1、1,第七章 反馈放大电路,7.1 反馈的基本概念与分类,7.2 负反馈放大电路的四种组态,7.4 负反馈对放大电路性能的影响,7.5 深度负反馈条件下的近似计算,7.7 负反馈放大器的自激振荡及消除方法,7.3 负反馈放大电路增益的一般表达式,7.6 负反馈放大电路的设计,2,一、什么叫反馈?,在电子系统中，把输出回路的电量（电压或电流）的一部分或全部，反送到输入回路的过程。（由此定义可得出判别电路中有无反馈的方法：看电路中有无反馈通路或反馈元件）,7.1 反馈的基本概念与分类,反馈通路信号反向传输的渠道,反馈通路（反馈网络）,信号的正向传输,无反馈通路开环,有反馈通路闭环,3,输入量：ui、
2、ube、ib,输出量：uo、uce、ic,正向传输信号从输入端到输出端的传输,稳定工作点电路：,UB一定,4,正反馈,xd = xi + xf,负反馈,xd = xi xf,F= xf / xo,xi 总输入信号,xd 净输入信号,xf 反馈信号,开环放大倍数,反馈系数,xo 输出信号,反馈电路方框图,5,直流反馈若电路将直流量反馈到输入回路，则称直流反馈。,二、直流反馈与交流反馈,该电路引入直流反馈的目的，是为了稳定静态工作点Q。,交流反馈若电路将交流量反馈到输入回路，则称交流反馈。（如去掉电容Ce）,交流反馈，影响电路的交流工作性能。,直流反馈,交流反馈,6,解：根据反馈到输入端的信号是交
3、流还是直流还是同时存在，来进行判别。,例1：判断下图中有哪些反馈回路，是交流反馈还是直流反馈。,交、直流反馈,交流反馈,注意电容的“隔直通交”作用！,7,例2:试判断下图电路中有哪些反馈支路，各是直流反馈还是交流反馈？,8,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中,例,三、本级反馈与级间反馈,级间反馈,本级反馈,本级反馈,9,串联反馈：反馈电路与放大电路输入端串联，比较电压并联反馈：反馈电路与放大电路输入端并联，比较电流,方法：输入信号和反馈信号分别加在同一个输入端（同相或反相）上的，是并联反馈；否则是串联反馈；,四、串联反馈与并联反馈,10,对于运放电路：,若
4、反馈信号与输入信号同时加在同相端或反相端为并联反馈。,若反馈信号与输入信号一个加在同相端一个加在反相端则为串联反馈。,11,对于三极管电路：,若反馈信号与输入信号同时加在三极管的基极或发射极，则为并联反馈。,若反馈信号与输入信号一个加在基极一个加在发射极则为串联反馈。,12,判断方法：输出电压短路法,电压负反馈：指反馈采样电压与输出电压成正比电流负反馈：指反馈采样电压与输出电流成正比,电压反馈,电流反馈,令输出电压为0，若反馈量随之为0，则为电压反馈；若反馈量依然存在，则为电流反馈。,五、电压反馈与电流反馈,13,14,例：基本放大器，无反馈，净输入量ube=ui，电压放大倍数为：,六、负反馈
5、与正反馈,负反馈输入量不变时，引入反馈后使净输入量减小，放大倍数减小。,引入反馈后，净输入量ube =ui- uf ，电压放大倍数为：,可见，净输入量减小，放大倍数减小，所以是负反馈。,正反馈输入量不变时，引入反馈后使净输入量增加，放大倍数增加。,15,正、负反馈的判别方法：瞬时极性法,1）设在输入端加一瞬时极性为正的信号，用“+”表示；2）在电路中，沿着信号流向，标出同一时刻有关节点电压瞬时极性，或支路电流的瞬时流向；,说明：瞬时极性只表示变化的趋势（斜率）是增大或减少（正斜率或负斜率），用“+”、“-”号表示。,3）看反馈信号是增强了净输入信号，则为正反馈，削弱了净输入信号，则为负反馈。,
