1、电子技术基础,模拟部分 （第六版）,华中科技大学 张林,电子技术基础模拟部分,1 绪论 2 运算放大器 3 二极管及其基本电路 4 场效应三极管及其放大电路 5 双极结型三极管及其放大电路 6 频率响应 7 模拟集成电路 8 反馈放大电路 9 功率放大电路 10 信号处理与信号产生电路 11 直流稳压电源,8 反馈放大电路,8.1 反馈的基本概念与分类 8.2 负反馈放大电路增益的一般表达式 8.3 负反馈对放大电路性能的影响 8.4 深度负反馈条件下的近似计算 8.5 负反馈放大电路设计 8.6 负反馈放大电路的稳定性,8.1 反馈的基本概念与分类,8.1.1 什么是反馈 8.1.2 直流反
2、馈与交流反馈 8.1.3 正反馈与负反馈 8.1.4 串联反馈与并联反馈 8.1.5 电压反馈与电流反馈 8.1.6 负反馈放大电路的四种组态,8.1.1 什么是反馈,将电子系统输出回路的电量（电压或电流），送回到输入回路的过程。,内部反馈,外部反馈,8.1.1 什么是反馈,输出信号,反馈放大电路的输入信号,反馈信号,基本放大电路的输入信号（净输入信号）,框图,8.1.1 什么是反馈,反馈通路信号反向传输的渠道,开环 无反馈通路,闭环 有反馈通路,反馈通路 （反馈网络）,信号的正向传输,8.1.1 什么是反馈,判断电路是否存在反馈通路,反馈通路（本级）,反馈通路（本级）,反馈通路（级间）,8.
3、1.1 什么是反馈,理论上电源线和地线不能作为反馈通路,反馈通路（级间）,8.1.2 直流反馈与交流反馈,根据反馈到输入端的信号是交流，还是直流，或同时存在，来进行判别。,交、直流反馈,8.1.2 直流反馈与交流反馈,直流反馈,交、直流反馈,8.1.3 正反馈与负反馈,正反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变大了。,负反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变小了。,从输出端看,从输入端看,正反馈：引入反馈后，使净输入量变大了。,负反馈：引入反馈后，使净输入量变小了。,净输入量可以是电压，也可以是电流。,8.1.3 正反馈与负反馈,判别方法：瞬时极性法。即在电路中，从输入端开始，沿着信号流向，标出
4、某一时刻有关节点电压变化的斜率（正斜率或负斜率，用“+”、“-”号表示）。,净输入量减小,净输入量增大,负反馈,正反馈,反馈通路,反馈通路,8.1.3 正反馈与负反馈,级间反馈通路,净输入量减小,级间负反馈,8.1.3 正反馈与负反馈,级间反馈通路,净输入量减小,级间负反馈,8.1.3 正反馈与负反馈,反馈通路,净输入量减小,本级负反馈,8.1.4 串联反馈与并联反馈,由反馈网络在放大电路输入端的连接方式判定,串联,串联：输入以电压形式求和（KVL） -vi+vid+vf=0 即 vid=vi- vf,并联：输入以电流形式求和（KCL） ii-iid-if=0 即 iid=ii-if,并联,8
5、.1.4 串联反馈与并联反馈,并联：反馈量xf和输入量xi接于同一输入端。,串联：反馈量xf和输入量xi接于不同的输入端。,由信号在输入端的连接方式判定,8.1.4 串联反馈与并联反馈,判断电路中的级间交流反馈是串联反馈还是并联反馈,并联反馈,级间反馈通路,xf (if),8.1.4 串联反馈与并联反馈,串联反馈,级间反馈通路,xf (vf),判断电路中的级间交流反馈是串联反馈还是并联反馈,8.1.4 串联反馈与并联反馈,信号源对反馈效果的影响,串联负反馈,vid = vi -vf,则vi最好为恒压源，即信号源内阻Rs越小越好。,要想反馈效果明显，就要求vf变化能有效引起vid的变化。,8.1
