《模擬電子線路》第六章反饋1

1、第六章 反饋16.1 反饋的基本概念及基本方程6.1.1 反饋的概念就是將放大器的輸出量（輸出電流或輸出電壓）的一部分或全部通過(guò)一定的網(wǎng)絡(luò)，回送到放大器的輸入回路，用來(lái)影響其輸入量（輸入電流或輸入電壓）的措施，稱為反饋。正反饋：反饋信號(hào)對(duì)輸入信號(hào)起增強(qiáng)作用（如振蕩器）。負(fù)反饋：反饋信號(hào)對(duì)輸入信號(hào)起減弱作用（使放大器的某些性能得到改善） 。2 圖6.1.1 負(fù)反饋穩(wěn)定工作點(diǎn)電路 直流反饋：僅在直流通路中存在的反饋稱為直流反饋。3交流反饋：僅在交流通路中存在的反饋稱為交流反饋。 圖6.1.2 交流反饋電路的交流通路 直流負(fù)反饋主要用于穩(wěn)定放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)，本章重點(diǎn)討論交流負(fù)反饋，引入交流負(fù)反饋的

2、放大器稱為負(fù)反饋放大器。4基本放大器A取樣反饋網(wǎng)絡(luò)F比較Xf.Xi.凈輸入信號(hào)反饋信號(hào)輸出信號(hào)輸入信號(hào)Af反饋放大器Xi.Xo. 圖6.1.3 反饋放大器基本框圖 6.1.2反饋放大器的基本框圖 .56.1.3 反饋放大器的基本方程基本放大器的傳輸增益(也稱開(kāi)環(huán)增益或開(kāi)環(huán)放大倍數(shù))反饋網(wǎng)絡(luò)的傳輸系數(shù)(也稱反饋系數(shù))6環(huán)路增益(回歸比) 反饋放大器的傳輸增益（也稱閉環(huán)增益）注意：上述X可以指電壓也可以指電流，因此A、F既可能是電壓增益也可能是電流增益，也可能是互導(dǎo)增益或互阻增益。 7基本放大器的傳輸增益(也稱開(kāi)環(huán)增益或開(kāi)環(huán)放大倍數(shù))反饋網(wǎng)絡(luò)的傳輸系數(shù)(也稱反饋系數(shù))環(huán)路增益(回歸比) 反饋放大器

3、的傳輸增益（也稱閉環(huán)增益）注意：上述X可以指電壓也可以指電流，因此A、F既可能是電壓增益也可能是電流增益，也可能是互導(dǎo)增益或互阻增益。 8反饋放大器的基本方程9結(jié) 論（1）負(fù)反饋使放大器的增益下降了（1+AF）倍；（2）反饋深度D = 1+AF，表征反饋強(qiáng)弱；D1或AF 1 ，深度負(fù)反饋10（3）深負(fù)反饋條件下（4）若正反饋，則116.1.4 反饋放大電路的組態(tài)和四種基本類型 一、電壓反饋與電流反饋 根據(jù)反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大器輸出端的連接方式不同，反饋可分為：電壓反饋：反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大器輸出端并聯(lián)連接，反饋信號(hào)直接取自于輸出電壓。電流反饋：反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大器輸出端串聯(lián)連接，反饋信號(hào)直接取自于

4、輸出電流。12(a)(b)AF電流取樣RLUo.Xf.Io.反饋支路UCCRCuoVRERfui(c)(d)反饋支路UCCRCuoRERfuiIe.AF電壓取樣RLUo.Xf.圖6.1.4 電壓反饋和電流反饋13采用“輸出短路法”。即將輸出端短路，觀察反饋信號(hào)是否還存在。如果反饋信號(hào)不存在，說(shuō)明是電壓反饋；反之，則說(shuō)明是電流反饋。 判斷方法14（a）電路（b）令負(fù)載短路電壓反饋 15（a）電路（b）令負(fù)載短路電流反饋 16 根據(jù)反饋網(wǎng)絡(luò)和基本放大器輸入端的連接方式方式不同，分為：串聯(lián)反饋： 反饋網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)在基本放大器的輸入回路中并聯(lián)反饋： 反饋網(wǎng)絡(luò)并接在基本放大器的輸入端二、串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋1