6、结论： （串同为负，并反为负）,16,R2,R1,Rf,RL,ui,uo,ii,id,if,例：,2、RF是反馈元件，取样电压电压反馈；,1、反馈信号接到信号输入端一侧， 并联反馈；反馈信号以电流形式出现，与输入电流并联比较。,3、是正反馈还是负反馈呢？,id= ii - if,uiuo if id,正反馈；,该电路引入电压并联正反馈！,17,Rf,例：,2、取样电流电流反馈；,1、 Rf 、R1是反馈元件，反馈信号接到接地输入端一侧串联反馈；,3、是正反馈还是负反馈呢？,ud= ui - uf,uiuo io uf ud,负反馈；,该电路引入电流串联负反馈！,18,负反馈,交流反馈,直流反馈
7、,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,7.2 负反馈放大电路的四种组态,19,一、电压串联负反馈,RL,电压负反馈的特性稳定输出电压,稳定过程：,ui一定,20,二、电压并联负反馈,因为反馈电流：,RL,21,三、电流串联负反馈,电流负反馈的特性稳定输出电流,稳定过程：,RL,uf=ioRf,ud = ui -uf,22,四、电流并联负反馈,稳定过程：,RL ,id = ii -if,电流负反馈的特性稳定输出电流,23,电流并联负反馈,电压串联反馈,24,例:试判断下列电路中的反馈组态。,解:电压串联负反馈。,25,解:电压并联负反馈。,例题:试判断
8、下列电路中的反馈组态。,26,电路引入了电压负反馈,由输出量作用的电流为零,27,电路引入了电流负反馈,反馈电流,仅受基极电流的控制,28,例:,29,30,例:,31,32,例:,33,34,（1）串联反馈,四、 信号源对反馈效果的影响,ud = ui -uf,所以us应为恒压源，即信号源内阻RS越小越好。,要想反馈效果明显，就要求uf变化能有效引起ud的变化。,35,（2）并联反馈,id = ii -if,所以is应为恒流源，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id的变化。,36,反馈系数,净输入信号,开环放大倍数,闭环放大倍数,7.3 负反馈放大电路增益
9、的一般表达式,37,关于反馈深度的讨论,一般负反馈,称为反馈深度,深度负反馈,正反馈,自激振荡,38,7.4 负反馈对放大电路性能的影响,提高增益的稳定性,减少非线性失真,扩展频带,改变输入电阻和输出电阻,在放大器中引入负反馈,降低了放大倍数,使放大器的性能得以改善：,39,1. 提高放大倍数的稳定性,闭环时,则,只考虑幅值有,即闭环增益相对变化量比开环减小了1+AF倍,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。,40,2.负反馈对非线性失真的影响,负反馈可以改善放大电路的非线性失真，但是只能改善反馈环内产生的非线性
10、失真，而对反馈环外产生的非线性失真不起作用。,开环传输特性,闭环传输特性,41,加反馈前,加反馈后,失真,改善,42,3.负反馈对噪声的影响,负反馈只对反馈环内的噪声和干扰有抑制作用。,43,4. 扩展放大器的通频带,放大电路加入负反馈后，增益下降，但通频带却加宽了。,无反馈时放大器的通频带： fbw= f HfL f H 有反馈时放大器的通频带： fbwf= f HffLf f Hf,可以证明：fbwf = (1+AF) fbw放大器的一个重要特性：增益与通频带之积为常数。 即： Amf fbwf= Am fbw,fL,fH,fLf,fHf,44,4. 负反馈对输入电阻的影响,(1) 串联负
11、反馈使输入电阻增加,无反馈时：,有反馈时：,45,(2)并联负反馈使输入电阻减小,无反馈时：,有反馈时：,46,5. 负反馈对输出电阻的影响,（1） 电压负反馈稳定输出电压（当负载变化时）恒压源输出电阻小。,(1) 电压负反馈使输出电阻减小,（2）电流负反馈稳定输出电流（当负载变化时）恒流源输出电阻大。,(2) 电流负反馈使输出电阻提高,结论：,解释1：,解释2：,加压求流法,47,图09.12为求输出电阻的等效电路，将负载电阻开路，在输出端加入一个等效电压Vo，并将输入端接地。于是有,是负载开路时的基本放大电路的增益。,解释2：,加压求流法,48,49,四种类型的负反馈放大电路,50,为改善
