第十七讲-负反馈放大电路分析方法及其稳定性

7.2.1负反馈放大电路的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）Xo基本放大A电路Xid反馈网络FXf–+XiXs变换网络K信号的正向传输单向化信号的反向传输7.2.2负反馈放大电路增益的一般表达式开环增益XsXf–FXoAK+XiXididoXXAofXXF反馈系数ioFXXA闭环增益FAAA1F闭环增益的一般表达式注意：在计算时，必须考虑反馈网络和外界负载的影响。1.表达式推导2.反馈深度的讨论一般负反馈7.2.2负反馈放大电路增益的一般表达式称为反馈深度FA1FAAA1F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7.3负反馈对放大电路性能的改善•提高增益的稳定性•减少非线性失真•扩展频带•对输入电阻的影响•为改善性能引入负反馈的一般原则•对输出电阻的影响为改善性能引入负反馈的一般原则要稳定直流量——引入直流负反馈要稳定交流量——引入交流负反馈要稳定输出电压——引入电压负反馈要稳定输出电流——引入电流负反馈要增大输入电阻——引入串联负反馈要减小输入电阻——引入并联负反馈要增大输出电阻——要减小输出电阻——引入电流负反馈引入电压负反馈7.4深度负反馈条件下放大电路的分析方法(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VFFAAF、、分析负反馈放大电路的一般步骤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ifXX代入上式，有得输入量近似等于反馈量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”的概念深度负反馈条件下的近似计算foioXXXX1.深度负反馈的特点串联负反馈，输入端电压求和。0fiidVVV0iididrVI深度负反馈条件下虚短虚断0fiidIII0iididrIV虚短虚断并联负反馈，输入端电流求和。0fiidXXXfIiIidIidV+-idIidV+-fIiIfViVidIidV+-fViVidIidV+-深度负反馈条件下的近似计算2.各种反馈阻态的近似计算（1）电压串联负反馈利用虚短和虚断的概念得知0iIVs–+RsVi–+Vid–+Vf–+R1R2–+IiVo–+RLriAVOVidro+–ofVVVF211RRR则反馈系数为ioVFVVAV1F121RR闭环电压增益深度负反馈条件下的近似计算2.各种反馈阻态的近似计算（2）电流并联负反馈利用虚短和虚断可知RIIRI)(offfofIIIFfRRR反馈系数为ioIFIIAI1FRRf1闭环增益RsidIRf+–RRLfIiIsIoIoV+-NPRssV+-闭环电压增益soVFVVAsiLoRIRIsLIFRRAsLf)1(RRRR0PNVV则深度负反馈条件下的近似计算2.各种反馈阻态的近似计算（3）电压并联负反馈ofGVIFf1R则反馈系数为ioRFIVAG1FfR闭环增益闭环电压增益soVFVVAsiioVIIVsRF1RAsfRRRSRfRL–+idIfIiIsIoVPN+-RSsV+-0PNVV利用虚短和虚断可知深度负反馈条件下的近似计算2.各种反馈阻态的近似计算（4）电流串联负反馈ofRIVFfR则反馈系数为ioGFVIAR1Ff1R闭环增益闭环电压增益ioVFVVAooioIVVILGFRAfLRR0PNII利用虚短和虚断可知RsRfiORL+––+oVNP+-sViVidVfV–+–+–+深度负反馈条件下的近似计算例电路如图所示，近似计算它的电压增益。ofRIVFeRioGFVIAR1Fe1R闭环增益闭环电压增益ioVFVVAooioIVVI)(cGFRAecRRRcReRb1Rb2C1C2VCCvsRs+-+-vo解：交流通路如下图所示。电路为电流串联负反馈则反馈系数为efIV注：电路必须满足深度负反馈条件才有此结论在深度负反馈条件下，利用虚短和虚断可知0BEVebec)1(RrR例求：(1)大环组态；(2)二、三级局部组态；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)0b1IofGVIFf1RioRFIVAG1FfRsoVFVVAsiioVIIVsRF1RAsfRR+-isib1iF+-ii例求：(1)判断反馈阻态；解：(1)电压串联负反馈•(2)深度负反馈下大环的闭环电压增益。+-+++++闭环电压增益fiVV则反馈系数为o3878fVRRRVo3655NVRRRVo434pVRRRVofVVVF878565434RRRRRRRRRioVFVVAV1F865487543)()()(RRRRRRRRR在深度负反馈条件下，利用虚短和虚断可知(2)7.5.1自激及稳定工作条件1.自激振荡现象Xo基本放大A电路XidXf–+Xi反馈网络F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。FA和7.5负反馈放大电路的稳定问题FAAA1F自激振荡时，01FA，FA7.5.1自激及稳定工作条件3.