1、(3-1),电子技术,第六章 放大电路中的反馈,模拟电路部分,(3-2),第六章 放大电路中的反馈,6.1 反馈的基本概念及判断方法6.2 负反馈的类型及分析方法6.3 负反馈对放大电路的影响,(3-3),6.1 反馈的概念及判断方法,凡是将放大电路输出端的信号（电压或电流）的一部分或全部引回到输入端，与输入信号迭加，就称为反馈。,若引回的信号削弱了输入信号，就称为负反馈。若引回的信号增强了输入信号，就称为正反馈。,这里所说的信号一般是指交流信号，所以判断正负反馈，就要判断反馈信号与输入信号的相位关系，同相是正反馈，反相是负反馈。,(3-4),直流反馈：反馈量中只含有直流量,交流反馈：反馈量中
2、只含有交流量,(3-5),图6.1.2 有无反馈的判断,返回,反馈的判断,一、有无反馈的判断,(3-6),图6.1.3 反馈极性的判断,返回,二、 反馈极性的判断,(3-7),图6.1.4 分立元件放大电路反馈极性的判断,返回,(3-8),返回,三、 直流反馈与交流反馈的判断,直流通路,交流通路,电路中只引入了直流反馈,(3-9),电路中引入了交流反馈,返回,(3-10),电路中既引入了直流反馈又引入了交流反馈,返回,(3-11),6.2 负反馈的类型及分析方法,6.2.1 负反馈的类型,一、电压反馈和电流反馈,电压反馈：反馈信号取自输出电压信号。电流反馈：反馈信号取自输出电流信号。,电压负反
3、馈：可以稳定输出电压、减小输出电阻。电流负反馈：可以稳定输出电流、增大输出电阻。,根据反馈所采样的信号不同，可以分为电压反馈和电流反馈。,(3-12),电压反馈采样的两种形式：,采样电阻很大,(3-13),电流反馈采样的两种形式：,采样电阻很小,(3-14),图6.2.6 电压反馈与电流反馈的判断（一）,返回,(3-15),图6.2.7 电压反馈与电流反馈的判断（二）,返回,(3-16),根据反馈信号在输入端与输入信号比较形式的不同，可以分为串联反馈和并联反馈。,串联反馈：反馈信号与输入信号串联，即反馈电压信号与输入信号电压比较。,并联反馈：反馈信号与输入信号并联，即反馈信号电流与输入信号电流
4、比较。,串联反馈使电路的输入电阻增大；并联反馈使电路的输入电阻减小。,二、串联反馈和并联反馈,(3-17),ib=i-if,并联反馈,ube=ui-uf,串联反馈,(3-18),三、交流反馈与直流反馈,交流反馈：反馈只对交流信号起作用。直流反馈：反馈只对直流起作用。,若在反馈网络中串接隔直电容，则可以隔断直流，此时反馈只对交流起作用。,在起反馈作用的电阻两端并联旁路电容，可以使其只对直流起作用。,有的反馈只对交流信号起作用；有的反馈只对直流信号起作用；有的反馈对交、直流信号均起作用。,(3-19),增加隔直电容C后，Rf只对交流起反馈作用。,注：本电路中C1、C2也起到隔直作用。,(3-20)
5、,增加旁路电容C后，Rf只对直流起反馈作用。,(3-21),返回,电压串联负反馈,6.2.1 四种负反馈组态,电压控制电压源,(3-22),返回,电流串联负反馈,习惯画法,电压控制电流源,(3-23),返回,电压并联负反馈,电流控制电压源,(3-24),返回,电流并联负反馈,电流控制电流源,(3-25),图6.2.8 例图6.2.1 电路图,返回,电路中引入了电流串联负反馈,(3-26),图6.2.9 例图6.2.2 电路图,返回,电路中引入了电压串联负反馈,(3-27),负反馈,交流反馈,直流反馈,电压串联负反馈,电压并联负反馈,电流串联负反馈,电流并联负反馈,稳定静态工作点,负反馈的分类小
6、结,(3-28),6.2.3 负反馈的分析方法,分析步骤：,3. 是否负反馈？,4. 是负反馈！那么是何种类型的负反馈？（判断反馈的组态）,1. 找出反馈网络（电阻）。,2. 是交流反馈还是直流反馈？,一、反馈类型的判断,(3-29),电压反馈与电流反馈判别方法：,电压反馈一般从后级放大器的集电极采样。,电流反馈一般从后级放大器的发射极采样。,并联反馈与串联反馈判别方法：,并联反馈的反馈信号接于晶体管基极。,串联反馈的反馈信号接于晶体管发射极。,注意：直流反馈中，输出电压指UCE，输出电流指IE或IC。,(3-30),判断负反馈的方法瞬时极性法,假设输出端信号有一定极性的瞬时变化，依次经过反馈
