5章-反馈放大电路及其稳定性分析

第五章反馈放大电路及其稳定性分析§5.1反馈的基本概念与分类§5.4负反馈放大电路的稳定性分析及频率补偿§5.2负反馈对放大电路性能的改善§5.3深度负反馈放大电路的分析计算(1-2)1.反馈—将电路的输出量(电压或电流)的部分或全部，通过一定的元件，以一定的方式回送到输入回路并影响输入量(电压或电流)和输出量的过程。2.信号的两种流向正向传输：输入输出反向传输：输出输入—开环—闭环输入输出放大电路反馈网络§5.1反馈的基本概念与分类一、反馈的基本概念(1-3)Aidxoxix+–比较环节基本放大电路fxF反馈网络xi—输入信号(ii或ui)xid—净输入信号(iid或uid)xo—输出信号(io或uo)xf—反馈信号(if或uf)§5.1反馈的基本概念与分类3.反馈的组成和基本关系式(1-4)二、反馈的分类§5.1反馈的基本概念与分类使净输入信号加强使净输入信号削弱判断：瞬时极性法对直流量反馈对交流量反馈正反馈:负反馈:直流反馈:交流反馈:直流负反馈常用于稳定静态工作点，交流负反馈用来改善放大电路的交流性能。(1-5)§5.1反馈的基本概念与分类电压反馈—反馈信号直接取样于输出电压电流反馈—反馈信号直接取样于输出电流判别方法之一：假设uo=0(即RL短路)，若反馈消失则为电压反馈，否则为电流反馈AFRLuoiouoFARLio电压负反馈能稳定输出电压，电流负反馈则稳定输出电流(1-6)§5.1反馈的基本概念与分类串联反馈：在输入端，反馈网络与信号源、基本放大电路串联连接，实现uid=uiuf并联反馈：在输入端，反馈网络与信号源、基本放大电路并联连接，实现iid=iiifAFiiifisiidRSRSAFuiuidufus判别方法之一：反馈信号与输入信号从不同节点加入，则为串联反馈，从同一个节点加入，则为并联反馈。信号源内阻越小，反馈效果越明显。信号源内阻越大，反馈效果越明显。(1-7)§5.1反馈的基本概念与分类例：分析下图电路是否存在反馈，反馈元件是什么，正反馈还是负反馈？交流反馈还是直流反馈？电压反馈还是电流反馈？串联反馈还是并联反馈？(1)判断有无反馈，并判别反馈元件方法：看输出回路与输入回路之间有无起联系作用的反馈网络。构成反馈网络的元件均为反馈元件。电阻RE既包含于输出回路又包含于输入回路，把uo反馈到输入回路中，因此存在反馈，反馈元件为RE。(1-8)§5.1反馈的基本概念与分类（2）判别反馈极性采用瞬时极性法：假定输入电压信号ui在某一瞬时的极性为正并用标记，然后顺着信号传输方向，逐步推出有关信号的瞬时极性，并用或标记，直到推出反馈信号xf的瞬时极性，然后判断反馈信号是增强还是削弱净输入信号。若削弱则为负反馈，若增强则为正反馈。假定ui瞬时极性为正，则由电压跟随特性得uf的瞬时极性为正。由于uid=uiuf，故uf削弱了净输入信号uid，引入的是负反馈。(1-9)（3）判别直流反馈和交流反馈方法：反馈仅存在于直流通路中的为直流反馈，仅存在于交流通路的为交流反馈，既存在于直流通路中，又存在于交流通路中，则既有直流反馈又有交流反馈。§5.1反馈的基本概念与分类RE既通直流也通交流，所以该电路同时存在直流反馈和交流反馈。(1-10)（4）判别电压反馈和电流反馈方法：假设uo=0，若反馈消失则为电压反馈，否则为电流反馈。§5.1反馈的基本概念与分类若uo=0，则反馈消失，故为电压反馈。（5）判别串联反馈和并联反馈反馈信号与输入信号串联，实现uid=uiuf，故为串联反馈。(1-11)三、负反馈的四种基本组态§5.1反馈的基本概念与分类电压串联负反馈电流串联负反馈电压并联负反馈电流并联负反馈AFuiuidufusRSRLuoAFuiuidufusRSiouoRLioFAiiifisiidRSRLuoFAiiifisiidiouoRLio(1-12)例1.