负反馈，Rf应如何连接？运放输入端的正负极性如何标志？Auf=？73例31）当ui=0时，2）要引入电压串联负反馈，Rf应如何连1）当ui=0时，UC1=UC2=？（设UBE=0.7V）解：741）当ui=0时，解：742）要引入电压串联负反馈，Rf应如何连接？运放输入端的正负极性如何标志？+752）要引入电压串联负反馈，Rf应如何连接？运放输入端的正负极3）引入电压串联负反馈后，求闭环电压增益Auf。串联反馈时：763）引入电压串联负反馈后，求闭环电压增益Auf。串联反馈时：4）要引入电压并联负反馈，Rf应如何连接？运放输入端的正负极性如何标志？Auf=？+774）要引入电压并联负反馈，Rf应如何连接？运放输入端的正负极并联反馈时：78并联反馈时：78

在中频范围内，放大电路的输入信号与反馈信号一般是同相的，净输入信号的幅值小于输入信号的幅值，放大电路的输出信号就减小，正常地体现出负反馈作用。§4.4负反馈放大电路的稳定性分析79在中频范围内，放大电路的输入信号与反馈信号一1.自激振荡现象在不加任何输入信号的情况下，放大电路仍会产生一定频率的信号输出。2.产生原因在高频区或低频区产生的附加相移达到180，使中频区的负反馈在高频区或低频区变成了正反馈，当满足了一定的幅值条件时，便产生自激振荡。4.4.1产生自激振荡的原因及条件801.自激振荡现象在不加任何输入信号的情况下，放大电路3.自激振荡条件自激振荡反馈深度即又得自激振荡条件幅值条件相位条件（附加相移）闭环增益813.自激振荡条件自激振荡反馈深度即又得自激振荡条件幅值条起振及稳幅振荡的过程设：Uo

是振荡电路输出电压的幅度，B是要求达到的输出电压幅度。起振时Uo

0，达到稳定振荡时Uo

=B。82起振及稳幅振荡的过程设：Uo是振荡电路输出电压的幅度，82起振过程中Uo

<B，要求AuF

>

1，稳定振荡时Uo

=B，要求AuF

=

1，从AuF

>

1到AuF

=

1，就是自激振荡建立的过程。可使输出电压的幅度不断增大。使输出电压的幅度得以稳定。起始信号的产生：在电源接通时，会在电路中激起一个微小的扰动信号，它是个非正弦信号，含有一系列频率不同的正弦分量。83起振过程中Uo<B，要求AuF>1，稳定振荡4.稳定工作条件破坏自激振荡条件或当反馈网络为纯电阻网络时，f=0。其中Gm——幅值裕度，一般要求Gm10dBm——相位裕度，一般要求m45写成等式，且幅值用分贝数表示时844.稳定工作条件破坏自激振荡条件或当反馈网络为纯负反馈放大电路的稳定裕度当环境温度、电路参数及电源电压等因素在一定范围内变化时也能满足稳定条件，不产生自激振荡，使负反馈放大电路能稳定可靠地工作，要求放大电路要有一定的稳定裕度。稳定裕度：放大电路远离自激的程度。增益裕度（幅度裕度）相位裕度85负反馈放大电路的稳定裕度当环境温度、电路参数及电源（1）增益裕度GmAF=180时，偏离0dB的数值为增益裕度Gm，即对于稳定电路，Gm>0。Gm越大，电路越稳定。一般要求Gm≥10dB。（2）相位裕度m时，|AF|偏离180的数值为相位裕度m，m越大，电路越稳定。一般要求m≥45。即86（1）增益裕度GmAF=180时，偏离0dB的数值为增用波特图表示或Gm10dB或m454.稳定工作条件87用波特图表示或Gm10dB或m455.负反馈放大电路稳定性分析环路增益的幅频响应写为一般与频率无关，则的幅频响应是一条水平线利用波特图分析关键作出的幅频响应和相频响应波特图水平线的交点为即该点满足885.负反馈放大电路稳定性分析环路增益的幅频响应写为一般与(2)作水平线判断稳定性方法(1)作出的幅频响应和相频响应波特图在水平线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m45若该点满足相位裕度，稳定；否则不稳定。在相频响应的点处作垂线交于P点若P点在水平线之下，稳定；否则不稳定。或89(2)作水平线判断稳定性方法(1)作出的幅频响应和相频响基本放大电基本放大反馈深度越深，越容易自激。越大，水平线下移，越容易自激越大，表明反馈深度越深90基本放大电基本放大反馈深度越深，越容易自激。越大，以一个三级放大电路为例设反馈网络为电阻网络，基本放大电路的增益为：其中f的单位是MHz。91以一个三级放大电路为例设反馈网络为电阻网络，基本放大电路的增-20dB/dec-40dB/dec-60dB/dec当f=2.5MHz时，附加相移180，增益为68.5dB。68.5dB2661若则满足对2.5MHz信号就会产生自激振荡。92-20dB/dec-40dB/dec-60dB/dec当f本章内容的重点：1、掌握反馈的概念；2、掌握反馈类型的正确判断；4、理解负反馈对放大电路性能的影响；3、掌握负反馈放大电路的增益计算。93本章内容的重点：1、掌握反馈的概念；93Chapter4负反馈放大电路94Chapter4负反馈放大电路1主要内容

