(模拟电子技术基础教学课件)8.反馈放大电路02

(模拟电子技术基础教学课件)8.反馈放大电路022021/10/10星期日1一、反馈的基本概念1.什么是反馈

放大电路输出量的一部分或全部通过一定的方式引回到输入回路，影响输入，称为反馈。要研究哪些问题？怎样引回是从输出电压还是输出电流引出反馈多少怎样引出

反馈放大电路可用方框图表示。影响放大电路的输入电压还是输入电流复习2021/10/10星期日22.正反馈和负反馈

从反馈的结果来判断，凡反馈的结果使输出量的变化减小的为负反馈，否则为正反馈；引入反馈后其变化是增大？还是减小？引入反馈后其变化是增大？还是减小？

或者，凡反馈的结果使净输入量减小的为负反馈，否则为正反馈。复习2021/10/10星期日33.直流反馈和交流反馈

直流通路中存在的反馈称为直流反馈，交流通路中存在的反馈称为交流反馈。引入交流负反馈引入直流负反馈复习2021/10/10星期日4二、交流负反馈的四种组态

将输出电压的一部分或全部引回到输入回路来影响净输入量的为电压反馈

将输出电流的一部分或全部引回到输入回路来影响净输入量的为电流反馈

描述放大电路和反馈网络在输出端的连接方式，即反馈网络的取样对象。1.电压反馈和电流反馈复习2021/10/10星期日52.串联反馈和并联反馈

描述放大电路和反馈网络在输入端的连接方式，即输入量、反馈量、净输入量的叠加关系。--串联负反馈--并联负反馈+_负反馈复习2021/10/10星期日63.四种反馈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复习2021/10/10星期日7三、反馈的判断

“找联系”：找输出回路与输入回路的联系，若有则有反馈，否则无反馈。将输出电压全部反馈回去无反馈1.有无反馈的判断即在输入回路又在输出回路复习2021/10/10星期日82.直流反馈和交流反馈的判断“看通路”，即看反馈是存在于直流通路还是交流通路。设以下电路中所有电容对交流信号均可视为短路。仅有直流反馈仅有交流反馈交、直流反馈共存仅有直流反馈复习2021/10/10星期日93.正、负反馈（反馈极性）的判断“看反馈的结果”，即净输入量是被增大还是被减小。瞬时极性法：给定的瞬时极性，并以此为依据分析电路中各电流、电位的极性从而得到的极性；复习2021/10/10星期日103.正、负反馈的判断反馈量是仅仅决定于输出量的物理量。复习2021/10/10星期日11

在判断集成运放构成的反馈放大电路的反馈极性时，净输入电压指的是集成运放两个输入端的电位差，净输入电流指的是同相输入端或反相输入端的电流。反馈量反馈量仅决定于输出量净输入电流减小，引入了负反馈净输入电流增大，引入了正反馈复习2021/10/10星期日124.电压反馈和电流反馈的判断电路引入了电压负反馈

令输出电压为0，若反馈量随之为0，则为电压反馈；若反馈量依然存在，则为电流反馈。复习反馈量是仅仅决定于输出量的物理量。2021/10/10星期日135.串联反馈和并联反馈的判断

在输入端，输入量、反馈量和净输入量以电压的方式叠加，为串联反馈；以电流的方式叠加，为并联反馈。引入了并联反馈引入了串联反馈复习2021/10/10星期日14分立元件放大电路中的净输入量和输出电流在判断分立元件反馈放大电路的反馈极性时，净输入电压常指输入级晶体管的b-e（e-b）间或场效应管g-s（s-g）间的电位差，净输入电流常指输入级晶体管的基极电流（射极电流）或场效应管的栅极（源极）电流。在分立元件电流负反馈放大电路中，反馈量常取自于输出级晶体管的集电极电流或发射极电流，而不是负载上的电流；此时称输出级晶体管的集电极电流或发射极电流为输出电流，反馈的结果将稳定该电流。复习2021/10/10星期日15“悟”出来了吗？直流反馈交、直流反馈2021/10/10星期日16“悟”出来了吗？(a)直流通路(b)交流通路2021/10/10星期日17“悟”出来了吗？反馈组态判断举例（交流）(+)(-)(-)(-)级间电流并联负反馈2021/10/10星期日18“悟”出来了吗？(+)(+)(-)(-)电压并联负反馈反馈组态判断举例（交流）2021/10/10星期日19(+)(+)(-)(+)(+)(+)“悟”出来了吗？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）2021/10/10星期日20(+)(+)(-)(+)(+)“悟”出来了吗？电压串联负反馈反馈组态判断举例（交流）2021/10/10星期日218.3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2021/10/10星期日228.3.1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）2021/10/10星期日238.3.2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。2021/10/10星期日248.3.3抑制反馈环内噪声自学2021/10/10星期日258.3.4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。2021/10/10星期日268.3.4对输入电阻和输出电阻的影响