7、、比较、放大后，再回到输出端，若输出信号与原输出信号的变化极性相反，则为负反馈。反之为正反馈。,如果是电压反馈，则要从输出电压的微小变化开始。如果是电流反馈，则要从输出电流的微小变化开始。,判断时在输入端也要反映出反馈信号与输入信号的比较关系。,(3-31),例1：判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态。,电压串联负反馈,(3-32), 分析中用到了三极管的集电极与基极相位相反这一性质。,(3-33),例2：判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态。,电压并联负反馈,(3-34),例3：判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态。,电流并联负反馈,(3-35),例4：判断如图电路中RE1、RE
8、2的负反馈作用。,1. 对交流信号：,RE1：电流串联负反馈。,(3-36),2. 对直流信号：,RE1、RE2对直流均起作用，通过反馈稳定静态工作点。,反馈过程：,(3-37),例5：判断如图电路中RE3的负反馈作用。,电流串联负反馈。,(3-38),取+ 加强输入信号 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,负反馈的作用：稳定静态工作点；稳定放大倍数；提高输入电阻；降低输出电阻；扩展通频带。,反馈框图：,6.3 负反馈放大电路的方块图及一般表达式,(3-39),反馈电路的三个环节：,放大：,反馈：,叠加：,负反馈框图：,输出信号,输入信号,反馈信号,净输入
9、信号,(3-40),开环放大倍数,闭环放大倍数,反馈系数,电路的环路放大倍数,(3-41),负反馈放大器的一般关系：,(3-42),图6.3.2 四种反馈组态电路的方框图,返回,(3-43),负反馈放大器的闭环放大倍数,当AoF1时，,结论：当 AoF1 很大时，负反馈放大器的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。,(3-44),负反馈放大电路的方块图是将电路等效成两个二端网络连接而成。为了使信号的传递单向化，在分解出基本放大电路时，应考虑反馈网络的负载效应，就是需要将反馈网络作为放大电路输入端和输出端的等效负载。,根据网络理论，当考虑反馈网络在输入端的负载效应
10、时，应令输出量的作用为零。而当考虑反馈网络在输出端的负载效应时，应令输入量的作用为零。,负反馈放大电路的基本放大电路,(3-45),图6.3.3 电压串联负反馈电路的基本放大电路,返回,(3-46),图6.3.4 电流串联负反馈电路的基本放大电路,返回,(3-47),图6.3.5 电压并联负反馈电路的基本放大电路,返回,(3-48),图6.3.6 电流并联负反馈电路的基本放大电路,返回,(3-49),求解基本放大电路的一般方法和步骤：1、找出反馈网络2、求解反馈网络在放大电路输入端的等效电阻。对于电压反馈，应令uo=0，即将输出电压短路；对于电流反馈，应令io=0，即将输出电流所在回路断开。3
11、、求解反馈网络在放大电路输出端的等效负载电阻。对于对于串联反馈，应令iI=0，即断开放大电路输入级与反馈网络的连接处；对于并联反馈，应令输入端接地，以断开输入量对反馈网络的作用。,利用集成运放构成的负反馈放大电路一般为深度负反馈，Af1/F，不必求出基本放大电路A。,(3-50),负反馈放大电路的放大倍数,方法一：当电路比较简单时，可直接用微变等效电路分析。,例：,(3-51),放大倍数稳定性的比较：,=60时, Ao =-93,=50时, Ao =-77,=60时, AF =-19.4,=50时, AF =-18.6,无负反馈时：,有负反馈时：,RB1=100kRB2=33kRE=2.4kR
