模擬電子線路：第四章 負(fù)反饋放大器

1、第四章 負(fù)反饋放大器這一章主要包括四個(gè)部分： 1、反饋的類型的判斷 2、反饋對(duì)電路性能的影響 3、反饋放大器放大倍數(shù)的計(jì)算 4、反饋電路的穩(wěn)定性問(wèn)題（重點(diǎn)）（難點(diǎn)）4.1 反饋放大器的基本概念一、什么是反饋？反饋概念的引出 對(duì)于電子系統(tǒng)，在輸入信號(hào)一定時(shí)，要求輸出信號(hào)是穩(wěn)定的，但由于各種因素的影響，輸出信號(hào)會(huì)發(fā)生不應(yīng)有的變化。因此，需要設(shè)法將輸出信號(hào)的變化送回到輸入回路，讓輸入信號(hào)根據(jù)輸出量的變化作調(diào)整，以保持輸出量的穩(wěn)定，這一過(guò)程就是“反饋”。將輸出量（電壓、電流）的一部分或全部通過(guò)一定的網(wǎng)絡(luò)反饋到輸入回路的過(guò)程。稱為反饋。放大電路無(wú)反饋也稱開(kāi)環(huán)，放大電路有反饋也稱閉環(huán)。反饋元件：跨接在輸入

2、和輸出回路之間的元件。(2) 反饋的定義負(fù)責(zé)饋送輸出信號(hào)變化量的元器件和線路構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)；它們的作用是對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行采樣，并將采樣量(反饋信號(hào))送回輸入回路；它們的位置特點(diǎn)是既屬于輸入回路，又屬于輸出回路，或者跨接在輸入和輸出回路之間。二、反饋放大器的原理方框圖 1、x 可能是電壓，也可能是電流 注意：2、忽略信號(hào)通過(guò)反饋網(wǎng)絡(luò)從輸入端向輸出端的正向傳輸3、忽略反饋信號(hào)通過(guò)基本放大器從輸出端向輸入端的反向傳輸正反饋： 表示輸入信號(hào)和反饋信號(hào)疊加 負(fù)反饋： 反饋信號(hào)起增強(qiáng)輸入信號(hào)的作用 反饋信號(hào)起削弱輸入信號(hào)的作用 凈輸入量4.2 反饋放大器的理想閉環(huán)增益基本放大器的增益： 開(kāi)環(huán)增益 反饋網(wǎng)絡(luò)的反

3、饋系數(shù)： 反饋放大器的增益： 閉環(huán)增益 (1) 表達(dá)式的推導(dǎo)環(huán)路增益 fAkT=對(duì)于負(fù)反饋： (2) 反饋深度 fAkF+=1反饋”這種情況稱為“深度負(fù)。響，放大性能比較穩(wěn)定參數(shù)以及其它干擾的影，不受晶體管于反饋系數(shù)此時(shí)，閉環(huán)增益只取決fk()0ixfixxfoioxxxx1ffkA4.3 反饋類型的判斷一、判定有無(wú)反饋方法：檢查電路中是否存在反饋網(wǎng)絡(luò)，即：是否有元器件、線路既屬于輸入回路、又屬于輸出回路，或者跨接在輸入和輸出回路之間。反饋元件反饋元件2、判斷直流反饋和交流反饋直流反饋：反饋信號(hào)只有直流成分。交流反饋：反饋信號(hào)只有交流成分。交直流反饋：反饋信號(hào)中既含直流成分又含交流成分。判斷方

4、法：畫出直流通路和交流通路， 直流通路上存在反饋就是直流反饋； 若交流通路存在反饋就是交流反饋。注：一般將交流反饋和交直流反饋統(tǒng)稱為交流反饋，即反饋信號(hào)中只要含有交流成分即稱為交流反饋。 Rf1和Rf2：直流反饋Re1：級(jí)間交流反饋Re2：本級(jí)交流反饋3、判斷串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋 -輸入端連接方式 在放大電路的輸入端，反饋信號(hào)和輸入信號(hào)有兩種連接方式：串聯(lián)和并聯(lián)3、判斷串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋 -輸入端連接方式 在放大電路的輸入端，反饋信號(hào)和輸入信號(hào)有兩種連接方式：串聯(lián)和并聯(lián)串聯(lián)反饋：反饋信號(hào)和輸入信號(hào)以電壓的形式疊加。并聯(lián)反饋：反饋信號(hào)和輸入信號(hào)以電流的形式疊加。簡(jiǎn)單判別方法：是看反饋有沒(méi)有引回到輸

