模擬電子學基礎第七章

模擬電子學基礎課件第七章第1頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月7反饋放大電路7.1反饋的基本概念與分類7.3負反饋放大電路增益的一般表達式7.4負反饋對放大電路性能的影響7.5深度負反饋條件下的近似計算7.2負反饋放大電路的四種組態(tài)7.6負反饋放大電路設計7.7負反饋放大電路的頻率響應7.8負反饋放大電路的穩(wěn)定性第2頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月7.1反饋的基本概念與分類7.1.2直流反饋與交流反饋7.1.3正反饋與負反饋7.1.4串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋7.1.1什么是反饋7.1.5電壓反饋與電流反饋第3頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月7.1.1什么是反饋反饋：將電路輸出電量(電壓或電流)的一部分或全部通過反饋回路，用一定的方式送回到輸入回路，以影響輸入電量(電壓或電流)的過程。電路中的反饋又可分為：內部反饋或寄生反饋外部反饋第4頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月反饋放大電路：引入反饋的放大電路，由基本放大電路A和反饋網絡F組成的閉環(huán)回路。如圖7.1.1所示為反饋放大電路的組成框圖。反饋放大電路的輸入信號基本放大電路的輸入信號(凈輸入信號)輸出信號反饋信號反饋通路信號反向傳輸?shù)那篱_環(huán)無反饋通路閉環(huán)有反饋通路反饋系數(shù)第5頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月判斷一個放大電路是否存在反饋，就是看電路的輸出回路和輸入回路間是否存在反饋通路。例7.1.1試判斷圖7.1.2所示電路中是否存在反饋。該電路中，雖然輸出端通過電阻RL與反相輸入端相連，但由于反相端接地，因而無反饋信號，從而不存在反饋。該電路為兩級放大電路，A1構成電壓跟隨器，A2構成反相比例運算電路。每級放大都存在反饋——局部反饋反饋通路(本級)反饋通路(本級)反饋通路(級間)兩級放大間也存在反饋——級間反饋第6頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月7.1.2直流反饋與交流反饋直流反饋存在于放大電路的直流通路中的反饋。交流反饋存在于放大電路的交流通路中的反饋。直流反饋影響放大電路的直流性能，交流反饋影響交流性能。判斷方法：根據(jù)反饋到輸入端的信號是交流，還是直流，或同時存在，來進行判別。例7.1.2試判斷圖7.1.3所示電路中，哪些元件引入了級間直流反饋？哪些元件引入了級間交流反饋？解：首先畫出該電路的直流通路和交流通路，如圖7.1.4a、b所示。第7頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月在直流通路中，Rf1、Rf2組成了級間直流反饋通路。電阻Re1也能引入級間直流反饋。在交流通路中，Re1還能引入級間交流反饋。第8頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月7.1.3正反饋與負反饋正反饋：輸入量不變時，引入反饋后輸出量xO變大了。引入反饋后，使凈輸入量xID變大了。引入反饋后，使凈輸入量xID變小了。負反饋：輸入量不變時，引入反饋后輸出量xO變小了。凈輸入量可以是電壓，也可以是電流。第9頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月正負反饋判別方法：瞬時極性法在電路中先假設輸入信號vi在某一瞬時變化的極性為正(相對于共同端)，用(+)號標出；假設信號頻率在該電路的通頻帶內，根據(jù)各種基本放大電路輸入與輸出信號間的相位關系，從輸入到輸出逐級標出放大電路中各有關點電位的瞬時極性，或有關支路電流的瞬時流向，從而確定反饋信號的瞬時極性；最后，判斷反饋信號使凈輸入信號是削弱還是增強，若削弱則為負反饋，若增強則為正反饋。第10頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月例7.1.3試判斷圖7.1.5所示各電路中級間交流反饋的極性。該電路為基極分壓式射極偏置連接，通帶內其輸出與輸入反相，因而集電極電位相對于基極電位反相。顯然發(fā)射極電位ve(vf)為正，即未加反饋凈輸入電壓信號vbe=vi，加入反饋后變?yōu)関be=vi-vf，因而Re1引入交流負反饋。