放大電路的反饋

1、第五章 放大電路的反饋5.1 反饋的基本概念5.1.1 反饋的定義反饋：電子系統(tǒng)輸出量的一部分或全部通過一定的方式回到輸入回路手段：將輸出經(jīng)過一定方式引回到輸入 效果：改變了電子系統(tǒng)的凈輸入量，從而改變了輸出放大電路反饋網(wǎng)絡(luò)輸入量?jī)糨斎肓枯敵隽?.1.2 反饋的分類及判斷一、局部反饋和級(jí)間反饋局部反饋：只對(duì)多級(jí)放大電路的某一級(jí)起反饋?zhàn)饔玫姆Q局部反饋級(jí)間反饋：將多級(jí)放大電路的后級(jí)輸出引入前級(jí)輸入回路的反饋稱為級(jí)間反饋 vO- -+R4R5R3- -+vIR1R2局部反饋局部反饋級(jí)間反饋二、直流反饋和交流反饋直流反饋：若反饋信號(hào)中只包含直流成分，即只將直流量反饋到輸入回路，稱為直流反饋，其作用為穩(wěn)

2、定靜態(tài)工作點(diǎn)，對(duì)放大電路的動(dòng)態(tài)性能無影響。交流反饋：若反饋信號(hào)中只包含交流成分，即只將交流量反饋到輸入回路，稱為交流反饋，其對(duì)電路動(dòng)態(tài)性能有影響，可用來改善電路技術(shù)指標(biāo)。vIvO- -+C2C1R1R2交流反饋交流反饋交、直流反饋交、直流反饋判別方法：根據(jù)電容判別方法：根據(jù)電容“隔直通交隔直通交”的作用，看通路的作用，看通路 。Ui+VccUoVT1VT2Rc1Rc2C1C2Re2Re1CeiBiIRfiFui+VccuoVT1VT2Rc1Rc2C1Re2Re1CeRfRbCfuBEuF三、電壓反饋和電流反饋電壓反饋：反饋信號(hào)取自輸出電壓，反饋信號(hào)的大小與輸出電壓成比例。其作用穩(wěn)定Uo，Ro下

3、降 電流反饋：反饋信號(hào)取自輸出電流，反饋信號(hào)的大小與輸出電流成比例。其作用穩(wěn)定Io，Ro增加 判別方法及原理：將輸出端交流短路，即令輸出電壓為判別方法及原理：將輸出端交流短路，即令輸出電壓為0，若反饋信號(hào)不復(fù)存，若反饋信號(hào)不復(fù)存在，則為電壓反饋，反之為電流反饋在，則為電壓反饋，反之為電流反饋 ui+VccuoVT1VT2Rc1Rc2C1Re2Re1CeRfRbCfuBEuFUi+VccUoVT1VT2Rc1Rc2C1C2Re2Re1iBiIRf經(jīng)驗(yàn)：一般說來，當(dāng)反饋電壓直接接在放大器的輸出電壓端時(shí)，應(yīng)為電壓反饋；否則為電流反饋iF四、串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋串聯(lián)反饋：反饋信號(hào)與輸入信號(hào)在輸入回路中以

4、電壓形式求和，稱之為串聯(lián)反饋 并聯(lián)反饋：反饋信號(hào)與輸入信號(hào)在輸入回路中以電流形式求和，稱之為并聯(lián)反饋R1uiuoR2iIiFiDR1uiuoR2RLuF并聯(lián)反饋串聯(lián)反饋判別方法判別方法A：對(duì)于由運(yùn)算放大器組成的電路來說，反饋信號(hào)同時(shí)加在同相輸入端或反相輸入端，對(duì)于由運(yùn)算放大器組成的電路來說，反饋信號(hào)同時(shí)加在同相輸入端或反相輸入端，則為并聯(lián)反饋；一個(gè)加在同相輸入端，另一加在反相輸入端，則為串聯(lián)反饋則為并聯(lián)反饋；一個(gè)加在同相輸入端，另一加在反相輸入端，則為串聯(lián)反饋 ui+VccuoVT1VT2Rc1Rc2C1Re2Re1CeRfRbCfuBEuFUi+VccUoVT1VT2Rc1Rc2C1C2Re