反馈的基本概念与分类

负反馈对放大电路的影响

深度负反馈放大电路的增益计算

负反馈放大电路的稳定性分析95主要内容反馈的基本概念与分类2§4.1反馈的基本概念与分类反馈的基本概念反馈的分类与判断96§4.1反馈的基本概念与分类反馈的基本概念34.1.1反馈的基本概念1、反馈的定义将放大电路输出信号（电压或电流）的一部分或全部通过反馈网络回送到输入端，并参与对放大的控制过程，称为反馈。基本放大电路A反馈网络F+放大电路引入反馈后，组成反馈放大电路。974.1.1反馈的基本概念1、反馈的定义基本放大电路反馈网基本放大电路A反馈网络F+输出信号反馈环：信号流向反馈系数输入信号反馈信号比较环节净输入信号。经反馈量影响基本放大电路输入其中：反馈放大电路的闭环增益：98基本放大电路反馈网络+输出信号反馈环反馈系数输入信号反馈信号2、反馈的分类正反馈与负反馈直流反馈与交流反馈电压反馈与电流反馈串联反馈与并联反馈本级反馈与级间反馈992、反馈的分类正反馈与负反馈6★反馈环节的判断◆输出与输入之间跨接的电路◆输出回路与输入回路的共有电路100★反馈环节的判断◆输出与输入之间跨接的电路7在输入端，输入信号与反馈信号以电压形式相比较为串联反馈。（1）串联反馈与并联反馈a）串联反馈b）并联反馈在输入端，输入信号与反馈信号以电流形式相比较为并联反馈。101在输入端，输入信号与反馈信号以电压形式相比较为串联反馈。（1串联反馈与并联反馈由反馈网络在放大电路输入端的连接方式判定串联串联：输入以电压形式求和:-vi+vid+vf=0