io第11頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月該電路中，T1和T2組成第一級單端輸入﹣單端輸出的差分放大電路，且輸入與輸出信號分別在T1的基極和集電極，且相位相反。T3組成第二級共射放大電路，其輸出與輸入信號也反相。電阻Rf和Rb2組成級間反饋網絡，顯然反饋信號也為正。接入反饋前，凈輸入信號為vid=vb1，接入后為vid=vb1-vb2(vf)，Rf與Rb2引入負反饋。第12頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月7.1.4串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋串并聯(lián)反饋判別：由反饋網絡在放大電路輸入端的連接方式判定。串聯(lián)反饋：反饋網絡與基本放大電路串聯(lián)連接，實現(xiàn)電壓比較。并聯(lián)反饋：反饋網絡與基本放大電路并聯(lián)連接，實現(xiàn)電流比較。凈輸入信號凈輸入信號第13頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月對串聯(lián)反饋而言，要使其反饋效果好即使反饋信號vf對vid的調節(jié)作用最強，則vi最好固定不變。顯然只有當信號源內阻Rs=0時才能實現(xiàn)，因此串聯(lián)反饋要求信號源內阻越小越好。而對并聯(lián)反饋則相反，要求信號源內阻越大越好。例7.1.4試判斷圖7.1.2d和圖7.1.5b所示電路中的級間交流反饋是串聯(lián)反饋還是并聯(lián)反饋。解：如前所述，R2引入級間交流負反饋。由于反饋信號和輸入信號均接在同一節(jié)點，即運放A1的同相輸入端，顯然是以電流形式比較，因而為并聯(lián)反饋。第14頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月7.1.5電壓反饋與電流反饋電壓反饋與電流反饋由反饋網絡在放大電路輸出端的取樣對象決定。電壓反饋：反饋信號xf和輸出電壓成比例，即xf=Fvo電流反饋：反饋信號xf與輸出電流成比例，即xf=Fio電壓負反饋穩(wěn)定輸出電壓電流負反饋穩(wěn)定輸出電流第15頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月電壓電流反饋判別方法：“輸出短路法”假設輸出電壓vo=0或令負載電阻RL=0，若反饋信號消失，則說明反饋信號與輸出電壓成比列，即為電壓反饋；若反饋信號仍然存在，則為電流反饋。例7.1.5試判斷7.1.8所示各電路中的交流反饋是電壓反饋還是電流反饋。解：顯然，該電路中，電阻Re、RL組成反饋通路，且交流反饋信號為電壓vf=vo。按照輸出短路法，令vo=0，則即反饋信號不再存在，因此該交流反饋為電壓反饋。第16頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月該電路中，Re構成反饋回路，交流反饋信號為Re上的電壓信號。按照輸出短路法，令vo=0，但由于ic受ib的控制而不為零，因而反饋信號vf≠0，所以該交流反饋為電流反饋。該電路中，Rf構成反饋回路，且反饋信號為電流if，根據(jù)“虛地”，vn≈0，且有按照輸出短路法，令vo=0，則有該交流反饋為電壓反饋第17頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2負反饋放大電路的四種組態(tài)7.2.2電壓并聯(lián)負反饋放大電路7.2.3電流串聯(lián)負反饋放大電路7.2.4電流并聯(lián)負反饋放大電路7.2.1電壓串聯(lián)負反饋放大電路第18頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2.1電壓串聯(lián)負反饋放大電路圖7.2.1a所示為電壓串聯(lián)負反饋放大電路。反饋網絡輸入端口放大電路輸出端口并聯(lián)反饋網絡輸出端口放大電路輸入端口串聯(lián)圖7.2.1a所示為電壓串聯(lián)負反饋放大電路的一個實際電路。電阻Rf與R1構成反饋網絡，R1上的電壓vf為反饋信號，且當為電壓反饋第19頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月利用瞬時極性法可判定該反饋為負反饋，其反饋系數(shù)為電壓反饋系數(shù)Fv，即電壓負反饋的重要特點具有穩(wěn)定輸出電壓的作用當vi一定，由負載電阻RL減小引起vo下降，該電路能自動進行如下調節(jié)過程：可見，電壓負反饋能減小vo受RL等變化的影響。電壓負反饋放大電路具有較好的恒壓輸出特性，因而電壓串聯(lián)負反饋放大電路可看成一個電壓控制的電壓源。