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1、第六章 放大電路中的反饋,反饋的基本概念,負反饋放大器的四種類型,負反饋對放大器性能的影響,負反饋放大器的計算,負反饋放大器的自激振蕩及消除方法,6.1 反饋的基本概念及判斷方法 6.2 負反饋放大電路的四種基本組態(tài) 6.3 負反饋放大電路方框圖及一般表達式 6.4 深度負反饋放大電路放大倍數(shù)的分析 6.5 負反饋對放大電路性能的影響,一、什么是反饋 實用的放大電路中，幾乎都要引入反饋，以改善放大電路的某些性能。 生活中的反饋廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。其目的是通過輸出對輸入的影響來改善系統(tǒng)的運行狀況及控制效果。 電子電路中的反饋： 將輸出量的一部分或全部通過一定的電路形式作用到輸入回路，用來影響其輸

2、入量的現(xiàn)象，稱為反饋。,6.1 反饋的基本概念及判斷方法,怎樣引回,是從輸出電壓還是輸出電流引出反饋,多少,怎樣引出,影響放大電路的輸入電壓還是輸入電流,復(fù)習(xí)以前一個例子（含反饋）,輸入量：ui、ube、ib,輸出量：uo、uce、ic,穩(wěn)定工作點電路：,UB一定,反饋放大電路的的組成： 基本放大電路主要功能是放大信號； 反饋網(wǎng)絡(luò)主要功能是傳輸反饋信號。,輸入量輸出量 凈輸入量反饋量,判斷有無反饋：是否有了反饋通路。,開環(huán),正向傳輸信號從輸入端到輸出端的傳輸 反向傳輸信號從輸出端到輸入端的傳輸,信號的正向傳輸,信號的正向傳輸,反饋傳輸(通路) （反饋網(wǎng)絡(luò)）,閉環(huán),？,例：基本放大器，無反饋，凈

3、輸入量ube=ui，電壓放大倍數(shù)為：,二、負反饋與正反饋,負反饋輸入量不變時，引入反饋后使凈輸入量減小的反饋,引入反饋后，凈輸入量ube =ui- uf ， 電壓放大倍數(shù)為：,正反饋輸入量不變時，引入反饋后使凈輸入量增加的反饋,正負反饋的判斷方法：瞬時極性法 步驟：1、假設(shè)輸入信號對地瞬時極性為或。 2、從輸入到輸出（基本放大電路）逐級判斷各相關(guān)點 對地的極性。 3、從輸出到輸入（反饋網(wǎng)絡(luò)）各點對地的極性。 4、判斷：使凈輸入量減小的反饋負反饋 使凈輸入量增強的反饋正反饋,負反饋,正反饋,負反饋,分立電路：,負反饋,直流反饋反饋信號存在于放大電路的直流通路中交流反饋反饋信號存在于放大電路的交流

4、通路中,三.直流反饋與交流反饋,電路引入直流反饋的目的，是為了穩(wěn)定靜態(tài)工作點Q。 電路引入交流反饋的目的，影響電路的交流工作性能。,判斷方法：畫交、直流通路 注意電容的位置（電容的“通交隔直”作用）,電路（直流負反饋）,直流通路,交流通路,電路（交流負反饋）,例題6.1.1,此電路引入交直流負反饋,直流反饋,交流反饋,直流反饋,分立電路：,四. 電壓反饋與電流反饋（輸出端）,假設(shè)輸出端交流短路（RL=0），即uo=0， 若反饋信號消失了，則為電壓反饋； 若反饋信號仍然存在，則為電流反饋。,電壓反饋：反饋量取樣于輸出電壓，其大小與輸出電壓成比例。 電流反饋：反饋量取樣于輸出電流，其大小與輸出電流

