反馈放大电路

反馈放大电路第一页，共七十一页，编辑于2023年，星期日7.1反馈的基本概念与分类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第二页，共七十一页，编辑于2023年，星期日7.1.1什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。hfeibicvceIbvbehrevcehiehoe内部反馈外部反馈第三页，共七十一页，编辑于2023年，星期日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）7.1.1什么是反馈框图反馈通路——信号反向传输的渠道开环——无反馈通路闭环——有反馈通路第四页，共七十一页，编辑于2023年，星期日判断电路是否存在反馈通路7.1.1什么是反馈反馈通路（本级）反馈通路（本级）反馈通路（级间）第五页，共七十一页，编辑于2023年，星期日7.1.2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。直流反馈交、直流反馈第六页，共七十一页，编辑于2023年，星期日7.1.2直流反馈与交流反馈(a)直流通路(b)交流通路第七页，共七十一页，编辑于2023年，星期日7.1.3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。第八页，共七十一页，编辑于2023年，星期日7.1.3正反馈与负反馈判别方法：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九页，共七十一页，编辑于2023年，星期日级间反馈通路净输入量减小级间负反馈7.1.3正反馈与负反馈第十页，共七十一页，编辑于2023年，星期日7.1.3正反馈与负反馈反馈通路净输入量减小本级负反馈第十一页，共七十一页，编辑于2023年，星期日7.1.4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并联第十二页，共七十一页，编辑于2023年，星期日判断电路中的级间交流反馈是串联反馈还是并联反馈7.1.4串联反馈与并联反馈并联反馈级间反馈通路xf(if)第十三页，共七十一页，编辑于2023年，星期日判断电路中的级间交流反馈是串联反馈还是并联反馈7.1.4串联反馈与并联反馈串联反馈级间反馈通路xf(vf)第十四页，共七十一页，编辑于2023年，星期日7.1.5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

并联结构串联结构第十五页，共七十一页，编辑于2023年，星期日7.1.5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－xf第十六页，共七十一页，编辑于2023年，星期日7.1.5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－xf第十七页，共七十一页，编辑于2023年，星期日7.1.5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第十八页，共七十一页，编辑于2023年，星期日7.1.5电压反馈与电流反馈电压反馈反馈通路第十九页，共七十一页，编辑于2023年，星期日7.2负反馈放大电路的四种组态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反馈组态判断举例（交流）

信号源对反馈效果的影响第二十页，共七十一页，编辑于2023年，星期日7.2.1电压串联负反馈放大电路1.输入端各种信号以电压形式出现，形成电压求和关系（KVL）：vid=vi-vf

输出端的信号是电压。2.稳定输出电压特点：3.电压控制的电压源第二十一页，共七十一页，编辑于2023年，星期日7.2.2电压并联负反馈放大电路1.输入端各种信号以电流形式出现，形成电流求和关系（KCL）：iid=ii-if输出端的信号是电压。2.稳定输出电压3.电流控制的电压源特点：第二十二页，共七十一页，编辑于2023年，星期日7.2.3电流串联负反馈放大电路2.稳定输出电流3.电压控制的电流源特点：1.输入端各种信号以电压形式出现，形成电压求和关系（KVL）：vid=vi-vf

输出端的信号是电流。第二十三页，共七十一页，编辑于2023年，星期日7.2.4电流并联负反馈放大电路2.稳定输出电流3.电流控制的电流源特点：1.输入端各种信号以电流形式出现，形成电流求和关系（KCL）：iid=ii-if输出端的信号是电流。第二十四页，共七十一页，编辑于2023年，星期日电压负反馈：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：第二十五页，共七十一页，编辑于2023年，星期日反馈组态判断举例（交流）(+)(-)(+)(+)电压串联负反馈(+)第二十六页，共七十一页，编辑于2023年，星期日反馈组态判断举例（交流）电压并联负反馈第二十七页，共七十一页，编辑于2023年，星期日直流反馈交、直流反馈反馈组态判断举例（交流）(+)(+)(-)(+)(+)(+)电流串联负反馈第二十八页，共七十一页，编辑于2023年，星期日反馈组态判断举例（交流）电流并联负反馈第二十九页，共七十一页，编辑于2023年，星期日串联负反馈信号源对反馈效果的影响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。第三十页，共七十一页，编辑于2023年，星期日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。第三十一页，共七十一页，编辑于2023年，星期日7.3负反馈放大电路增益的一般表达式1.闭环增益的一般表达式2.反馈深度讨论3.环路增益第三十二页，共七十一页，编辑于2023年，星期日1.闭环增益的一般表达式所以闭环增益开环增益反馈系数已知因为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三十三页，共七十一页，编辑于2023年，星期日负反馈放大电路中各种信号量的含义7.3负反馈放大电路增益的一般表达式第三十四页，共七十一页，编辑于2023年，星期日2.反馈深度讨论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7.3负反馈放大电路增益的一般表达式第三十五页，共七十一页，编辑于2023年，星期日7.4负反馈对放大电路性能的影响7.4.2减小非线性失真7.4.3扩展频带7.4.5对输入电阻和输出电阻的影响7.4.1提高增益的稳定性7.4.4抑制反馈环内噪声第三十六页，共七十一页，编辑于2023年，星期日7.4.1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对相变化量比开环减小了1+AF另一方面,在深度负反馈条件下有：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）第三十七页，共七十一页，编辑于2023年，星期日7.4.2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。1——开环特性2——闭环特性第三十八页，共七十一页，编辑于2023年，星期日7.4.3扩展频带

