1、第5章 反馈放大电路,5.1 反馈的基本概念与分类,一、 基本概念,（一）反馈的定义,反馈是指将输出量的一部分或全部，按一定的方式送回到输入回路，来影响输入量（电压或电流）的一种连接方式,净输入量,开环增益,闭环增益,反馈系数,共有四种不同的单位,一、 基本概念,（二）电路中的反馈形式,1、反馈与反馈通路 （1）我们判断一个电路是否有反馈，是通过分析它是否存在反馈通路而进行的，而反馈通路是跨接在输出和输入间的网络。 （2）若电路中不存在反馈开环,反馈通路 （反馈网络）,信号的正向传输,（3）若电路中存在反馈闭环,内部反馈,外部反馈,2、交流反馈与直流反馈 若反馈信号中只包含直流成份直流反馈 若
2、反馈信号中只包含交流成份交流反馈 3、内部反馈与外部反馈 4、本级反馈与级间反馈,一、 基本概念,（二）电路中的反馈形式,5、正反馈与负反馈,正反馈， 使 加强，使放大倍数增加,负反馈， 使 减小，使放大倍数降低,一、 基本概念,（二）电路中的反馈形式,5.1.1 负反馈的一般表达式,一、反馈的表示方法,（一）方框图,信号源,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）,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,一、反馈的表示方法,（一）方框图,一、反馈的表示方法,（一）方框图,单向化,信号的正向传输,信号的
3、反向传输,三个假定 1、与流经基本放大器的正向传输信号相比，通过反馈网络的正向传输信号（直接传输），可以忽略不计。,2、与反馈网络的反向传输信号相比，通过基本放大器的反向传输信号（内部反馈）可以忽略不计。 3、反馈网络的反馈系数F与信号源内阻Rs及负载电阻RL无关。,2、闭环增益的一般表达式,即,一、反馈的表示方法,（二）表达式推导,1、正反馈：,负反馈：,其中 称为环路增益,为增加反馈后,放大器的增益下降的倍数,叫做反馈深度.,3、 反馈深度的讨论,一般负反馈,称为反馈深度,正反馈,自激振荡,一、反馈的表示方法,（二）表达式推导,深度负反馈,5.1.2反馈的类型与判断,二、根据输入输出连接方
4、式的不同，反馈可以分为四种类型,一、反馈的分类:,正反馈与负反馈,负反馈具有自动调节的作用，这种作用可以克服外界不稳定因素的影响，自动的使输出信号维持稳定，改善放大器的频率响应、减小放大器的非线性失真，按照要求改变放大器的输入和输出电阻,正反馈不但没有自动的调节作用，反而使放大器的性能恶化，破坏放大器的正常的工作，在放大器中要力争避免。,判断电路中反馈的正、负极性用瞬时极性法： （1）按中频段考虑，即不考虑电路中所有的电容对相位的影响。 （2）用正、负号（+、-）或箭头（、）表示电路中各关键点对“地”的电位的瞬时极性（或瞬时变化），这种表示要符合放大器的基本原理。共射极放大器：集电极与基极电位
5、反相；共基极放大器：集电极与发射极电位同相；共集极放大器：发射极与基极电位同相；集成运放电路：看xf是加在同相端还是反相端 （3）要逐级进行。最后看反馈到输入端的信号的瞬时极性，若与原输入信号的位相相同，则为正反馈，若与原输入信号的位相相反，则为负反馈。,三、正、负反馈的判断的方法,正反馈与负反馈判断举例,(+),(+),(-),(-),(-),反馈通路,负反馈,负反馈,(+),(+),(-),(-),(-),净输入量,反馈通路,(+),(+),(-),(-),净输入量,正反馈,反馈通路,级间反馈通路,(+),(+),(+),(+),(-),(-),净输入量,级间负反馈,正反馈与负反馈判断举例
6、,(+),(+),(+),(+),交、直流负反馈,(+),交、直流反馈判断举例,负反馈对放大器性能的影响同反馈的类型有关，当考虑到信号源和负载时，负反馈放大器包含四个部分：,输入端：反馈信号在输入端的联接分为串联和并联两种方式。,输出端：反馈信号在输出端分为取电压和取电流两种方式。,四、输入、输出端的反馈形式的判断,输入端的判断可以使用结点法和定义法,输出端的判断使用短路法或者开路法,反馈信号与输出电压成正比电压反馈； 反馈信号与输入信号串联串联反馈；在输入端以电压的形式相加减。 反馈信号与输出电流成正比电流反馈； 反馈信号与输入信号并联并联反馈；在输入端以电流的形式相加减。,1、输入端判断的