自激振荡条件自激振荡反馈深度时，01FA即1FA为环路增益）（FAVf反馈网络F基本放大电路AVo–1Vid又)()()()(faFAFA得自激振荡条件1)()(kkFA180)12()()(kfkan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FAAA1F闭环增益7.5.1自激及稳定工作条件4.稳定工作条件破坏自激振荡条件1FA180fa1FA180fa或1mGFA180fa1FA180mfa或写为其中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。0180Gm幅值裕度m相位裕度--7.5.1自激及稳定工作条件5.负反馈放大电路稳定性分析FAFA1lg20lg20lg20环路增益的幅频响应写为一般与频率无关，F则F1lg20的幅频响应是一条水平线利用波特图分析关键作出A的幅频响应和相频响应波特图F1lg20水平线Alg20与的交点为F1lg20Alg201FA即该点满足7.5.1自激及稳定工作条件5.负反馈放大电路稳定性分析(2)作F1lg20水平线判断稳定性方法(1)作出A的幅频响应和相频响应波特图F1lg20在水平线Alg20与的交点作垂线交相频响应曲线的一点(3)判断是否满足相位裕度m45若该点135a满足相位裕度，稳定；否则不稳定。在相频响应的点处作垂线交于ω点135aAlg20若ω点在水平线之下，稳定；否则不稳定。F1lg20或7.5.1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1点FA基本放大增大F反馈深度越深，越容易自激。F越大，水平线下移，越F1lg20容易自激F越大，表明反馈深度越深P点交在的-20dB/十倍频程处，放大电路是稳定的。Alg207.5.1自激及稳定工作条件思考如果在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）Alg20FF最大为1，即dB01lg20F0dB线以上只有一个转折频率，则在0dB线以上的Alg20斜率为-20dB/十倍频程。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。Alg20小结1、几乎所有实用的放大电路中都要引入负反馈。反馈是指把输出电压或输出电流的一部分或全部通过反馈网络，用一定的方式送回到放大电路的输入回路，以影响输入电量的过程。反馈网络与基本放大电路一起组成一个闭合环路。通常假设反馈环内的信号是单向传输的，即信号从输入到输出的正向传输只经过基本放大电路，反馈网络的正向传输作用被忽略；而信号从输出到输入的反向传输只经过反馈网络，基本放大电路的反向传输作用被忽略。判断、分析、计算反馈放大电路时都要用到这个合理的设定。小结有无反馈的判断方法是：看放大电路的输出回路与输入回路之间是否存在反馈网络（或反馈通路），若有则存在反馈，电路为闭环的形式；否则就不存在反馈，电路为开环的形式。2、在熟练掌握反馈基本概念的基础上，能对反馈进行正确判断尤为重要，它是正确分析和设计反馈放大电路的前提。交、直流反馈的判断方法是：存在于放大电路交流通路中的反馈为交流反馈。引入交流负反馈是为了改善放大电路的性能；存在于直流通路中的反馈为直流反馈。引入直流负反馈的目的是稳定放大电路的静态工作点。小结反馈极性的判断方法是：用瞬时极性法，即假设输入信号在某瞬时的极性为（+），再根据各类放大电路输出信号与输入信号间的相位关系，逐级标出电路中各有关点电位的瞬时极性或各有关支路电流的瞬时流向，最后看反馈信号是削弱还是增强了净输入信号，若是削弱了净输入信号，则为负反馈；反之则为正反馈。实际放大电路中主要引入负反馈。电压、电流反馈的判断方法是：用输出短路法，即设或，若反馈信号不存在了，则是电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为电流反馈。电压负反馈能稳定输出电压，电流负反馈能稳定输出电流。小结串联、并联反馈的判断方法是：根据反馈信号与输入信号在放大电路输入回路中的求和方式判断。若与以电压形式求和，则为串联反馈；若与以电流形式求和，则为并联反馈。为了使负反馈的效果更好，当信号源内阻较小时，宜采用串联反馈；当信号源内阻较大时，宜采用并联反馈。小结3、负反馈放大电路有四种类型：电压串联负反馈、电压并联负反馈、电流串联负反馈及电流并联负反馈放大电路。它们的性能各不相同。由于串联负反馈要用内阻较小的信号源即电压源提供输入信号，并联负反馈要用内阻较大的信号源即电流源提供输入信号，电压负反馈能稳定输出电压（近似于恒压输出），电流负反馈能稳定输出电流（近似于恒流输出），因此，上述四种组态负反馈放大电路又常被对应称为压控电压源、流控电压源、压控电流源和流控电流源电路。小结4、引入负反馈后，虽然使放大电路的闭环增益减小，但是放大电路的许多性能指标得到了改善，如提高了电路增益的稳定性、减小了非线性失真，抑制了干扰和噪声、扩展了通频带，串联负反馈使输入电阻提高，并联负反馈使输入电阻下降，电压负反馈降低了输出电阻，电流负反馈使输出电阻增加。所有性能的改善程度都与反馈深度有关。实际应用中，可依据负反馈的上述作用引入符合设计要求的负反馈。小结5、对于深度负反馈放大电路，可利用“虚短”、“虚断”概念估