1、第6章 放大电路中的反馈,6.1 反馈的基本概念及判断方法,6.2 负反馈放大电路的四种基本组态,6.3 负反馈放大电路的方块图及一般表达式,6.4 深度负反馈放大电路放大倍数的分析,6.5 负反馈对放大电路性能的影响,6.6 负反馈放大电路的稳定性,重点掌握基本概念,1.反馈,6.1 反馈的基本概念及判断方法,在电子电路中，将输出量（输出电压或输出电流）的一部分或全部通过一定的电路形式作用到输入回路，用来影响其输入量（放大电路的输入电压或输入电流）的措施称为反馈。,反馈的目的：通过输出对输入的影响来改善系统的运行状况及控制效果。,6.1.1 反馈的基本概念,2. 反馈电路框图,取+ 加强输入
2、信号 正反馈 用于振荡器,取 - 削弱输入信号 负反馈 用于放大器,开环,闭环,【例】,输出量：,IC,净输入量：,UBE,静态工作点稳定原理,反馈量：,URE,负反馈,UBEUB URE,分压偏置式静态工作点稳定电路,交流反馈：仅在交流通路中存在的反馈。,-稳定Q点,直流反馈：仅在直流通路中存在的反馈。,3. 直流反馈与交流反馈,直交流反馈,直流反馈,-改善电路的性能,本级反馈反馈只存在于某一级放大器中,级间反馈反馈存在于两级以上的放大器之间,级间反馈通路,4.本级反馈与级间反馈,1. 有无反馈的判断,方法：找反馈通路,即输出回路与输入回路相连接的通路,无反馈,有反馈,6.1.2 反馈的判断
3、,无反馈,2. 正负反馈的判断,方法：瞬时极性法,+,-,iF,iP,+,+,iN,iF,负反馈,正反馈,ii, 先假定输入信号的瞬对地极性 判断输出信号的瞬间极性 推出反馈信号的瞬时极性 看反馈信号对输入信号的影响,2. 正负反馈的判断,uD= uP - uN,T,交流反馈,3.直流反馈与交流反馈的判断,方法：看反馈存在于直流通路还是交流通路中。,交、直流反馈,画出直流通路和交流通路,o,理想运放在线性工作区,输出电压与其两个输入端的电压之间存在线性放 大关系，即,理想运放工作在线性区特点：,1. 理想运放的差模输入电压等于零,即,“虚短”,附：,2. 理想运放的输入电流等于零,由于 rid
4、 = ，两个输入端均没有电流，即,“虚断”,6.2 负反馈放大电路的四种基本组态,6.2.1 负反馈放大电路分析要点,（3）负反馈的基本作用是将引回的反馈量与输入量相减，从而调整电路的净输入量和输出量。,（1）交流负反馈使放大电路的输出量与输入量之间具有 稳定的比例关系，任何因素引起的输出量的变化均得 到抑制。由于输入量的变化也同样会受到抑制，因此 交流负反馈使电路的放大能力下降。,（2）反馈量实质上是对输出量的取样，其数值与输出 量成正比。,（2）从输入端看，反馈量与输入量是以电压方 式相叠加，还是以电流方式相叠加。,对于具体的负反馈放大电路，首先应研究下列问题，进而进行定量分析。,（1）从
5、输出端看，反馈量是取自于输出电压，还是取自于输出电流。,反馈信号取自输出电压，则为电压反馈,反馈信号取自输出电流，则为电流反馈,反馈量与输入量以电压形式求和，为串联反馈,反馈量与输入量以电流形式求和，为并联反馈,判断反馈极性,+,+,负反馈,取样：判断反馈取自输出电压还是输出电流。,uD ,iN,iP,6.2.2 四种负反馈组态,短路法,令uo=0，观察是否仍存在反馈信号:反馈信号不存在-电压反馈；反馈信号仍存在-电流反馈。,电压反馈,6.2.2 四种负反馈组态,一、电压串联负反馈,图 6.2.2 电压串联负反馈电路,反馈信号与输出电压成正比，集成运放的净输入电压等于输入电压与反馈电压之差，,