第20頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2.2電壓并聯(lián)負反饋放大電路圖7.2.2a所示為電壓并聯(lián)負反饋放大電路。由于是并聯(lián)反饋，因而為電流比較，凈輸入信號為圖7.2.2b所示為電壓并聯(lián)負反饋放大電路的一個實際電路。反饋網絡輸入端口放大電路輸出端口并聯(lián)反饋網絡輸出端口放大電路輸入端口并聯(lián)電阻Rf構成反饋網絡，通過Rf的電流if為反饋信號，且反饋系數(shù)稱為互導反饋系數(shù)第21頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月電壓并聯(lián)負反饋放大電路同樣具有穩(wěn)定輸出電壓的功能：但與前者不同之處在于，電壓并聯(lián)負反饋放大電路可看成一個電流控制的電壓源。第22頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2.3電流串聯(lián)負反饋放大電路圖7.2.3a所示為電流串聯(lián)負反饋放大電路。由于是串聯(lián)反饋，因而為電壓比較，凈輸入信號為反饋網絡輸入端口放大電路輸出端口串聯(lián)反饋網絡輸出端口放大電路輸入端口串聯(lián)圖7.2.3b所示為電流串聯(lián)負反饋放大電路的一個實際電路。電阻RL、Rf構成反饋網絡，Rf上的電壓vf為反饋信號，且第23頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月由“輸出短路法”可以判斷出，Rf引入的是電流反饋，即反饋信號vf與輸出電流成比列，即反饋系數(shù)為互阻反饋系數(shù)電流負反饋的特點是維持輸出電流的基本恒定：當輸入電壓vi一定時，若電流負反饋放大電路具有近似的恒流輸出特性，因而電流串聯(lián)負反饋放大電路可看成一個電壓控制的電流源。第24頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2.4電流并聯(lián)負反饋放大電路圖7.2.3a所示為電流并聯(lián)負反饋放大電路框圖。由于是并聯(lián)反饋，因而為電流比較，凈輸入信號為反饋網絡輸入端口放大電路輸出端口串聯(lián)反饋網絡輸出端口放大電路輸入端口并聯(lián)圖7.2.4b所示為電流并聯(lián)負反饋放大電路的一個實際電路。電阻Rf與R1構成反饋網絡，Rf上的電流if為反饋信號，且第25頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月該電路的反饋系數(shù)為電流反饋系數(shù)，即為電流并聯(lián)負反饋放大電路同樣具有穩(wěn)定輸出電流的功能：但與前者不同之處在于，電流并聯(lián)負反饋放大電路可看成一個電流控制的電流源。第26頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月負反饋放大電路四種組態(tài)特點總結：串聯(lián)反饋輸入端電壓比較并聯(lián)反饋輸入端電流比較電壓負反饋穩(wěn)定輸出電壓，具有恒壓特性電流負反饋穩(wěn)定輸出電流，具有恒流特性正確判斷反饋放大電路的組態(tài)十分重要，因為反饋組態(tài)不同，放大電路的性能就不同。第27頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月經T1倒相放大例7.2.1試判斷圖7.2.5所示各電路中級間交流反饋的類型。解：(a)該電路為兩級放大，第一級為耗盡型JFET管T1組成的共源放大，第二級為PNP型BJT管T2構成的共射放大。交流通路如圖所示。顯然，電阻R構成級間交流反饋通路。從電阻R與vi和輸入端口(g、s極)間的連接關系，可判斷該反饋為串聯(lián)反饋，即進行電壓比較，反饋信號為電壓反饋用“瞬時極性法”判斷反饋極性：(+)vi為(+)(+)T2基極為(﹣)(-)經T2倒相放大vo、vf為(+)(+)(+)從而使vid=vi﹣vf比無反饋時減小，因而為負反饋。電壓串聯(lián)負反饋第28頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月(b)該電路為兩級放大，第一級為T1、T2組成的單端輸入﹣雙端輸出差分放大電路，第二級為運放構成的放大電路。很容易看出電阻Rf構成級間交流反饋通路，且反饋信號與輸入信號均接至同一節(jié)點(T1管的基極)，因而為并聯(lián)反饋。