第6章 反馈放大电路.

模拟电路主讲人:郭颖电子工程学院E-mail:[e-mail]6.1反馈的基本概念与分类6.3负反馈对放大电路性能的影响6.4深度负反馈条件下的近似计算6.2负反馈放大电路的四种组态6.5负反馈放大电路设计6.1反馈的基本概念与分类6.1.2直流反馈与交流反馈6.1.3正反馈与负反馈6.1.4串联反馈与并联反馈6.1.1什么是反馈6.1.5电压反馈与电流反馈6.1.6反馈放大电路增益的一般表达式6.1.1什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。hfeibicvceibvbehrevcehiehoe内部反馈外部反馈反馈就是将输出信号取出一部分或全部送回到放大电路的输入回路，与原输入信号相加或相减后再作用到放大电路的输入端。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）6.1.1什么是反馈框图反馈通路——信号反向传输的渠道开环——无反馈通路闭环——有反馈通路判断电路是否存在反馈通路6.1.1什么是反馈反馈通路（本级）反馈通路（本级）反馈通路（级间）6.1.2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。直流反馈交、直流反馈直流通路交流通路6.1.3正反馈与负反馈净输入量可以是电压，也可以是电流。正反馈——加入反馈后，净输入信号幅度增加，等效增益提高。负反馈——加入反馈后，净输入信号幅度下降，等效增益减小。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，标出某一时刻有关结点瞬时极性，直至判断出反馈信号的瞬时极性。6.1.3正反馈与负反馈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例如＋＋－－＋＋－－级间反馈通路净输入量减小级间负反馈6.1.3正反馈与负反馈++--++6.1.4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电流反馈：反馈信号xf与输出电流成比例，即xf=Fio电压反馈电流反馈6.1.4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电压与电流反馈的简易判断方法一般来说：•反馈元件直接接在输出端为电压反馈。•反馈元件只要没有直接接到输出端，均为电流反馈。（特别注意：负载不属于放大器，因此不能算作反馈元件。）6.1.5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：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串联并联即:串联反馈，xf以vf形式出现并联反馈，xf以if形式出现6.1.5串联反馈和并联反馈反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的同一个电极，则为并联反馈；反之，加在放大电路输入回路的两个电极，则为串联反馈。此时反馈信号与输入信号是电流相加减的关系。此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。对于运算放大器来说，反馈信号与输入信号同时加在同相输入端或反相输入端，则为并联反馈；一个加在同相输入端一个加在反相输入端则为串联反馈。对于三极管来说，反馈信号与输入信号同时加在输入三极管的基极或发射极，则为并联反馈；一个加在基极一个加在发射极则为串联反馈。在明确串联反馈和并联反馈后，正反馈和负反馈可用下列规则来判断：反馈信号和输入信号加于输入回路一点（并联反馈）时，瞬时极性相同的为正反馈，瞬时极性相反的是负反馈；反馈信号和输入信号加于输入回路两个不同点（串联反馈）时，瞬时极性相同的为负反馈，瞬时极性相反的是正反馈。对三极管来说这两点是基极和发射极，对运算放大器来说是同相输入端和反相输入端。正反馈和负反馈的判断法之二：以上输入信号和反馈信号的瞬时极性都是指对地而言，这样才有可比性。例题1试判断下图所示电路的反馈组态。解:根据瞬时极性法，见图中的红色“+”、“-”号，可知经电阻R1加在基极B1上的是直流并联负反馈。因反馈信号与输出电流成比例，故又为电流反馈。结论：是直流电流并联负反馈。经Rf加在Re11上是交流负反馈。反馈信号和输入信号加在T1两个输入电极，故为串联反馈。结论：交流电压串联负反馈。例题2试判断下图所示电路的反馈组态解:根据瞬时极性法，见图中的红色+-号，可知是负反馈。因反馈信号和输入信号加在运放A1的两个输入端，故为串联反馈。因反馈信号与输出电压成比例，故为电压反馈。结论：交直流电压串联负反馈。例3:判断图示电路中RE1、RE2的负反馈作用。RE2对交流不起作用，RE1对交、直流均起作用电流串联反馈–RCRB1RB2RE1RE2CEC2C1+UCCuoui++–另外再看几个例子：例4：判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的类型。+–C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2RE1CEC3C2+UCCuoui+–T1T2Rf电压串联负反馈（交流反馈）－－+–C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2RE1C3C2+UCCuoui+–T2Rf若Rf与T２发射极相接如图所示，引入的是何种类型的反馈？T1－－－－电流串联正反馈例5：判断图示电路Rf的反馈类型。电流并联负反馈（交、直流反馈）－－+－uouiRE2RfRE1RC1RC2+UCC––++1.闭环增益的一般表达式开环增益idoxxAofxxF反馈系数iofxxA闭环增益已知闭环增益的一般表达式即AFAA1f6.1.6反馈放大电路增益的一般表达式2.