12、E1=100RC=5kRL=5k=60EC=15Vrbe=1.62 k,(3-52),性能比较：,结论: (1) 输入电阻提高了。 (2) 放大倍数减小了，但稳定了，即受晶体管的影响减小。,RB1=100kRB2=33kRE=2.4kRE1=100RC=5kRL=5k=60EC=15Vrbe=1.62 k,(3-53),方法二：从负反馈电路的闭环放大倍数的公式出发。,先计算Ao和F 。计算AF。,(3-54),F- 0.1 / (5/5) =-0.04,RB1=100kRB2=33kRE=2.4kRE1=100RC=5kRL=5k=60EC=15Vrbe=1.62 k,(3-55),方法三：放
13、大倍数的近似计算。,若（1+ ）RF rbe, 则,与方法一比较：,在深度负反馈下，两种方法结果一致。,(3-56),例2：射极跟随器,性能：,（1）放大倍数 1（2）输入电阻大（3）输出电阻小,反馈形式：电压串联负反馈,(3-57),放大倍数的近似计算：,若 （1+ ）RL rbe , 则AF 1,因为uf = uo，所以F= uf / uo=1,（1）用公式：,AF = 1/F 1,(3-58),6.4深度负反馈放大电路放大倍数的分析,一、深度负反馈的实质,深度负反馈,深度负反馈的实质是在近似分析中忽略净输入量。,说明,(3-59),不同的组态，在近似分析中可忽略净输入量不同。,当电路中引
14、入深度串联负反馈时，认为净输入电压可忽略不计。,当电路中引入深度并联负反馈时，认为净输入电流可忽略不计。,(3-60),图6.4.1 反馈网络的分析,返回,二、反馈网络的分析,(3-61),电压串联负反馈电路的反馈系数,电流串联负反馈电路的反馈系数,电压并联负反馈电路的反馈系数,电流并联负反馈电路的反馈系数,(3-62),三、放大倍数的分析,2、电流串联负反馈电路,1、电压串联负反馈电路的放大倍数就是电压放大倍数,说明引入深度电压负反馈后电路的输出可近似为受控恒压源,(3-63),3、电压并联负反馈电路,信号源为内阻是RS的电流源,将电流源转换为电压源,(3-64),4、电流并联负反馈电路,对
15、于并联负反馈电路，信号源内阻RS是必不可少的,(3-65),图6.2.8 例图6.2.1 电路图,(3-66),图6.2.9 例图6.2.2 电路图,返回,(3-67),返回,电压串联负反馈,(3-68),电流并联负反馈,(3-69),6.5 负反馈对放大电路性能的影响,反馈电路的基本方程,(3-70),一、稳定放大倍数,Ao,开环放大倍数,AF,闭环放大倍数,(3-71),同相，所以,则有：,负反馈使放大倍数下降。,引入负反馈使电路的稳定性提高。,(2),在深度负反馈的情况下，放大倍数只与反馈网络有关。,(3-72),图6.5.1 串联负反馈电路的方框图,返回,二、对输入、输出电阻的影响,(
16、3-73),图6.5.2 Rb在反馈环之外时串联 负反馈电路的方框图,返回,(3-74),图6.5.3 并联负反馈电路的方框图,返回,(3-75),1. 串联负反馈使电路的输入电阻增加：,2. 并联负反馈使电路的输入电阻减小：,例如:射极输出器,理解：串联负反馈相当于在输入回路中串联了一个电阻，故输入电阻增加。,理解：并联负反馈相当于在输入回路中并联了一条支路，故输入电阻减小。,结论：,(3-76),3. 电压负反馈使电路的输出电阻减小：,例如:射极输出器,理解：电压负反馈目的是阻止uo的变化，稳定输出电压。,放大电路空载时可等效右图框中为电压源：,输出电阻越小，输出电压越稳定，反之亦然。,(
