学习模电模拟电路第七章

武汉大学电气工程学院乐健2011.01电子技术基础－模拟部分第七章

反馈放大电路第2页主要内容7.1反馈的基本概念与分类7.2负反馈放大电路的四种组态7.3负反馈放大电路增益的一般表达式7.4负反馈对放大电路性能的影响7.5深度负反馈条件下的近似计算7.6负反馈放大电路设计7.7负反馈放大电路的频率响应7.8负反馈放大电路的稳定性7.9重点与总结第3页7.1.2直流反馈与交流反馈7.1.3正反馈与负反馈7.1.4串联反馈与并联反馈7.1.1什么是反馈7.1.5电压反馈与电流反馈7.1反馈的基本概念与分类第4页

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。hfeibicvceIbvbehrevcehiehoe内部反馈外部反馈7.1.1什么是反馈

我们只研究外部反馈第5页输出信号反馈放大电路的输入信号反馈信号基本放大电路的输入信号（净输入信号）框图反馈通路——信号反向传输的渠道开环——无反馈通路闭环——有反馈通路第6页判断电路是否存在反馈通路反馈通路（本级）反馈通路（本级）反馈通路（级间）第7页

根据反馈到输入端的信号是交流，还是直流，或同时存在，来进行判别。直流反馈交、直流反馈7.1.2直流反馈与交流反馈第8页(a)直流通路(b)交流通路第9页正反馈：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。7.1.3正反馈与负反馈第10页判别方法：瞬时极性法,即在电路中，从输入端开始，沿着信号流向，标出某一时刻有关节点电压变化的斜率（正斜率或负斜率，用“(+)”、“(-)”号表示）。净输入量减小负反馈反馈通路对无源元件（电阻，电容，电感）而言，其两端的电压极性顺信号传递方向是相同的。第11页1.找出正确的反馈网络。2.标注好电压电流参考方向，电压参考方向一律以0电位为“-”。电流参考方向可自定，但一旦确定不可变动。3.断开反馈网络，从输入端开始分析。一般设置输入电压瞬时极性为（+）。顺输入路径开始依次分析瞬时极性。（+）（+）第12页（+）（+）4.信号传递过集成运放、三端器件、差放电路时尤其要注意。要根据输入输出信号间的相位关系来决定输入输出信号的瞬时极性关系！相位相同---瞬时极性相同；相位相反---瞬时极性相反；同相输入；输入输出同相；瞬时极性相同反相输入；输入输出反相；瞬时极性相反（-）集成运放的输入输出相位关系由符号内“+”“-”给出，是明显的。第13页单三端器件放大电路：根据组态判定；共源、共射—输入输出反相；共漏、共集—输入输出同相；共基、共栅—输入输出同相；差放电路：记住差模增益的正负很重要。首先配合电压参考方向，确定双输入端的电压瞬时极性（一般有一端瞬时极性在不记反馈时是不变的）其次结合单端输出（左、右），或双端输出的电压参考方向确定输入输出相位关系。最后确定瞬时极性关系（+）（-）（+）这两种的输入输出相位关系是隐含给出的！第14页（+）（+）（-）5.依次推导出各点电压瞬时极性，直到反馈与前向通路的连接点，连上反馈网络。（-）6.根据反馈网络与前向网络的连接和连接处的瞬时极性，判定对净输入的影响。7.判定净输入的变化、输出的变化只考虑绝对值。8.主要的三种净输入情况：集成运放、三端器件和差放第15页uiniinuo无论输入输出电压参考方向如何，输入电压绝对值变小，输出电压绝对值变小，反之变大。根据集成运放的电路模型，输入电流在输入电阻上的压降为输入电阻。则无论输入电流和输出电压参考方向如何，输入电流绝对值变小，输出电压绝对值变小，反之变大。集成运放的净输入一定是无分支的流入电流或同相与反相输入端间的电压。第16页uiniinuo以图为例：三端器件的净输入一定是无分支的基极流入电流或发射结电压。其它组态的类似分析。无论输入输出电压参考方向如何，输入电压绝对值变小，输出电压绝对值变小，反之变大。根据BJT的电路模型，输入电流在rbe的压降为输入电阻。则无论输入电流和输出电压参考方向如何，输入电流绝对值变小，输出电压绝对值变小，反之变大。第17页差放的净输入一定是两个基极（栅极）间的电压。或无分支的基极输入电流。无论输入输出电压参考方向如何，输入电压绝对值变小，输出电压绝对值变小，反之变大。根据差放的电路模型，输入电流在rdin的压降为输入电压。则无论输入电流和输出电压参考方向如何，输入电流绝对值变小，输出电压绝对值变小，反之变大。第18页（+）（+）（-）不接反馈时，净输入电流为i1。根据R2两端的电压瞬时极性，接入反馈后，流过R2的电流分支了净输入电流，净输入电流减小，因此输出减小。为负反馈。i1第19页9.多级放大电路应在接入反馈后，按绝对值变动情况，一直推导到整个电路的输入，得出其绝对值变化情况。净输入量增大正反馈反馈通路10.特别说明：在不接反馈时，由于输入瞬时极性的变化，净输入会有所增大。但接入反馈后，反馈的影响一定是占主要部分（经过了放大）。第20页级间反馈通路净输入量减小级间负反馈第21页反馈通路净输入量减小本级负反馈第22页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(KVL)