6、电压串联、电压并联、电流串联、电流并联负反馈,二、电流串联负反馈,图 6.2.3 电流串联负反馈电路,反馈信号与输出电流成正比，净输入电压等于外加输入信号与反馈信号之差,（2）串联负反馈电路的输入电流很小，适用于输入信号为 恒压源或近似恒压源的情况。,（1）电压负反馈能够稳定输出电压，电流负反馈能够稳定 输出电流。,小结,求和,负反馈,iD ,判断反馈极性,iO,+,-,电压反馈,取样,iI,iD,并联反馈,三、电压并联负反馈,判断反馈极性,取样,-,电流反馈,+,iI,iD,i2,并联反馈,求和,负反馈,iD ,四、 电流并联负反馈,四种负反馈组态的放大倍数,电压串联负反馈电路,电流串联负反
7、馈电路,电压并联负反馈电路,电流并联负反馈电路,电压放大倍数,转移电阻,转移电导,电流放大倍数,1、判断电压反馈或电流反馈,6.2.2 反馈组态的判断,电流反馈,电压反馈,从输出端引出的反馈是电压反馈，不是从输出端的反馈是电流反馈。,2、判断串联反馈和并联反馈,反馈信号与输入信号加在同一输入端，则为并联反馈 反馈信号与输入信号加在不同输入端则为串联反馈,ud = ui uf id = ii - if,串联反馈,并联反馈,三极管的基极和发射极可以看成放大器的两个输入端,ib=i-if,并联反馈,ube=ui-uf,串联反馈,3、分立元件的反馈,+,-,-,+,电压串联负反馈,例1：判断Rf是否负
8、反馈，若是，判断反馈的组态。,交流负反馈,电压并联负反馈，交直流反馈,例2：判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态。,-,+VCC,RC,C2,C1,Rf,ui,uo,+,例3：判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态。,+,-,-,-,交直流负反馈,例4：判断如图电路中RE1、RE2的负反馈作用。,例5：判断图中引入了哪种组态的级间交流负反馈,开环放大倍数,闭环放大倍数,反馈系数,6.3 负反馈放大电路的方块图及 一般表达式,6.3.1方块图,环路放大倍数,6.3.2 四种组态电路的方块图,电压串联负反馈,电流串联负反馈,电压并联负反馈,电流并联负反馈,表6.3.1 四种组态负反馈放大电路
9、的比较,电压放大倍数,转移电阻,转移电导,电流放大倍数,6.3.3负反馈放大电路放大倍数的一般表达式,若,放大倍数减小,若,放大倍数增加,若,无输入有输出,若,-深度负反馈,-负反馈,-正反馈,-自激振荡,深度负反馈的实质是在近似分析中忽略净输入量。,深度串联负反馈时：,深度并联负反馈时：,-深度负反馈,此时，负反馈放大电路闭环放大倍数与晶体管无关，只与反馈网络有关。即负反馈可以稳定放大倍数。,6.4.1 深度负反馈的实质,6.4 深度负反馈放大电路放大倍数的分析,6.4.1 深度负反馈的实质,放大电路的闭环电压放大倍数：,深度负反馈放大电路的 闭环电压放大倍数：,对于串联负反馈：,并联负反馈
10、：,结论：根据负反馈组态，选择适当的公式；再根据放大电路的实际情况，列出关系式后，直接估算闭环电压放大倍数。,6.4 深度负反馈放大电路放大倍数的分析,电压串联负反馈放大电路 (a) 集成运放构成的电路； (b) 分立元件构成的电路,6.4.2 深度负反馈放大电路放大倍数的分析,电压并联负反馈放大电路 (a) 集成运放构成的电路； (b) 分立元件构成的电路,【例 】放大电路如图所示，已知R1=2 k, Rf=50 k， 试判断放大电路的反馈类型和极性，并估算深度负反馈条件下的电压放大倍数。,在深度负反馈条件下， ，则 ， 所以反馈电压为,由此可得闭环电压放大倍数为,解：电压串联负反馈。 ,6
