电子技术基础模拟部分(第六版康华光)第8章-反馈放大电路

《电子技术根底》模拟局部〔第六版〕华中科技大学张林电子技术根底模拟局部1绪论2运算放大器3二极管及其根本电路4场效应三极管及其放大电路5双极结型三极管及其放大电路6频率响应7模拟集成电路8反响放大电路9功率放大电路10信号处理与信号产生电路11直流稳压电源8反响放大电路8.1反响的根本概念与分类8.2负反响放大电路增益的一般表达式8.3负反响对放大电路性能的影响8.4深度负反响条件下的近似计算8.5负反响放大电路设计8.6负反响放大电路的稳定性8.1反响的根本概念与分类8.1.1什么是反响8.1.2直流反响与交流反响8.1.3正反响与负反响8.1.4串联反响与并联反响8.1.5电压反响与电流反响8.1.6负反响放大电路的四种组态8.1.1什么是反响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。内部反响外部反响8.1.1什么是反响输出信号反响放大电路的输入信号反响信号根本放大电路的输入信号〔净输入信号〕框图8.1.1什么是反响反响通路——信号反向传输的渠道开环——无反响通路闭环——有反响通路反响通路〔反响网络〕信号的正向传输8.1.1什么是反响判断电路是否存在反响通路反响通路〔本级〕反响通路〔本级〕反响通路〔级间〕8.1.1什么是反响理论上电源线和地线不能作为反响通路反响通路〔级间〕8.1.2直流反响与交流反响根据反响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、直流反响交流反馈8.1.2直流反响与交流反响直流反响交、直流反响8.1.3正反响与负反响正反响：输入量不变时，引入反响后输出量变大了。负反响：输入量不变时，引入反响后输出量变小了。从输出端看从输入端看正反响：引入反响后，使净输入量变大了。负反响：引入反响后，使净输入量变小了。净输入量可以是电压，也可以是电流。8.1.3正反响与负反响判别方法：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(+)(+)(-)(-)净输入量增大负反响正反响反响通路反响通路(+)(+)(+)(+)(-)(-)8.1.3正反响与负反响级间反响通路净输入量减小级间负反响反馈通路本级反馈通路(+)(-)(+)(+)8.1.3正反响与负反响级间反响通路净输入量减小级间负反响(+)(+)(+)8.1.3正反响与负反响反响通路净输入量减小本级负反响8.1.4串联反响与并联反响由反响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8.1.4串联反响与并联反响并联：反响量xf和输入量xi接于同一输入端。串联：反响量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8.1.4串联反响与并联反响判断电路中的级间交流反响是串联反响还是并联反响并联反响级间反响通路xf(if)8.1.4串联反响与并联反响串联反响级间反响通路xf(vf)判断电路中的级间交流反响是串联反响还是并联反响8.1.4串联反响与并联反响信号源对反响效果的影响串联负反响vid=vi-vf那么vi最好为恒压源，即信号源内阻Rs越小越好。要想反响效果明显，就要求vf变化能有效引起vid的变化。8.1.4串联反响与并联反响信号源对反响效果的影响并联负反响iid=ii-if那么ii最好为恒流源，即信号源内阻Rs越大越好。要想反响效果明显，就要求if变化能有效引起iid的变化。8.1.5电压反响与电流反响电压反响与电流反响由反响网络在放大电路输出端的取样对象决定电压反响：反响信号xf和输出电压成比例，即xf=Fvo并联结构串联结构电流反响：反响信号xf与输出电流成比例，即xf=Fio8.1.5电压反响与电流反响电压负反响RL

vo

xf

xid

vo

电压负反响稳定输出电压xf=Fvo，

xid=xi－xf8.1.5电压反响与电流反响电流负反响RL

io

xf

xid

io

电流负反响稳定输出电流xf=Fio，

xid=xi－xf8.1.5电压反响与电流反响判断方法：负载短路法将负载短路，反响量仍然存在——电流反响。将负载短路〔未接负载时输出对地短路〕，反响量为零——电压反响。电压反响电流反响反响通路反响通路8.1.5电压反响与电流反响电压反响反响通路8.1.5电压反响与电流反响电流反响反响通路8.1.6负反响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响网络在放大电路输入端的连接分为串联和并联两种方式。反响信号在输出端分为电压取样和电流取样两种方式。8.1.6负反响放大电路的四种组态1.电压串联负反响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8.1.6负反响放大电路的四种组态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.电压并联负反响放大电路8.1.6负反响放大电路的四种组态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.电流串联负反响放大电路8.1.6负反响放大电路的四种组态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.电流并联负反响放大电路8.1.6负反响放大电路的四种组态电压负反响：稳定输出电压，具有恒压特性串联反响：输入端电压求和〔KVL〕电流负反响：稳定输出电流，具有恒流特性并联反响：输入端电流求和〔KCL〕不同组态的特点：8.1.6负反响放大电路的四种组态反响组态判断举例〔交流〕(+)(-)(-)(-)级间电流并联负反响8.1.6负反响放大电路的四种组态(+)(+)(-)(-)电压并联负反响反响组态判断举例〔交流〕(+)(+)(-)(+)(+)(+)8.1.6负反响放大电路的四种组态直流反响交、直流反响电流串联负反响反响组态判断举例〔交流〕(+)(+)(-)(+)(+)8.1.6负反响放大电路的四种组态电压串联负反响反响组态判断举例〔交流〕8.2负反响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响网络中的正向传输信号在根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8.2负反响放大电路增益的一般表达式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1.信号的单向化传输8.2负反响放大电路增益的一般表达式开环增益反馈系数闭环增益因为所以闭环增益的一般表达式即2.闭环增益的一般表达式信号量或信号传递比反响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负反响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、iid8.2负反响放大电路增益的一般表达式一般负反响称为反馈深度深度负反响正反响自激振荡