-vi+vid+vf=0

即vid=vi-

vf并联：输入以电流形式求和(KCL)

ii-iid-if=0

即iid=ii-if并联7.1.4串联反馈与并联反馈第23页xf(if)判断电路中的级间交流反馈是串联反馈还是并联反馈并联反馈级间反馈通路第24页xf(vf)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级间反馈通路第25页

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7.1.5电压反馈与电流反馈第26页电压负反馈RLvoxf

xidvo

电压负反馈稳定输出电压xf=Fvo，

xid=xi－xf第27页电流负反馈RLioxf

xidio

电流负反馈稳定输出电流xf=Fio，

xid=xi－xf第28页判断方法：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第29页电压反馈反馈通路第30页主要内容7.1反馈的基本概念与分类7.2负反馈放大电路的四种组态7.3负反馈放大电路增益的一般表达式7.4负反馈对放大电路性能的影响7.5深度负反馈条件下的近似计算7.6负反馈放大电路设计7.7负反馈放大电路的频率响应7.8负反馈放大电路的稳定性7.9重点与总结第31页7.2.2电压并联负反馈放大电路7.2.3电流串联负反馈放大电路7.2.4电流并联负反馈放大电路7.2.1电压串联负反馈放大电路7.2负反馈放大电路的四种组态第32页

输入以电压形式求和（KVL）：vid=vi-

vf

稳定输出电压特点：

电压控制的电压源7.2.1电压串联负反馈放大电路第33页

输入以电流形式求和（KCL）：iid=ii-if

稳定输出电压

电流控制的电压源特点：7.2.2电压并联负反馈放大电路第34页

输入以电压形式求和（KVL）：vid=vi-vf

稳定输出电流

电压控制的电流源特点：7.2.3电流串联负反馈放大电路第35页

输入以电流形式求和（KCL）：iid=ii-if

稳定输出电流

电流控制的电流源特点：7.2.4电流并联负反馈放大电路第36页电压负反馈：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）特点小结：第37页(+)(-)(+)(+)级间电压串联负反馈(+)反馈组态判断举例（交流）第38页电压并联负反馈反馈组态判断举例（交流）第39页直流反馈交、直流反馈(+)(+)(-)(+)(+)(+)电流串联负反馈反馈组态判断举例（交流）第40页串联负反馈vID=vI-vF

则vI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vF变化能有效引起vID的变化。信号源对反馈效果的影响第41页并联负反馈iID=iI-iF