6、.4 串联反馈与并联反馈,信号源对反馈效果的影响,并联负反馈,iid = ii -if,则ii最好为恒流源，即信号源内阻Rs越大越好。,要想反馈效果明显，就要求if变化能有效引起iid的变化。,8.1.5 电压反馈与电流反馈,电压反馈与电流反馈由反馈网络在放大电路输出端的取样对象决定,电压反馈：反馈信号xf和输出电压成比例，即xf=Fvo,并联结构,串联结构,电流反馈：反馈信号xf与输出电流成比例，即xf=Fio,8.1.5 电压反馈与电流反馈,电压负反馈,RL,电压负反馈稳定输出电压,xf=Fvo ， xid= xixf,8.1.5 电压反馈与电流反馈,电流负反馈,RL ,电流负反馈稳定输出
7、电流,xf=Fio ， xid= xixf,8.1.5 电压反馈与电流反馈,判断方法：负载短路法,将负载短路，反馈量仍然存在电流反馈。,将负载短路（未接负载时输出对地短路），反馈量为零电压反馈。,电压反馈,电流反馈,反馈通路,反馈通路,8.1.5 电压反馈与电流反馈,电压反馈,反馈通路,8.1.5 电压反馈与电流反馈,电流反馈,反馈通路,8.1.6 负反馈放大电路的四种组态,由此可组成四种组态：,输入端：,输出端：,电压串联,电压并联,电流串联,电流并联,四种组态,反馈网络在放大电路输入端的连接分为串联和并联两种方式。,反馈信号在输出端分为电压取样和电流取样两种方式。,8.1.6 负反馈放大电
8、路的四种组态,1. 电压串联负反馈放大电路,输入以电压形式求和（KVL）： vid=vi- vf,稳定输出电压,特点：,电压控制的电压源（VCVS），电压/电压转换,8.1.6 负反馈放大电路的四种组态,输入以电流形式求和（KCL）： iid=ii-if,稳定输出电压,电流控制的电压源（CCVS），电流/电压转换,特点：,2. 电压并联负反馈放大电路,8.1.6 负反馈放大电路的四种组态,输入以电压形式求和（KVL）： vid=vi- vf,稳定输出电流,电压控制的电流源（VCCS），电压/电流转换,特点：,3. 电流串联负反馈放大电路,8.1.6 负反馈放大电路的四种组态,输入以电流形式求和
9、（KCL）： iid=ii-if,稳定输出电流,电流控制的电流源（CCCS），电流/电流转换,特点：,4. 电流并联负反馈放大电路,8.1.6 负反馈放大电路的四种组态,电压负反馈：稳定输出电压，具有恒压特性,串联反馈：输入端电压求和（KVL）,电流负反馈：稳定输出电流，具有恒流特性,并联反馈：输入端电流求和（KCL）,不同组态的特点：,8.1.6 负反馈放大电路的四种组态,反馈组态判断举例（交流）,级间电流并联负反馈,8.1.6 负反馈放大电路的四种组态,电压并联负反馈,反馈组态判断举例（交流）,8.1.6 负反馈放大电路的四种组态,直流反馈,交、直流反馈,电流串联负反馈,反馈组态判断举例（
10、交流）,8.1.6 负反馈放大电路的四种组态,电压串联负反馈,反馈组态判断举例（交流）,8.2 负反馈放大电路增益的一般表达式,1. 信号的单向化传输,信号的正向传输,信号的反向传输,信号在反馈网络中的正向传输,信号在基本放大电路中的反向传输,正向传输：信号由输入到输出的传输,反向传输：信号由输出到输入的传输,8.2 负反馈放大电路增益的一般表达式,信号的正向传输,信号的反向传输,正向传输：信号由输入到输出的传输,反向传输：信号由输出到输入的传输,1. 信号的单向化传输,8.2 负反馈放大电路增益的一般表达式,开环增益,反馈系数,闭环增益,因为,所以,已知,闭环增益的一般表达式,即,2. 闭环
11、增益的一般表达式,信号量或信号传递比,反馈组态,电压串联,电流并联,电压并联,电流串联,Av=vo/vid,Ai=io/iid,F=xf/xo,Fv=vf/vo,Fi=if/io,Avf=vo/vi,功能,vi控制vo，电压放大,ii控制io，电流放大,xo,xi、xf、xid,Af=xo/xi,负反馈放大电路中各种信号量的含义,A=xo/xid,vo,io,vi、vf、vid,ii、if、iid,8.2 负反馈放大电路增益的一般表达式,一般负反馈,称为反馈深度,深度负反馈,正反馈,自激振荡,一般情况下，A和F都是频率的函数，当考虑信号频率的影响时，Af、A和F分别用 、 和 表示。,即,3.
