模拟电子技术基础第八章反馈放大电路

模拟电子技术基础第八章反馈放大电路第一页，共96页。8.1反馈的基本概念与分类8.1.1什么是反馈8.1.2直流反馈与交流反馈8.1.3正反馈与负反馈8.1.4串联反馈与并联反馈8.1.5电压反馈与电流反馈8.1.6负反馈放大电路的四种组态第二页，共96页。8.1.1什么是反馈

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。内部反馈外部反馈第三页，共96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）框图第四页，共96页。反馈通路——信号反向传输的渠道开环——无反馈通路闭环——有反馈通路反馈通路（反馈网络）信号的正向传输第五页，共96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）第六页，共96页。理论上电源线和地线不能作为反馈通路反馈通路（级间）第七页，共96页。8.1.2直流反馈与交流反馈

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。交、直流反馈交流反馈第八页，共96页。直流反馈交、直流反馈第九页，共96页。8.1.3正反馈与负反馈正反馈：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。第十页，共96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(+)(+)(-)(-)净输入量增大负反馈正反馈反馈通路反馈通路第十一页，共96页。(+)(+)(+)(+)(-)(-)级间反馈通路净输入量减小级间负反馈反馈通路本级反馈通路第十二页，共96页。(+)(-)(+)(+)级间反馈通路净输入量减小级间负反馈第十三页，共96页。(+)(+)(+)反馈通路净输入量减小本级负反馈第十四页，共96页。8.1.4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（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并联第十五页，共96页。并联：反馈量xf和输入量xi接于同一输入端。串联：反馈量xf和输入量xi接于不同的输入端。由信号在输入端的连接方式判定第十六页，共96页。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xf(if)第十七页，共96页。串联反馈级间反馈通路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第十八页，共96页。信号源对反馈效果的影响串联负反馈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。第十九页，共96页。信号源对反馈效果的影响并联负反馈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。第二十页，共96页。8.1.5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并联结构串联结构电流反馈：反馈信号xf与输出电流成比例，即xf=Fio

第二十一页，共96页。电压负反馈RLvoxf

xidvo

电压负反馈稳定输出电压xf=Fvo，

xid=xi－xf第二十二页，共96页。电流负反馈RLioxf

xidio

电流负反馈稳定输出电流xf=Fio，

xid=xi－xf第二十三页，共96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二十四页，共96页。电压反馈反馈通路第二十五页，共96页。电流反馈反馈通路第二十六页，共96页。8.1.6负反馈放大电路的四种组态由此可组成四种组态：输入端：输出端：电压串联电压并联电流串联电流并联四种组态反馈网络在放大电路输入端的连接分为串联和并联两种方式。反馈信号在输出端分为电压取样和电流取样两种方式。第二十七页，共96页。1.电压串联负反馈放大电路

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（VCVS），电压/电压转换第二十八页，共96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（CCVS），电流/电压转换特点：2.电压并联负反馈放大电路第二十九页，共96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（VCCS），电压/电流转换特点：3.电流串联负反馈放大电路第三十页，共96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（CCCS），电流/电流转换特点：4.电流并联负反馈放大电路第三十一页，共96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）不同组态的特点：第三十二页，共96页。反馈组态判断举例（交流）(+)(-)(-)(-)级间电流并联负反馈第三十三页，共96页。(+)(+)(-)(-)电压并联负反馈反馈组态判断举例（交流）第三十四页，共96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）第三十五页，共96页。(+)(+)(-)(+)(+)电压串联负反馈反馈组态判断举例（交流）第三十六页，共96页。

例:试判断下图所示电路的反馈组态。解:

根据瞬时极性法，见图中的红色“+”、“-”号，可知经电阻R1加在基极B1上的是直流并联负反馈。因反馈信号与输出电流成比例，故又为电流反馈。结论：是直流电流并联负反馈。

经Rf加在E1上是交流负反馈。反馈信号和输入信号加在T1两个输入电极，故为串联反馈。结论：交流电压串联负反馈。第三十七页，共96页。

例:试判断下图的反馈组态。解:

根据瞬时极性法，见图中的红色“+”、“-”号，可知是负反馈。因反馈信号和输入信号加在运放A1的两个输入端，故为串联反馈。

因反馈信号与输出电压成比例，故为电压反馈。结论：交直流串联电压负反馈。第三十八页，共96页。8.2负反馈放大电路增益的一般表达式输入输出1.信号的单向化传输信号的正向传输信号的反向传输信号在反馈网络中的正向传输信号在基本放大电路中的反向传输正向传输：信号由输入到输出的传输反向传输：信号由输出到输入的传输第三十九页，共96页。输入输出信号的正向传输信号的反向传输正向传输：信号由输入到输出的传输反向传输：信号由输出到输入的传输第四十页，共96页。开环增益反馈系数闭环增益因为所以已知闭环增益的一般表达式即2.闭环增益的一般表达式第四十一页，共96页。信号量或信号传递比反馈组态电压串联电流并联电压并联电流串联Av=vo/vidAi=io/iidF=xf/xoFv=vf/voFi=if/ioAvf=vo/vi功能vi控制vo，电压放大ii控制io，电流放大xoxi、xf、xidAf=xo/xi负反馈放大电路中各种信号量的含义A=xo/xidvoiovi、vf、vidii、if、iidii控制vo，电流转换为电压vi控制io，电压转换为电流voiovi、vf、vidii、if、iid第四十二页，共96页。一般负反馈称为反馈深度深度负反馈正反馈自激振荡

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3.反馈深度讨论第四十三页，共96页。8.3负反馈对放大电路性能的影响8.3.1提高增益的稳定性8.3.2减小非线性失真8.3.3抑制反馈环内噪声8.3.4对输入电阻和输出电阻的影响8.3.5扩展频带第四十四页，共96页。8.3.1提高增益的稳定性闭环时对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（Avf

、Arf

、Agf

、Aif）第四十五页，共96页。8.3.2减小非线性失真闭环时增益减小，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。第四十六页，共96页。8.3.3抑制反馈环内噪声自学第四十七页，共96页。8.3.4对输入电阻和输出电阻的影响

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。第四十八页，共96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。第四十九页，共96页。例如图中R1不在环内但是当R1>>

时，反馈对Rif几乎没有影响。第五十页，共96页。

电压负反馈2.对输出电阻的影响第五十一页，共96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。

电压负反馈第五十二页，共96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。第五十三页，共96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。串联负反馈——

并联负反馈——

电压负反馈——

电流负反馈——

特别注意表8.3.1的内容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，稳定输出电流第五十四页，共96页。为改善性能引入负反馈的一般原则

要稳定直流量——引直流负反馈

要稳定交流量——引交流负反馈

要稳定输出电压——引电压负反馈

要稳定输出电流——引电流负反馈

要增大输入电阻——引串联负反馈

要减小输入电阻——引并联负反馈第五十五页，共96页。例：在下图所示的电路中，为了实现下述的性能要求，问各应引入何种负反馈？将结果画在电路上。第五十六页，共96页。1.

希望Vs=0时，元件参数的改变对末级集电极电流影响小；2.

希望输入电阻较大；3.

希望输出电阻较小；4.

希望接上负载后，电压放大倍数基本不变；5.

希望信号源为电流源时，反馈的效果比较好。1.直流电流负反馈2.串联负反馈3.电压负反馈4.稳定输出电压，电压负反馈5.并联负反馈第五十七页，共96页。1.直流电流负反馈第五十八页，共96页。2.串联负反馈第五十九页，共96页。3.电压负反馈第六十页，共96页。4.稳定输出电压，电压负反馈第六十一页，共96页。5.并联负反馈第六十二页，共96页。8.3.5扩展频带1.频率响应的一般表达式基本放大电路的高频响应