则iI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。第42页主要内容7.1反馈的基本概念与分类7.2负反馈放大电路的四种组态7.3负反馈放大电路增益的一般表达式7.4负反馈对放大电路性能的影响7.5深度负反馈条件下的近似计算7.6负反馈放大电路设计7.7负反馈放大电路的频率响应7.8负反馈放大电路的稳定性7.9重点与总结第43页1.闭环增益的一般表达式反馈系数闭环增益因为所以开环增益已知闭环增益的一般表达式即7.3负反馈放大电路增益的一般表达式第44页负反馈放大电路中各种信号量的含义第45页2.反馈深度讨论

一般情况下，A和F都是频率的函数，当考虑信号频率的影响时，Af、A和F分别用、和表示。

即称为反馈深度(1)时，,一般负反馈(2)

时，深度负反馈(3)

时，，正反馈(4)

时，，自激振荡第46页主要内容7.1反馈的基本概念与分类7.2负反馈放大电路的四种组态7.3负反馈放大电路增益的一般表达式7.4负反馈对放大电路性能的影响7.5深度负反馈条件下的近似计算7.6负反馈放大电路设计7.7负反馈放大电路的频率响应7.8负反馈放大电路的稳定性7.9重点与总结第47页7.4.2减小非线性失真7.4.3抑制反馈环内噪声7.4.4对输入电阻和输出电阻的影响7.4.1提高增益的稳定性7.4负反馈对放大电路性能的影响第48页对A求导得只考虑幅值有即闭环增益相对变化量比开环减小了1+AF

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（Avf

、Arf

、Agf

、Aif）7.4.1提高增益的稳定性闭环时另一方面,在深度负反馈条件下第49页

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

7.4.2减小非线性失真第50页7.4.3抑制反馈环内噪声电压的信噪比

增加一前置级

并认为该级为无噪声比原有的信噪比提高了倍新的信噪比

第51页

串联负反馈1.对输入电阻的影响开环输入电阻Ri=vid/ii因为vf=F·xoxo=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。7.4.4对输入电阻和输出电阻的影响第52页

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。注意:反馈对输入电阻的影响仅限于环内，对环外不产生影响。第53页但是当R1>>

时，反馈对Rif几乎没有影响。图中R1不在环内例如第54页2.对输出电阻的影响

电压负反馈第55页闭环输出电阻而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。第56页

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。注意:反馈对输出电阻的影响仅限于环内，对环外不产生影响。第57页

负反馈对放大电路性能的改善，是以牺牲增益为代价的，且仅对环内的性能产生影响。特别注意表7.4.1的内容串联负反馈——

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，稳定输出电流第58页主要内容7.1反馈的基本概念与分类7.2负反馈放大电路的四种组态7.3负反馈放大电路增益的一般表达式7.4负反馈对放大电路性能的影响7.5深度负反馈条件下的近似计算7.6负反馈放大电路设计7.7负反馈放大电路的频率响应7.8负反馈放大电路的稳定性7.9重点与总结第59页即深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈网络有关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净输入量近似等于零1.深度负反馈的特点7.5深度负反馈条件下的近似计算由于则又因为代入上式得（也常写为xfxi）（xid0

）第60页串联负反馈，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

0第61页

电压串联负反馈

设电路满足深度负反馈条件，试写出该电路的闭环电压增益表达式。

解：

根据虚短、虚断反馈系数闭环增益（就是闭环电压增益）2.举例第62页2.举例(例7.5.1)

电压串联负反馈

设电路满足深度负反馈条件，试写出该电路的闭环电压增益表达式。

解：

根据虚短、虚断闭环电压增益第63页

设电路满足深度负反馈条件，试写出该电路的闭环增益和闭环源电压增益表达式。

2.举例(例7.5.4)