12、性能引入负反馈的一般原则,要稳定直流量,引直流负反馈,要稳定交流量,引交流负反馈,要稳定输出电压,引电压负反馈,要稳定输出电流,引电流负反馈,要增大输入电阻,引串联负反馈,要减小输入电阻,引并联负反馈,51,举例：在下面的放大器中按要求引入适当的反馈。（1）希望加入信号后，ic3的数值基本不受R6改变的影响。,52,（2）希望接入负载后，输出电压UO基本稳定。,53,（3）希望输入端向信号源索取的电流小。,54,（4）希望稳定静态工作点。,解：以上两种反馈都同时具有交、直流反馈，所以能够稳定静态工作点。,如果要求只引入直流负反馈，去除交流反馈。怎样接？,55,7.5 深度负反馈放大电路的计算,
13、深度负反馈：,即，深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈系数有关。,由,得,方法一：,一. 估算闭环增益,56,方法二：,根据,将,代入上式,得,即：输入量近似等于反馈量,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“虚短”、“虚断”的概念,或,57,深度负反馈条件下：Xd=Xi-Xf0,u+=u-（运放电路）,ue=ub（三极管电路）,(1)“虚短”ud0,(2)“虚断”id0,ii+=ii-=0 （运放电路）,ib=0（三极管电路）,“虚短”与“虚断”,58,（1） 电压串联负反馈,例1.分立电路电压串联负反馈,解：用方法一。,求反馈系数：,求闭环电压放大倍数：,59,例2.运放
14、组成的电压串联负反馈电路,解：用方法二。,利用虚短和虚断的概念得知,闭环电压增益,则,60,（2 ）电流并联负反馈放大器,反馈系数:,闭环增益,闭环电压增益,解：用方法一。,例1.分立电路电流并联负反馈,61,闭环电压增益：,利用虚短和虚断可知,例2. 运放组成的电流并联负反馈放大器,解：用方法二。,ui=ii R1 ii=if,62,（3）电压并联负反馈,例1.分立电路电压并联负反馈,闭环增益,闭环电压增益,解：用方法一。,反馈系数:,63,例2.运放组成的电压并联负反馈,利用虚短和虚断可知,u+=u-=0,ii=if,64,闭环增益,闭环电压增益,例1. 分立元件组成的电流串联负反馈,解：
15、用方法一。,反馈系数:,由第二章知，该电路闭环电压增益:,（4）电流串联负反馈,65,例2.运放组成的电流串联负反馈,闭环电压增益:,利用虚短和虚断可知:,解：用方法二。,66,二. 估算输入输出电阻,在深度负反馈条件下：,注：表中的输入、输出电阻均指反馈环中的输入、输出电阻。,67,（1）电压串联负反馈,举例,RifRb1,Rof0,68,（2）电压并联负反馈,RifRS,ROf0,69,（3）电流并联负反馈,ROfRC2,RifRS,70,电压并联负反馈,电流串联正反馈,电流串联负反馈,例1：求电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。,71,72,例2：,有源反馈网络,电压串联负反馈,73,例3
16、：回答下列问题。,求静态时运放的共模输入电压;若要实现串联电压反馈, Rf 应接向何处?要实现串联电压负反馈,运放的输入端极性如何确定？求引入电压串联负反馈后的闭环电压放大倍数。,74,解：静态时运放的共模输入电压，即静态时 T1和T2的集电极电位。,Ic1 = Ic2 = Ic3 /2,75,解 :要实现串联电压反馈, Rf应接向B2,解要实现负反馈，必为同极性信号。见图中绿色标号，由此可确定运放的输入端极性。,76,解:求引入电压串联负反馈后的闭环电压增益，可把差放和运放合为一个整体看待。,为了保证获得运放绿色标号的极性，B1相当同相输入端，B2相当反向输入端。为此该电路相当同相输入比例运