5、7ARiFUi.RifUfUiIi.(a)串聯(lián)反饋1）Ui與Uf是串聯(lián)關(guān)系。2）輸入信號(hào)與反饋信號(hào)不在同一節(jié)點(diǎn)上。3）18ARiFUi.RifIi.Ii.If.(b)并聯(lián)反饋1）Ui與Uf是并聯(lián)關(guān)系。2）輸入信號(hào)與反饋信號(hào)在同一節(jié)點(diǎn)上。3）19 一般地，串聯(lián)反饋是輸入信號(hào)與反饋信號(hào)加在放大器的不同輸入端上；而并聯(lián)反饋則是兩者并接在同一個(gè)輸入端。串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋的判斷方法20uiR1Ii.Ii.If.Rf反饋Ui.Ui.REUf.Rf反饋圖6.1.8 放大器輸入回路中引入串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋 (a)串聯(lián)反饋(b)并聯(lián)反饋21V1V2R1R1Uf.Rf反饋IoUi.R1Ii.Ii.If.Rf反饋U

6、i.IoV1V2R1串聯(lián)反饋并聯(lián)反饋22Ui.AFUo.Uf.Ui.AFUo.Us.RsIi.If.Ii. 圖6.1.9 四種典型的負(fù)反饋組態(tài)電路(a)串聯(lián)電壓負(fù)反饋(b)串聯(lián)電流負(fù)反饋(c)并聯(lián)電壓負(fù)反饋(d)并聯(lián)電流負(fù)反饋AFUo.IoUs.RsIi.Ii.If.AFUo.Ui.Uf.Ui.Io.三、四種基本反饋類型23Ui.AFUo.Uf.Ui.(a)串聯(lián)電壓負(fù)反饋U i=UiUf 電壓串聯(lián)負(fù)反饋穩(wěn)定的增益是閉環(huán)電壓放大倍數(shù) 深度負(fù)反饋條件下 24 表 6.1.1 負(fù)反饋放大電路參數(shù)的意義25 四、負(fù)反饋放大電路舉例電壓串聯(lián)負(fù)反饋（a）晶體管反饋電路 26 （a）晶體管反饋電路 電壓串聯(lián)

7、負(fù)反饋 Uo Uf (Ui)Ube Ib IcUo 27電壓串聯(lián)負(fù)反饋 28 （b）集成運(yùn)放反饋電路 電壓串聯(lián)負(fù)反饋 29 2.電壓并聯(lián)負(fù)反饋（a）晶體管反饋電路 30 （a）晶體管反饋電路 電壓并聯(lián)負(fù)反饋 31 （a）集成運(yùn)放反饋電路 電壓并聯(lián)負(fù)反饋 32 3.電流串聯(lián)負(fù)反饋（a）晶體管反饋電路 33 （a）晶體管反饋電路 電流串聯(lián)負(fù)反饋 34 （a）集成運(yùn)放反饋電路 電流串聯(lián)負(fù)反饋 35 4.電流并聯(lián)負(fù)反饋36 電流并聯(lián)負(fù)反饋376.2 負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響 6.2.1 負(fù)反饋使放大倍數(shù)穩(wěn)定度提高基本放大器A取樣反饋網(wǎng)絡(luò)F比較Xf.Xi.凈輸入信號(hào)反饋信號(hào)輸出信號(hào)輸入信號(hào)Af反饋放大器

8、Xi.Xo.38開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)相對(duì)穩(wěn)定度為閉環(huán)放大倍數(shù)相對(duì)穩(wěn)定度為若近似以增量代替微分，則：通常用放大倍數(shù)的相對(duì)變化量來(lái)衡量放大器的穩(wěn)定性。39結(jié)論引入負(fù)反饋使放大倍數(shù)的相對(duì)變化量減小為原相對(duì)變化量的1/(1+AF)，即反饋越深，放大倍數(shù)的增益穩(wěn)定性越好。在深度負(fù)反饋時(shí)，Af=1/F，因此，只要F穩(wěn)定，Af也將穩(wěn)定。 注意：負(fù)反饋被穩(wěn)定的對(duì)象與反饋信號(hào)的取樣對(duì)象有關(guān)。如果取樣對(duì)象是輸出電壓，則輸出電壓將被穩(wěn)定；如果取樣對(duì)象是輸出電流，則輸出電流將被穩(wěn)定。 406.2.2 展寬通頻帶引入負(fù)反饋后，閉環(huán)增益： 因此：41式中：42無(wú)反饋放大器的頻率響應(yīng)有負(fù)反饋放大器的頻率響應(yīng)增益AIAI-3 dBA

