模擬電路 第06章 放大電路中的反饋

第六章

放大電路中的反饋6.1反饋的基本概念常采用反饋的來改善電路的性能。例如，采用直流負反饋穩(wěn)定靜態(tài)工作點。Rb1和Rb2分壓，使基極UB固定。T

ICQ(IEQ)UEQ=IEQReUBQ固定UBEQ=UBQ-UEQIBQICQ使ICQ基本不隨溫度變化，穩(wěn)定了靜態(tài)工作點。6.1.1反饋概念的建立放大電路中的反饋，是指將放大電路輸出電量(輸出電壓或輸出電流)的一部分或全部，通過一定的方式，反送回輸入回路中。UBEQ

UBQ-ICQRE將輸出電流ICQ(IEQ)反饋回輸入回路，改變UBEQ，使ICQ穩(wěn)定。由此可見，欲穩(wěn)定電路中的某個電量，應采取措施將該電量反饋回輸入回路。6.1.2反饋的分類一、正反饋和負反饋反饋信號增強了外加輸入信號，使放大電路的放大倍數提高——正反饋反饋信號削弱了外加輸入信號，使放大電路的放大倍數降低——負反饋反饋極性的判斷方法：瞬時極性法。先假定某一瞬間輸入信號的極性，然后按信號的放大過程，逐級推出輸出信號的瞬時極性，最后根據反饋回輸入端的信號對原輸入信號的作用，判斷出反饋的極性。(a)正反饋(b)負反饋例：用瞬時極性法判斷電路中的反饋極性。--因為差模輸入電壓等于輸入電壓與反饋電壓之差，反饋增強了輸入電壓，所以為正反饋。-反饋信號削弱了輸入信號，因此為負反饋。二、直流反饋和交流反饋(a)直流負反饋(b)交流負反饋直流負反饋可穩(wěn)定靜態(tài)工作點，交流負反饋用以改善放大電路的性能。三、電壓反饋和電流反饋如果反饋信號取自輸出電壓，則為電壓反饋；電壓負反饋的反饋信號與輸出電壓成比例；反饋信號取自輸出電流，則為電流反饋，電流負反饋的反饋信號與輸出電流成比例。判斷方法：假設將輸出端交流短路，如果反饋信號消失，則為電壓反饋；否則為電流反饋。

例：四、串聯反饋和并聯反饋反饋信號與輸入信號在輸入回路中以電壓形式求和，為串聯反饋；如果二者以電流形式求和，為并聯反饋。例：所以為并聯反饋；所以為串聯聯反饋。6.2負反饋的四種組態(tài)和反饋的一般表達式一、電壓串聯負反饋

(a)電路圖反饋信號與輸出電壓成正比，集成運放的凈輸入電壓等于輸入電壓與反饋電壓之差，6.2.1

負反饋的四種組態(tài)(b)方框圖電壓放大倍數：反饋系數：因為：所以反饋系數：二、電壓并聯負反饋(a)電路圖反饋信號與輸出電壓成正比，凈輸入電流等于外加輸入電流與反饋電流之差

(b)方框圖放大倍數：——轉移電阻反饋系數：因為：所以反饋系數：三、電流串聯負反饋

(a)電路圖反饋信號與輸出電流成正比，凈輸入電壓等于外加輸入信號與反饋信號之差(b)方框圖——轉移電導反饋系數：因為：所以反饋系數：四、電流并聯負反饋(a)電路圖反饋信號與輸出電流成正比，凈輸入電流等于外加輸入信號與反饋信號之差：(b)方框圖電流放大倍數：反饋系數：因為：所以反饋系數：四種負反饋組態(tài)的電壓放大倍數、反饋系數之比較輸出信號反饋信號放大網絡的放大倍數反饋系數電壓串聯式電壓并聯式電流串聯式電流并聯式電壓放大倍數轉移電阻轉移電導電流放大倍數6.2.2反饋的一般表達式圖5.1.9反饋放大電路方框圖