5、成比例,判斷方法輸出短路法：,技巧： 反饋網(wǎng)絡(luò)的一端若并聯(lián)于輸出端則為電壓反饋（即直接相連）； 反饋網(wǎng)絡(luò)的一端若串聯(lián)于輸出端則為電流反饋 （即不直接相連）。,令輸出電壓為0，無反饋信號，為電壓反饋。,令輸出電壓為0，有反饋信號，為電流反饋。,技巧： 反饋網(wǎng)絡(luò)的一端若并聯(lián)于輸出端則為電壓反饋（即直接相連）； 反饋網(wǎng)絡(luò)的一端若串聯(lián)于輸出端則為電流反饋 （即不直接相連）。,五. 串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋（輸入端）,串聯(lián)反饋：反饋量與輸入量在輸入回路以電壓形式相加減。 并聯(lián)反饋：反饋量與輸入量在輸入回路以電流形式相加減。,串聯(lián)反饋,并聯(lián)反饋,對于串聯(lián)反饋：輸入量與反饋量作用在不同的兩點上。,對于并聯(lián)反饋：輸

6、入量與反饋量作用在同一點上。,對于三極管電路：,若反饋信號與輸入信號同時加在三極管的基極或發(fā)射極，則為并聯(lián)反饋。,若反饋信號與輸入信號一個加在基極一個加在發(fā)射極則為串聯(lián)反饋。,對于運放電路：,若反饋信號與輸入信號同時加在同相端或反相端為并聯(lián)反饋。,若反饋信號與輸入信號一個加在同相端一個加在反相端則為串聯(lián)反饋。,本級反饋反饋只存在于某一級放大器中,級間反饋反饋存在于兩級以上的放大器中,例,六.本級反饋與級間反饋,級間反饋,本級反饋,本級反饋,6.2負反饋放大電路的四種基本組態(tài),電壓串聯(lián)負反饋 電壓并聯(lián)負反饋 電流串聯(lián)負反饋 電流并聯(lián)負反饋,四種反饋組態(tài)：注意量綱,電壓串聯(lián)負反饋,電流串聯(lián)負反饋,

7、電壓并聯(lián)負反饋,電流并聯(lián)負反饋,一. 電壓串聯(lián)負反饋,用“瞬時極性法”判斷反饋極性：,串聯(lián)負反饋,忽略輸入電壓對R1R2的作用，且集成的開環(huán)差模增益和 差模輸入電阻為無窮大，則存在“虛短”和“虛斷”現(xiàn)象。,電路的輸出電壓受輸入電壓的控制,輸出電阻趨于0,若輸出端短路，則uf為0，為電壓反饋。,分立電路電壓串聯(lián)負反饋,RL變化,電壓負反饋的特性穩(wěn)定輸出電壓,穩(wěn)定過程：,負載變化時，輸出電壓穩(wěn)定輸出電阻,ui一定,二.電流串聯(lián)負反饋,用“瞬時極性法”判斷反饋極性：,集成的開環(huán)差模增益和差模輸入電阻為無窮大， 則存在“虛短”和“虛斷”現(xiàn)象。,電路的輸出電流受輸入電壓的控制，輸出電阻趨于無窮大,電流反

8、饋,串聯(lián)負反饋,分立電路組成的電流串聯(lián)負反饋電路,引入電流負反饋的目的穩(wěn)定輸出電流,穩(wěn)定過程：,負載變化時，輸出電流穩(wěn)定輸出電阻,RL變化,三.電壓并聯(lián)負反饋,用“瞬時極性法”判斷反饋極性：,并聯(lián)負反饋,集成的開環(huán)差模增益和差模輸入電阻為無窮大， 則存在“虛短”和“虛斷”現(xiàn)象。,電路的輸出電壓受輸入電流的控制，輸出電阻趨于0,分立電路電壓并聯(lián)負反饋,反饋量與輸出電壓成比例， 所以是電壓反饋。,因為反饋電流：,并聯(lián)負反饋,四.電流并聯(lián)負反饋,用“瞬時極性法”判斷反饋極性：,并聯(lián)負反饋,集成的開環(huán)差模增益和差模輸入電阻為無窮大， 則存在“虛短”和“虛斷”現(xiàn)象。,電路的輸出電流受輸入電流的控制， 輸