电流并联负反馈解：

根据虚短、虚断闭环增益所以闭环电压增益注意：若io参考方向不同，将影响闭环增益的结果

又因为iR第64页解:（3）

闭环增益例7.5.5…（3）求大环反馈的闭环增益以及对信号源的闭环电压增益；…

电压并联负反馈根据虚短、虚断0V第65页主要内容7.1反馈的基本概念与分类7.2负反馈放大电路的四种组态7.3负反馈放大电路增益的一般表达式7.4负反馈对放大电路性能的影响7.5深度负反馈条件下的近似计算7.6负反馈放大电路设计7.7负反馈放大电路的频率响应7.8负反馈放大电路的稳定性7.9重点与总结第66页7.6.1设计负反馈放大电路的一般步骤7.6.2设计举例7.6负反馈放大电路设计第67页7.6.1设计负反馈放大电路的一般步骤4.通过仿真分析，检验设计是否满足要求1.选定需要的反馈类型信号源性质对输出信号的要求对输入、输出电阻的要求对信号变换的要求（V-V、V-I、I-V、I-I

）2.

确定反馈系数的大小深度负反馈时3.适当选择反馈网络中的电阻阻值尽量减小反馈网络对基本放大电路的负载效应第68页例7.6.2:设计一个带负反馈的光电隔离器的驱动电路。设vs的变化范围为0～5V，内阻Rs=500Ω。要求LED的io1=10-3vs(A)。已知运放的Avo=104，Ri=5kΩ，Ro=100Ω。设计后仿真检验发光二极管的电流。

解:驱动电路需要将电压vs转换为电流io1已知LED的光强度——流过LED的电流io1线性——电压信号vs线性选用电流串联负反馈电路光电隔离器第69页解:选用电流串联负反馈电路所以Rf=1kΩ深度负反馈时又因为根据虚断有第70页仿真电路io1与vs的呈线性关系，

io1=10-3vs，放大电路满足设计要求。第71页主要内容7.1反馈的基本概念与分类7.2负反馈放大电路的四种组态7.3负反馈放大电路增益的一般表达式7.4负反馈对放大电路性能的影响7.5深度负反馈条件下的近似计算7.6负反馈放大电路设计7.7负反馈放大电路的频率响应7.8负反馈放大电路的稳定性7.9重点与总结第72页7.7.2增益一带宽积7.7.1频率响应的一般表达式7.7负反馈放大电路的频率响应第73页7.7.1频率响应的一般表达式同理可得因此：引入负反馈后，放大电路的通频带展宽了基本放大电路的高频响应

为基本放大电路通带增益根据闭环增益表达式有（设反馈网络为纯阻网络）——通带闭环增益其中:比开环时增加了——闭环上限频率比开环时减小了——闭环下限频率第74页例7.7.1的波特图

第75页放大电路的增益-带宽积为常数

闭环增益-带宽积开环增益-带宽积7.7.2增益一带宽积第76页主要内容7.1反馈的基本概念与分类7.2负反馈放大电路的四种组态7.3负反馈放大电路增益的一般表达式7.4负反馈对放大电路性能的影响7.5深度负反馈条件下的近似计算7.6负反馈放大电路设计7.7负反馈放大电路的频率响应7.8负反馈放大电路的稳定性7.9重点与总结第77页7.8负反馈放大电路的稳定性7.8.1自激振荡及稳定工作的条件

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。1.自激振荡现象

和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。2.产生原因第78页3.自激振荡条件自激振荡反馈深度时闭环增益即，（为环路增益）又得自激振荡条件幅值条件相位条件（附加相移）第79页

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Gm-10dBm——相位裕度，一般要求m45（保证可靠稳定，留有余地）4.稳定工作条件破坏自激振荡条件或写成等式，且幅值用分贝数表示时第80页Gm-10dB或m45用波特图表示或第81页5.负反馈放大电路稳定性分析环路增益的幅频响应写为利用波特图分析一般与频率无关，则的幅频响应是一条水平线水平线与的交点为即该点满足关键作出的幅频响应和相频响应波特图第82页判断稳定性方法(3)判断是否满足相位裕度m45(1)作出的幅频响应和相频响应波特图(2)作水平线在水平线与的交点作垂线交相频响应曲线的一点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。或第83页