5、2Re1iBiIRfiF判別方法判別方法B：對(duì)于三極管來說，反饋信號(hào)與輸入信號(hào)同時(shí)加在三極管的基極或者發(fā)射極，則為對(duì)于三極管來說，反饋信號(hào)與輸入信號(hào)同時(shí)加在三極管的基極或者發(fā)射極，則為并聯(lián)反饋；一個(gè)加在基極，另一個(gè)加在發(fā)射極則為串聯(lián)反饋并聯(lián)反饋；一個(gè)加在基極，另一個(gè)加在發(fā)射極則為串聯(lián)反饋五、正反饋和負(fù)反饋正反饋：輸入量不變時(shí)，引入反饋后使得凈輸入量增加，輸出幅度增加負(fù)反饋：輸入量不變時(shí)，引入反饋后使得凈輸入量減小，輸出幅度下降瞬時(shí)極性法：瞬時(shí)極性法： 在放大電路的輸入端，假設(shè)一個(gè)輸入信號(hào)的電壓極性，可用在放大電路的輸入端，假設(shè)一個(gè)輸入信號(hào)的電壓極性，可用+、-表示，按表示，按信號(hào)傳輸方向依次判

6、別相關(guān)點(diǎn)的瞬時(shí)極性，直至判斷出反饋信號(hào)的瞬時(shí)電壓極信號(hào)傳輸方向依次判別相關(guān)點(diǎn)的瞬時(shí)極性，直至判斷出反饋信號(hào)的瞬時(shí)電壓極性。如果反饋信號(hào)的瞬時(shí)極性使凈輸入減小，則為負(fù)反饋；反之為正反饋。性。如果反饋信號(hào)的瞬時(shí)極性使凈輸入減小，則為負(fù)反饋；反之為正反饋。 在明確串聯(lián)反饋合并聯(lián)反饋之后，可知：在明確串聯(lián)反饋合并聯(lián)反饋之后，可知：對(duì)于串聯(lián)反饋，輸入量和反饋量作用在不同的兩點(diǎn)上，若瞬時(shí)極性相同，為負(fù)對(duì)于串聯(lián)反饋，輸入量和反饋量作用在不同的兩點(diǎn)上，若瞬時(shí)極性相同，為負(fù)反饋，瞬時(shí)極性相反則為正反饋。反饋，瞬時(shí)極性相反則為正反饋。對(duì)于并聯(lián)反饋，輸入量和反饋量作用在同一點(diǎn)上，若瞬時(shí)極性相同，為正反饋，對(duì)于并聯(lián)反

7、饋，輸入量和反饋量作用在同一點(diǎn)上，若瞬時(shí)極性相同，為正反饋，瞬時(shí)極性相反則為負(fù)反饋。瞬時(shí)極性相反則為負(fù)反饋。 R1uiuoR2正反饋負(fù)反饋R3uF+R2uiuoR3R4uF+R1+Ui+VccUoVT1VT2Rc1Rc2C1C2Re2Re1iBiIRfiF+負(fù)反饋ui+VccuoVT1VT2Rc1Rc2C1Re2Re1CeRfRbCfuBEuF+負(fù)反饋?zhàn)⒁猓鹤⒁猓海?）對(duì)于由集成運(yùn)放組成的電路，反相輸入端與輸出端相位關(guān)系為反相，同相輸入端與輸出端的相位關(guān)系為同相（2）對(duì)于分立元件組成的電路，若CE組態(tài)，則輸入與輸出反相，若CC或CB組態(tài)，則輸入與輸出同相（3）負(fù)反饋的引入抵消了輸入量產(chǎn)生的效果