9、出電阻趨于無窮大。,分立電路組成的電流并聯(lián)負反饋,引入電流負反饋的目的穩(wěn)定輸出電流,穩(wěn)定過程：,負載變化時，輸出電流穩(wěn)定輸出電阻,RL ,五.反饋類型及判別方法總結(jié),2.直流反饋與交流反饋注意電容的“隔直通交”作用,1.反饋極性：正反饋與負反饋判定方法“瞬時極性法”,對于串聯(lián)反饋：輸入量與反饋量作用在不同的兩點上。,對于并聯(lián)反饋：輸入量與反饋量作用在同一點上。,3.電壓反饋與電流反饋判定方法“輸出短路法”,4.串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋,技巧： 反饋網(wǎng)絡(luò)的一端若并聯(lián)于輸出端則為電壓反饋（即直接相連）； 反饋網(wǎng)絡(luò)的一端若串聯(lián)于輸出端則為電流反饋 （即不直接相連）。,（1）串聯(lián)反饋,信號源對反饋效果的影響

10、,ud = ui -uf,us應(yīng)為恒壓源，即信號源內(nèi)阻RS越小越好。,（2）并聯(lián)反饋,id = ii -if,is應(yīng)為恒流源，即信號源內(nèi)阻RS越大越好。,例題6.2.1,電流串聯(lián)交直流負反饋,試判斷下各圖電路中有哪些反饋類型,例題6.2.2,電壓串聯(lián)交直流負反饋,試判斷下各圖電路中有哪些反饋類型,電流串聯(lián)交直流負反饋,電壓并聯(lián)交直流負反饋,電壓串聯(lián)交直流負反饋,正反饋,習(xí)題:試判斷下各圖電路中有哪些反饋類型,電流并聯(lián)交直流負反饋,電壓串聯(lián)直流負反饋,正反饋,電壓并聯(lián)直流負反饋,電壓串聯(lián)交直流負反饋,電壓串聯(lián)交直流負反饋,電壓串聯(lián)負反饋,電壓串聯(lián)交直流負反饋,電壓串聯(lián)交直流負反饋,電壓并聯(lián)交直流

11、負反饋,電壓并聯(lián)交直流負反饋,電流串聯(lián)直流負反饋,正反饋,電壓串聯(lián)交直流負反饋,電壓串聯(lián)交直流負反饋,電壓并聯(lián)直流負反饋,電流串聯(lián)交直流負反饋,電流并聯(lián)交直流負反饋,.3.1方框圖：,A稱為開環(huán)放大倍數(shù),Af稱為閉環(huán)放大倍數(shù),F稱為反饋系數(shù),6.3 反饋放大電路方框圖及一般表達式,AF稱為環(huán)路放大倍數(shù),6.3.2 四種反饋組態(tài)電路的方框圖,6.3.3 負反饋放大電路的一般表達式,一般負反饋,稱為反饋深度,深度負反饋,正反饋,自激振蕩即ui=0時有 uo；,6.4 深度負反饋放大電路放大倍數(shù)分析,6.4.1深度負反饋的實質(zhì),深度負反饋實質(zhì)是在近似分析中忽略凈輸入量。,由,得,將,代入上式,得,即

12、：輸入量近似等于反饋量,凈輸入量近似等于零,或,當(dāng)電路引入深度串聯(lián)負反饋時，,當(dāng)電路引入深度并聯(lián)負反饋時，,深度負反饋條件下：Xi=Xi-Xf0,uP=uN（運放電路）,ue=ub（三極管電路）,(1)“虛短”uD0,(2)“虛斷”iD0,iP=iN=0 （運放電路）,ib=0（三極管電路）,深度負反饋條件下， 基本放大電路“虛短”、“虛斷”的概念,6.4.2反饋網(wǎng)絡(luò)和放大倍數(shù)的分析,電路輸出可近似為受控恒壓源,1。電壓串聯(lián)負反饋,2。電流串聯(lián)負反饋,3。電壓并聯(lián)負反饋,必須存在Rs,否則無反饋作用。,4。電流并聯(lián)負反饋,深度負反饋放大電路放大倍數(shù)的步驟：,1。正確判斷反饋組態(tài) 2。求解反饋系