即vid=vi-

vf并联：输入以电流形式求和：

ii-iid-if=0

即iid=ii-if并联102串联反馈与并联反馈由反馈网络在放大电路输入端的连接方式判定串串联反馈和并联反馈的判断方法

反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的同一个电极，则为并联反馈；反之，加在放大电路输入回路的两个电极，则为串联反馈。此时反馈信号与输入信号是电流相加减的关系。此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。对于运算放大器来说，反馈信号与输入信号同时加在同相输入端或反相输入端，则为并联反馈；一个加在同相输入端一个加在反相输入端，则为串联反馈。对于三极管来说，反馈信号与输入信号同时加在输入三极管的基极或发射极，则为并联反馈；一个加在基极一个加在发射极则为串联反馈。103串联反馈和并联反馈的判断方法反馈信号与输入信号判断电路中的级间交流反馈是串联反馈还是并联反馈串联反馈与并联反馈并联反馈级间反馈通路xf(if)104判断电路中的级间交流反馈是串联反馈还是并联反馈串联反馈与并联判断电路中的级间交流反馈是串联反馈还是并联反馈串联反馈与并联反馈串联反馈级间反馈通路xf(vf)105判断电路中的级间交流反馈是串联反馈还是并联反馈串联反馈与并联（2）正反馈与负反馈a）正反馈引入反馈后，使净输入信号加强的反馈为正反馈。即基本放大A反馈网络F+正反馈会使放大电路工作不稳定，容易产生自激振荡，即在无信号输入时，也会产生无关的信号输出。b）负反馈引入反馈后，使净输入信号削弱的反馈为负反馈。即负反馈可在多方面改善放大电路的性能，但会使电路的增益下降。106（2）正反馈与负反馈a）正反馈基本放大反馈网络+正反馈会使放正反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变大了。负反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变小了。从输出端看从输入端看正反馈：引入反馈后，使净输入量变大了。负反馈：引入反馈后，使净输入量变小了。净输入量可以是电压，也可以是电流。107正反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变大了。负反馈：输入量正、负反馈的判别方法－瞬时极性法（1）首先假设输入信号Xi为“＋”，然后按照基本放大器的性质，根据信号传输的方向逐级向后推断，确定输出信号Xo的极性；（2）根据输出信号Xo的极性和反馈网络的性质确定反馈信号Xf的极性；（3）根据反馈信号与输入信号的连接方式，计算净输入信号Xd：并联反馈连接方式（电流比较）：Xd=Xi+Xf串联反馈连接方式（电压比较）：Xd=Xi–Xf（4）根据定义作出结论。108正、负反馈的判别方法－瞬时极性法（1）首先假设输入信号Xi负反馈正反馈增大++++--uid+-AR2R1R3uiuouF+-uid+-AR2R1R4R3uouiuF+-反馈电压增强了输入信号的作用反馈电压削弱了输入信号的作用减小-+109负反馈正反馈增大++++--uid+-AR2R1R3uiuo（3）电压反馈与电流反馈a）电压反馈b）电流反馈在输出端，反馈信号的取样对象为输出电压时，称为电压反馈。在输出端，反馈信号的取样对象为输出电流时，称为电流反馈。110（3）电压反馈与电流反馈a）电压反馈b）电流反馈在输出端，反电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈由反馈网络在放大电路输出端的取样对象决定：电压反馈：反馈信号xf和输出电压成比例，即xf=Fvo电流反馈：反馈信号xf与输出电流成比例，即xf=Fio

并联结构串联结构111电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈由反馈网电压反馈与电流反馈电压负反馈RLvoxf