反馈深度越深，越容易自激。7.8.1自激振荡及稳定工作的条件P点交在的-20dB/十倍频程处，放大电路是稳定的。越大，水平线下移，越容易自激越大，表明反馈深度越深基本放大增大基本放大电点第84页7.9重点与总结

反馈的判断；尤其是四种组态的负反馈的判断；四种组态负反馈时对电路性能的影响；深度负反馈下的计算（虚短、虚断）；负反馈下电路稳定性的判断；第85页作业对本章讲课的意见。习题：7.1.27.2.47.3.37.4.47.5.27.6.17.8.2谢谢！第86页例：判断图所示各电路中是否引入了反馈；若引入了反馈，则判断是正反馈还是负反馈；若引入了交流负反馈，则判断是哪种组态的负反馈，并求出反馈系数和深度负反馈条件下的电压放大倍数.电流串联负反馈

电压并联负反馈

第87页电压串联负反馈

引入了正反馈

第88页例：判断图所示各电路中是否引入了反馈，是直流反馈还是交流反馈，是正反馈还是负反馈。

引入了直流负反馈

引入了交、直流正反馈

第89页引入了交、直流负反馈

通过Rs引入直流负反馈，通过Rs、R1、R2并联引入交流负反馈。

第90页通过R3和R7引入直流负反馈，通过R4引入交、直流负反馈。

第91页例：试问：若以稳压管的稳定电压UZ作为输入电压，则当R2的滑动端位置变化时，输出电压UO的调节范围为多少？

第92页

例：以集成运放作为放大电路，引入合适的负反馈，分别达到下列目的，要求画出电路图来。（1）实现电流－电压转换电路；（2）实现电压－电流转换电路；（3）实现输入电阻高、输出电压稳定的电压放大电路；（4）实现输入电阻低、输出电流稳定的电流放大电路。第93页第94页

例：要实现如下目的，应引入何种反馈/稳定直流工作点；2)稳定输出电压；3)稳定输出电流；4)提高输入电阻；5)降低输入电阻；6)降低输出电阻、减小放大电路对信号源的影响；7)提高输入和输出电阻。解：1）引入直流负反馈；

2）电压并/串联负反馈；

3）电流并/串联负反馈；

4）电压/电流串联负反馈；

5）电压/电流并联负反馈；

6）电压串联负反馈；

7）电流串联负反馈；第95页例：分析下列反馈是正反馈还是负反馈，是交流反馈还是直流反馈。

解：交直流反馈；

1）交流反馈——正反馈；

2）直流反馈——负反馈。第96页解：交直流反馈；

1）A2自身带有深度电压串联负反馈；

2）A1为电压并联负反馈。第97页解：交直流反馈；

1）A2自身带有电压并联负反馈；

2）A1有两个反馈支路；一为电压并联负反馈；二为正反馈。第98页例：写出下列负反馈放大电路的闭环增益。

第99页第100页例：判断如图所示各电路中的反馈极性和类型解：R4：直流负反馈

R6：电流串联负反馈第101页R2：电流串联负反馈R4+R3：电压串联负反馈第102页例：判断图中电路的反馈类型

Re1、Re2——局部电流串联负反馈；

Rf1、Rf2——总体直流负反馈；

Re1——总体电流串联负反馈。第103页例：如图所示，指出错误或不合理处。图a是Auf为10倍的交流放大器，图b是电压控制电流源，图c是Uo/U1为100倍的直流放大器。(a)(b)(c)第104页例：放大电路如图所示。为了使Au稳定，R0小，应引入什么类型的反馈？在图中画出连线方法。如果要求，选定元件的值。19k第105页例：如图所示，反馈可从最后一级放大电路的集电极或发射极连接至第一级的基极或发射极（即1-3,1-4,2-3,2-4）。判断这4种接法的类型，是正反馈还是负反馈。

1-3：电压并联负反馈；1-4：