13、數(shù),電流串聯(lián)負反饋,解：,電壓串聯(lián)負反饋,解：,電壓串聯(lián)負反饋,電流并聯(lián)負反饋,6.5 負反饋對放大電路性能的影響,提高增益的穩(wěn)定性,改變輸入電阻和輸出電阻,擴展頻帶,減少非線性失真,在放大器中引入負反饋,降低了放大倍數(shù),6.5.1 穩(wěn)定放大倍數(shù),閉環(huán)時,則,只考慮幅值有,即閉環(huán)增益相對變化量比開環(huán)減小了1+AF倍,另一方面:,在深度負反饋條件下,即閉環(huán)增益只取決于反饋網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)反饋網(wǎng)絡(luò)由穩(wěn)定的線性元件組成時，閉環(huán)增益將有很高的穩(wěn)定性。,6.5.2 改變輸入電阻和輸出電阻,(1) 串聯(lián)負反饋使輸入電阻增加,增加（1AF）倍,一、對輸入電阻的影響,Rb在反饋環(huán)之外時串聯(lián)負反饋電路的方框圖,(2)并

14、聯(lián)負反饋使輸入電阻減小,減?。?AF）倍,二、對輸出電阻的影響,(1) 電壓負反饋使輸出電阻減小,電流負反饋穩(wěn)定輸出電流（當(dāng)負載變化時）恒流源輸出電阻大。,(2) 電流負反饋使輸出電阻提高,電壓負反饋穩(wěn)定輸出電壓（當(dāng)負載變化時）恒壓源輸出電阻小。,對輸入、輸出電阻的影響,1. 串聯(lián)負反饋使電路的輸入電阻增加：,2. 并聯(lián)負反饋使電路的輸入電阻減?。?3. 電壓負反饋使電路的輸出電阻減?。?4. 電流負反饋使電路的輸出電阻增加：,串多,并少,壓少,流多,6.5.3 展寬頻帶,可以證明：fbwf = (1+AF) fbw 放大器的一個重要特性：增益與通頻帶之積為常數(shù)。 即： Amf fbwf= A

15、m fbw,放大電路加入負反饋后，增益下降，但通頻帶卻加寬了。,6.5.4 減小非線性失真,加反饋前,加反饋后,失真,改善,為改善性能引入負反饋的一般原則,要穩(wěn)定直流量,引直流負反饋,要穩(wěn)定交流量,引交流負反饋,要穩(wěn)定輸出電壓,引電壓負反饋,要穩(wěn)定輸出電流,引電流負反饋,要增大輸入電阻,引串聯(lián)負反饋,要減小輸入電阻,引并聯(lián)負反饋,要增大輸出電阻,引電流負反饋,要減小輸出電阻,引電壓負反饋,舉例：在下面的放大器中按要求引入適當(dāng)?shù)姆答仭?（1）希望加入信號后，ic3的數(shù)值基本不受R6改變的影響。,（2）希望接入負載后，輸出電壓UO基本穩(wěn)定。,（3）希望輸入端向信號源索取的電流小。,（4）希望穩(wěn)定靜

16、態(tài)工作點。,解：以上兩種反饋都同時具有交、直流反饋，所以能夠穩(wěn)定靜態(tài)工作點。,如果要求只引入直流負反饋，去除交流反饋。怎樣接？,例題6.5.1電路如圖，為了達到下列目的，分別說明應(yīng)引入哪種組態(tài)的負反饋 以及電路如何連接。 （1）減小放大電路從信號源索取的電流并增強帶負載的能力。 （2）將輸入電流轉(zhuǎn)換成與之成穩(wěn)定線性關(guān)系的輸出電流。 （3）將輸入電流轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的輸出電壓。,解： （1）電路需要增大輸入電阻并且減小輸出電阻， 故引入電壓串聯(lián)負反饋。 4與6、3與9、8與10相連。 （2）電路需要引入電流并聯(lián)負反饋。 4與6、2與9、7與10相連。 （3）電路需要引入電壓并聯(lián)負反饋。 5與6、2與9