5、入端。 反饋沒(méi)有引回到輸入端 （反饋信號(hào)和輸入信號(hào)分別加在輸入回路的不同兩個(gè)電極上）反饋引回到輸入端（反饋信號(hào)和輸入信號(hào)加在輸入回路的同一個(gè)電極上） 并聯(lián)反饋串聯(lián)反饋并聯(lián)反饋串聯(lián)反饋方法2：將輸入端“短路”或信號(hào)源“短路”，若反饋網(wǎng)絡(luò)也被“短路”了，則為并聯(lián)反饋；若反饋網(wǎng)絡(luò)仍然存在，則為串聯(lián)反饋。輸入端短路，反饋消失，所以是并聯(lián)反饋4、判斷電壓反饋和電流反饋-輸出采樣 從需要穩(wěn)定的輸出量和輸出端的采樣方式來(lái)劃分，反饋分為：電壓反饋：電流反饋：4、判斷電壓反饋和電流反饋-輸出采樣 簡(jiǎn)單的方法：看電路的反饋量有沒(méi)有引自于輸出端 。反饋量引自于輸出端（反饋信號(hào)和輸出信號(hào)從同一個(gè)電極引出） 從需要穩(wěn)定

6、的輸出量和輸出端的采樣方式來(lái)劃分，反饋分為：電壓反饋：電流反饋：反饋量沒(méi)有引自于輸出端（反饋信號(hào)和輸出信號(hào)從不同的兩個(gè)電極引出） 反饋引自于輸出端，所以是電壓反饋反饋沒(méi)有引自于輸出端，所以是電流反饋反饋引自于輸出端，所以是電壓反饋反饋沒(méi)有引自于輸出端，所以是電流反饋方法2：將輸出電壓短路，若反饋回來(lái)的反饋信號(hào)為零，則為電壓反饋；若反饋信號(hào)仍然存在，則為電流反饋。輸出電壓短路，反饋消失，所以是電壓反饋輸出電壓短路，反饋消失，所以是電壓反饋輸出電壓短路，反饋仍存在，所以是電流反饋5、判斷反饋的極性正反饋和負(fù)反饋定義：正反饋：引入反饋后，放大倍數(shù)增大負(fù)反饋：引入反饋后，放大倍數(shù)減小只有負(fù)反饋能起穩(wěn)定

7、輸出量的作用，而正反饋會(huì)破壞放大電路的穩(wěn)定性，甚至使其無(wú)法工作。（凈輸入量增加）（凈輸入量減少）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“+”、“-” 判斷的方法瞬時(shí)極性法步驟：按信號(hào)傳輸方向(放大網(wǎng)絡(luò)：輸入端輸出端；反饋網(wǎng)絡(luò)：輸出端輸入端)依次判斷相關(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 信號(hào)經(jīng)過(guò)電阻或耦合電容不改變極性 判斷凈輸入量(ib、vbe)的變化加入反饋后： 若凈輸入量增加：正反饋； 若凈輸入量減?。贺?fù)反饋。正反饋負(fù)反饋負(fù)反饋fvfi我們只關(guān)心交流負(fù)反饋的情況，那么可以構(gòu)成四種類型的反饋組態(tài)： 電壓串聯(lián)負(fù)反饋 電流串聯(lián)負(fù)反饋 電壓并聯(lián)負(fù)反饋 電流并聯(lián)負(fù)反饋例