8、，損失了放大倍數(shù)，但能穩(wěn)定放大電路中的某個(gè)電量，能使其他各項(xiàng)性能得到改善，故常在電路中經(jīng)常使用；有時(shí)正反饋也被用來獲得較高的放大倍數(shù)，但正反饋太強(qiáng)容易使電路產(chǎn)生振蕩。5.1.3 負(fù)反饋的四種組態(tài)負(fù)反饋共有四種組態(tài)：電壓串聯(lián)負(fù)反饋、電壓并聯(lián)負(fù)反饋、電流串聯(lián)負(fù)反饋、電流并聯(lián)負(fù)反饋一、電壓串聯(lián)負(fù)反饋R1uiuoRfRLuFfuf11oRRRuDufiuu uuADouuuuFf11OfRRRuu電壓反饋串聯(lián)反饋+分立電路電壓串聯(lián)負(fù)反饋分立電路電壓串聯(lián)負(fù)反饋RL vO vF vd(vbe) vO 電壓負(fù)反饋的特性電壓負(fù)反饋的特性穩(wěn)定輸出電壓穩(wěn)定輸出電壓穩(wěn)定過程：穩(wěn)定過程：負(fù)載變化時(shí)，負(fù)載變化時(shí)，輸出電

9、壓穩(wěn)定輸出電壓穩(wěn)定輸出電阻輸出電阻二、電壓并聯(lián)負(fù)反饋R1uiuoRfiIiFiDfofoFRuRuuiFIDiiiDouiiuAfoFiuR1uiF電壓反饋并聯(lián)反饋+分立電路電壓并聯(lián)負(fù)反饋分立電路電壓并聯(lián)負(fù)反饋+UCCRCC2C1RfuiuoibifiiRL uO iF 電壓負(fù)反饋的特性電壓負(fù)反饋的特性穩(wěn)定輸出電壓穩(wěn)定輸出電壓穩(wěn)定過程：穩(wěn)定過程：負(fù)載變化時(shí)，負(fù)載變化時(shí)，輸出電壓穩(wěn)定輸出電壓穩(wěn)定輸出電阻輸出電阻iD ic uRC uO 三、電流串聯(lián)負(fù)反饋foFRiuFIDuuuDoiuuiAfoFuiRiuF電流反饋串聯(lián)反饋分立電路組成的電流串聯(lián)負(fù)反饋分立電路組成的電流串聯(lián)負(fù)反饋IO vF vd

10、 IO 引入電流負(fù)反饋的目的引入電流負(fù)反饋的目的穩(wěn)定輸出電流穩(wěn)定輸出電流穩(wěn)定過程：穩(wěn)定過程：負(fù)載變化時(shí)，負(fù)載變化時(shí)，輸出電流穩(wěn)定輸出電流穩(wěn)定輸出電阻輸出電阻RL 四、電流并聯(lián)負(fù)反饋foFRRRiiDoiiiiA foFiiRRRiiFFIDiii電流反饋并聯(lián)反饋分立電路組成的電流并聯(lián)負(fù)反饋分立電路組成的電流并聯(lián)負(fù)反饋引入電流負(fù)反饋的目的引入電流負(fù)反饋的目的穩(wěn)定輸出電流穩(wěn)定輸出電流穩(wěn)定過程：穩(wěn)定過程：負(fù)載變化時(shí)，負(fù)載變化時(shí)，輸出電流穩(wěn)定輸出電流穩(wěn)定輸出電阻輸出電阻RL iO iF id iO 5.1.4 反饋的一般表達(dá)式反饋的一般表達(dá)式一、負(fù)反饋放大電路的方框圖一、負(fù)反饋放大電路的方框圖放大電路