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。1.对输入电阻的影响2021/10/10星期日278.3.4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2021/10/10星期日288.3.4对输入电阻和输出电阻的影响

电压负反馈2.对输出电阻的影响2021/10/10星期日298.3.4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2.对输出电阻的影响2021/10/10星期日308.3.4对输入电阻和输出电阻的影响

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。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。2.对输出电阻的影响2021/10/10星期日318.3.4对输入电阻和输出电阻的影响

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2021/10/10星期日328.3.5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2021/10/10星期日338.3.5扩展频带2.引入负反馈后的频带引入负反馈后的幅频特性fLfHfLffHf2021/10/10星期日348.3.5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2021/10/10星期日35小结2021/10/10星期日368.4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xf

xi）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（xid

0

）#

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？2021/10/10星期日378.4深度负反馈条件下的近似计算串联负反馈，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

01.深度负反馈的特点2021/10/10星期日388.4深度负反馈条件下的近似计算(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2021/10/10星期日398.4深度负反馈条件下的近似计算

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2021/10/10星期日408.4深度负反馈条件下的近似计算

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vivf3.举例2021/10/10星期日41

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iiiidifioiR又因为3.举例8.4深度负反馈条件下的近似计算2021/10/10星期日428.5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2021/10/10星期日438.5.1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2021/10/10星期日448.5.2设计举例例题

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2021/10/10星期日45解:例题

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)。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。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2021/10/10星期日46例题

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)。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: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。2021/10/10星期日478.6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2021/10/10星期日488.6.1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。低频干扰或产生了轻微低频振荡高频干扰或产生了轻微高频振荡实验波形2021/10/10星期日498.6.1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）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。

由于电路通电后输出量有一个从小到大直至稳幅的过程，起振条件为2021/10/10星期日508.6.1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

当反馈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2021/10/10星期日518.6.1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2021/10/10星期日528.6.1自激振荡及稳定工作的条件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2021/10/10星期日538.6.1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点或若P点在水平线之下（），稳定；否则不稳定。5.负反馈放大电路稳定性分析2021/10/10星期日548.6.1自激振荡及稳定工作的条件反馈系数为F1时负反馈放大电路稳定

m=90

45

5.负反馈放大电路稳定性分析2021/10/10星期日558.6.1自激振荡及稳定工作的条件反馈系数为F2时(F2>F1)不稳定5.负反馈放大电路稳定性分析

m=0

45

2021/10/10星期日568.6.1自激振荡及稳定工作的条件越容易产生自激越大，反馈深度越深，越下移，水平线5.负反馈放大电路稳定性分析2021/10/10星期日578.6.1自激振荡及稳定工作的条件推论：P点交在的斜率为-20dB/十倍频程处，放大电路是稳定的。5.负反馈放大电路稳定性分析2021/10/10星期日588.6.1自激振荡及稳定工作的条件5.负反馈放大电路稳定性分析（简化法）已知环路增益的频率特性来判断闭环后电路的稳定性。使环路增益下降到0dB的频率，记作fc；使φA＋φF＝(2n＋1)π的频率，记作f0。fcf0fcf02021/10/10星期日598.6.1自激振荡及稳定工作的条件5.负反馈放大电路稳定性分析（简化法）fcf0满足起振条件电路不稳定电路稳定

f0＜fc，电路不稳定，会产生自激振荡；f0＞

fc，电路稳定，不会产生自激振荡。fcf0Gm幅值裕度φm相位裕度电路稳定不满足起振条件当Gm≤－10dB且φm＞45º，才具有可靠的稳定性。2021/10/10星期日60*8.6.2频率补偿（自学）741的频率补偿要求：741构成任何深度的电压串联负反馈时都能稳定工作（反馈网络为纯电阻）反馈最深时：即是一条0分贝水平线与相交于增益衰减斜率的-20dB/十倍频程处

若要满足要求，则在0分贝水平线上的衰减斜率只能是-20dB/十倍频程，从而可保证其它反馈深度条件下2021/10/10星期日61*8.6.2频率补偿（741的频率补偿）思路：

0分贝水平线上增益的衰减斜率只有-20dB/十倍频程措施：加入密勒电容Cc2021/1