第29頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月因而輸入與反饋信號應進行電流比較，即反饋信號為：經過放大后，有vo>>vb1采用“輸出短路法”，令RL=0，vo=0，則顯然if=0，因此該反饋為電壓反饋。利用瞬時極性法，可以確定該反饋為負反饋，因而最后可確定為電壓并聯(lián)負反饋。第30頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月7.3負反饋放大電路增益的一般表達式1.閉環(huán)增益的一般表達式2.反饋深度討論3.環(huán)路增益第31頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月1.閉環(huán)增益的一般表達式圖7.3.1所示為負反饋放大電路的組成框圖?；痉糯箅娐返膬糨斎胄盘枮椋夯痉糯箅娐返脑鲆?開環(huán)增益)：反饋網絡系數(shù)為：負反饋放大電路增益(閉環(huán)增益)為：將前三個式子代入閉環(huán)增益表達式可得：閉環(huán)增益的一般表達式第32頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月由閉環(huán)增益的一般表達式可見，引入負反饋后，放大電路的增益由開環(huán)增益A，變?yōu)殚]環(huán)增益Af，其大小與(1+AF)這一因數(shù)有關。(1+AF)通常稱為反饋深度，是衡量反饋程度的重要指標。AF稱為環(huán)路增益。由于A和F一般都與頻率有關，因而可對進行如下討論：當時，則，即引入負反饋后，增益下降；當說明深度負反饋時，Af幾乎只取決于F。當時，則，即負反饋后變?yōu)檎答仯划敃r，則，即在無輸入信號時，也會有有輸出信號，產生自激振蕩，放大電路無法正常工作；第33頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月負反饋放大電路中各種信號量的含義第34頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月例7.3.1已知某電壓串聯(lián)負反饋放大電路在中頻區(qū)的反饋系數(shù)Fv=0.01，輸入信號vi=10mV，開環(huán)電壓增益Av=104，試求該電路的閉環(huán)電壓增益Avf、反饋電壓vf和凈輸入電壓vid。解：方法一方法二由此例可見，在深度負反饋下，xf與xi相差很小，xid<<xi。第35頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月7.4負反饋對放大電路性能的影響7.4.2減小非線性失真7.4.3抑制反饋環(huán)內噪聲7.4.4對輸入電阻和輸出電阻的影響7.4.1提高增益的穩(wěn)定性第36頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月7.4.1提高增益的穩(wěn)定性放大電路的增益會受到元器件參數(shù)變化、環(huán)境溫度變化、電源電壓波動等因素的影響而不穩(wěn)定，引入適當?shù)呢摲答仯商岣唛]環(huán)增益的穩(wěn)定性。深度負反饋即(1+AF)>>1時，根據(jù)前面的分析有：說明，引入深度負反饋后，放大電路的增益決定于反饋網絡的反饋系數(shù)。由于反饋網絡一般由穩(wěn)定性較好的無源線性元件構成，因而閉環(huán)增益比較穩(wěn)定。一般情況下的反饋，增益的穩(wěn)定性常用有和無反饋時增益的相對變化量之比來衡量。將閉環(huán)增益的公式對開環(huán)增益求導數(shù)可得：該式表明，閉環(huán)時增益相對變化量較開環(huán)時減小了1+AF第37頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月例7.4.1設某放大電路的A=1000，由于環(huán)境溫度的變化，使增益下降為900，引入負反饋后，反饋系數(shù)F=0.099，求閉環(huán)增益的相對變化量。解：開環(huán)時的增益相對變化量為閉環(huán)時的反饋深度為閉環(huán)增益的相對變化量為閉環(huán)增益為顯然，引入負反饋后，增益穩(wěn)定性得到提高，但增益下降。注意：負反饋的引入會改變開環(huán)輸出的大小，但會使閉環(huán)時新的輸出趨于不變。且只能減小由A變化而引起的Af的變化。不同類型負反饋能穩(wěn)定的增益也不同。第38頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月7.4.2減小非線性失真多級放大電路的輸出級的輸入信號較大，在動態(tài)過程中，容易出現(xiàn)輸出波形產生非線性失真。