xidvo电压负反馈稳定输出电压xf=Fvo，

xid=xi－xf112电压反馈与电流反馈电压负反馈RLvoxfxidv电压反馈与电流反馈电流负反馈RLioxf

xidio电流负反馈稳定输出电流xf=Fio，

xid=xi－xf113电压反馈与电流反馈电流负反馈RLioxfxid电压反馈与电流反馈判断方法：负载短路法将负载短路，反馈量仍然存在——电流反馈。将负载短路（未接负载时输出对地短路），反馈量为零——电压反馈。电压反馈电流反馈反馈通路反馈通路简易判别：若反馈信号取自负载上端则为电压反馈，不取自负载上端则为电流反馈。114电压反馈与电流反馈判断方法：负载短路法将负载短电压反馈与电流反馈电压反馈反馈通路115电压反馈与电流反馈电压反馈反馈通路22（4）直流反馈与交流反馈a）直流反馈：反馈信号中只包含直流成分。影响电路直流性能，主要用于稳定静态工作点。b）交流反馈：反馈信号中只包含交流成分。影响电路动态性能，主要用于改善放大电路的动态性能，如提高A的稳定性、增加ri，降低ro，增大BW，改善输出波形、抑制干扰等。判断方法：电容观察法。反馈通路如果存在隔直电容，就是交流反馈；反馈通路存在旁路电容，则是直流反馈；如果不存在电容，就是交、直流反馈。在直接耦合放大电路中，既可传输交流信号，也可传输直流信号，此时引入的反馈为交、直流反馈。116（4）直流反馈与交流反馈a）直流反馈：反馈信号中只包含直流成基本放大A反馈网络F+3、反馈放大电路增益的一般表达式由方框图可得：（1）闭环增益的一般表达式117基本放大反馈网络+3、反馈放大电路增益的一般表达式由方框图可（2）闭环增益一般表达式的分析a）反馈深度开环增益与闭环增益之比，反映了反馈对放大电路的影响。若，则，即引入反馈后增益下降，这种反馈为负反馈。若，则，即引入反馈后增益增加，这种反馈为正反馈。若，则，说明放大电路没有输入信号时也有输出，此时电路处于自激振荡状态。118（2）闭环增益一般表达式的分析a）反馈深度开环增益与闭环增益b）环路增益c）深度负反馈时增益的近似表达式净输入量经基本放大电路和反馈网络循环一周所具有的增益称环路增益。也是描述反馈放大电路性能的重要指标。当时，相应的负反馈称深度负反馈，则119b）环路增益c）深度负反馈时增益的近似表达式净输入量经基本放4.1.2负反馈放大电路的四种组态在输出回路中，按Xf的来源不同，有电压反馈和电流反馈；在输入回路中，按Xf的接入方式不同，又分串联反馈和并联反馈。它们的不同组合，使负反馈放大电路有以下四种组态：电压串联负反馈电流串联负反馈电压并联负反馈电流并联负反馈1204.1.2负反馈放大电路的四种组态在输出回路中，按1、电压串联负反馈3）用瞬时极性法判断正负反馈。负反馈1）由输出端判断电压或电流反馈。当时，故为电压反馈2）由输入端判断串联或并联反馈。电压比较，故为串联反馈又：该电路为直接耦合，即为交直流反馈。电压串联交直流负反馈1211、电压串联负反馈3）用瞬时极性法判断正负反馈。负反馈1）由3）用瞬时极性法判断正负反馈。负反馈1）由输出端判断电压或电流反馈。电压反馈2）由输入端判断串联或并联反馈。串联反馈4）由反馈信号判断直流或或交流反馈。交流反馈电压串联交流负反馈1223）用瞬时极性法判断正负反馈。负反馈1）由输出端判断电压或电2、电流串联负反馈3）判断反馈极性。负反馈1）判断电压或电流反馈。电流反馈2）判断串联或并联反馈。串联反馈4）判断直流或或交流反馈。交直流反馈电流串联交直流负反馈1232、电流串联负反馈3）判断反馈极性。负反馈1）判断电压或电流3）判断反馈极性负反馈1）判断电压或电流反馈电流反馈2）判断串联或并联反馈串联反馈4）判断直流或或交流反馈交直流反馈电流串联交直流负反馈1243）判断反馈极性负反馈1）判断电压或电流反馈电流反馈2）判断3、电压并联负反馈3）判断反馈极性。负反馈1）判断电压或电流反馈。电压反馈2）判断串联或并联反馈。并联反馈4）判断直流或或交流反馈。交直流反馈电压并联交直流负反馈电流比较电压反馈能稳定输出电压。uoifi'iuo1253、电压并联负反馈3）判断反馈极性。负反馈1）判断电压或电流3）判断反馈极性。负反馈1）判断电压或电流反馈。电压反馈2）判断串联或并联反馈。并联反馈4）判断直流或或交流反馈。交直流反馈电压并联交直流负反馈1263）判断反馈极性。负反馈1）判断电压或电流反馈。电压反馈2）4、电流并联负反馈3）判断反馈极性。负反馈1）判断电压或电流反馈。