9、IfAIf-3 dBfLffLfH無(wú)反饋放大器的帶寬負(fù)反饋放大器的帶寬fHff(頻率) 負(fù)反饋改善放大器頻率響應(yīng)的示意圖 43io0ubeAXi.Xo.xo0t0txi基本放大器t0 xi0txi圖6.2.1負(fù)反饋改善非線性失真的工作原理示意圖(a)無(wú)反饋io0ubeAFXo.Xi.Xf.Xi.(b)負(fù)反饋使非線性失真減小txo0 xf0t6.2.3減小非線性失真44非線性失真系數(shù)：“全諧波失真率” 式中：Xnh為器件非線性產(chǎn)生的輸出高次諧波分量，X1O為基波分量。 45 AXiX1oXnh A FXi+Xi-FXnhfFXnhfX1 ofXnhf因?yàn)椋篨nhf = (Xi-FXnhf) A=

10、Xnh-AFXnhf 因此：設(shè)加負(fù)反饋后，輸出諧波分量為Xnhf 46因此：負(fù)反饋使非線性失真減小了（1+AF）倍。失真減小，意味著線性動(dòng)態(tài)范圍的拓寬。注意：非線性失真的減小只限于反饋環(huán)內(nèi)放大器產(chǎn)生的非線性失真，對(duì)外來(lái)信號(hào)已有的非線性失真，負(fù)反饋將無(wú)能為力。而且，只在輸入信號(hào)有增大的余地，非線性失真也不是十分嚴(yán)重的情況下才是正確的。 476.2.4 減小反饋環(huán)內(nèi)的噪聲與干擾利用負(fù)反饋抑制放大器內(nèi)部噪聲及干擾的機(jī)理與減小非線性失真是一樣的。負(fù)反饋輸出噪聲下降(1+AF)倍。如果輸入信號(hào)本身不攜帶噪聲和干擾，且其幅度可以增大，輸出信號(hào)分量保持不變，那么放大器的信噪比將提高(1+AF)倍。 48圖

11、6.2.2 負(fù)反饋抑制干擾和噪聲（a）無(wú)反饋，信號(hào)與噪聲的輸出波形 （b）有反饋，信號(hào)與噪聲的輸出波形 （c）提高輸入信號(hào)幅度后的輸出波形 49(1)負(fù)反饋使放大器的放大倍數(shù)下降，但增益穩(wěn)定度提高，頻帶展寬，非線性失真減小，內(nèi)部噪聲干擾得到抑制，且所有性能改善的程度均與反饋深度(1+AF)有關(guān)。(2)被改善的對(duì)象就是被取樣的對(duì)象。負(fù)反饋的特點(diǎn)(3)負(fù)反饋只能改善包含在負(fù)反饋環(huán)節(jié)以內(nèi)的放大器性能，對(duì)反饋環(huán)以外的，與輸入信號(hào)一起進(jìn)來(lái)的失真、干擾、噪聲及其它不穩(wěn)定因素是無(wú)能為力的。50ARiFUi.RifUfUiIi.(a)串聯(lián)反饋 6.2.5 改變輸入電阻和輸出電阻一、對(duì)輸入電阻的影響51ARiF

12、Ui.RifIiIiIf.(b)并聯(lián)反饋52 圖6.2.4 電壓負(fù)反饋放大器輸出電阻的計(jì)算 Ro為基本放大器的輸出電阻（即開(kāi)環(huán)輸出電阻） 為等效開(kāi)路電壓（Ao為負(fù)載開(kāi)路放大倍數(shù)）。 二、對(duì)輸出電阻的影響53分析：在無(wú)反饋時(shí)，將輸入短路Xi=0，則凈輸入Xi=0，所以AoXi=0，此時(shí)的輸出電阻為Ro。 引入反饋后，當(dāng)Xi=0時(shí)，凈輸入Xi0，而是Xi= -Xf，此時(shí)反饋放大器的輸出電阻為： 圖 6.2.4 負(fù)反饋電路的輸出電阻（a）電壓反饋 54圖 6.2.4 負(fù)反饋電路的輸出電阻（a）電壓反饋 55圖 6.2.4 負(fù)反饋電路的輸出電阻（a）電流反饋 56正反饋和負(fù)反饋的判決方法 瞬時(shí)極性法：