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.反响深度讨论8.3负反响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抑制反响环内噪声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,在深度负反响条件下即闭环增益只取决于反响网络。当反响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。负反响的组态不同，稳定的增益不同〔Avf、Arf、Agf、Aif〕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，即使引入负反响，也无济于事。8.3.3抑制反响环内噪声自学8.3.4对输入电阻和输出电阻的影响串联负反响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引入串联负反响后，输入电阻增加了。8.3.4对输入电阻和输出电阻的影响并联负反响闭环输入电阻引入并联负反响后，输入电阻减小了。注意:反响对输入电阻的影响仅限于环内，对环外不产生影响。1.对输入电阻的影响8.3.4对输入电阻和输出电阻的影响例如图中R1不在环内但是当R1>>

时，反馈对Rif几乎没有影响。1.对输入电阻的影响8.3.4对输入电阻和输出电阻的影响电压负反响2.对输出电阻的影响8.3.4对输入电阻和输出电阻的影响闭环输出电阻而xid=-xf=-Fvt

忽略反响网络对it的分流所以引入电压负反响后，输出电阻减小了。电压负反响2.对输出电阻的影响8.3.4对输入电阻和输出电阻的影响电流负反响闭环输出电阻引入电流负反响后，输出电阻增大了。注意:反响对输出电阻的影响仅限于环内，对环外不产生影响。2.对输出电阻的影响8.3.4对输入电阻和输出电阻的影响负反响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。串联负反响——并联负反响——电压负反响——电流负反响——特别注意表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8.3.5扩展频带1.频率响应的一般表达式根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8.3.5扩展频带2.不同负反响深度下的频带8.3.5扩展频带放大电路的增益-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8.4深度负反响条件下的近似计算1.深度负反响的特点即，深度负反响条件下，闭环增益只与反响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响条件下，根本放大电路“两虚〞的概念输入量近似等于反响量〔xid0〕#如何满足深度负反响条件？#既然深度负反响条件下，闭环增益只与反响网络有关，那么是否意味着根本放大电路的增益A已经无关紧要了？8.4深度负反响条件下的近似计算串联负反响，输入端电压求和深度负反响条件下xid=xi-xf0虚短虚断虚短虚断并联负反响，输入端电流求和vid=

vi-

vf

0iid=

ii-

if

0vid=

iidri

01.深度负反响的特点8.4深度负反响条件下的近似计算(1)找出信号放大通路和反响通路(2)用瞬时极性法判断正、负反响(3)判断交、直流反响(4)判断反响组态(5)标出输入量、输出量及反响量(6)估算深度负反响条件下电路的F、Af、Avf。〔常常利用虚短和虚断直接列表达式求解〕2.分析负反响放大电路的一般步骤8.4深度负反响条件下的近似计算电压串联负反响反响系数

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响条件，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8.4深度负反响条件下的近似计算电压串联负反响设电路满足深度负反响条件，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vivf3.举例电流并联负反响设电路满足深度负反响条件，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：假设io参考方向不同，将影响闭环增益的结果iiiidifioiR又因为3.举例电流并联负反响设电路满足深度负反响条件，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：假设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3.举例0Viiiidif解:闭环增益例7.5.5…〔3〕求大环反响的闭环增益以及对信号源的闭环电压增益；…〔3〕电压并联负反响根据虚短、虚断解:闭环增益〔3〕电压并联负反响根据虚短、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〕求大环反响的闭环增益以及对信号源的闭环电压增益；…8.5负反响放大电路设计8.5.1设计负反响放大电路的一般步骤8.5.2设计举例8.5.1设计负反响放大电路的一般步骤1.选定需要的反响类型2.确定反响系数的大小3.适中选择反响网络中的电阻阻值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响网络对根本放大电路的负载效应8.5.2设计举例例7.6.2设计一个带负反响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)。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响电路光电隔离器解:例7.6.2设计一个驱动光电隔离器的放大电路。设vs的变化范围为0～5V，内阻Rs=500Ω。要求LED的io1=10-3vs(A)。运放的Avo=104，Ri=5kΩ，Ro=100Ω。设计后仿真检验发光二极管的电流。选用电流串联负反响电路所以Rf=1kΩ又因为根据虚断有深度负反馈时例7.6.2设计一个驱动光电隔离器的放大电路。设vs的变化范围为0～5V，内阻Rs=500Ω。要求LED的io1=10-3vs(A)。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: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。8.6负反响放大电路的稳定性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。8.6.1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：输入端求和的相位〔-1〕不包含在内闭环增益注：负反响放大电路是否自激振荡实际上与输入信号无关。8.6.1自激振荡及稳定工作的条件4.稳定工作条件破坏自激振荡条件或当反响网络为纯电阻网络时，f=0。其中Gm——幅值裕度，一般要求Gm

-10dB

m——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8.6.1自激振荡及稳定工作的条件用波特图表示或Gm-10dB或

m454.稳定工作条件8.6.1自激振荡及稳定工作的条件5.负反响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8.6.1自激振荡及稳定工作的条件(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)判断两线交点对应的相位是否