为基本放大电路通带增益比开环时增加了根据闭环增益表达式有（设反馈网络为纯阻网络）——闭环通带增益其中同理可得——闭环上限频率比开环时减小了——闭环下限频率第六十三页，共96页。2.不同负反馈深度下的频带第六十四页，共96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3.增益-带宽积第六十五页，共96页。8.4深度负反馈条件下的近似计算1.深度负反馈的特点即，深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈网络有关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

）#

如何满足深度负反馈条件？#既然深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈网络有关，那么是否意味着基本放大电路的增益A已经无关紧要了？第六十六页，共96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第六十七页，共96页。(1)找出信号放大通路和反馈通路(2)用瞬时极性法判断正、负反馈(3)判断交、直流反馈(4)判断反馈组态(5)标出输入量、输出量及反馈量(6)估算深度负反馈条件下电路的F、Af、Avf。（常常利用虚短和虚断直接列表达式求解）2.分析负反馈放大电路的一般步骤第六十八页，共96页。

电压串联负反馈反馈系数

实际上该电路就是第2章介绍的同相比例放大电路，此处结果与第2章所得结果相同

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、虚断闭环增益（就是闭环电压增益）3.举例第六十九页，共96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、虚断闭环电压增益vivf第七十页，共96页。

电流并联负反馈

设电路满足深度负反馈条件，试写出该电路的闭环增益和闭环电压增益表达式。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

iiiidifioiR又因为第七十一页，共96页。

电流并联负反馈

设电路满足深度负反馈条件，试写出该电路的闭环增益和闭环电压增益表达式。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iiiidifioiR参考方向不同时第七十二页，共96页。0Viiiidif解: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；…

（3）电压并联负反馈根据虚短、虚断第七十三页，共96页。解:闭环增益

（3）电压并联负反馈根据虚短、虚断vs+-将信号源变为电压源所以闭环源电压增益又因为0Viiiidif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；…第七十四页，共96页。

例题:回答下列问题。

图7.15例题7.04电路图①求图7.15在静态时运放的共模输入电压;②若要实现串联电压反馈,Rf应接向何处?③要实现串联电压负反馈,运放的输入端极性如何确定？第七十五页，共96页。

解：①静态时运放的共模输入电压，即静态时T1和T2的集电极电位。

Ic1=Ic2=Ic3/2第七十六页，共96页。

解②:可以把差动放大电路看成运放A的输入级。输入信号加在T1的基极，要实现串联反馈，反馈信号必然要加在B2。所以要实现串联电压反馈,Rf应接向B2。解③既然是串联反馈,反馈和输入信号接到差放的两个输入端。要实现负反馈，必为同极性信号。差放输入端的瞬时极性，见图中红色标号。根据串联反馈的要求，可确定B2的极性，见图中绿色标号，由此可确定运放的输入端极性。

图7.15例题7.04电路图第七十七页，共96页。8.5负反馈放大电路设计8.5.1设计负反馈放大电路的一般步骤8.5.2设计举例第七十八页，共96页。8.5.1设计负反馈放大电路的一般步骤1.选定需要的反馈类型2.确定反馈系数的大小3.适当选择反馈网络中的电阻阻值4.通过仿真分析，检验设计是否满足要求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

）深度负反馈时尽量减小反馈网络对基本放大电路的负载效应第七十九页，共96页。8.5.2设计举例例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八十页，共96页。解:选用电流串联负反馈电路所以Rf=1kΩ又因为根据虚断有深度负反馈时第八十一页，共96页。8.6负反馈放大电路的稳定性8.6.1自激振荡及稳定工作的条件8.6.2频率补偿第八十二页，共96页。8.6.1自激振荡及稳定工作的条件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。第八十三页，共96页。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）注：输入端求和的相位（-1）不包含在内闭环增益注：负反馈放大电路是否自激振荡实际上与输入信号无关。第八十四页，共96页。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Gm-10dBm——相位裕度，一般要求m45（保证可靠稳定，留有余地）写成等式，且幅值用分贝数表示时第八十五页，共96页。用波特图表示或Gm-10dB或m45第八十六页，共96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一般与频率无关，则的幅频响应是一条水平线利用波特