17、3-77),理解：电流负反馈目的是阻止io的变化，稳定输出电流。,放大电路空载时可等效为右图框中电流源：,输出电阻越大，输出电流越稳定，反之亦然。,4. 电流负反馈使电路的输出电阻增加：,(3-78),三、对通频带的影响,设反馈网络为纯电阻网络，且在高频段和低频段各有一个拐点。,(3-79),(3-80),引入负反馈使电路的通频带宽度增加：,(3-81),四、改善波形的失真,加反馈前,加反馈后,改善,(3-82),图6.5.6 消除ib失真的方法,返回,(3-83),图6.5.7 引入负反馈使非线性失真减小,返回,(3-84),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，
18、应引入交流负反馈。,引入负反馈的一般原则,2 当信号源为恒压源或内阻较小的电压源时，应引入串联负反馈；当信号源为恒流源或内阻较大的电压源时，应引入并联负反馈。,4 当需要进行信号变换时，选择合适的组态。如需将电流信号转换成电压信号，应引入电压并联负反馈。,3 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。,(3-85),例6.5.1,返回,(3-86),图6.6.1 负反馈放大电路的自激振荡,返回,6.6 负反馈放大电路的稳定性,反馈过深，在输入量为0时，输出却产生了一定频率和一定幅值的信号，电路产生了自激振荡。,(3-87),一、负反馈放大电路自
19、激振荡产生的原因和条件,在中频段由于 ， 和 的相角 ，因此净输入量，输入量和反馈量之间的关系为：,(3-88),所以输出量也随之增大，反馈的结果使放大倍数增大。,在低频段由于耦合电容、旁路电容的存在， 将产生超前相移，在高频段由于半导体极间电容的存在, 将产生滞后相移，用 来表示此附加相移。,当某一频率 的信号使附加相移 （n为奇数），反馈量 与中频段相比产生超前或滞后180，所以使净输入量,(3-89),图6.6.1 负反馈放大电路的自激振荡,在电路产生自激振荡时，输出信号有其特定的频率 和一定 的幅值。而且振荡频率 必在电路的低频段或高频段。电路产生自激振荡一旦将无法正常放大，称电路处于
20、不稳定状态。,(3-90),自激振荡的平衡条件,幅值平衡条件,相位平衡条件,起振条件,(3-91),二、负反馈放大电路稳定性的定性分析,设放大电路采用直接耦合方式，且反馈网络为纯电阻网络，则电路只可能产生高频振荡，且附加相移仅产生于放大电路。,在单管放大电路中引入负反馈，因其产生的最大附加相移为90，不存在满足相位条件的频率，故不可能产生自激振荡。,在两级放大电路中引入负反馈，当频率从零变化到无穷大时，其附加相移从0变化到-180虽然从理论上存在满足相位条件的频率f0，但f0趋于无穷大，且当f=f0时放大倍数的值为零，故不可能产生自激振荡。,在三级放大电路中引入负反馈，当频率从零变化到无穷大时
21、，其附加相移从0变化到-270，因而存在满足相位条件的频率 ，且当f= 时 ，有可能满足幅值条件，故可能产生自激振荡。,(3-92),可以推论，四级、五级放大电路更易产生自激振荡。因为它们一定存在 ，且更容易满足幅值条件。因此实用电路中以三级放大电路最常见。,放大电路级数愈多，引入负反馈后愈容易产生高频振荡。,类似的，放大电路中耦合电容、旁路电容愈多，引入负反馈后愈容易产生低频振荡。而且（1+AF）愈大，即反馈愈深，满足幅值条件的可能性愈大，产生自激振荡的可能性愈大。,放大电路中的自激振荡是由其自身条件决定的，不因其输入信号的改变而消除。要消除自激振荡，就必须破坏产生振荡的条件。而只有消除了自
22、激振荡，放大电路才能稳定地工作。,(3-93),图6.6.2 两个负反馈电路环路增益的频率特性,返回,三、负反馈放大电路稳定性的判断,利用负反馈放大电路环路增益的频率特性可以判断电路闭环后是否产生自激振荡，即电路是否稳定。,(3-94),令满足自激振荡相位条件的频率为 。,令满足自激振荡幅值条件的频率为 。,所以图a所示环路增益频率特性的放大电路闭环后必然产生自激振荡。,图a中,(3-95),图b中,所以图b所示环路增益频率特性的放大电路闭环后不可能产生自激振荡。,(3-96),稳定裕度,虽然根据负反馈放大电路稳定性的判断方法，只要 电路就稳定，但是为了使电路具有足够的可靠性，还规定电路应具有