7、定义法,结点法：,反馈网络与输入网络在输入端没有结点为电压反馈，否则为电流反馈。,（1）、取样方式的判断输出短路法将放大器输出端短路，看反馈信号是否存在若存在电流反馈 不存在电压反馈,2、输出端的反馈的判断,（2）、取样方式的判断输出开路法将放大器输出端开路，看反馈信号是否存在若存在电压反馈 不存在电流反馈,1、电压串联负反馈,(+),(-),(+),(+),(-),特点： （1）该电路为电压串联负反馈 若取样为电压，则 以电压的形式出现。,若为串联反馈，则 、 、 以电压的形式出现,Uf,例子1：,1、电压串联负反馈,(+),(-),(+),(+),(-),Re1,特点： （1）该电路为电压
8、串联负反馈 若取样为电压，则 以电压的形式出现。,若为串联反馈，则 、 、 以电压的形式出现,（2）反馈系数,（3）电压负反馈使输出电压稳定,Ube,UO,RL,UO,Uf,电压负反馈：稳定输出电压,例子1：,串联反馈：输入端电压求和（KVL）,2、电压串联负反馈,(+),(+),(+),Uf,3、电流串联负反馈,(+),(+),(+),A,K,Uf,(+),(+),该电路为电流串联负反馈,取样为电流，则 以电流的形式出现。为串联反馈，则 、 、 以电压的形式出现,3、电流串联负反馈,(+),(+),反馈系数,负反馈,电流负反馈使输出电流稳定,ICUfUbeIb,IC,4、电压并联负反馈,(+
9、),(-),A,K,4、电压并联负反馈,反馈系数,负反馈,电压负反馈使输出电压稳定,(+),(-),该电路为电压并联负反馈 若取样为电压，则 以电压的形式出现。 若为并联反馈，则 、 、以电流的形式出现,5、电流并联负反馈,(+),(-),(-),A,K,A,Kf,该电路为电流并联负反馈,反馈系数,负反馈,电压负反馈使输出电压稳定,5、电流并联负反馈,1. 有无反馈是否存在把输出回路和输入回路连接起来的支路。,2.交流反馈与直流反馈反馈存在于直流或交流或交直流通路中。,3.正反馈与负反馈瞬时极性法。,4. 反馈的组态输出端：并联取电压；串连取电流。输入端：串联分压 ；并联分流。,反馈类型的判别
10、总结,5.2 负反馈对放大电路性能的改善,一、反馈的表示方法,（一）方框图,信号源,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）,（一） 提高增益的稳定性,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+Akf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。,二、负反馈对放大器性能的改善,例：1+Akf=100时，A=100010% 即dA/A=10%则Af=100.1%,（二） 减少非线性失真,二、负反馈对放大器性能的改善,若输入信号本身就是失真波形，是不能靠引入负反馈
11、来改善的。只有放大器内部所产生的非线性失真用负反馈改善才有效。,典型的电压放大器的开环传输特性曲线如图红线所示，输出与输入之间的关系为非线性的关系，在深度负反馈的条件下，输出与输入的关系近似为反馈系数的倒数，可以近似看作一条直线，说明输出与输入几乎成线性关系，即减小了非线性失真。,二、负反馈对放大器性能的改善,（二） 减少非线性失真,（三）抑制噪声和干扰 （能够抑制反馈环内的噪声）,二、负反馈对放大器性能的改善,注意：1、放大电路引入负反馈后，信噪比并没有提高2、若干扰或噪声与输入信号同时由外界引入，靠负反馈无济于事。,开环幅频响应,上限频率扩展1+AK倍,下限频率降低1+Akf倍,闭环幅频响
12、应,（四） 扩展频带,二、负反馈对放大器性能的改善,因为Af=A/F， 成比例减少,引入负反馈后使通频带扩展了F倍,（五） 对输入电阻和输出电阻的影响,二、负反馈对放大器性能的改善,1、混合对输入电阻的影响 （1）串联负反馈使输入电阻增加,无反馈时：,引入串联负反馈后：,若取样是电压：则,若取样是电流：则,结论：,（五） 对输入电阻和输出电阻的影响,二、负反馈对放大器性能的改善,1、混合对输入电阻的影响 （2）并联负反馈使输入电阻减小,无反馈时：,引入并联负反馈后：,若取样是电压：则,若取样是电流：则,结论：,（五） 对输入电阻和输出电阻的影响,二、负反馈对放大器性能的改善,2、取样对输出电阻
