第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用

《低頻電子電路》何豐----------人民郵電出版社21世紀高等院校信息與通信工程規(guī)劃教材普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第七章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用《低頻電子電路》

電子設備對所應用的放大器的質(zhì)量要求越來越高，要求放大器的非線性失真小，頻率特性好，增益穩(wěn)定度高，并且具有所需要的輸入、輸出電阻。提高放大器的質(zhì)量的一個重要措施就是在基本放大器基礎上加一負反饋網(wǎng)絡。引入負反饋可以改善放大器的性能，如提高放大器的增益穩(wěn)定度，展寬頻帶，減小非線性失真等。因而負反饋在電子電路中應用非常廣泛，可以這么說幾乎所有的實用放大電路都是帶負反饋的電路。7.1負反饋放大結(jié)構(gòu)關(guān)注反饋放大結(jié)構(gòu)→具體元器件7.2負反饋放大結(jié)構(gòu)的指標分析——方框圖分析法關(guān)注負反饋電路原理→具體分析步驟7.3反饋放大結(jié)構(gòu)的頻率特性與自激現(xiàn)象關(guān)注頻率特性與正反饋自激7.4集成反饋放大結(jié)構(gòu)的小信號運用分析——工程近似計算法關(guān)注小信號工程近似手段與方法《低頻電子電路》7.1負反饋放大結(jié)構(gòu)7.1.1反饋放大結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)及標準電量認定分析

7.1.2負反饋的增益穩(wěn)定性質(zhì)與負反饋電路7.2負反饋放大結(jié)構(gòu)的指標分析——方框圖分析法7.2.1反饋結(jié)構(gòu)的基本放大器7.2.3負反饋結(jié)構(gòu)的方框圖計算7.2.2反饋結(jié)構(gòu)的輸入輸出電阻變化《低頻電子電路》反饋

電量通過一個循環(huán)后，對原電量的變化形成產(chǎn)生影響的現(xiàn)象稱為反饋。第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用

針對信號來說，將放大器輸出信號的一部分或全部，通過反饋網(wǎng)絡回送到電路輸入回路，并對輸入信號進行調(diào)整的現(xiàn)象，稱為反饋，即可以抽象出“反饋結(jié)構(gòu)”如下圖所示第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用7.1反饋放大結(jié)構(gòu)凈輸入信號

輸出信號輸入信號反饋信號

xif

、xi、xf

為分別代表滿足反饋輸入結(jié)構(gòu)要求的電量，是反饋放大器的標準物理量。它們具體是電壓量或是電流量則要由具體電路來決定。第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用凈輸入信號

輸出信號輸入信號反饋信號xof

代表滿足反饋輸出結(jié)構(gòu)要求的電量，也是反饋放大器的標準物理量，我們注意到基本放大器的輸出電量、反饋網(wǎng)絡輸入電量和反饋結(jié)構(gòu)輸出電量均為同一個電量，因此統(tǒng)一用一個xof表示。第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用7.1.1

反饋放大結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)及標準電量認定第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用

電流串聯(lián)負反饋的標準物理量為：

vif

、vi、vf、iof

第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用

電流并聯(lián)負反饋的標準物理量為：

iif

、ii、if、iof

定性確定正向放大通道定性確定反向反饋通道第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用+_輸入口增益器件輸出口+_輸入口輸出口反饋結(jié)構(gòu)→具體電路各元器件定性歸屬反饋框圖中何部分電壓串聯(lián)反饋基本放大器反饋網(wǎng)絡源第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用反饋結(jié)構(gòu)→具體電路各元器件定性歸屬反饋框圖中何部分電壓串聯(lián)反饋+_輸入口增益器件輸出口輸入口輸出口+_第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用輸入口輸出口+_輸入、出口反饋結(jié)構(gòu)→具體電路各元器件定性歸屬反饋框圖中何部分電流串聯(lián)反饋+_+_基放源第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用輸入口輸出口+_輸入口輸出口反饋結(jié)構(gòu)→具體電路各元器件定性歸屬反饋框圖中何部分電流并聯(lián)反饋7.1.2

負反饋的增益穩(wěn)定性質(zhì)與負反饋電路第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用負反饋定義

電量通過一個循環(huán)后，對原電量的變化形成產(chǎn)生影響的現(xiàn)象稱為反饋。結(jié)論：負反饋是指電量通過一個循環(huán)后，對原電量的變化形成制約的反饋現(xiàn)象。7.1.2

負反饋的增益穩(wěn)定性質(zhì)與負反饋電路第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用正反饋定義

電量通過一個循環(huán)后，對原電量的變化形成產(chǎn)生影響的現(xiàn)象稱為反饋。結(jié)論：正反饋是指電量通過一個循環(huán)后，加大原電量變化的反饋現(xiàn)象。1.