引入負反饋后，可減小這種非線性失真。圖7.4.1中所示為某電壓放大電路的開環(huán)和閉環(huán)電壓傳輸特性。曲線1為開環(huán)傳輸特性曲線該曲線的斜率反映了增益隨輸入信號的大小而變化。曲線2為引入深度負反饋后的傳輸特性曲線曲線2與1相比，斜率(增益)變小，但具有近似直線的線性關系，因而減小了非線性失真。此時Af≈1/F，曲線2近似為一條直線。當輸入信號較大時，輸出出現(xiàn)非線性失真。負反饋減小非線性失真的程度與反饋深度有關。只能減少環(huán)內放大電路產生的失真，如果輸入波形本身就是失真的，即使引入負反饋，也無濟于事。第39頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月7.4.3抑制反饋環(huán)內噪聲圖7.4.2a所示為信噪比低的開環(huán)放大電路框圖。為放大電路內部產生的折算到輸入端的噪聲或干擾電壓。電壓的信噪比為：在圖a電路上增加一前置級，并認為該級為無噪聲，再加一個反饋網絡，如圖b所示。新的信噪比比原有的信噪比提高了倍實際中要盡量減小前置級的噪聲第40頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月7.4.4對輸入電阻和輸出電阻的影響1.對輸入電阻的影響負反饋對輸入電阻的影響取決于反饋網絡與基本放大電路在輸入回路的連接方式。(1)串聯(lián)負反饋開環(huán)輸入電阻閉環(huán)輸入電阻由于vf=Fxo，xo=Avid，因此有因此有可見引入串聯(lián)負反饋后，輸入電阻增加了。第41頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)并聯(lián)負反饋開環(huán)輸入電阻閉環(huán)輸入電阻因而可推得：可見引入并聯(lián)負反饋后，輸入電阻減小了。注意:反饋對輸入電阻的影響僅限于環(huán)內，對環(huán)外不產生影響。第42頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月2.對輸出電阻的影響負反饋對輸出電阻的影響取決于反饋網絡在基本放大電輸出回路的取樣方式，即是電壓還是電流負反饋。(1)電壓負反饋對輸出電阻的影響圖中Ro為開環(huán)輸出電阻，Ao為基本放大電路在RL開路時的增益。按照求輸出電阻的方法，有閉環(huán)輸出電阻忽略反饋網絡對it的分流，由圖中可得可見引入電壓負反饋后，輸出電阻減小了。為簡化分析而忽略反饋網絡對輸出端的負載效應。第43頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)電流負反饋對輸出電阻的影響圖中Ro為開環(huán)輸出電阻，As為基本放大電路在RL短路時的增益。按照求輸出電阻的方法，有閉環(huán)輸出電阻忽略反饋網絡對it的分流，由圖中可得可見引入電流負反饋后，輸出電阻增大了。注意:反饋對輸出電阻的影響僅限于環(huán)內，對環(huán)外不產生影響。第44頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月負反饋對輸入電阻和輸出電阻的影響：串聯(lián)負反饋增大輸入電阻并聯(lián)負反饋減小輸入電阻電壓負反饋減小輸出電阻，穩(wěn)定輸出電壓電流負反饋增大輸出電阻，穩(wěn)定輸出電流負反饋對放大電路性能影響總結：負反饋對放大電路性能的改善，是通過將輸出量反饋回輸入端，與輸入量進行比較，從而對輸出量進行自動調節(jié)；負反饋程度越深，即(1+AF)值越大，則反饋的調節(jié)作用越強，對放大電路性能的影響越大。但反饋深度不能無限制增加，原因是在多級放大中易引起自激；負反饋對放大電路性能的改善，是以犧牲增益為代價的，且僅對環(huán)內的性能產生影響。第45頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月7.5深度負反饋條件下的近似計算就一般情況而言，大多數(shù)負反饋放大電路，特別是由集成運放組成的放大電路，都能滿足深度負反饋的條件。在深度負反饋下，有這就意味著，當(1+AF)>>1時，xf與xi相差很小，即xid=xi﹣xf≈0。因而在深度負反饋下，由于xid≈0，則有：串聯(lián)負反饋(電壓比較)虛短虛斷并聯(lián)負反饋(電流比較)虛斷虛短第46頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月利用“虛短”和“虛斷”，可以快速方便地估算出在深度負反饋下，負反饋放大電路的閉環(huán)增益。例7.5.1設圖7.5.1所示電路滿足(1+AF)>>1的條件，試寫出該電路的閉環(huán)電壓增益表達式。