分別為輸入信號、輸出信號和反饋信號；開環(huán)放大倍數無反饋時放大網絡的放大倍數；因為：所以：得：閉環(huán)放大倍數閉環(huán)放大倍數引入反饋后，放大電路對外加輸入信號的放大倍數?；芈吩鲆嬖诜答伔糯箅娐分校盘栄胤糯缶W絡和反饋網絡組成的環(huán)路傳遞一周后所得到的放大倍數。反饋深度引入反饋后，放大電路的放大倍數與無反饋時相比所變化的倍數。——負反饋；——正反饋。若——深度負反饋結論：深負反饋放大電路的放大倍數主要由反饋網絡的反饋系數決定，能保持穩(wěn)定。若則——自激振蕩6.3負反饋對放大電路性能的影響6.3.1提高放大倍數的穩(wěn)定性引入負反饋后，在輸入信號一定的情況下，當電路參數變化、電源電壓波動或負載發(fā)生變化時，放大電路輸出信號的波動減小，即放大倍數的穩(wěn)定性提高。放大倍數穩(wěn)定性提高的程度與反饋深度有關。在中頻范圍內，放大倍數的相對變化量：結論：引入負反饋后，放大倍數的穩(wěn)定性提高了

(1+AF)倍。

例：在電壓串聯負反饋放大電路中，①估算反饋系數和反饋深度②估算放大電路的閉環(huán)電壓放大倍數

③如果開環(huán)差模電壓放大倍數A的相對變化量為±10%，此時閉環(huán)電壓放大倍數Af

的相對變化量等于多少？解：①反饋系數反饋深度②閉環(huán)放大倍數③Af的相對變化量結論：當開環(huán)差模電壓放大倍數變化10%時，電壓放大倍數的相對變化量只有0.0001%，而穩(wěn)定性提高了一萬倍。xf負反饋減小了波形失真加入負反饋無負反饋FxfAxixoxo大小略大略小略小略大xiA接近正弦波預失真+–6.3.2減小非線性失真和抑制干擾同樣道理，負反饋可抑制放大電路內部噪聲。6.3.3展寬頻帶由于負反饋可以提高放大倍數和穩(wěn)定性，因而對于頻率不同而引起的放大倍數下降，也可以改善。設無反饋時放大電路在中、高頻段的放大倍數分別為，上限頻率為fＨ；引入反饋系數為的負反饋后，放大電路在中、高頻段的放大倍數分別為，上限頻率為fHf。所以：可見，引入負反饋后，放大電路的中頻放大倍數減小為無反饋時的1/；而上限頻率提高到無反饋時的倍。同理，可推導出引入負反饋后，放大電路的下限頻率降低為無反饋時的1/。

結論：引入負反饋后，放大電路的上限頻率提高，下限頻率降低，因而通頻帶展寬。3dB3dBfLfHBWfLffHfBWff6.3.4改變輸入電阻和輸出電阻不同類型的負反饋，對輸入電阻、輸出電阻的影響不同。一、負反饋對輸入電阻的影響1.串聯負反饋使輸入電阻增大得：結論：引入串聯負反饋后，輸入電阻增大為無反饋時的倍。2.并聯負反饋使輸入電阻減小得：結論：引入并聯負反饋后，輸入電阻減小為無負反饋時的1/。二、負反饋對輸出電阻的影響1.電壓負反饋使輸出電阻減小+-

+-RLRo～輸出電阻Ro越小，負載電阻RL變化時，輸出電壓越穩(wěn)定。加壓求流法求輸出電阻令（電壓源短路，電流源開路）負載開路，輸出端加交流電壓+-～求出輸出電流則對于電壓負反饋+-

+-Ro～～Ro為無反饋時輸出電阻，為空載放大倍數。理解：電壓負反饋目的是阻止

的變化，穩(wěn)定輸出電壓。2.電流負反饋使輸出電阻增大RoRL電路的輸出電阻Ro越大，則當RL變化時輸出電流越穩(wěn)定。對于電流負反饋

+-Ro～如不考慮在反饋網絡輸入端的壓降，則理解：電流負反饋目的是阻止的變化，穩(wěn)定輸出電流。注意：電流負反饋只能將反饋環(huán)路內的輸入電阻增大倍，而環(huán)路以外電阻則不受影響。RofR’ofRCRERof與R’of的區(qū)別RL如圖電路，總輸出電阻為小結：串聯負反饋使輸入電阻增大，并聯負反饋使輸入電阻減?。?2)電壓負反饋使輸出電阻減小，電流負反饋使輸入