負反饋結(jié)構(gòu)的增益穩(wěn)定性與失真分析第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用增益穩(wěn)定性開環(huán)增益反饋系數(shù)閉環(huán)增益環(huán)路增益

環(huán)路增益T是衡量反饋強弱的一項重要指標。其值直接影響電路性能。第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用閉環(huán)增益穩(wěn)定性在負反饋T>>1的條件下，閉環(huán)增益近似為稱

T>>1時的負反饋為深度負反饋。值得注意的是：負反饋類型不一樣，穩(wěn)定的增益是不同的。

電壓串聯(lián)負反饋能穩(wěn)定電壓增益，電流并聯(lián)負反饋能穩(wěn)定電流增益，而電壓并聯(lián)負反饋穩(wěn)定的是電阻增益、電流串聯(lián)負反饋穩(wěn)定的是電導增益。第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用值得注意的是：負反饋增益穩(wěn)定，能減小放大通路的失真。意味著反饋系數(shù)穩(wěn)定，標準閉環(huán)增益穩(wěn)定基本放大器（有失真）xofxifxf反饋網(wǎng)絡反饋系數(shù)穩(wěn)定，標準閉環(huán)增益穩(wěn)定,負反饋電路失真減小（含非線性和頻率失真）、溫度穩(wěn)定性也因反饋系數(shù)的穩(wěn)定而穩(wěn)定。輸入口增益器件輸出口增益器件2.

正、負反饋判斷第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用首先，應確認反饋放大結(jié)構(gòu)的輸入輸出位置其次，找出電量循環(huán)的制約關(guān)系最后，根據(jù)電量制約關(guān)系認定正負反饋2.

正、負反饋判斷第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用（1）由反饋類型判斷法確定

反饋放大結(jié)構(gòu)的輸入輸出位置基本放大器反饋網(wǎng)絡源第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用（2）由瞬時極性法確定反饋電量間的制約關(guān)系源

瞬時極性法的要素有：①在電路中用“+”來表示相對于參考地的各電路觀察點的電位增加，“-”來表示電位減??；②從基本放大器輸入到輸出采用不加圈的+、-符號來標注，從反饋網(wǎng)絡的輸入到輸出采用加圈的+、-符號來標注，以顯示電量變化的制約流向。-+--○-○-第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用（3）根據(jù)電量制約關(guān)系認定正負反饋源-+--○-○-

通過反饋環(huán)路中，假設TV1管基極瞬時極性為“+”后，異端異號---正反饋由環(huán)路制約，得TV1管發(fā)射極為“-”的結(jié)論，也就是說，反饋環(huán)路通過擴大TV1管發(fā)射結(jié)電壓差加大了信號電量的變化，即電路應屬于正反饋。2.

正、負反饋判斷第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用○+-+-++○+異端同號-----負反饋例7-1-3.

正、負反饋判斷第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用-+-同端異號-----負反饋-○-○-例7-1-4.

正、負反饋判斷第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用-+-異端同號-----負反饋○+++○+例7-1-5.

正、負反饋判斷第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用○++異端同號-----負反饋7.2負反饋放大結(jié)構(gòu)的指標分析

----方框圖分析法

方框圖法有利于理解負反饋放大電路的工作原理。下面以小信號共發(fā)射極放大電路為案例，利用“電路分析”的等效化簡分析法，說明方框圖分析法的要點。第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用

關(guān)鍵名詞：負載效應、基本放大電路、反饋系數(shù)*

方框圖分析案例第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用（1）負反饋放大器定性區(qū)域劃分基本放大器反饋網(wǎng)絡源第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用基本放大器反饋網(wǎng)絡源源第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用（2）調(diào)整后的基本放大器，增加了由反饋網(wǎng)帶來的兩部分“負載效應”阻抗。

反饋輸出回路的基本放大器標注vRe的電壓“正好”與反饋網(wǎng)絡中的反饋電量相等，即可以利用基本放大電路來求反饋系數(shù)。*方框圖分析案例—基本放大電路畫法第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用（3）對串聯(lián)結(jié)構(gòu)可通過令輸出電流為零，來獲取基本放大電路輸入端的負載效應阻抗；基本放大電路輸出端的負載效應阻抗類似。7.2.1反饋結(jié)構(gòu)的基本放大器

負反饋放大器的基本放大電路是計算基本放大電路部分和反饋系數(shù)指標的關(guān)鍵。第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用（1）該電路為電壓并聯(lián)負反饋放大電路。例7-2-1.