11、A反饋網(wǎng)絡(luò)FiX輸入信號(hào)dX差值信號(hào)oX輸出信號(hào)號(hào)信饋反fX-二、方框圖中各量的關(guān)系二、方框圖中各量的關(guān)系放大：doX/XA反饋：ofX/XF疊加：fidXXX閉環(huán)放大倍數(shù)：ioFX/XA)XX( /Xfdo)FA/1/(1)XFA/X( /Xooo)FA1/(A三、關(guān)于反饋深度的討論三、關(guān)于反饋深度的討論FA1AAFFA稱為回路增益，表示在放大電路中，信號(hào)沿著放大網(wǎng)絡(luò)和反饋網(wǎng)絡(luò)組成的環(huán)路傳遞一周后所得到的放大倍數(shù)其中FA1稱為反饋深度，表示引入反饋后放大電路的放大倍數(shù)與無反饋時(shí)相比所變化的倍數(shù)（1） |1+AF|1時(shí)， 有|AF|1時(shí)，為深度負(fù)反饋（3） |1+AF|A| 為正反饋（4） |

12、1+AF|0時(shí)，有|AF| 產(chǎn)生自激振蕩5.2 5.2 負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響 提高增益的穩(wěn)定性提高增益的穩(wěn)定性 減少非線性失真減少非線性失真 擴(kuò)展頻帶擴(kuò)展頻帶 改變輸入電阻和輸出電阻改變輸入電阻和輸出電阻 在放大器中引入負(fù)反饋在放大器中引入負(fù)反饋 降低了放大倍數(shù)降低了放大倍數(shù) 使放大器的性能得以改善：使放大器的性能得以改善：一一. . 提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性閉環(huán)時(shí)閉環(huán)時(shí)FAAA 1F則則2F)1(1AFdAdA 只考慮幅值有只考慮幅值有AFAA 1FAdAAFAdA 11FF即閉環(huán)增益相對(duì)變化量比開環(huán)減小了即閉環(huán)增益相對(duì)變化量比開環(huán)減小了1+A

13、F倍倍另一方面另一方面:在深度負(fù)反饋條件下在深度負(fù)反饋條件下FA1F 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(shí)，閉環(huán)增益將有很高的穩(wěn)定性。線性元件組成時(shí)，閉環(huán)增益將有很高的穩(wěn)定性。二、二、改善放大器的非線性失真改善放大器的非線性失真Auiufuiuoud加反饋前加反饋前加反饋后加反饋后AF+ 失真失真改善改善uouo三、三、擴(kuò)展放大器的通頻帶 放大電路加入負(fù)反饋后，增益下降，但通頻帶卻加寬了。放大電路加入負(fù)反饋后，增益下降，但通頻帶卻加寬了。 無反饋時(shí)放大器的通頻帶：無反饋時(shí)放大器的通頻帶： fbw= f HfL f H 有反饋

14、時(shí)放大器的通頻帶：有反饋時(shí)放大器的通頻帶： fbwf= f HffLf f Hf可以證明：可以證明：fbwf = (1+AF) fbw放大器的一個(gè)重要特性：放大器的一個(gè)重要特性：增益與通頻帶之積為常數(shù)。增益與通頻帶之積為常數(shù)。 即：即： Amf fbwf= Am fbw四、四、 負(fù)反饋對(duì)輸入電阻的影響負(fù)反饋對(duì)輸入電阻的影響 (1) (1) 串聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻增加串聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻增加 無無反饋時(shí)：反饋時(shí)： 有有反饋時(shí)：反饋時(shí)：.i.ii=IVR.i.d=IV.i.iif=IVR.i.fd=IVV .i.od=IFVV .i.dd=IAFVV .i.d)1 (=IAFVAF)(1i R(2)

15、(2)并聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻減小并聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻減小 無無反饋時(shí)：反饋時(shí)： 有有反饋時(shí)：反饋時(shí)：.i.ii=IVR.d.i=IV.i.iif=IVR.fd.i=IIV.od.i=FVIV.dd.i=AFIIV.d.i)1 (=AFIV.i)1 (=AFR五、負(fù)反饋對(duì)輸出電阻的影響 電壓負(fù)反饋電壓負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電壓（當(dāng)負(fù)載變化時(shí)）穩(wěn)定輸出電壓（當(dāng)負(fù)載變化時(shí)）恒壓源恒壓源輸出電阻小輸出電阻小。(1) (1) 電壓負(fù)反饋使輸出電阻減小電壓負(fù)反饋使輸出電阻減小 電流負(fù)反饋電流負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電流（當(dāng)負(fù)載變化時(shí)）穩(wěn)定輸出電流（當(dāng)負(fù)載變化時(shí)）恒流源恒流源輸出電阻大。輸出電阻大。(2) (2) 電流負(fù)反饋使