解：根據(jù)電路圖所示，可以判定電阻Rb2和Rf組成反饋網絡。輸入和反饋信號分別由差分放大電路的兩個輸入端輸入，因而為串聯(lián)反饋。由輸出短路法，可判定該反饋為電壓反饋。利用瞬時極性法可判定該反饋為負反饋。虛短虛斷第47頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月例7.5.2試寫出圖7.5.2所示電路的閉環(huán)電壓增益表達式。解：顯然，Rf組成反饋網絡。按照瞬時極性法，圖中標出了相關節(jié)點的交流電位的瞬時極性，及各支路交流電流的瞬時流向，可判定為負反饋。該反饋為電壓并聯(lián)負反饋，電路中的運放具有較高的開環(huán)增益，因而能夠滿足深度負反饋的條件。虛斷虛短第48頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月7.6負反饋放大電路設計7.6.1設計負反饋放大電路的一般步驟7.6.2設計舉例第49頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月7.6.1設計負反饋放大電路的一般步驟1.選定需要的反饋類型(1)根據(jù)信號源的性質選擇串聯(lián)負反饋或并聯(lián)負反饋恒壓源或內阻較小的電壓源為了使放大電路獲得盡可能大的輸入電壓，應該盡量減小信號源電壓在其內阻上的壓降，因而加入負反饋后，要盡量減小信號輸出電流即ii，即要增大放大電路的輸入電阻應采用串聯(lián)負反饋恒流源或內阻較大的電流源同樣通過分析可知，為使放大電路獲得盡可能大的輸入電流，加入負反饋后，要減小放大電路的輸入電阻應采用并聯(lián)負反饋第50頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)根據(jù)對輸出信號的要求選擇電壓負反饋或電流負反饋輸出穩(wěn)定電壓信號電壓負反饋輸出穩(wěn)定電流信號電流負反饋(3)根據(jù)信號放大或轉換要求選擇合適的反饋組態(tài)電壓信號輸入電流信號輸出電流串聯(lián)負反饋(4)若要穩(wěn)定靜態(tài)工作點則應引入直流負反饋2.確定反饋系數(shù)的大小引入深度負反饋第51頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月3.適當選擇反饋網絡中的電阻阻值盡量減小反饋網絡對基本放大電路的負載效應串聯(lián)負反饋反饋網絡輸出端等效阻抗要小并聯(lián)負反饋反饋網絡輸出端等效阻抗要大電壓負反饋反饋網絡輸入端等效阻抗要大電流負反饋反饋網絡輸入端等效阻抗要小4.通過仿真分析，檢驗設計是否滿足要求SPICE

Simulationprogramwithintegratedcircuitemphasis一種采用了由美國加州Berkeley大學開發(fā)的spice模擬算法的最為普遍的電路級仿真程序。第52頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月7.6.2設計舉例例7.6.1用集成運放設計一個負反饋放大電路，它的輸入信號來自一個內阻Rs=2kΩ的電壓源，負載電阻RL=50Ω

。要求該電路向負載提供的輸出電壓vo=10vs，且當負載變化時，輸出電壓趨于穩(wěn)定。設計中所用運算放大器的參數(shù)為Avo=104，Ri=5kΩ，Ro=100Ω。設計合適的反饋網絡，并用SPICE檢驗設計結果。解：(1)選擇反饋類型內阻Rs=2kΩ的電壓源應采用串聯(lián)負反饋負載變化要求輸出電壓趨于穩(wěn)定應采用電壓負反饋因此，這里需要設計一個近乎理想的電壓放大電路，采用電壓串聯(lián)負反饋，其電路結構和小信號等效電路如圖7.6.1所示。第53頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)確定反饋系數(shù)F要求向負載提供的輸出電壓vo=10vs深度負反饋下Avfs≈1/Fv環(huán)路增益第54頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)確定反饋網絡中R1、R2的阻值由電路可得，反饋電壓為因此，由Fv=0.1，可得為減小反饋網絡對放大電路vid和vo的影響，R1和R2的取值應滿足以下條件：輸出端：輸入端：綜合考慮以上三個條件，取R1=500Ω，R2=9R1=4.5kΩ。