13、假設(shè)輸入信號(hào)向某一方向變化，沿閉環(huán)系統(tǒng)，逐級(jí)推出電路中其它各有關(guān)點(diǎn)信號(hào)的瞬時(shí)變化極性;最后看反饋到輸入端信號(hào)的極性對(duì)原來(lái)的信號(hào)是增強(qiáng)還是削弱。增強(qiáng)則為正反饋，削弱則為負(fù)反饋。 57負(fù)反饋58負(fù)反饋59正反饋60負(fù)反饋61正反饋62負(fù)反饋63深度負(fù)反饋條件 D=(1十AF)1 對(duì)串聯(lián)反饋對(duì)并聯(lián)反饋放大器工作在深度負(fù)反饋條件下，即 求Auf時(shí)，可以利用如下關(guān)系式：6.3 深度負(fù)反饋放大電路的近似計(jì)算6.3.1 深度負(fù)反饋放大電路近似計(jì)算的一般方法64圖6.3.1電壓串聯(lián)負(fù)反饋6.3.2 深負(fù)反饋放大電路的近似計(jì)算1. 電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路65圖6.3.1電壓串聯(lián)負(fù)反饋66圖6.3.1電壓串聯(lián)負(fù)反饋6

14、7圖6.3.2 電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路 2. 電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路68圖6.3.2 電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路 69If Ii 圖6.3.2 電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路 70 圖6.3.3 電流串聯(lián)負(fù)反饋電路 3. 電流串聯(lián)負(fù)反饋電路71 圖6.3.3 電流串聯(lián)負(fù)反饋電路 72 圖6.3.3 電流串聯(lián)負(fù)反饋電路 73 圖6.3.3 電流串聯(lián)負(fù)反饋電路 74 圖6.3.4 電流并聯(lián)負(fù)反饋 4.電流并聯(lián)負(fù)反饋 75 圖6.3.4 電流并聯(lián)負(fù)反饋 76 圖6.3.4 電流并聯(lián)負(fù)反饋 776.4 負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定性6.4.1負(fù)反饋放大電路的自激振蕩78負(fù)反饋放大電路產(chǎn)生自激振蕩 振蕩條件79-振蕩的振幅條件 -產(chǎn)生自激

15、振蕩 -振蕩的相位條件 80 如果幅值條件和相移條件不能同時(shí)滿足,負(fù)反饋放大電路就不會(huì)產(chǎn)生自激振蕩.6.4.2負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性的判斷1.利用環(huán)路增益判斷負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定性或者時(shí)時(shí)穩(wěn)定工作的條件81圖 6.4.2 負(fù)反饋電路環(huán)路增益的頻率特性（1）若不存在f，則電路穩(wěn)定；（2）若存在f ，且ff0，則電路穩(wěn)定；若存在f，但ff0，電路就穩(wěn)定。但是實(shí)際中，人們常常發(fā)現(xiàn)某些放大電路雖然滿足ff0，但是f和f0靠得很近，此時(shí)電路也非常容易產(chǎn)生自激振蕩。 因此，為保證放大器穩(wěn)定工作，必須使它遠(yuǎn)離自激振蕩狀態(tài)，遠(yuǎn)離自激振蕩狀態(tài)的程度用穩(wěn)定裕度表示。 83工程上，Gm 10dB，可認(rèn)為放大器是穩(wěn)定的 幅度裕度相位裕度工程上， 45，可認(rèn)為放大器是穩(wěn)定的 843、利用開(kāi)環(huán)增益的波特圖來(lái)判別放大器的穩(wěn)定性-60dB/10倍頻20lg|A|204060801000100101102103f-20dB/10倍頻-40dB/10倍頻-45-135-2258586若 恒為0， 為常