反馈深度讨论一般负反馈称为反馈深度1AFD时，11)1(FA，FAA时，11)2(FA深度负反馈正反馈时，11)3(FA，FAA自激振荡时，01)4(FA，FA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。fAAF即FAAA1f6.1.6反馈放大电路增益的一般表达式6.2负反馈放大电路的四种组态6.2.2电压并联负反馈放大电路6.2.3电流串联负反馈放大电路6.2.4电流并联负反馈放大电路6.2.1电压串联负反馈放大电路6.2.1电压串联负反馈放大电路1、输入以电压形式求和（KVL）：vid=vi-vf2、稳定输出电压一、特点：3、电压控制的电压源RL↓→vo↓→vf↓→vid(=vi－vf)↑vo↑二、要求：串联负反馈要求vi最好为恒压源，即信号源内阻Rs越小越好。三、负反馈放大电路分析：基本放大倍数oodbexvAxv1、反馈类型的判断：电压串联负反馈2、放大倍数的推导：vAffooxvFxv反馈系数：闭环增益：vfvbevFofiovixvAxv1vvvAAF6.2.2电压并联负反馈放大电路1、输入以电流形式求和（KCL）：iid=ii-if2、稳定输出电压3、电流控制的电压源一、特点：二、要求：并联负反馈要求ii最好为恒流源，即信号源内阻Rs越大越好。三、负反馈放大电路分析：1、反馈类型的判断：电压并联负反馈2、放大倍数的推导：ifdiiiooddxvAxioffoxiFxvrA互阻增益：iiifidofiorixvAxi1rrgAAF反馈系数：gF6.2.3电流串联负反馈放大电路1、输入以电压形式求和（KVL）：vid=vi-vf2、稳定输出电流3、电压控制的电流源一、特点：RLiovf(=ioRf)vi一定时vidio二、要求：信号源内阻Rs越小越好。三、负反馈放大电路分析：1、反馈类型的判断：电流串联负反馈2、放大倍数的推导：Vfvid=vi-vffo3fevxFxirFe3be1odxiAxvgA互导增益：o3fiegixiAxv1ggrAAF6.2.4电流并联负反馈放大电路1、输入以电流形式求和（KCL）：iid=ii-if2、稳定输出电流3、电流控制的电流源一、特点：二、要求：信号源内阻Rs越大越好。ifdiiie2dodxiAxi三、负反馈放大电路分析：1、反馈类型的判断：电流并联负反馈2、放大倍数的推导：fo2feixFxi闭环电流增益：iAiFo2ifieixiAxi1iiiAAF负反馈放大电路中各种信号量的含义电压负反馈：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）特点小结：反馈组态判断举例（交流）(+)(-)(+)(+)级间电压串联负反馈(+)6.3负反馈对放大电路性能的影响6.3.2减小非线性失真6.3.4抑制反馈环内噪声6.3.3对输入电阻和输出电阻的影响6.3.1提高增益的稳定性6.3.5展宽放大电路的通频带6.3.1提高增益的稳定性根据负反馈基本方程，不论何种负反馈，都可使反馈放大倍数下降1+AF倍，只不过不同的反馈组态A、F的量纲不同而已，但AF无量纲。在负反馈条件下增益的稳定性也得到了提高，这里增益应该与反馈组态相对应。推导：AAAFAAAFAAFAAFAAFAd)1(1d)1(d)1(dd)1(dff22f有反馈时增益的稳定性比无反馈时提高了(1+AF)倍。例题6.3.2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，如果输入波形本身就是失真的，即使引入负反馈，也无济于事。1——开环特性2——闭环特性6.3.3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=F·xoxo=A·vid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/iiiiid)1()1(RAFiAFv引入串联负反馈后，输入电阻增加了。6.3.3对输入电阻和输出电阻的影响并联负反馈1.对输入电阻的影响闭环输入电阻AFRR1iif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。例如图中R1不在环内AFRR1iif但是if1ifRRR当R1时，反馈对Rif几乎没有影响。ifR6.3.3对输入电阻和输出电阻的影响2.对输出电阻的影响电压负反馈闭环输出电阻FARiRoottof1v引入电压负反馈后，输出电阻减小了。6.3.3对输入电阻和输出电阻的影响2.对输出电阻的影响电流负反馈闭环输出电阻osttof)1(RFAiRv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。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7.4.1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6.3.3对输入电阻和输出电阻的影响6.3.4抑制反馈环内噪声原理同负反馈对放大电路非线性失真的改善。负反馈只对反馈环内的噪声和干扰有抑制作用，且必须加大输入信号后才使抑制作用有效。6.3.5展宽放大电路通频带6.4深度负反馈条件下的近似计算1.深度负反馈的特点2.深度负反馈条件下的电压放大倍数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11FA由于FAAA1f则FFAA1又因为iofXXAofXXF代入上式ifXX得（也常写为xfxi）0fiidXXX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）1.深度负反馈的特点串联负反馈，输入端电压求和0iididriv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vid=vi-vf0iid=ii-if0vid=iidri02.深度负反馈条件下