13、的影响 （1）电压负反馈使输出电阻减小 电压串联负反馈的情况,此时：,Avt为不考虑RL时基本放大器的电压增益,在不考虑F对I0的分流的情况下 ：,（五） 对输入电阻和输出电阻的影响,二、负反馈对放大器性能的改善,2、取样对输出电阻的影响 （1）电压负反馈使输出电阻减小 电压并联负反馈的情况,此时：,Art为不考虑RL时基本放大器的互阻增益,在不考虑F对I0的分流的情况下 ：,结论：,（五） 对输入电阻和输出电阻的影响,二、负反馈对放大器性能的改善,2、取样对输出电阻的影响 （2）电流负反馈使输出电阻增大 电流串联负反馈的情况,此时：,Agn为不考虑RL时基本放大器的电压增益,在忽略反馈网络上
14、的压降的情况下：,即,（五） 对输入电阻和输出电阻的影响,二、负反馈对放大器性能的改善,2、取样对输出电阻的影响 （2）电流负反馈使输出电阻增大 电流并联负反馈的情况,此时：,Ain为不考虑RL时基本放大器的电流增益,结论：,在忽略反馈网络上的压降的情况下：,即,（六）为改善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,二、负反馈对放大器性能的改善,说明：引入负反馈虽然可以改善电路的性能，然而，若处理不当，则电路将产生自激振荡，使改善性能的
15、愿望落空。,5.3 负反馈放大电路的分析方法,步骤,(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) 判断反馈阻态,(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,任务：求出各项电路指标与电路中有关元件参数之间的关系,方法：1、微变等效电路分析法2、方框图法3、若为深度负反馈，则计算更简单4、回路增益法,1、指导思想：将一个负反馈放大器划分为基本放大器和反馈网络两部分，分别求出A和F，再利用公式求出Af，Rof，Rif。,一、方框图计算法,开始,由方框图求A和F（可以利用微变等效电路法）,求反馈深度F=1+KA,结
16、束,2、流程图,按有关公式分别求,判断反馈类型并确定 、 、 、 的表达式,4、反馈放大器划分为基本放大器和反馈网络的原理和原则 确定A的原则：（1）除去反馈作用（即令输出和输入互不影响）（2）考虑反馈网络对输出和输入端的负载作用 确定A的方法：（1）求输入回路：若为电压反馈：则令uo=0，即将输出端交流短路。若为电流反馈：则令io=0，即将输入端交流开路。（2）求输出回路：若为并联反馈：则令ui=0，即将输入端交流短路。若为串联反馈：则令ii=0，即将输入端交流开路。,一、方框图计算法,1、分析举例 例1、电压并联负反馈,一、方框图计算法,RL,则,1、分析举例 例2：电流串联负反馈,一、方
17、框图计算法,RL,Rb,Ro,Ri,Re1,Re1,则,二、 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,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“两虚”的概念,串联负反馈，输入端电压求和。,深度负反馈条件下,虚短,虚断,虚短,虚断,并联负反馈，输入端电流求和。,二、 深度负反馈条件下的近似计算,1. 深度负反馈的特点,2. 各种反馈阻态的近似计算,（1）电压串联负反馈,二、 深度负反馈条件下的近似计算,10k,100,2. 各种反馈阻态的近似计算,二、 深度负反馈条件
18、下的近似计算,（2）电流串联负反馈,（1）,（2）,而,由h参数等效电路法得,（3）,2. 各种反馈阻态的近似计算,二、 深度负反馈条件下的近似计算,（3）电压并联负反馈,（1）,（2）,2. 各种反馈阻态的近似计算,二、 深度负反馈条件下的近似计算,（4）电流并联负反馈,（2）,而,（1）,例 求：,(1)大环阻态； (2)二、三级局部阻态；,闭环增益,闭环电压增益,在深度负反馈条件下，利用虚短和虚断可知,解：,(1)电压并联负反馈,则反馈系数为,(3)深度负反馈下大环的闭环电压增益 。,(2),T2 电流串联负反馈,T3 电流串联负反馈,T2和T3级间电流串联正反馈,(3),二、 深度负反