11、.4.3 放大倍数的分析,一、电压串联负反馈,放大倍数则为电压放大倍数,二、电流串联负反馈,放大倍数为转移电导,电压放大倍数,三、电压并联负反馈,放大倍数为转移电阻,源电压放大倍数,图6.4.2并联负反馈电路的信号源,对于并联负反馈电路，信号源内阻是必不可少的。,四、电流并联负反馈,放大倍数为 电流放大倍数,电压放大倍数,小结：,（1）正确判断反馈组态；,（2）求解反馈系数；,6.5 负反馈对放大电路性能的影响,6.5.1 对放大倍数的影响,负反馈,负反馈使放大倍数下降为原来的 。,负反馈使电路放大倍数的稳定性提高 倍。,例：在电压串联负反馈放大电路中，, 估算反馈系数 和反馈深度, 估算放大
12、电路的闭环电压放大倍数, 如果开环差模电压放大倍数 A 的相对变化量为10%，此时闭环电压放大倍数 Af 的相对变化量等于多少？,解：, 反馈系数,反馈深度, 闭环放大倍数, Af 的相对变化量,结论：当开环差模电压放大倍数变化 10% 时，电压放大倍数的相对变化量只有 0.000 1%，而稳定性提高了一万倍。,6.5.2 改变输入电阻和输出电阻,不同类型的负反馈，对输入电阻、输出电阻的影响不同。,一、对输入电阻的影响,1. 串联负反馈增大输入电阻,得：,结论：引入串联负反馈后，输入电阻增大为无反馈时的 倍。,图 6.5.1,2. 并联负反馈减小输入电阻,得：,结论：引入并联负反馈后，输入电阻
13、减小为无负反馈时的 1/ 。,图 6.5.3 并联负反馈对 Ri 的影响,二、负反馈对输出电阻的影响,1. 电压负反馈减小输出电阻,放大电路的输出电阻定义为：,得：,结论：引入电压负反馈后，放大电路的输出电阻减小到无反馈时的 。,2. 电流负反馈增大输出电阻,图 6.5.5,结论：引入电流负反馈后，放大电路的输出电阻增大到无反馈时的 倍。,综上所述,(1). 反馈信号与外加输入信号的求和方式只对放大电路的输入电阻有影响：串联负反馈使输入电阻增大；并联负反馈使输入电阻减小。(2). 反馈信号在输出端的采样方式只对放大电路的输出电阻有影响：电压负反馈使输出电阻减小；电流负反馈使输出电阻增大。(3)
14、. 串联负反馈只增大反馈环路内的输入电阻；电流负反馈只增大反馈环路内的输出电阻。(4). 负反馈对输入电阻和输出电阻的影响程度，与反馈深度有关。,6.5.3 展宽频带,由于负反馈可以提高放大倍数的稳定性，因而对于 频率不同而引起的放大倍数下降，也可以改善。,设无反馈时放大电路在中、高频段的放大倍数分别为 ，上限频率为 f；,引入反馈系数为 的负反馈后，放大电路在中、高频段的放大倍数分别为 ，上限频率为 fHf。,所以：,可见，引入负反馈后，放大电路的中频放大倍数减小为无反馈时的1 / ；而上限频率提高到无反馈时的 倍。,同理，可推导出引入负反馈后，放大电路的下限频率降低为无反馈时的 1 / 。
15、,结论：引入负反馈后，放大电路的上限频率提高，下限频率降低，因而通频带展宽。,fbwf=fHf-fLffHf,fbw=fH-fLfH,基本放大电路的通频带,反馈放大电路的通频带,fL,fH,fLf,fHf,负反馈对通频带和放大倍数的影响,f,负反馈减小了波形失真,加入 负反馈,无负反馈,F,xf,xo,略大,略小,略小,略大,接近正弦波,预失真,6.5.4 减小非线性失真和抑制干扰,同样道理，负反馈可抑制放大电路内部噪声。,图 6.5.7,6.5.5 放大电路中引入负反馈的一般原则,负反馈对放大电路性能方面的影响，均与反馈深度有关。 负反馈放大电路的分析以定性分析为主，定量分析为辅。,定性分析