分析反馈放大电路§5.1反馈的基本概念与分类(+)(+)(+)uo经R2与R1分压反馈到输入回路，故有反馈。反馈使净输入电压uid减小，为负反馈。RL=0，无反馈，故为电压反馈。uid=uiuf故为串联反馈。Fuu=Uf/Uo=R1/(R1+R2)为反馈网络的反馈系数。(1-13)iO§5.1反馈的基本概念与分类(+)(+)(+)例2.分析反馈放大电路Rf为输入回路和输出回路的公共电阻，故有反馈。反馈使净输入电压uid减小，为负反馈。RL开路，反馈不存在，故为电流反馈。uid=ui–uf故为串联反馈。Fui=Uf/Io=Rf为反馈网络的反馈系数。(1-14)iid=iiif，故为并联反馈。例3.分析反馈放大电路§5.1反馈的基本概念与分类iSiIiIDiF(+)(-)Rf为输入回路和输出回路的公共电阻，故有反馈。反馈使净输入电流iid减小，为负反馈。RL=0，反馈不存在，故为电压反馈。Fiu=If/Uo=-1/Rf为反馈网络的反馈系数。(1-15)iid=iiif，故为并联反馈。例4.分析反馈放大电路§5.1反馈的基本概念与分类Rf为输入回路和输出回路的公共电阻，故有反馈。反馈使净输入电流iid减小，为负反馈。RL开路，反馈不存在，故为电流反馈。Fii=If/Io=-R/(R+Rf)为反馈网络的反馈系数。iSiIiIDiOiF(+)(-)(-)(1-16)电流串联负反馈电压串联负反馈[例5]反馈组态的判断§5.1反馈的基本概念与分类(1-17)§5.1反馈的基本概念与分类+UCCT1T2T3RB1RC1RB2RC2RB3RC3RE3uiube1ufie3ie3ufube1=ui–ufuc1uc2ib3ie3电流串联负反馈。(1-18)RE----引入本级电流串联负反馈；Rf----引入级间电流并联负反馈。反馈信号与输入信号在不同节点为串联反馈，在同一个节点为并联反馈。反馈取自输出端或输出分压端为电压反馈，反馈取自非输出端为电流反馈。规律：§5.1反馈的基本概念与分类(1-19)§5.1反馈的基本概念与分类四、反馈放大电路的方框图表示及其一般表达式1.反馈放大电路的方框图表示反馈放大电路由基本放大电路和反馈网络组成;假定基本放大电路只有单方向的信号正向传输通路，反馈网络仅有单方向的信号反向传输通路。可以把一个反馈放大电路表示为如图所示。fioidoXXXXXAAidxoxix+–比较环节基本放大电路fxF反馈网络开环增益:反馈系数:ofXXF(1-20)开环增益（考虑反馈网络的负载效应）idoXXAofXXF反馈系数ioFXXA闭环增益因为idXiXfX所以ioFXXAfidoXXXFXAXXooo/已知FAAA1F即闭环增益的一般表达式§5.1反馈的基本概念与分类2.反馈放大电路放大倍数的一般表达式Aidxoxix+–比较环节基本放大电路fxF反馈网络(1-21)§5.1反馈的基本概念与分类FAAA1F称为反馈深度FA1一般负反馈时，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F1AF1AAf特例:深度负反馈时(1-22)★环路增益FAVVab环路电压增益=0iXffiidXXXX§5.1反馈的基本概念与分类(1-23)AFAA1f)1(dd2fAFAAAAAFAAd11dffAf的相对变化量A的相对变化量放大倍数稳定性提高AAAAAFdd11ff负反馈，§5.2负反馈对放大电路性能的改善一、提高放大倍数的稳定性(1-24)例:A=103，负反馈使放大倍数稳定性提高100倍，求F、Af、dAf/Af，当A变化10%时,闭环增益的变化范围是多少？