畫基本放大電路第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用（2）對并聯(lián)結(jié)構(gòu)可通過令電壓為零，來獲取基本放大電路。第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用（1）令輸出電壓為零，來獲取基放輸入負載效應阻抗。（2）令輸入電壓為零，來獲取基放輸出負載效應阻抗。（3）最后，照原圖畫出基放中間部分。7.2.2反饋結(jié)構(gòu)的輸入、輸出電阻變化第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用

串聯(lián)反饋基放輸入電阻環(huán)路增益反饋電路輸入電阻：（1）引入串聯(lián)負反饋，使輸入阻抗增大，深度串聯(lián)負反饋的輸入電阻→∞（相對于電壓源的低內(nèi)阻）；（2）引入串聯(lián)正反饋，使輸入阻抗減小。結(jié)論7.2.2反饋結(jié)構(gòu)的輸入、輸出電阻變化第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用

并聯(lián)反饋（1）引入并聯(lián)負反饋，使輸入阻抗減小，深度串聯(lián)負反饋的輸入電阻→0（相對于電流源的高內(nèi)阻）；（2）引入并聯(lián)正反饋，使輸入阻抗增大。結(jié)論基放輸入電阻環(huán)路增益反饋電路輸入電阻：第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用

輸出電阻從反饋結(jié)構(gòu)的輸出端，看入的反饋環(huán)路增益電壓反饋，Ao負載開路基放增益電流反饋，As負載短路基放增益由上圖可推得第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用

電壓反饋時的輸出電阻電壓負反饋輸出電阻：（1）引入電壓負反饋，使輸出阻抗減小，深度串聯(lián)負反饋的輸入電阻→∞（相對于電壓源的低內(nèi)阻）。結(jié)論Rsfi+-v基放RoxfxiAoxi反饋網(wǎng)絡+-

類似于并聯(lián)負反饋的輸入電阻,

ks＜0第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用

電壓反饋時的輸出電阻電流負反饋輸出電阻：（1）引入電流負反饋，使輸出阻抗增大，深度串聯(lián)負反饋的輸入電阻→∞（相對于電壓源的低內(nèi)阻）。結(jié)論

類似于串聯(lián)負反饋的輸入電阻,

ks＜0Rsfi+-v基放RoxfxiAsxi反饋網(wǎng)絡7.2.3反饋結(jié)構(gòu)的方框圖計算第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用例7-2-2負反饋電路如下圖所示，計算交流指標第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用（1）判斷反饋類型---電流串聯(lián)負反饋確定標準輸入電量為----電壓確定標準輸出電量為----電流第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用（2）畫出基本放大電路，確定基放的標準電導增益第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用等效求出標準反饋系數(shù)第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用（3）對反饋結(jié)構(gòu)指標進行分析確定標準電導增益確定輸入、輸出電阻第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用（4）求反饋放大器的技術(shù)指標根據(jù)要求，求電壓增益求輸入、輸出電阻第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用（5）若電路滿足深負反饋條件根據(jù)要求，求電壓增益求輸入、輸出電阻7.3反饋放大結(jié)構(gòu)的頻率特性與自激現(xiàn)象第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用

反饋結(jié)構(gòu)頻率特性與組成結(jié)構(gòu)的基本放大器和反饋網(wǎng)的頻率特性的關(guān)系討論如下反饋放大器頻率特性：Akfxofxifxfxi7.3.1負反饋結(jié)構(gòu)對上、下限頻率的影響第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用

（1）若基本放大器為單極點情況，即7.3.1負反饋結(jié)構(gòu)對上、下限頻率的影響

則：

為了討論的方便，假設反饋網(wǎng)絡只由電阻元件構(gòu)成，即反饋系數(shù)與頻率無關(guān)。

其中：

結(jié)論：相對基本放大器，反饋放大器上限截止頻率提高了。第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用