12、 反馈深度讨论,8.3 负反馈对放大电路性能的影响,8.3.1 提高增益的稳定性 8.3.2 减小非线性失真 8.3.3 抑制反馈环内噪声 8.3.4 对输入电阻和输出电阻的影响 8.3.5 扩展频带,8.3.1 提高增益的稳定性,闭环时,对A求导得,只考虑幅值有,即闭环增益相对变化量比开环减小了1+AF,另一方面,在深度负反馈条件下,即闭环增益只取决于反馈网络。当反馈网络由稳定的线性元件组成时，闭环增益将有很高的稳定性。,负反馈的组态不同，稳定的增益不同（Avf 、Arf 、Agf 、Aif）,8.3.2 减小非线性失真,闭环时增益减小，线性度变好。,只能减少环内放大电路产生的失真，如果输入
13、波形本身就是失真的，即使引入负反馈，也无济于事。,8.3.3 抑制反馈环内噪声,自学,8.3.4 对输入电阻和输出电阻的影响,串联负反馈,1. 对输入电阻的影响,开环输入电阻 Ri = vid/ii,因为 vf = Fxo xo = Avid,闭环输入电阻 Rif = vi/ii,所以 vi = vid+vf = (1+AF ) vid,闭环输入电阻 Rif= vi/ii,引入串联负反馈后，输入电阻增加了。,8.3.4 对输入电阻和输出电阻的影响,并联负反馈,闭环输入电阻,引入并联负反馈后，输入电阻减小了。,注意: 反馈对输入电阻的影响仅限于环内，对环外不产生影响。,1. 对输入电阻的影响,8
14、.3.4 对输入电阻和输出电阻的影响,例如,图中R1不在环内,但是,当R1 时，反馈对Rif几乎没有影响。,1. 对输入电阻的影响,8.3.4 对输入电阻和输出电阻的影响,电压负反馈,2. 对输出电阻的影响,8.3.4 对输入电阻和输出电阻的影响,闭环输出电阻,而 xid= - xf= - Fvt,忽略反馈网络对it的分流,所以,引入电压负反馈后，输出电阻减小了。,电压负反馈,2. 对输出电阻的影响,8.3.4 对输入电阻和输出电阻的影响,电流负反馈,闭环输出电阻,引入电流负反馈后，输出电阻增大了。,注意: 反馈对输出电阻的影响仅限于环内，对环外不产生影响。,2. 对输出电阻的影响,8.3.4
15、 对输入电阻和输出电阻的影响,负反馈对放大电路性能的改善，是以牺牲增益为代价的，且仅对环内的性能产生影响。,串联负反馈 ,并联负反馈 ,电压负反馈 ,电流负反馈 ,特别注意表8.3.1的内容,增大输入电阻,减小输入电阻,减小输出电阻，稳定输出电压,增大输出电阻，稳定输出电流,8.3.5 扩展频带,1. 频率响应的一般表达式,基本放大电路的高频响应,为基本放大电路通带增益,比开环时增加了,闭环通带增益,其中,同理可得,闭环上限频率,比开环时减小了,闭环下限频率,8.3.5 扩展频带,2. 不同负反馈深度下的频带,8.3.5 扩展频带,放大电路的增益-带宽积为常数,闭环增益-带宽积,开环增益-带宽