8、判斷反饋類型（例4.3.4） 第一步，找出反饋元件：第二步，看輸出端采樣：沒(méi)有引自輸出端電流反饋第三步，看輸入端連接：引回輸入端并聯(lián)反饋第四步，瞬時(shí)極性法：負(fù)反饋電流并聯(lián)負(fù)反饋fi練：判斷級(jí)間反饋組態(tài)電壓并聯(lián)正反饋a（b）電流并聯(lián)負(fù)反饋4.4 負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響對(duì)增益的影響對(duì)通頻帶的影響對(duì)非線性失真的影響對(duì)輸入、輸出電阻的影響一 、提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性有反饋時(shí)，增益的穩(wěn)定性比無(wú)反饋時(shí)提高了(1+Akf)倍。 AAkAAAAfffD.D+=D)(11AAAkAAfffD.+=D11例1 某放大電路的開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)A104，如果由于某種原因，使A下降為8103。現(xiàn)引入反饋系數(shù)kf=0.01

9、負(fù)反饋，試求閉環(huán)電壓放大倍數(shù)Af和開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)A的相對(duì)變化量。解： A0104時(shí)，A08103時(shí)，開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)A0的相對(duì)變化量為： 閉環(huán)放大倍數(shù)Af的相對(duì)變化量為： 反饋類型不同, 增益的表達(dá)式不同 放大電路增益的穩(wěn)定性提高后，在輸入量一定時(shí)，就可得到較穩(wěn)定的輸出。所以：引入電壓負(fù)反饋能夠穩(wěn)定輸出電壓； 引入電流負(fù)反饋能夠穩(wěn)定輸出電流。二、展寬通頻帶以只有一個(gè)極點(diǎn)的基本放大電路系統(tǒng)為例說(shuō)明 若反饋系數(shù)和頻率無(wú)關(guān),則反饋放大器的閉環(huán)增益的表達(dá)式為:其中：fAfIAHfw增益帶寬積是不變的 負(fù)反饋放大電路擴(kuò)展通頻帶三、減小了非線性失真失真的反饋信號(hào)使凈輸入信號(hào)產(chǎn)生相反的失真，從而彌補(bǔ)了放大電路

10、本身的非線性失真 負(fù)反饋只能改善反饋環(huán)內(nèi)產(chǎn)生的非線性失真，對(duì)于輸入波形的失真沒(méi)有改善作用四、負(fù)反饋對(duì)放大器輸入電阻的影響 只與反饋放大器輸入端的連接方式有關(guān) 1 串聯(lián)反饋基本放大器的輸入電阻：加入反饋后：串聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻增加（1+Akf）倍 2 并聯(lián)反饋基本放大器的輸入電阻：加入反饋后：fiAkR+=1iiifIVR=并聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻減?。?+Akf）倍 五、負(fù)反饋對(duì)放大器輸出電阻的影響 只與反饋放大器輸出端的采樣有關(guān) 1 電壓反饋基本放大器的輸出電阻：加入反饋后：電壓負(fù)反饋使輸出電阻減?。?+Akf）倍 2 電流反饋基本放大器的輸出電阻：加入反饋后：電流負(fù)反饋使輸出電阻增加（1+Ak

11、f）倍 計(jì)算式中出現(xiàn)的Rif、Rof均是反饋環(huán)中的輸入、輸出電阻，并不是整個(gè)放大電路的輸入、輸出電阻。小結(jié)：1、直流負(fù)反饋能穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)2、串聯(lián)負(fù)反饋使得輸入電阻升高 并聯(lián)負(fù)反饋使得輸入電阻減小3、電壓負(fù)反饋能夠穩(wěn)定輸出電壓， 使得輸出電阻減小 電流負(fù)反饋能夠穩(wěn)定輸出電流， 使得輸出電阻增大4、負(fù)反饋均能展寬通頻帶， 且減小非線性失真例：判斷反饋類型，若為負(fù)反饋說(shuō)明反饋對(duì)放大器性能的影響電壓反饋串聯(lián)反饋fv負(fù)反饋電壓反饋串聯(lián)反饋fv負(fù)反饋 能夠穩(wěn)定輸出電壓， 使得輸出電阻減小 使得輸入電阻升高 展寬通頻帶 減小非線性失真放大電路引入負(fù)反饋的一般原則一、欲穩(wěn)定某個(gè)量，則引該量的負(fù)反饋穩(wěn)定直流，