16、輸出電阻提高電流負(fù)反饋使輸出電阻提高為改善性能引入負(fù)反饋的一般原則為改善性能引入負(fù)反饋的一般原則 要穩(wěn)定直流量要穩(wěn)定直流量引直流負(fù)反饋引直流負(fù)反饋 要穩(wěn)定交流量要穩(wěn)定交流量引交流負(fù)反饋引交流負(fù)反饋 要穩(wěn)定輸出電壓要穩(wěn)定輸出電壓 引電壓負(fù)反饋引電壓負(fù)反饋 要穩(wěn)定輸出電流要穩(wěn)定輸出電流 引電流負(fù)反饋引電流負(fù)反饋 要增大輸入電阻要增大輸入電阻 引串聯(lián)負(fù)反饋引串聯(lián)負(fù)反饋 要減小輸入電阻要減小輸入電阻 引并聯(lián)負(fù)反饋引并聯(lián)負(fù)反饋5.3 5.3 負(fù)反饋放大電路的計(jì)算負(fù)反饋放大電路的計(jì)算 本節(jié)本節(jié)重點(diǎn)討論深度負(fù)反饋條件下的近似計(jì)算重點(diǎn)討論深度負(fù)反饋條件下的近似計(jì)算一一. 估算輸入輸出電阻估算輸入輸出電阻在深度

17、負(fù)反饋條件下：在深度負(fù)反饋條件下：注：表中的輸入、輸出電阻均指注：表中的輸入、輸出電阻均指反饋環(huán)反饋環(huán)中的輸入、輸出電阻。中的輸入、輸出電阻。（1 1）電壓串聯(lián)負(fù)反饋）電壓串聯(lián)負(fù)反饋舉例舉例 RifRifRb1/Rb2ROf0（2 2）電壓并聯(lián)負(fù)反饋）電壓并聯(lián)負(fù)反饋Rif0RifRSROf0（3）電流串聯(lián)負(fù)反饋）電流串聯(lián)負(fù)反饋ROfRC1RifRifRb1/Rb2ROf1. 估算的依據(jù)估算的依據(jù) 深度負(fù)反饋：深度負(fù)反饋：即，深度負(fù)反饋條件下，閉環(huán)增益只與反饋系數(shù)有關(guān)即，深度負(fù)反饋條件下，閉環(huán)增益只與反饋系數(shù)有關(guān) 11 FA由由FAAA 1F得得FFAA1 11 FA 方法一：方法一：二二. 估

18、算電壓增益估算電壓增益 方法二：方法二：FAAA 1F根據(jù)根據(jù)FFAA1 將將ioFXXA ofXXF ifXX 代入上式代入上式得得即：輸入量近似等于反饋量即：輸入量近似等于反饋量0fidXXX凈輸入量近似等于零凈輸入量近似等于零由此可得深度負(fù)反饋條件下，基本放大電路由此可得深度負(fù)反饋條件下，基本放大電路“虛短虛短”、“虛斷虛斷”的概念的概念（1 1） 電壓串聯(lián)負(fù)反饋電壓串聯(lián)負(fù)反饋 例例. .分立電路電壓串聯(lián)負(fù)反饋分立電路電壓串聯(lián)負(fù)反饋 舉例舉例 解：解： 求反饋系數(shù)：求反饋系數(shù)： 求閉環(huán)電壓放大倍數(shù)：求閉環(huán)電壓放大倍數(shù)：uuFofUUfeeRRR11ioUUAufF111efeRRR（2