19、馈条件下的近似计算,2. 各种反馈阻态的近似计算,二、 深度负反馈条件下的近似计算,小结： （1）引入深度电压负反馈后：Af与管子的参数无关，与RL无关。引入深度电流负反馈后： Af与管子的参数无关，与RL有关。,（2）深度电压负反馈：深度电流负反馈： 深度串联负反馈：深度并联负反馈：,5.4 负反馈放大电路的稳定问题,一、 自激及稳定工作条件,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。,反馈深度,3. 自
20、激振荡条件,自激振荡,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,5.4 负反馈放大电路的稳定问题,一、 自激及稳定工作条件,3. 自激振荡条件,得自激振荡条件,5.4 负反馈放大电路的稳定问题,一、 自激及稳定工作条件,说明： （1）一级或两级负反馈放大电路是稳定的，三级或三级以上的负反馈电路，在深度负反馈的条件下，由可能产生自激振荡。 （2）为使负反馈放大器能够稳定地工作，必须设法破坏自激振荡的条件,在 时,在 时,使,使,4. 稳定工作条件,破坏自激振荡条件,或,或写为,其中,Gm幅值裕度，一般要求Gm -10dB,m相位裕度
21、，一般要求m 45,保证可靠稳定，留有余地。,Gm增益裕度,5.4 负反馈放大电路的稳定问题,一、 自激及稳定工作条件,5. 负反馈放大电路稳定性分析,环路增益的幅频响应写为,一般,与频率无关，,则,的幅频响应是一条水平线,利用波特图分析,水平线,的交点为,即该点满足,5.4 负反馈放大电路的稳定问题,一、 自激及稳定工作条件,5. 负反馈放大电路稳定性分析,(2) 作,水平线,判断稳定性方法,在水平线,的交点作垂线交相频响应曲线的一点,若P点在 水平线之下，稳定；否则不稳定。,或,5.4 负反馈放大电路的稳定问题,一、 自激及稳定工作条件,5. 负反馈放大电路稳定性分析,基本放大电,基本放大
22、,5.4 负反馈放大电路的稳定问题,一、 自激及稳定工作条件,稳定区,不稳定区,反馈深度越深，越容易自激。,越大，水平线,容易自激,下移，越,6、频率补偿技术,一、频率补偿的基本思想,将电路的各个极点的间距拉开，特别使主极点和相近的极点电的间距拉大，可以按预定的目标改变相频相应，并有效地增加环路增益。,补偿实现：修改一个补偿的极点来实现,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？（假设 为无源网络）,最大为 1，即,无论反馈深度如何，P点都交在 的-20dB/十倍频程处，放大电路是稳定的。,5.4 负反馈放大电路的稳定问题,一、 自激及稳定工作条件
23、,简单的电容补偿技术,1、滞后电容补偿,改变第一个极点的频率,Kf等于1或小于1的时，集成运算放大器始终工作在稳定的状态，这时的补偿叫做全补偿或者单位增益补偿。,例1：已知集成运放的中频增益为105，三个极点的频率分别为200k，2M，20M，产生第一个极点的等效阻抗为200K，降其连接成同向放大器，为保证放大器的正常工作采用了简单的电容补偿技术。（1）未补偿前提供的，同向放大器提供的最小增益是多少。（2）若要求同向放大器提供的增益为10，试求所需要的补偿电容。（3）若要求同向放大器提供的增益为1，试求所需要的补偿电容。,密勒电容补偿技术,利用密勒倍增效应实现相位的补偿的技术。,将电路的各个极点的间距拉开，特别使主极点和相近的极点电的间距拉大，相应的20db/十倍的频程的线段加长，使反馈系数相应的增大，可以按预定的目标改变相频相应，并有效地增加环路增益。,超前补偿技术,简单的电容补偿是以压低第一个极点来满足相位裕量的要求，是以牺牲上限频率为代价，如果要求补偿后不仅要满足相位裕量，同时要满足上限频率可以使用超前相位补偿,增加一个零点的方法，消除第二个极点使20db/10倍频程的线拉长，使第三个极点变成第二个极点，实现补偿。,一般的方法是在反馈电阻上并接电容的方法。,第五章 结束,