17、、8與10相連。,一、自激振蕩產(chǎn)生的原因及條件,1. 現(xiàn)象：輸入信號為0時，輸出有一定幅值、一定頻率的信號，稱電路產(chǎn)生了自激振蕩。,負反饋放大電路自激振蕩的頻率在低頻段或高頻段。,低頻干擾或產(chǎn)生了輕微低頻振蕩,高頻干擾或產(chǎn)生了輕微高頻振蕩,實驗波形,在電擾動下，如合閘通電，必含有頻率為f0的信號，對于f = f0 的信號，產(chǎn)生正反饋過程,輸出量逐漸增大，直至達到動態(tài)平衡，電路產(chǎn)生了自激振蕩。,2. 原因,在低頻段或高頻段，若存在一個頻率f0，且當(dāng) f f0 時附加相移為，則,3. 自激振蕩的條件,由于電路通電后輸出量有一個從小到大直至穩(wěn)幅的過程，起振條件為,二、負反饋放大電路穩(wěn)定性的分析,附加

18、相移由放大電路決定; 振蕩只可能產(chǎn)生在高頻段。,設(shè)反饋網(wǎng)絡(luò)為電阻網(wǎng)絡(luò)，放大電路為直接耦合形式。,因沒有滿足相位條件的頻率，故引入負反饋后不可能振蕩。,因沒有滿足幅值條件的頻率，故引入負反饋后不可能振蕩。,對于產(chǎn)生180附加相移的信號頻率，有可能滿足起振條件，故引入負反饋后可能振蕩。,對于單管放大電路:,對于兩級放大電路:,對于三級放大電路:,什么樣的放大電路引入負反饋后容易產(chǎn)生自激振蕩？,三級或三級以上放大電路引入負反饋后有可能產(chǎn)生高頻振蕩；同理，耦合電容、旁路電容等為三個或三個以上的放大電路，引入負反饋后有可能產(chǎn)生低頻振蕩。,放大電路的級數(shù)越多，耦合電容、旁路電容越多，引入的負反饋越深，產(chǎn)生

19、自激振蕩的可能性越大。,環(huán)路放大倍數(shù)AF越大，越容易滿足起振條件，閉環(huán)后越容易產(chǎn)生自激振蕩。,自激振蕩： 1。直接耦合電路中、低頻時不會產(chǎn)生自激振蕩。 2。單管放大電路也不可能產(chǎn)生自激振蕩。 3。三級以上電路中容易產(chǎn)生高頻振蕩。 4。電路中耦合電容、旁路電容多時容易產(chǎn)生低頻振蕩。,正弦波振蕩的頻率必須是一定的，也就是說在放大、反饋回路中應(yīng)該有選頻作用，將不要的頻率抑制掉。,自激振蕩由其自身條件決定的，不因其輸入信號的改變而消除。要消除，必須破壞產(chǎn)生振蕩的條件。,三、負反饋放大電路穩(wěn)定性的判斷,已知環(huán)路增益的頻率特性來判斷閉環(huán)后電路的穩(wěn)定性。,使環(huán)路增益下降到0dB的頻率，記作fc； 使AF(2

20、n1) 的頻率，記作f0。,穩(wěn)定性的判斷,fc,f0,滿足起振條件,電路不穩(wěn)定,電路穩(wěn)定,f0 fc，電路不穩(wěn)定，會產(chǎn)生自激振蕩； f0 fc，電路穩(wěn)定，不會產(chǎn)生自激振蕩。,幅值裕度,相位裕度,電路穩(wěn)定,當(dāng)Gm10dB且m45，才具有可靠的穩(wěn)定性。,不滿足 起振條件,四、消除自激振蕩的方法,1. 簡單滯后補償,常用的方法為滯后補償方法。設(shè)放大電路為直接耦合方式，反饋網(wǎng)絡(luò)為電阻網(wǎng)絡(luò)。,在最低的上限頻率所在回路加補償電容。,補償電容,1. 簡單滯后補償,最大附加相移為-135,具有45的相位裕度，故電路穩(wěn)定,滯后補償法是以頻帶變窄為代價來消除自激振蕩的。,2. 密勒補償,在獲得同樣補償?shù)那闆r下，補