19、）電流并聯(lián)負(fù)反饋放大器）電流并聯(lián)負(fù)反饋放大器反饋系數(shù)為反饋系數(shù)為閉環(huán)增益閉環(huán)增益閉環(huán)電壓增益閉環(huán)電壓增益 解：解：se2e2fifsiosousfRRRRRRRIRIUUALL)(e2fe2ofRRRIIe2fe2ofiiRRRIIFe2e2fiifoiifRRRFIIA1 例例. .分立電路電流并聯(lián)負(fù)反饋分立電路電流并聯(lián)負(fù)反饋+VCCRCC2C1RfuSuoibifiiRSRL（3）電壓并聯(lián)負(fù)反饋）電壓并聯(lián)負(fù)反饋 例例. .分立電路電壓并聯(lián)負(fù)反饋分立電路電壓并聯(lián)負(fù)反饋反饋系數(shù)為反饋系數(shù)為閉環(huán)增益閉環(huán)增益閉環(huán)電壓增益閉環(huán)電壓增益 解：解：f1.RUIFofiuffRURUUIboof閉環(huán)增益閉

20、環(huán)增益閉環(huán)電壓增益閉環(huán)電壓增益例例 分立元件組成的電流串聯(lián)負(fù)反饋分立元件組成的電流串聯(lián)負(fù)反饋反饋系數(shù)為反饋系數(shù)為e1bec)1 (RrR 解：解：1eofuiRIUF.e1uiioiufRFUIA11.e1cicoioufRRURIUUA.由第二章知，該電由第二章知，該電路閉環(huán)電壓增益路閉環(huán)電壓增益:（4）電流串聯(lián)負(fù)反饋）電流串聯(lián)負(fù)反饋 Uf=-IORe15.45.4 負(fù)反饋放大電路的自激振蕩及消除方法負(fù)反饋放大電路的自激振蕩及消除方法 5.4.1 自激及穩(wěn)定工作條件自激及穩(wěn)定工作條件5.4.1 5.4.1 自激及穩(wěn)定工作條件自激及穩(wěn)定工作條件1. 自激振蕩現(xiàn)象自激振蕩現(xiàn)象Xo基本放大基本放大

21、A電路電路XidXf+Xi反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)F 在不加任何輸入在不加任何輸入信號(hào)的情況下，放大信號(hào)的情況下，放大電路仍會(huì)產(chǎn)生一定頻電路仍會(huì)產(chǎn)生一定頻率的信號(hào)輸出。率的信號(hào)輸出。2. 產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因 在高頻區(qū)或低頻區(qū)產(chǎn)生的在高頻區(qū)或低頻區(qū)產(chǎn)生的附加相移附加相移達(dá)到達(dá)到180 ，使中頻區(qū)的負(fù)，使中頻區(qū)的負(fù)反饋在高頻區(qū)或低頻區(qū)變成了正反饋，當(dāng)滿足了一定的幅值條件時(shí)，便反饋在高頻區(qū)或低頻區(qū)變成了正反饋，當(dāng)滿足了一定的幅值條件時(shí)，便產(chǎn)生自激振蕩。產(chǎn)生自激振蕩。FA和和3. 自激振蕩條件自激振蕩條件自激振蕩自激振蕩反饋深度反饋深度時(shí)，時(shí)， 01 FA即即1 FA為為環(huán)環(huán)路路增增益益）（ FAVf反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)F基本放大電路基本放大電路AVo1Vid又又)()()()(fa FAFA得自激振蕩條件得自激振蕩條件1)()(kk FA 180)12()()(kfkan 幅值條件幅值條件相位條件相位條件（附加相移）（附加相移）FAAA 1F閉環(huán)增益閉環(huán)增益4. 穩(wěn)定工作條件穩(wěn)定工作條件破壞自激振蕩條件破壞自激振蕩條件1 FA 180fa 1 FA 180fa 或或1m GFA 180fa 1 FA 180mfa 或?qū)憺榛驅(qū)憺槠渲衅渲?Gm幅值裕度幅值裕度，一般要求，一般要求Gm -10dB m相位裕度相位裕度，一般要求