23、一定的稳定裕度。,定义 时所对应的 的值为幅值裕度,稳定的负反馈放大电路的 ，而且 愈大，电路愈 稳定。通常认为 ，电路就具有足够的幅值稳定裕度。,(3-97),定义 时的 与180的差值为相位裕度,稳定的负反馈放大电路的 ，而且 愈大，电路愈稳定。通常认为 ，电路就具有足够的相位稳定裕度。,稳定条件：,(3-98),四、负反馈放大电路自激振荡的消除方法,1 简单滞后补偿,（一）滞后补偿,改变 ，使,在电路中找出产生 的那级电路，加补偿电路。,(3-99),图6.6.3 简单滞后补偿前后基本放大电路的幅频特性,返回,(3-100),图6.6.4 放大电路中的简单滞后补偿,返回,(3-101),
24、加补偿电容前的上限频率,加补偿电容C后的上限频率,(3-102),如果补偿后，使 时， 且 ，图中的实线表明 时， 趋于-135，即 ，并具有45的相位裕度，所以电路一定会产生自激振荡。,简单滞后补偿虽然可以消除自激振荡，但是以频带变窄为代价。,(3-103),图6.6.5 负反馈放大电路中的RC滞后补偿,返回,2 RC滞后补偿,采用RC滞后补偿不仅可以消除自激振荡，而且可以使频宽的损失有所改善。,(3-104),使：,(3-105),(3-106),图6.6.6 RC滞后补偿前后基本放大电路的幅频特性,返回,(3-107),RC的取值使,则补偿后：,补偿后只有两个拐点，所以电路不可能产生自激
25、振荡。,(3-108),图6.6.7 密勒效应补偿电路,返回,3 密勒效应补偿,为减小补偿电容的容量，可以利用密勒效应，将补偿电容、或补偿电阻和电容跨接在放大电路的输入端和输出端。,电容-电阻补偿,电容补偿,(3-109),图6.6.8 超前补偿电路,返回,（二）超前补偿,若改变负反馈放大电路在环路增益为0dB的相位，使之超前，也能破坏其自激振荡条件，使f0fc。此方法称为超前补偿方法。通常将补偿电容加在反馈回路。,(3-110),未加补偿电容时电路的反馈系数：,理论上行的通，但实际中做起来不方便，使拐点正好被消除掉不好作到。,(3-111),图6.6.9 加补偿电容后反馈系数的频率特性,返回
26、,(3-112),无论是滞后补偿还是超前补偿，都可以用很简单的电路来实现。补偿后对带宽的影响从小到大的顺序依次为：超前补偿、RC滞后补偿、电容滞后补偿。,(3-113),图6.6.10 例6.6.2 放大电路的幅频特性,返回,例,(3-114),(3-115),图T6.3,(3-116),图（a）所示电路中引入了电流串联负反馈。,图（b）所示电路中引入了电压并联负反馈。,图（c）所示电路中引入了电压串联负反馈。,图（d）所示电路中引入了正反馈。,(3-117),(3-118),因为f 105 Hz时,(3-119),6.7 放大电路中其它形式的反馈,图6.7.1 电压电流转换电路图6.7.2
27、自举电路举例图6.7.3 图6.7.2 所示电路的交流通道图6.7.4 镜像电流源图6.7.5 电流反馈运算放大电路的简化原理图图6.7.6 电流反馈运算放大电路的等效电路图6.7.7 电流反馈运算放大电路的幅频特性图6.7.8 由电流反馈运放构成的电压并联负反馈放大电路图6.7.9 图6.7.6(a) 所示电路的幅频特性,返回,(3-120),图6.7.1 电压电流转换电路,返回,(3-121),图6.7.2 自举电路举例,返回,(3-122),图6.7.3 图6.7.2 所示电路的交流通路,返回,(3-123),图6.7.4 镜像电流源,返回,(3-124),图6.7.5 电流反馈运算放大电路的简化原理图,返回,(3-125),图6.7.6 电流反馈运算放大电路的等效电路,返回,(3-126),图6.7.7 电流反馈运算放大电路的幅频特性,返回,(3-127),图6.7.8 由电流反馈运放构成的电压并联负反馈放大电路,返回,(3-128),图6.7.9 图6.7.6(a) 所示电路的幅频特性,返回,(3-129),电子技术,第六章 结束,模拟电路部分,