电流反馈2）判断串联或并联反馈。并联反馈4）判断直流或交流反馈。交直流反馈电流并联交直流负反馈电流反馈能稳定输出电流。ioifi'iiouR31274、电流并联负反馈3）判断反馈极性。负反馈1）判断电压或电流3）判断反馈极性。负反馈1）判断电压或电流反馈。电流反馈2）判断串联或并联反馈。并联反馈4）判断直流或或交流反馈。交直流反馈电流并联交直流负反馈1283）判断反馈极性。负反馈1）判断电压或电流反馈。电流反馈2）负反馈放大电路中各种信号量的含义129负反馈放大电路中各种信号量的含义36电压负反馈：稳定输出电压，具有恒压特性串联反馈：输入端电压求和（KVL）电流负反馈：稳定输出电流，具有恒流特性并联反馈：输入端电流求和（KCL）负反馈类型小结：130电压负反馈：稳定输出电压，具有恒压特性串联反馈：输入端电压求串联负反馈信号源对反馈效果的影响Uid=Ui-Uf则Us最好为恒压源，即信号源内阻RS越小越好。要想反馈效果明显，就要求Uf变化能有效引起Uid的变化。131串联负反馈信号源对反馈效果的影响Uid=Ui-Uf信号源对反馈效果的影响并联负反馈Iid=Ii-If则Is最好为恒流源，即信号源内阻RS越大越好。要想反馈效果明显，就要求If变化能有效引起Iid的变化。132信号源对反馈效果的影响并联负反馈Iid=Ii-If§4.2负反馈对放大电路的影响负反馈对增益的影响负反馈对非线性失真的影响负反馈对通频带的影响负反馈对输入电阻的影响负反馈对输出电阻的影响负反馈对噪声、干扰和温漂的影响引入负反馈后，虽然放大倍数降低了，但对电路的性能有多方面的改善，改善的程度都与反馈深度有关。133§4.2负反馈对放大电路的影响负反馈对增益的影响引入负反4.2.1负反馈对增益的影响环境温度、电源电压的变化、电路元器件参数和特性的变化都会使放大电路的增益发生变化。1、深度负反馈情况负反馈放大电路的增益与开环放大电路的性能无关。反馈网络一般由性能稳定的无源线性元件组成。2、一般情况负反馈对放大电路增益稳定性改善的程度，通常用增益的相对变化率来衡量。1344.2.1负反馈对增益的影响环境温度、电源电压的变化、电路在不考虑相位关系情况下有反馈时增益的稳定性比无反馈时提高到(1+AF)倍。另一方面,在深度负反馈条件下即闭环增益只取决于反馈网络。当反馈网络由稳定的线性元件组成时，闭环增益将有很高的稳定性。负反馈的组态不同，稳定的增益不同（Auf、Arf、Agf、Aif）135在不考虑相位关系情况下有反馈时增益的稳定性比无反馈时提高到(例 某负反馈放大器，其A=104,反馈系数F＝0.01。由于外部条件变化使A变化了±10%，求Af的相对变化量。解：136例 某负反馈放大器，其A=104,反馈系数F＝0.01。由于4.2.2负反馈对非线性失真的影响失真的反馈信号，使净输入产生相反的失真，从而弥补了放大电路本身的非线性失真。负反馈可以改善放大电路的非线性失真，但是只能改善反馈环内产生的非线性失真。非线性失真使输出波形中的谐波分量增加，引入负反馈后，在保持输出信号基波成分不变的情况下（需增大输入信号），降低了谐波成分，从而减小了非线性失真。在非线性失真不太严重时，输出波形中的非线性失真系数近似减小为原来的1/（1+AF）。1374.2.2负反馈对非线性失真的影响失真的反馈信闭环时增益减小，线性度变好。只能减少环内放大电路产生的失真，如果输入波形本身就是失真的，即使引入负反馈，也无济于事。1——开环特性2——闭环特性138闭环时增益减小，线性度变好。只能减少环内放大电4.2.3负反馈对通频带的影响无反馈时中频增益引入负反馈后闭环中频增益设纯阻性1394.2.3负反馈对通频带的影响无反馈时中频增益引入负反馈比开环时增加了同理可得——闭环上限频率比开环时减小了——闭环下限频率引入负反馈后，放大电路的通频带展宽了140比开环时增加了同理可得——闭环上限频率比开环时减小了——闭环14148增益一带宽积放大电路的增益-带宽积为常数闭环增益-带宽积开环增益-带宽积142增益一带宽积放大电路的增益-带宽积为常数闭环增益-带宽积开无反馈时引入负反馈后引入负反馈后通频带展宽为（1+AmF）倍，但中频增益下降为无反馈时的1/（1+AmF）。故增益带宽积基本不变。可见，负反馈的反馈深度愈深，通频带展得就愈宽，中频增益下降愈多。比较与总结：143无反馈时引入负反馈后引入负反馈后通频带展宽为（1+AmF串联负反馈开环输入电阻Ri=vid/ii因为vf=F·xo;