（2）若基本放大器為

則：

其中：

結(jié)論：相對基本放大器，反饋放大器下限截止頻率降低了。

總之，負反饋以降低中頻增益為代價，拓展了中頻區(qū)維持增益不變的頻率范圍，有利于放大更寬頻率范圍的信號。第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用

實際上，放大器在中頻區(qū)施加負反饋時，有可能因Akf在高頻區(qū)的附加相移（相對中頻區(qū)的相位變化）使電路由中頻區(qū)的負反饋變?yōu)楦哳l區(qū)的正反饋，進而可能引起電路的自激現(xiàn)象。Akfxofxifxfxi7.3.2負反饋放大器的自激現(xiàn)象正反饋----自激現(xiàn)象中頻區(qū)時的實數(shù)非頻區(qū)時，不等于大于零的實數(shù)，也就是說，可能在高頻區(qū)或低頻區(qū)存在使電路滿足正反饋的頻率點第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用高頻區(qū)或低頻區(qū)時，若滿足的實數(shù)，則電路變?yōu)檎答?，相對應的頻率信號會在反饋環(huán)路中循環(huán)，若這時環(huán)路增益大于1，即則該信號會不斷自行維持或自行變大，以及出現(xiàn)截止或飽和等情況，即這種不受控于輸入的情況被稱為自激現(xiàn)象，相應的“反饋”電路不再是我們需要的放大電路，即放大電路失效了。若則第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用

若,則閉環(huán)自激條件改為：的實數(shù)。

例：根據(jù)T的典型波特圖，可以得出不自激條件當或時，或當時，或第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用當或時，或當時，或

穩(wěn)定裕量--π/4

為了消除溫度對增益器件帶來的不確定性，我們通常將上述π改為π-π/4，以確保無論溫度引起的電路參數(shù)如何變化，電路都不會自激。

不自激工程條件第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用例題7-3-1：已知，以及如下圖所示波特圖。解：（1）負反饋電路在低、中頻時，即（若該反饋系數(shù)相位與頻率無關(guān)）

第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用例題7-3-1解：（2）找出基放幅頻特性、反饋環(huán)路幅頻特性和反饋系數(shù)的關(guān)系因為，即第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用例題7-3-1解：（3）在確保環(huán)路中頻增益最大條件下，確定工程不自激的反饋系數(shù)。按工程不自激找到,令T

=0，得，…

解決方法：采用相位補償技術(shù)。在中頻區(qū)，反饋系數(shù)kf越大，反饋越深，電路性能越好。在高頻區(qū)，kf

越大，相位裕量越小，放大器工作越不穩(wěn)定；

在中頻增益AI基本不變的前提下，設法拉長P1與P2之間的間距，或加長斜率為“-20dB/十倍頻”線段的長度，使得kf增大時，仍能獲得所需的相位裕量。相位補償基本思想：

滯后補償技術(shù)

超前補償技術(shù)7.3.3負反饋放大器的相位補償?shù)?章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用

滯后補償技術(shù)(簡單電容補償和彌勒電容補償）

簡單電容補償—降低P1補償方法：將補償電容C并接在集成運放產(chǎn)生第一個極點角頻率的節(jié)點上，使P1降低到d

。AdiRCCP1降低到d反饋增益線下移穩(wěn)定工作允許的kf增大。p2p1A

()/dB0p3AvdId20lg(1/kf)返回第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用p2p1A

()/dB0p3AvdId20lg(1/kfv)d與kf

之間的關(guān)系：由圖十倍頻整理得kfv

d反饋電路穩(wěn)定性，但H。kfv=1時，全補償(C用CS表示)d0此時kfv無論取何值，電路均可穩(wěn)定工作。第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用

例1：一集成運放AvdI=105，fP1=200Hz，fP2=2MHz，fP3=20MHz，產(chǎn)生fP1節(jié)點上等效電路R1=200K，接成同相放大器，采用簡單電容補償。fp2fp1Avd

(f

)/dBf0fp310020406080解：（1）求未補償前，同相放大器提供的最小增益

？根據(jù)題意，可畫出運放的幅頻漸近波特圖。未補償前，為保證穩(wěn)定工作:1kfvAvfmin

=1041kfv(dB)80dB即第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用解：（2）若要求Avf=10，求所需的補償電容C=？由Avf=10得kfv=0.1則由得由得（3）若要求Avf=1，求所需的補償電容CS=？解：由Avf=1得kfv=1則第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用簡單電容補償缺點：