17、算电路。所以电压增益为,77,例4：求电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。,78,例5：求电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。,79,7.6 负反馈放大电路的设计,设计步骤：,1、选定需要的反馈类型,信号源的性质,恒压源,恒流源,串联负反馈,并联负反馈,对输出信号的要求,稳定电压,稳定电流,电压负反馈,电流负反馈,功能,电压放大,电流放大,电压信号转换为电流信号,电流信号转换为电压信号,电压串联负反馈,电流并联负反馈,电压串联负反馈,电流并联负反馈,80,2、确定反馈系数,根据,3、适当选择反馈网络中的电阻,1）根据F,2）减小反馈网络对输入端和输出端的负载效应,串联负反馈,并联负反馈,电压负反馈
18、,电流负反馈,输出阻抗小,输出阻抗大,输入阻抗大,输入阻抗小,81,一. 产生自激振荡的原因及条件,1. 自激振荡现象,在不加输入信号的情况下，放大电路仍会产生一定频率的信号输出。,7.6 负反馈放大电路的自激振荡及消除方法,82,2. 产生自激振荡的原因,中频时：,高频或低频时，放大器产生的附加相移达到180时。,为负反馈。,变为正反馈。,此时，若满足,则Xi=0，仍会有输出信号。,83,3. 自激振荡的条件,幅值条件,相位条件（附加相移）,自激振荡条件：,分解为幅值条件与相位条件：,由以上分析知：,84,二.稳定判椐及稳定裕度,方法一：,则放大器稳定。否则自激。,同理，为了切实保证稳定，要
19、留有-10dB的余量，称为幅值裕度,方法二：,则放大器稳定。否则自激。,为了切实保证稳定，要留有45余量，称为相位裕度,85,三. 负反馈放大电路稳定性分析,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：,86,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。,87,与E点相对应的附加相位移为 ，因此，放大器是不稳定的。,88,2.将
20、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,89,反馈深度越深，越容易自激。,结论：,基本放大电,90,四. 自激振荡的消除方法,思考,如果 在0dB线以上只有一个转折频率，则无论反馈深度如何，电路都能稳定工作，对吗？,无论反馈深度如何，相交点都交在 的-20dB/十倍频程处，放大电路是稳定的。,因此，消除自激振荡的指导思想是，人为地降低第一个极点的频率，拉大它与第二个极点频率之间的距离，确保相交点出现在第一、二极点频率之间，即相交在-20dB/十倍频程处。,91,1. 电容补偿法,同前例，为了对它进行频率补偿，在产生主极点的电容旁边并联电容C
21、P，这样使fp1发生了改变，令 f p2 、fp3不变。,92,设反馈系数 ，分析可得：放大器是稳定的。,在实际应用中，常将电容 跨接在的输入和输出端之间，代替CP。这样就可以减小补偿电容的值。,5k,93,本章小结,1将电子系统输出回路的电量（电压或电流），以一定的方式送回到输入回路的过程称为反馈。2电路中常用的负反馈有四种组态：电压串联负反馈，电压并联负反馈，电流串联负反馈和电流并联负反馈。可以通过观察法，输出短路法和瞬时极性法等方法判断电路反馈类型。,3负反馈电路的四种不同组态可以统一用方框图加以表示，其闭环增益的表达式为：,4负反馈可以全面改善放大电路的性能，包括：提高放大倍数的稳定性，减小非线性失真，抑制噪声，扩展频带，改变输入、输出电阻等。,5在深负反馈条件下，可用 或“虚短” “虚断”法估算电路的闭环增益。,6负反馈电路的反馈深度如果过大，将有可能产生自激振荡。可以采用频率补偿技术消除自激振荡。但这样会使电路的频带变窄。,