xo=A·vid闭环输入电阻Rif=vi/ii所以vi=vid+vf=(1+AF)vid闭环输入电阻Rif=vi/ii引入串联负反馈后，输入电阻增加了。4.2.4负反馈对输入电阻的影响与串联或并联反馈方式有关，而与电压或电流反馈无关。144串联负反馈开环输入电阻Ri=vid/ii因为v并联负反馈闭环输入电阻引入并联负反馈后，输入电阻减小了。145并联负反馈闭环输入电阻引入并联负反馈后，输入电阻减电压负反馈4.2.5负反馈对输出电阻的影响与反馈网络和放大电路输出端的取样方式有关，而与输入端的连接方式无关。146电压负反馈4.2.5负反馈对输出电阻的影响与反闭环输出电阻电压负反馈而Xid=-Xf=-FvT

忽略反馈网络对iT的分流所以引入电压负反馈后，输出电阻减小了。147闭环输出电阻电压负反馈而Xid=-Xf=-F电流负反馈闭环输出电阻引入电流负反馈后，输出电阻增大了。148电流负反馈闭环输出电阻引入电流负反馈后，输出电阻增串联负反馈——并联负反馈——电压负反馈——电流负反馈——增大输入电阻减小输入电阻减小输出电阻，稳定输出电压增大输出电阻，稳定输出电流对输入电阻和输出电阻的影响小结4.2.6负反馈对噪声、干扰和温漂的影响原理同负反馈对放大电路非线性失真的改善。负反馈只对反馈环内的噪声、干扰和温漂有抑制作用。149串联负反馈——并联负反馈——电压负反馈——电流负例设Aud=105，R1=2kΩ，R2=18kΩ1）试估算反馈系数F、反馈深度（1+AudF）；2）估算闭环增益Auf；3）若集成运放的开环增益Aud的相对变化量为±10%，求闭环增益Auf的相对变化量；解：1）反馈系数为：反馈深度为：1+AudFu

=1+1050.1≈1044）若运放的fH=7Hz，fL=0，求闭环时的通频带。150例设Aud=105，R1=2kΩ，R2=18kΩ1）试估算反2）估算闭环增益Auf3）若开环增益Aud的相对变化量为±10%，则闭环增益Auf的相对变化量为：说明引入反馈深度为104的负反馈后，增益稳定性提高了。4）若运放的fH=7Hz，fL=0，闭环时的通频带为：BWf=fHf=（1+AudFu