電阻增大；(3)負反饋對輸入電阻和輸出電阻的影響，均與反饋

深度有關。6.4負反饋放大電路的分析計算簡單的負反饋放大電路，利用微變等效電路法進行分析計算；對于深度負反饋放大電路，采用估算方法。

6.4.1利用關系式估算閉環(huán)電壓放大倍數對于電壓串聯負反饋，中的代表閉環(huán)電壓放大倍數，因而可直接估算出負反饋放大電路的閉環(huán)電壓放大倍數。因而：該電路為電壓串聯負反饋在深度負反饋條件下6.4.2利用關系式估算閉環(huán)電壓放大倍數放大電路的閉環(huán)電壓放大倍數：深度負反饋放大電路的閉環(huán)電壓放大倍數：對于串聯負反饋：并聯負反饋：

結論：根據負反饋組態(tài)，選擇適當的公式；再根據放大電路的實際情況，列出關系式后，直接估算閉環(huán)電壓放大倍數。例：估算深負反饋運放的閉環(huán)電壓放大倍數。解：該電路為電壓并聯負反饋，在深度負反饋條件下：則閉環(huán)電壓放大倍數為：該電路為電流并聯負反饋，在深度負反饋條件下：故：閉環(huán)電壓放大倍數為：該電路為電流串聯負反饋，在深度負反饋條件下：6.5負反饋放大電路的自激振蕩

對于多級放大電路，可能引起自激振蕩。6.5.1產生自激振蕩原因放大電路的閉環(huán)放大倍數為：在中頻段，在高、低頻段，放大倍數和反饋系數的模和相角都隨頻率變化，使。一、自激振蕩的幅度條件和相位條件當時說明，此時放大電路沒有輸入信號，但仍有一定的輸出信號，因此產生了自激振蕩。所以，負反饋放大電路產生自激振蕩的條件是：即：幅度條件相位條件例：由單管阻容耦合共射放大電路的頻率響應-270o0.707AumAumfLfHBWffφOO-90o-180ofLfH可見，在低、高頻段，放大電路分別產生了0~+90

和0~-90

的附加相移。兩級放大電路將產生0~180

附加相移；三級放大電路將產生0~270

的附加相移。對于多級放大電路，如果某個頻率的信號產生的附加相移為180o，而反饋網絡為純電阻，則：滿足自激振蕩的相位條件，如果同時滿足自激振蕩的幅度條件，放大電路將產生自激振蕩。

結論

單級：不會產生自激振蕩；兩級：當頻率趨于無窮大或趨于零時，雖然滿足相位條件，但不滿足幅度條件，所以也不會產生自激振蕩；三級：在深度負反饋條件下，對于某個頻率的信號，相位條件和幅度條件同時滿足，可以產生自激振蕩。二、自激振蕩的判斷方法利用負反饋放大電路回路增益的波特圖，分析是否同時滿足幅度和相位條件。例：某負反饋放大電路的波特圖為：f/HZf/HZfofo60402000-90°-180°

AF

(a)產生自激由波特圖中的相頻特性可見，當f=f0

時，相位移AF=-180o，滿足相位條件；結論：當f=f0

時，電路同時滿足自激振蕩的相位條件和幅度條件，將產生自激振蕩。此頻率對應的對數幅頻特性位于橫坐標軸之上，即：結論：該負反饋放大電路不會產生自激振蕩，能夠穩(wěn)定工作。例：由負反饋放大電路的波特圖可見，當

f=f0

，相位移

AF=-180o時f/HZf/HZf0f0604020OO-90°-180°

AFfcfc利用波特圖來判斷自激振蕩(b)不產生自激Gm三、負反饋放大電路的穩(wěn)定裕度1.幅度裕度Gmf/HZf/HZfofo604020OO-90°-180°

AFfcfc

Gm

值愈負，負反饋放大電路愈穩(wěn)定。一般要求Gm≤

-10dB。2.相位裕度

m當f=fc

時，負反饋放大電路穩(wěn)定

m值愈大，負反饋放大電路愈穩(wěn)定。一般要求m≥45