16、积,3. 增益-带宽积,8.4 深度负反馈条件下的近似计算,1. 深度负反馈的特点,即，深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈网络有关,由于,则,又因为,代入上式,得,（也常写为 xf xi）,净输入量近似等于零,由此可得深度负反馈条件下，基本放大电路“两虚”的概念,输入量近似等于反馈量,（xid 0 ）,# 如何满足深度负反馈条件？,# 既然深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈网络有关，那么是否意味着基本放大电路的增益A已经无关紧要了？,8.4 深度负反馈条件下的近似计算,串联负反馈，输入端电压求和,深度负反馈条件下xid= xi - xf 0,虚短,虚断,虚短,虚断,并联负反馈，输入端电流求和,
17、vid= iid ri 0,1. 深度负反馈的特点,8.4 深度负反馈条件下的近似计算,(1) 找出信号放大通路和反馈通路,(2) 用瞬时极性法判断正、负反馈,(3) 判断交、直流反馈,(4) 判断反馈组态,(5) 标出输入量、输出量及反馈量,(6) 估算深度负反馈条件下电路的 F、Af 、Avf 。,（常常利用虚短和虚断直接列表达式求解）,2. 分析负反馈放大电路的一般步骤,8.4 深度负反馈条件下的近似计算,电压串联负反馈,反馈系数,实际上该电路就是第2章介绍的同相比例放大电路，此处结果与第2章所得结果相同,设电路满足深度负反馈条件，试写出该电路的闭环电压增益表达式。,解：,根据虚短、虚断
18、,闭环增益 （就是闭环电压增益）,3. 举例,8.4 深度负反馈条件下的近似计算,电压串联负反馈,设电路满足深度负反馈条件，试写出该电路的闭环电压增益表达式。,解：,根据虚短、虚断,闭环电压增益,3. 举例,电流并联负反馈,设电路满足深度负反馈条件，试写出该电路的闭环增益和闭环电压增益表达式。,解：,根据虚短、虚断,闭环增益,所以闭环电压增益,注意：若io参考方向不同，将影响闭环增益的结果,又因为,3. 举例,电流并联负反馈,设电路满足深度负反馈条件，试写出该电路的闭环增益和闭环电压增益表达式。,解：,根据虚短、虚断,闭环增益,所以闭环电压增益,注意：若io参考方向不同，将影响闭环增益的结果,
19、又因为,3. 举例,解:,闭环增益,例7.5.5 （3）求大环反馈的闭环增益以及对信号源的闭环电压增益；,（3）电压并联负反馈,根据虚短、虚断,解:,闭环增益,（3）电压并联负反馈,根据虚短、虚断,将信号源变为电压源,所以闭环源电压增益,又因为,0V,例7.5.5 （3）求大环反馈的闭环增益以及对信号源的闭环电压增益；,8.5 负反馈放大电路设计,8.5.1 设计负反馈放大电路的一般步骤 8.5.2 设计举例,8.5.1 设计负反馈放大电路的一般步骤,1. 选定需要的反馈类型,2. 确定反馈系数的大小,3. 适当选择反馈网络中的电阻阻值,4. 通过仿真分析，检验设计是否满足要求,信号源性质,对
20、输出信号的要求,对输入、输出电阻的要求,对信号变换的要求（V-V、V-I、I-V、I-I ）,深度负反馈时,尽量减小反馈网络对基本放大电路的负载效应,8.5.2 设计举例,例7.6.2 设计一个带负反馈的光电隔离器的驱动电路。设vs的变化范围为05V，内阻Rs=500。要求LED的io1=10-3vs(A)。已知运放的Avo=104，Ri=5k，Ro=100。设计后仿真检验发光二极管的电流。,解:,驱动电路需要将电压vs转换为电流io1,选用电流串联负反馈电路,解:,例7.6.2 设计一个驱动光电隔离器的放大电路。设vs的变化范围为05V，内阻Rs=500。要求LED的io1=10-3vs(A