放大电路加入负反馈后，增益下降，但通频带却加宽了，如图6.14所示。

图6.14负反馈对通频带的影响无反馈时的通频带f=fH－fLfH，有反馈时的放大电路高频段的增益为第三十九页，共七十一页，编辑于2023年，星期日有反馈时的通频带ffH=(1+AF)fH负反馈放大电路扩展通频带有一个重要的特性，即增益与通频带之积为常数：第四十页，共七十一页，编辑于2023年，星期日7.4.4抑制反馈环内噪声比原有的信噪比提高了倍电压的信噪比：增加一前置级并认为该级为无噪声的新的信噪比第四十一页，共七十一页，编辑于2023年，星期日7.4.5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（1+AF）倍。第四十二页，共七十一页，编辑于2023年，星期日7.4.5对输入电阻和输出电阻的影响并联负反馈1.对输入电阻的影响闭环输入电阻引入并联负反馈后，输入电阻减小了（1+AF）倍。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。第四十三页，共七十一页，编辑于2023年，星期日例如图中R1不在环内但是当R1>>

时，反馈对Rif几乎没有影响。第四十四页，共七十一页，编辑于2023年，星期日7.4.4对输入电阻和输出电阻的影响2.对输出电阻的影响电压负反馈闭环输出电阻而Xid=-Xf=-FvT

忽略反馈网络对iT的分流得：所以引入电压负反馈后，输出电阻减小了（1+AF）倍。第四十五页，共七十一页，编辑于2023年，星期日7.4.5对输入电阻和输出电阻的影响2.对输出电阻的影响

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（1+AF）倍。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。第四十六页，共七十一页，编辑于2023年，星期日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7.4.1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7.4.5对输入电阻和输出电阻的影响第四十七页，共七十一页，编辑于2023年，星期日7.5深度负反馈条件下的近似计算1.深度负反馈的特点2.举例第四十八页，共七十一页，编辑于2023年，星期日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又因为代入上式得：（也常写为xfxi）净输入信号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”的概念输入信号近似等于反馈信号（xid0）第四十九页，共七十一页，编辑于2023年，星期日1.深度负反馈的特点串联负反馈，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

在深度负反馈条件下，在放大器的输入端，“虚短”和“虚断”同时存在。第五十页，共七十一页，编辑于2023年，星期日2.举例反馈组态为电压串联负反馈。反馈系数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、虚断求解。闭环增益（就是闭环电压增益）：第五十一页，共七十一页，编辑于2023年，星期日2.举例反馈组态为电压串联负反馈。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、虚断得：闭环电压增益：第五十二页，共七十一页，编辑于2023年，星期日2.举例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电流增益和闭环电压增益表达式。解：根据虚短、虚断得：闭环电流增益为：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第五十三页，共七十一页，编辑于2023年，星期日7.6负反馈放大电路设计7.6.1设计负反馈放大电路的一般步骤7.6.2设计举例第五十四页，共七十一页，编辑于2023年，星期日7.6.1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五十五页，共七十一页，编辑于2023年，星期日7.6.2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五十六页，共七十一页，编辑于2023年，星期日解: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7.6.2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。第五十七页，共七十一页，编辑于2023年，星期日解: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。7.6.2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。第五十八页，共七十一页，编辑于2023年，星期日7.7负反馈放大电路的频率响应7.7.2增益一带宽积7.7.1频率响应的一般表达式第五十九页，共七十一页，编辑于2023年，星期日7.7.1频率响应的一般表达式基本放大电路的高频响应比开环时增加了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第六十页，共七十一页，编辑于2023年，星期日7.7.1频率响应的一般表达式例7.7.1的波特图第六十一页，共七十一页，编辑于2023年，星期日7.7.2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-带宽积第六十二页，共七十一页，编辑于2023年，星期日7.8负反馈放大电路的稳定性*7.8.2频率补偿7.8.1自激振荡及稳定工作的条件第六十三页，共七十一页，编辑于2023年，星期日7.8.1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。第六十四页，共七十一页，编辑于2023年，星期日7.8.1自激振荡及稳定工作的条件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