）fH=1047=70kHZAud=1051+AudFu

≈1041512）估算闭环增益Auf3）若开环增益Aud的相对变化量为±14、反馈信号与输入信号的求和方式不同，对放大电路的输入电阻产生的影响不同。串联负反馈使输入电阻增大；并联负反馈使输入电阻减小。1、负反馈使电路增益下降，但提高了增益的稳定性。2、负反馈在牺牲增益的前提下，展宽了通频带，但闭环的增益带宽积AmfBWf与开环的增益带宽积AmBW近似相等。3、负反馈能改善环内的非线性失真，但对信号的失真无能为力。小结：1524、反馈信号与输入信号的求和方式不同，对放大电路的输入电阻产5、反馈信号在输出端采样方式不同，对放大电路的输出电阻产生的影响不同。电压负反馈使输出电阻减小；电流负反馈使输出电阻增大。6、电压负反馈可稳定输出电压；电流负反馈可稳定输出电流。7、负反馈对放大电路的影响均与反馈深度（1+AF）有关。负反馈越深，改善的效果越显著，但放大倍数下降越多。1535、反馈信号在输出端采样方式不同，对放大电路的输出电阻产生的练习与思考如果需要实现下列要求，在放大电路中应引入哪种类型的负反馈？1、要求输出电压UO基本稳定，并能提高输入电阻；2、要求稳定输出电流IO，并能减小输入电阻。154练习与思考如果需要实现下列要求，在放大电路中应引入哪种类型的由于则又因为代入上式得（也常写为xfxi）净输入量近似等于零由此可得深度负反馈条件下，基本放大电路“两虚”的概念输入量近似等于反馈量（xid0）§4.3深度负反馈放大电路的增益计算1.深度负反馈的特点对于负反馈放大电路，存在几种常用的分析方法，如等效电路分析法、方框图法、深度负反馈估算法等等。155由于则又因为代入上式得（也常写为xfxi）净输入量近串联负反馈，输入端电压求和深度负反馈条件下

xid=

xi-

xf

0

虚短虚断虚短虚断并联负反馈，输入端电流求和vid=

vi-

vf

0iid=

ii-

if

0vid=

iidri

0156串联负反馈，输入端电压求和深度负反馈条件下虚短虚断虚短虚断并增益计算原则：计算F时应采用分离原则，分离开输入对其的影响：串联反馈：将反馈网络的反馈点开路。并联反馈：将反馈网络的反馈点对地短路。特殊：若反馈网络的反馈点与输出取样点重合，则不进行上述处理。157增益计算原则：计算F时应采用分离原则，分离开输入对其的影响：1.电压串联负反馈的计算串联反馈时：1581.电压串联负反馈的计算串联反馈时：65计算反馈电压时只考虑输出对它的影响159计算反馈电压时只考虑输出对它的影响662.电流并联负反馈的计算虚短（虚地）并联反馈时：1602.电流并联负反馈的计算虚短并联反馈时：67并联负反馈的输入电阻小161并联负反馈的输入电阻小683.电压并联负反馈的计算虚短（虚地）并联反馈时：1623.电压并联负反馈的计算虚短并联反馈时：694.电流串联负反馈的计算串联负反馈时：1634.电流串联负反馈的计算串联负反馈时：70例2试分别按下列要求将信号源us、电阻Rf正确接入该电路。164例2试分别按下列要求将信号源us、电阻Rf正确接入该电路。71）引入电压串联负反馈1651）引入电压串联负反馈72例31）当ui=0时，UC1=UC2=？（设UBE=0.7V）2）要引入电压串联负反馈，Rf应如何连接？运放输入端的正负极性如何标志？3）引入电压串联负反馈后，求闭环电压增益Auf。4）要引入电压并联负反馈，Rf应如何连接？运放输入端的正负极性如何标志？Auf=？166例31）当ui=0时，2）要