16、常用EDA软件（EWB/PSPICE）进行分析。,电路设计时，引入负反馈的一般原则,（1）为了稳定静态工作点，应引入直流负反馈； 为了改善电路的动态性能，应引入交流负反馈。,（2）根据信号源的性质引入串联负反馈，或者并联负反馈。 当信号源为恒压源或内阻较小的电压源时，为增大放大 电路的输入电阻，以减小信号源的输出电流和内阻上的 压降，应引入串联负反馈。,（4）根据表6.3.1所示的四种组态反馈电路的功能，在需要进 行信号变换时，选择合适的组态。例如，若将电流信号转 换成电压信号，应在放大电路中引入电压并联负反馈；若 将电压信号转换成电流信号，应在放大电路中引入电流串 联负反馈，等等。,当信号源
17、为恒流源或内阻较大的电压源时，为减小电路的输入电阻，使电路获得更大的输入电流，应引入并联负反馈。,（3）根据负载对放大电路输出量的要求，即负载对其信号源 的要求，决定引入电压负反馈或电流负反馈。当负载需要 稳定的电压信号时，应引入电压负反馈；当负载需要稳定 的电流信号时，应引入电流负反馈。,电路设计时，引入负反馈的一般原则,例6.5.1 电路如图6.5.8所示，为了达到下列目的，分别说明应 引入哪种组态的负反馈以及电路如何连接。,（3）将输入电流iI转换成稳定的输出电压uO。,（1）减小放大电路从信号源索取的电流并增强带负载能力。,（2）将输入电流i1转换成与之成稳定线性关系的输出电流io。,
18、(2)应引入电流并联负反馈。 电路中将与、与、与分别连接。,(3)应引入电压并联负反馈。 电路中应将与、与、与分别连接。,(1)应引入电压串联负反馈。电路中将与、与、与分别连接。,6.6.1 自激振荡产生的原因和条件,放大电路在无输入信号的情况下，就能输出一定频率和幅值的交流信号的现象。,2、产生原因,在高频区或低频区产生的附加相移达到180，使中频区的负反馈在高频区或低频区变成了正反馈，当满足了一定的幅值条件时，便产生自激振荡。,6.6 负反馈放大电路的稳定性,1、自激振荡,对于多级放大电路，如果引入过深的负反馈，可能引起自激振荡。,起振条件：,3、自激振荡的平衡条件,放大电路级数越多，引入
19、负反馈后，越易产生高频振荡 放大电路中耦合电容、旁路电容越多，引入负反馈后，越易产生低频振荡。,6.6.2负反馈放大电路稳定性的定性分析,1) 1级负反馈放大电路：,2) 2级负反馈放大电路：,3) 3级负反馈放大电路：,1,2,单级放大电路工作在低频或高频时，会产生附加相移，最大相移为 ；,此时放大倍数近似为0，不能满足幅值条件,例：单管阻容耦合共射放大电路的频率响应,6.6.2 负反馈放大电路稳定性的定性分析,可见，在低、高频段，放大电路分别产生了 0 + 90 和 0 -90 的附加相移。,两级放大电路将产生 0 180 附加相移；三级放大电路将产生 0 270 的附加相移。对于多级放大
20、电路，如果某个频率的信号产生的附加相移为 180o，而反馈网络为纯电阻，则：,满足自激振荡的相位条件，如果同时满足自激振荡的幅值条件，放大电路将产生自激振荡。,但三级放大电路，在深度负反馈条件下，对于某个频率的信号，既满足相位条件，也满足幅度条件，可以产生自激振荡。,结论：,单级放大电路不会产生自激振荡；,两级放大电路当频率趋于无穷大或趋于零时，虽然满足相位条件，但不满足幅度条件，所以也不会产生自激振荡；,一、判断方法,利用负反馈放大电路回路增益 的波特图，分析是否同时满足自激振荡的幅度和相位条件。,6.6.3 负反馈放大电路稳定性的判断,满足自激振荡的幅度条件频率为fC,满足自激振荡的相位条