(4)用SPICE檢驗設計結果第55頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月7.7負反饋放大電路的頻率響應7.7.1頻率響應的一般表達式7.7.2增益﹣帶寬積第56頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月由于在反饋網絡中，有時也會存在電抗性元件，因而反饋系數(shù)也是頻率的函數(shù)，下面簡要討論負反饋放大電路的頻率響應情況：7.7.1頻率響應的一般表達式這里先假設反饋網絡中有純電阻組成，即F與頻率無關，且放大電路在高頻區(qū)和低頻區(qū)各有一個極點。則基本放大電路高頻響應表達式為：為開環(huán)中頻增益為開環(huán)上限頻率引入負反饋后，上式變?yōu)橛缮蟽墒娇赏频闷渲校褐蓄l區(qū)閉環(huán)增益閉環(huán)上限頻率第57頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月由上式可見：中頻閉環(huán)增益是中頻開環(huán)增益的倍閉環(huán)增益上限頻率增加到開環(huán)增益上限頻率的倍同樣可推導出負反饋放大電路低頻響應表達式：其中：顯然引入負反饋，使下限頻率降低，其程度與反饋深度有關。綜上所述，引入負反饋后，放大電路的通頻帶展寬，即當放大電路有多個極點，且反饋網絡有電抗元件，則情況要復雜得多，但通頻帶展寬的趨勢不變。第58頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月例7.7.1設集成運算放大器電路的增益有一個極點。電路的開環(huán)低頻電壓增益Av=105，開環(huán)上限頻率

fH=10Hz。試作出反饋系數(shù)Fv分別為0.01、0.1、1時，開環(huán)增益和閉環(huán)增益的幅頻響應波特圖。解：(1)作開環(huán)增益的波特圖當f≥fH=10Hz時，增益以﹣20dB/十倍頻程下降。(2)當Fv=0.01時：當Fv=0.1時：負反饋程度越深，閉環(huán)增益下降越多，通頻帶越寬。第59頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月7.7.2增益﹣帶寬積放大電路的開環(huán)增益﹣帶寬積為AfH(BW≈fH)引入負反饋后，放大電路的閉環(huán)增益﹣帶寬積為：可見，放大電路的開閉環(huán)增益﹣帶寬積相同，近似為一常量。因而，對于一給定的放大電路，可以減小增益來擴展帶寬，也可減小帶寬來增大增益。第60頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月7.8負反饋放大電路的穩(wěn)定性*7.8.2頻率補償7.8.1自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件第61頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月7.8.1自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件1.負反饋放大電路產生自激振蕩的原因及條件在前面的討論中，已經知道引入負反饋，可以改善放大電路的性能，且反饋深度越深，則放大電路性能越好。但上述結論，是假設放大電路工作在中頻區(qū)，即輸入與輸出信號存在著固定的相位關系。此時負反饋的引入必然使

減小，即

與

肯定同相。分別為的相角但在放大電路的高頻區(qū)或低頻區(qū)，輸入與輸出信號的幅值和相位會隨著信號頻率的變化而變化，因此和不再同相。即產生附加相移：這時可能在某一頻率下，該附加相移達到180°，從而和變成反相，由減小變?yōu)樵龃?，即放大電路由負反饋變成正反饋。?2頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月當這種正反饋強到使時，即，則有此時在不加任何輸入信號的情況下，放大電路仍會產生一定頻率的信號輸出電路產生自激振蕩由此可得負反饋放大電路產生自激振蕩的條件為：對應的幅值和相位條件分別為：幅值條件相位條件為突出附加相移，常將相位條件寫成：(附加相移)當且更易引起自激第63頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月2.穩(wěn)定工作條件及穩(wěn)定性分析由上面分析可知，環(huán)路增益要同時滿足自己的幅值和相位條件，放大電路才會產生自激振蕩。因此，只要使不能同時滿足這兩個條件，放大電路就能穩(wěn)定地工作，從而得到反饋放大電路穩(wěn)定工作條件為：即即在工程上，常用環(huán)路增益的波特圖，來直觀地分析、判斷負反饋放大電路的穩(wěn)定性。第64頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月圖7.8.2為某負反饋放大電路環(huán)路增益的近似波特圖。由圖中可見：即當時，由圖可見：即當