密勒電容補償—降低P1、增大

P2補償方法：將補償電容C跨接在三極管B極與C極之間，利用密勒倍增效應，使P1降低、P2增大，拉長P1與P2之間的間距。這種補償方法又稱極點分離術(shù)。（分析略）補償電容C數(shù)值較大（F量級），集成較困難。密勒電容補償優(yōu)點：用較小的電容（PF量級），即可達到補償目的。返回第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用

超前補償技術(shù)—引入幻想零點

補償思路：在P2附近，引入一個具有超前相移的零點，以抵消原來的滯后相移，使得在不降低P1的前提下，拉長P1與P2之間的間距。

在反饋電阻Rf上并接補償電容C。補償方法：-+AR1Rf+-Vs(s)Vo(s)R2則其中C返回第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用相位補償技術(shù)在寬帶放大器中的應用密勒電容補償超前電容補償vIVCCR1voR2T1T2T3RLRE1RE3RfCfCcT4T4T5R3R4R5T6T7T8CBMC-1553集成寬帶放大器內(nèi)部電路Av

=100fH=45MHz返回第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用7.4集成反饋放大結(jié)構(gòu)的小信號運用分析

——工程近似計算法第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用

得：

由反饋結(jié)構(gòu)，以及滿足不自激的深度反饋條件下

，即凈輸入近似為零。第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用條件1：基本放大器

電壓型集成運放采用條件2：反饋結(jié)構(gòu)為不自激的深度反饋(a)轉(zhuǎn)移特性(b)直折線近似特性1(c)直折線近似特性2回顧：運放轉(zhuǎn)移特性的直折線近似第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用推論1：微弱凈輸入激勵滿足運放的小信號線性運用條件。推論2：反饋結(jié)構(gòu)的輸入輸出關(guān)系可以利用反饋網(wǎng)絡本身的電壓電流制約來近似求解，即工程近似計算法。采用

線性應用電路Z1或Zf采用非線性器件（如晶體管），則可構(gòu)成對數(shù)、反對數(shù)、乘法、除法等運算電路。Z1或Zf采用線性器件(R、C)，則可構(gòu)成加、減、積分、微分等運算電路。第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用理想運放在小信號線性應用時的特點：失調(diào)和漂移0

推論因則因則虛短虛斷-+AR1Rf+-vsvoifi1注：通?？梢詫ⅰ袄硐脒\算放大器條件”理解為工程近似計算的基礎。第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用一、理想運放在小信號線性應用時的特點：1、反相放大器（反饋類型：電壓并聯(lián)負反饋）

因則因則由圖輸出電壓表達式：輸入電阻：輸出電阻因深度電壓負反饋，-+AR1Rf+-vsvoifi1第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用2、同相放大器-+AR1Rf+-vsvoifi1反饋類型及性質(zhì)：電壓串聯(lián)負反饋因則因由圖輸出電壓表達式：輸入電阻輸出電阻因深度電壓負反饋，因則第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用3、電壓跟隨器-+A+-vsvo-+AR1+-vsvoifi1由于

所以，同相跟隨器性能優(yōu)于射隨器。注：射隨器交流簡化圖第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用

反相加法器因則因則即整理得說明：線性電路除可以采用“虛短、虛斷”概念外，還可采用疊加原理進行分析。-+AR2Rf+-vs2voifi2R1i1+-vs1-+AR2Rf+-vs1voR1+-vs2R3

同相加法器利用疊加原理：則第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用4、減法器Rf-+AR3vs1voR2vs2R1令vs2=0，則令vs1=0，利用疊加原理進行分析。若R1=R2，R3=Rf，則有：差動特性：稱比例減法器或差動放大器第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用5、微分if-+ARfC+-vsvoic因則該電路的傳遞函數(shù)為：6、積分電路因則-+ARC+-vsvoiciR則該電路的傳遞函數(shù)為：第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用

波形變換tvs0輸入方波積分輸出三角波vot0微分輸出尖脈沖tvo0if-+ARfC+-vsvoic-+ARC+-vsvoiciR第7章反饋放大結(jié)構(gòu)與應用

對數(shù)變換器-+AR+-vsvo利用運算法得：由于整理得缺點：vo受溫度影響大、動態(tài)范圍小。vs必須大于0，