解：1)1+AF=100，则F=(100–1)/A=0.0992)AFAA1f=103/100=103)%1.0)1.01001d11dff（AAAFAA此时，Af=%).(AdAA)ff(f101101负反馈以牺牲放大倍数，换取了放大倍数稳定性的提高。§5.2负反馈对放大电路性能的改善(1-25)二、减少非线性失真uf加入负反馈无负反馈FufAuiuo+–uiduo大小略大略小略小略大uiA接近正弦波改善了波形失真§5.2负反馈对放大电路性能的改善(1-26)三、扩展通频带BW无反馈时：BW=fHfLfH引入反馈后，，FAAAf1fA(f)OAm0.707AmfLfHBWAf(f)Amf0.707AmffLffHfBWf=(1+AmF)fHfHf=(1+AmF)BWBWf=fHffLf§5.2负反馈对放大电路性能的改善，f/fjAAHm)(1设，)j(f/fAAHfmff1则，FAAAmmmf1其中F)fA(fHmHf1增益带宽积为常数(1-27)四、改变放大电路的输入和输出电阻（一）对输入电阻的影响1.串联负反馈使输入电阻增大RifiididifidiiifiAFuuiuuiuR)1(iifRAFR深度负反馈：ifRiiAFuiuidufRiAFuid§5.2负反馈对放大电路性能的改善(1-28)2.并联负反馈使输入电阻减小RifidididfididiiifAFiiuiiuiuRAFRR1iif深度负反馈：0ifRifiidiiAFuiRiAFiid§5.2负反馈对放大电路性能的改善(1-29)（二）对输出电阻的影响1.电压负反馈，F与A并联，使输出电阻减小。深度负反馈时§5.2负反馈对放大电路性能的改善负载开路时放大倍数FARO＋－＋－OFiidUFXXX由于FARIURUFARIUOOOOfOOOO1因此）（令0iX(1-30)（二）对输出电阻的影响§5.2负反馈对放大电路性能的改善OFiidIFXXX由于OOSOOOfOOSOOORFAIURIFARUI)1(因此2.电流负反馈，F与A串联，使输出电阻增大深度负反馈时负载短路时放大倍数FARO＋－(1-31)★放大电路引入负反馈的一般原则一、欲稳定某个量，则引该量的负反馈稳定直流，引直流反馈；稳定交流，引交流反馈；稳定输出电压，引电压反馈；稳定输出电流，引电流反馈。二、根据对输入、输出电阻的要求选择反馈类型欲提高输入电阻，采用串联反馈；欲降低输入电阻，采用并联反馈；§5.2负反馈对放大电路性能的改善(1-32)要求高内阻输出，采用电流反馈；要求低内阻输出，采用电压反馈。三、为使反馈效果强，根据信号源及负载确定反馈类型信号源为恒压源，采用串联反馈；信号源为恒流源，采用并联反馈；要求负载能力强，采用电压反馈；要求恒流源输出，采用电流反馈。§5.2负反馈对放大电路性能的改善(1-33)一、深度负反馈的特点时：当11AFifUU串联负反馈：并联负反馈：§5.3深度负反馈放大电路的分析计算AidXOXiXfXF+－idifiidXFAXXXX由于)FA/(XXiid1因此fiidXXX0ifII(1-34)二、深度负反馈电路性能的估算：(1)电压串联负反馈fiuuf11ofRRRuufLfoiof1RRuuuuAu,ifR,2ifRR0ofR[例1]§5.3深度负反馈放大电路的分析计算RifRifRofuiC1R1uoR2Rfuf(1-35)[例2]ofiuuu1foiofuuuuAuRif,ifRRif,BifRRR0f0ofR[例3]ofEEfiuRRRuu1111EffoioufRRuuuuA§5.3深度负反馈放大电路的分析计算(1-36)(2)电压并联负反馈fiii1RRuuAfiouf[例1]§5.