12、引直流反饋；穩(wěn)定交流，引交流反饋；穩(wěn)定輸出電壓，引電壓反饋；穩(wěn)定輸出電流，引電流反饋。二、根據(jù)對(duì)輸入、輸出電阻的要求選擇反饋類型欲提高輸入電阻，采用串聯(lián)反饋；欲降低輸入電阻，采用并聯(lián)反饋；要求高輸出電阻，采用電流反饋；要求低輸出電阻，采用電壓反饋。三、為使反饋效果強(qiáng)，根據(jù)信號(hào)源及負(fù)載確定反饋類型信號(hào)源為恒壓源，采用串聯(lián)反饋；信號(hào)源為恒流源，采用并聯(lián)反饋；要求負(fù)載能力強(qiáng)，采用電壓反饋；要求恒流源輸出，采用電流反饋。練：電路如圖所示。判斷圖中引入了哪種組態(tài)的級(jí)間交流負(fù)反饋；此電路能否穩(wěn)定其輸出電流？若不能，反饋應(yīng)如何修改？差放的極性變化+-例：電路如圖所示，（1）指出由Rf引入的是什么類型的反饋（

13、2）若要求該電路要求能夠穩(wěn)定電壓增益，圖中的連線應(yīng)作哪些變動(dòng)？差放作業(yè)： 4.3.1 4.4.54.5 負(fù)反饋放大器的分析一、拆環(huán)法求反饋系數(shù)* 拆環(huán)的目的是為了去掉反饋回路，作出基本放大電路，從而求出反饋系數(shù)。拆環(huán)的原則是： 畫基本放大電路的輸入端時(shí)，對(duì)電壓反饋將反饋放大電路的輸出端負(fù)載短路；電流反饋則將輸出端負(fù)載開(kāi)路； 畫基本放大器的輸出端時(shí)：并聯(lián)反饋：輸入端信號(hào)源短路，串聯(lián)反饋：輸入端信號(hào)源開(kāi)路。例1 若一個(gè)電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大器的交流通路如圖所示，作出基本放大器的交流通路，并求出反饋系數(shù)。（例4.5.1 ）電壓反饋：將輸出端負(fù)載短路畫輸入端：串聯(lián)反饋：將輸入端信號(hào)源開(kāi)路畫輸出端：電路的基

14、本放大器: 電壓串聯(lián)負(fù)反饋例2 判斷反饋類型，用拆環(huán)法作出基本放大器的交流通路，并求出反饋系數(shù)電流并聯(lián)負(fù)反饋 電流反饋將輸出端負(fù)載開(kāi)路畫輸入端：并聯(lián)反饋：將輸入端信號(hào)源短路畫輸出端：電路的基本放大器 454RRR+-=iief=iikofif=電流并聯(lián)負(fù)反饋 二、深度負(fù)反饋下的近似計(jì)算 閉環(huán)增益和電壓增益()0ixfixxfoioxxxx1ffkA若第一級(jí)為共射放大器的反饋：對(duì)串聯(lián)深負(fù)反饋放大電路，有虛短對(duì)并聯(lián)深負(fù)反饋放大電路，有虛斷若第一級(jí)為共射放大器的反饋：例1. 設(shè)電路達(dá)到深度負(fù)反饋，近似計(jì)算對(duì)應(yīng)的閉環(huán)增益、閉環(huán)電壓增益。ecRR-foVV&ioVFVVA=&eeccRIRI=&eeco

15、RIRI=&fiVV負(fù)反饋時(shí)電流串聯(lián)負(fù)反饋，深度:對(duì)應(yīng)的閉環(huán)增益：eR1=eecRII=foVIiogfVIA=1、若為深度反饋，近似求解放大器的對(duì)應(yīng)的閉環(huán)增益。電壓串聯(lián)負(fù)反饋2. 電路如圖所示，若反饋為深度反饋：(1)判斷Rf引入的大環(huán)反饋的組態(tài)；(2) 給出大環(huán)反饋閉環(huán)增益的近似表達(dá)式；(3)計(jì)算大環(huán)反饋閉環(huán)源電壓增益的近似表達(dá)式電壓并聯(lián)負(fù)反饋sfRR-=sfoRIVsioRIVsovfVVA=3. 設(shè)電路達(dá)到深度負(fù)反饋，近似計(jì)算對(duì)應(yīng)的閉環(huán)增益。電壓串聯(lián)負(fù)反饋 fiVV負(fù)反饋時(shí)深度:foVV&iovfVVA=&4、設(shè)電路達(dá)到深度負(fù)反饋，近似計(jì)算電壓增益。 00211=RivvveebbeQ