21、)。已知运放的Avo=104，Ri=5k，Ro=100。设计后仿真检验发光二极管的电流。,选用电流串联负反馈电路,所以 Rf=1k,又因为根据虚断有,深度负反馈时,例7.6.2 设计一个驱动光电隔离器的放大电路。设vs的变化范围为05V，内阻Rs=500。要求LED的io1=10-3vs(A)。已知运放的Avo=104，Ri=5k，Ro=100。设计后仿真检验发光二极管的电流。,解:,仿真电路,io1与vs的呈线性关系， io1=10-3vs， 放大电路满足设计要求。,8.6 负反馈放大电路的稳定性,8.6.1 自激振荡及稳定工作的条件 8.6.2 频率补偿,8.6.1 自激振荡及稳定工作的条
22、件,1. 自激振荡现象,在不加任何输入信号的情况下，放大电路仍会产生一定频率的信号输出。,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。,8.6.1 自激振荡及稳定工作的条件,3. 自激振荡条件,自激振荡,反馈深度,即,又,得自激振荡条件,幅值条件,相位条件（附加相移）,注：输入端求和的相位（-1）不包含在内,闭环增益,注：负反馈放大电路是否自激振荡实际上与输入信号无关。,8.6.1 自激振荡及稳定工作的条件,4. 稳定工作条件,破坏自激振荡条件,当反馈网络为纯电阻网络时， f = 0。,其中,
23、Gm幅值裕度，一般要求Gm -10dB,m相位裕度，一般要求m 45,（保证可靠稳定，留有余地）,写成等式，且幅值用分贝数表示时,8.6.1 自激振荡及稳定工作的条件,用波特图表示,或,Gm -10dB 或 m 45,4. 稳定工作条件,8.6.1 自激振荡及稳定工作的条件,5. 负反馈放大电路稳定性分析,环路增益的幅频响应写为,利用波特图分析,即该点满足,8.6.1 自激振荡及稳定工作的条件,判断稳定性方法,(3) 判断两线交点对应的相位是否满足相位裕度（m 45）,或,若P点在 水平线之下（ ），稳定；否则不稳定。,5. 负反馈放大电路稳定性分析,8.6.1 自激振荡及稳定工作的条件,反馈
24、系数为F1时,负反馈放大电路稳定,m =90 45,5. 负反馈放大电路稳定性分析,8.6.1 自激振荡及稳定工作的条件,反馈系数为F2时 (F2 F1),不稳定,5. 负反馈放大电路稳定性分析,m =0 45,8.6.1 自激振荡及稳定工作的条件,越容易产生自激,5. 负反馈放大电路稳定性分析,8.6.1 自激振荡及稳定工作的条件,推论：,P点交在 的斜率为-20dB/十倍频程处，放大电路是稳定的。,5. 负反馈放大电路稳定性分析,*8.6.2 频率补偿,741的频率补偿,要求：741构成任何深度的电压串联负反馈时都能稳定工作（反馈网络为纯电阻）,反馈最深时：,即 是一条 0 分贝水平线,*8.6.2 频率补偿,（741的频率补偿）,思路： 0 分贝水平线上增益的衰减斜率只有-20dB/十倍频程,措施： 加入密勒电容Cc,加入电容Cc后,增加了一个大时间常数的RC电路,使增益从fH0开始衰减,当f fH1时，增益已经小于等于 0 分贝。,保证了 0 分贝平线上增益的衰减斜率只有-20dB/十倍频程,增添了一个新的上限频率fH0 = 1/2RC,*8.6.2 频率补偿,（741的频率补偿）,end,