21、償電容比簡單滯后補償?shù)碾娙菪〉枚唷?在最低的上限頻率所在放大電路中加補償電容。,等效變換,補償電容,3. RC 滯后補償：在最低的上限頻率所在回路加補償。,上式表明，最大附加相移為180，不滿足起振條件，閉環(huán)后一定不會產(chǎn)生自激振蕩，電路穩(wěn)定。,RC 滯后補償與簡單滯后補償比較,滯后補償法消振均以頻帶變窄為代價，RC滯后補償較簡單電容補償使頻帶的變化小些。 為使消振后頻帶變化更小，可考慮采用超前補償?shù)姆椒ā?6.5 放大電路中反饋的其它問題,一、放大電路中的正反饋,二、電流反饋型集成運放,三、方框圖法解負反饋放大電路,一、放大電路中的正反饋,引入的正、負反饋目標(biāo)應(yīng)一致。,自舉電路：通過引入正反饋

22、，增大輸入電阻，因而提高輸入電壓。,負反饋,正反饋,兩路反饋要分別分析！,二、電流反饋型集成運放,1. 電流模技術(shù),信號傳遞過程中除與晶體管b-e間電壓有關(guān)外，其余各參量均為電流量的電路稱為電流模電路。 電流源電路可按比例傳輸電流，故稱為電流模電路的單元電路。,優(yōu)點： （1）只要uCE2UCES，iO就僅受ICM限制。 （2） iO與iI具有良好的線性關(guān)系，不受晶體管非線性特性的影響。 （3）極間電容有低阻回路，電路上限頻率高。,2. 由電流反饋型集成運放組成的負反饋放大電路的頻率響應(yīng),改變R1可改變增益，但上限頻率不變，即頻帶不變，帶寬增益積不是常量。,三、方框圖法解負反饋放大電路,首先求出

23、負反饋放大電路的基本放大電路及其動態(tài)參數(shù)、反饋網(wǎng)絡(luò)和反饋系數(shù)，然后求解負反饋放大電路的動態(tài)參數(shù)，過程如下：,1. 基本放大電路的求解方法：見第三版6.3.4節(jié)，其動態(tài)參數(shù)的求解方法見3.2節(jié)。 2. 反饋網(wǎng)絡(luò)及反饋系數(shù)的求解方法：見6.4節(jié)。 3. 負反饋放大電路動態(tài)參數(shù)的求解方法：見6.5節(jié)。,電壓電流轉(zhuǎn)換電路,6.7放大電路中其它形式的反饋,豪蘭德電流源電路,已知集成運放的開環(huán)差模增益和差模輸入電阻均近于無窮大，最大輸出電壓幅值為14V。 填空： 電路引入了 電壓串聯(lián) 交流負反饋， 電路的輸入電阻趨近于 無窮大 ， 電壓放大倍數(shù)AufuO/uI 11 。 設(shè) uI1V，則uO 11 V；

24、若R1開路，則uO變?yōu)?1 V； 若R1短路，則uO變?yōu)?14 V； 若R2開路，則uO變?yōu)?14 V； 若R2短路，則uO變?yōu)?1 V。,6.12 電路如圖所示,6.14 已知一個負反饋放大電路的A 105，F(xiàn) 2103。 （1）Af ？ （2）若A的相對變化率為20，則Af的相對變化率為多少？,Af相對變化率為A的相對變化率的,則Af的相對變化率約為0.1。,解：（1）因為AF2001，所以 Af1/F500 （2）根據(jù)題目所給數(shù)據(jù)，可知,A的相對變化率為20，,6.16 電路如圖所示。試問：若以穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ作為輸入電 壓，則當(dāng)R2的滑動端位置變化時，輸出電壓UO的調(diào)節(jié)范圍為多少？,解：UO的調(diào)節(jié)范圍約為,