16、對(duì)應(yīng)的閉環(huán)增益：電流并聯(lián)負(fù)反饋練：判斷圖中引入了哪種組態(tài)的級(jí)間交流負(fù)反饋；如果電路滿足深度負(fù)反饋條件，估算電壓放大倍數(shù)作業(yè)： 4.5.5 4.5.84.6 負(fù)反饋放大器的穩(wěn)定性帶有反饋的放大電路在輸入端不加輸入信號(hào)，輸出端會(huì)出現(xiàn)具有一定頻率和幅度的輸出波形，這種現(xiàn)象稱為自激或自激振蕩。因?yàn)榛痉糯箅娐吩诟哳l區(qū)有附加相移，所以在中頻區(qū)是負(fù)反饋，但是到了高頻區(qū)有可能是正反饋而使放大器產(chǎn)生自激。 自激產(chǎn)生原因：自激產(chǎn)生的原因附加相移負(fù)反饋放大電路不穩(wěn)定增幅振蕩等幅振蕩|T|1 |T|=1 |T| 1減幅振蕩自激振蕩一、穩(wěn)定工作的條件1、自激振蕩產(chǎn)生條件幅度條件：相位條件：2、負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性條件

17、3、由環(huán)路增益波特圖判斷負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定性例1 有一個(gè)負(fù)反饋放大器的環(huán)路增益的波特圖如圖所示，判斷這一反饋系統(tǒng)是否穩(wěn)定。（例4.6.1 ） 即因此系統(tǒng)是穩(wěn)定的 2、已知一個(gè)反饋放大器是電壓串聯(lián)負(fù)反饋，反饋網(wǎng)絡(luò)是由電阻組成的，且電壓增益頻率表達(dá)式為：試求：(1) 作出基本放大器的波特圖； (2) 保證系統(tǒng)穩(wěn)定，最大可以應(yīng)用的反饋系數(shù)310-fk,0|lg2060+=fk|lg20|lg20|lg20+=ffkAAk180-=Doajj系統(tǒng)才穩(wěn)定時(shí)，在,0|lg20180-45dB100dB0mmmmGGjj，一般要求，穩(wěn)定的負(fù)反饋放大電路系統(tǒng)要求留有 的相位裕量時(shí),放大電路穩(wěn)定性條件: 所以

18、，如果我們要留有45的相位裕量時(shí)即要求: 問(wèn)： 當(dāng)kf=10-4.5時(shí)，求幅度裕量和相位裕量,并判斷電路是否穩(wěn)定；例1、已知一個(gè)反饋放大器是電壓串聯(lián)負(fù)反饋，反饋網(wǎng)絡(luò)是由電阻組成的，且電壓增益頻率表達(dá)式為： 要求相位裕量為45o時(shí)，最大可以應(yīng)用的反饋系數(shù)； 此時(shí)的幅度裕度為多少？求反饋系數(shù)為最大允許值時(shí)，反饋放大器的中頻 閉環(huán)電壓增益。 20dB/十倍頻40dB/十倍頻60dB/十倍頻90|lg20180-=oAww10lg20|lg201805.4-=oAwwlg20180=oAkGfmww因?yàn)镚m0,所以系統(tǒng)穩(wěn)定。解：dB208060-=-=三、相位補(bǔ)償技術(shù)要改善放大器的性能，需要加深負(fù)反饋，但是負(fù)反饋太深會(huì)引起放大器自激 。要解決這一矛盾,就要利用相位補(bǔ)償技術(shù)。 相位補(bǔ)償就是在基本放大器或反饋網(wǎng)絡(luò)中增加一些阻容元件（如R、C等），人為地拉開(kāi)各極點(diǎn)間的間距,使在一定要求