21、件频率为fO,因为存在fO ，且fO fC ，则电路不稳定。,判断方法,虽然存在fO ，但fO fC ， 则电路稳定，不产生自激振荡。,判断方法小结如下：,（1）若不存在fO ，则电路稳定,（2）若存在fO ，且fO fC ， 则电路不稳定，必然产生自激振荡。,若存在fO ，但fO fC ，则电路稳定，不产生自激振荡。,例1：某负反馈放大电路的 波特图为：,(a)产生自激,由波特图中的相频特性可见，当 f = f0 时，相位移 AF = -180，满足相位条件；,结论：当 f = f0 时，电路同时满足自激振荡的相位条件和幅度条件，将产生自激振荡。,此频率对应的对数幅频特性位于横坐标轴之上，即
22、：,结论：该负反馈放大电路不会产生自激振荡，能够稳定工作。,例2：,由负反馈放大电路 的波特图可见，当 f = f0 ，相位移 AF = -180 时,二、稳定裕度,当环境温度、电路参数及电源电压等在一定范围内变化时，为保证放大电路也能满足稳定条件，要求放大电路要有一定的稳定裕度。,1. 幅值裕度 Gm,对于稳定的负反馈放大电路，Gm 为负值。 Gm 值愈负，负反馈放大电路愈稳定。,一般要求 Gm -10 dB 。,2. 相位裕度 m,当 f = fc 时，,负反馈放大电路稳定,对于稳定的负反馈放大电路，m 为正值。m 值愈大，负反馈放大电路愈稳定。,一般要求 m 45,三. 负反馈放大电路稳
23、定性分析,若P点在 水平线之下，稳定；否则不稳定。,或,判断稳定性方法：,将 写为：,即：,举例：设一基本放大器的增益为：,三. 负反馈放大电路稳定性分析,1.设反馈系数 ，分析其稳定性,三个极点频率为：fp1=0.5106Hz ， fp2=5106Hz ， fp3=5107Hz 。其中fp1=0.5106Hz最低，它决定了整个基本放大器的上限频率，称为主极点频率。,与E点相对应的附加相位移为 ，因此，放大器是不稳定的。,2.将反馈系数 改为 ， 分析其稳定性,与D点相对应的附加相位移为 ，因此，放大器是稳定的。且jm,反馈深度越深，越容易自激。,结论：,基本放大电,6.6.4负反馈放大电路自
24、激振荡的消除方法,为保证放大电路稳定工作，对于三级或三级以上的负反馈放大电路，需采取适当措施破坏自激振荡的幅度条件和相位条件。,最简单的方法是减小反馈系数或反馈深度，使得在满足相位条件时不满足幅度条件。,但是，由于反馈深度下降，不利于放大电路其他性能的改善，因此通常采用接入电容或 RC 元件组成校正网络，以消除自激振荡。,1.简单滞后补偿,比较简单的消振措施是在负反馈放大电路的适当地 方接入一个电容。,图 6.6.4 电容校正网络,一、滞后补偿,接入的电容相当于并联在前一级的负载上，在中、低频时，容抗很大，所以这个电容基本不起作用。,高频时，容抗减小，使前一级的放大倍数降低，从而破坏自激振荡的
25、条件，使电路稳定工作。,简单滞后补偿前后基本放大电路的幅频特性,虚线为补偿前的幅频特性,实线为补偿后的幅频特性,图6.6.3 简单滞后补偿前后基本放大电路的幅频特性,2.RC滞后补偿,除了电容校正以外，还可以利用电阻、电容元件串联组成的 RC 校正网络来消除自激振荡。,利用 RC 校正网络代替电容校正网络，将使通频带变 窄的程度有所改善。（见教材P287P288）,图 6.6.5 RC 校正网络,3.密勒效应补偿,二、超前补偿,利用密勒效应将补偿电容、或补偿电阻和电容跨接放大电路的输入端和输出端。,若改变负反馈放大电路在环路增益为0dB点的相位，使之超前，也能破坏其自激振荡条件，使fo fc。通常将补偿电容加在反馈回路。,6.7 放大电路中的其它形式的反馈,6.7.1 放大电路中的正反馈,一、电压-电流转换电路,二、自举电路,6.7.2电流反馈运算放大电路,一、什么是电流反馈集成运算放大电路,二、电流模电路,三、电流反馈运算放大电路的工作原理,四、由电流反馈运算放大电路组成的负反馈放 大电路的频率特性特性,
