第7章反馈放大器

1第七章反馈放大器7-1反馈的基本概念与分类7-1-1反馈的基本概念反馈是指将放大电路的输出信号(输出电压或电流)的一部分或全部，通过反馈网络回送到放大电路的输入回路的一种工作方式。fiidXXXidoXAXofXFXoXiXfXidX反馈网络F基本放大器A27-1-2反馈的分类人工反馈：有目的引入的反馈寄生反馈：由某种杂散参数所引起的反馈内部反馈：器件内部产生的反馈外部反馈：通过外接元件产生的反馈本级反馈级间反馈电压反馈电流反馈直流反馈交流反馈正反馈负反馈串联反馈并联反馈3正反馈：如放大电路的输入信号xi不变，引入反馈后，输出信号增大了，从而使增益提高。负反馈：如放大电路的输入信号xi不变，引入反馈后，输出信号减小了，从而使增益降低。判断方法：瞬时极性法假定输入信号为某一瞬时极性→逐级推出电路中其他有关节点的瞬时极性→判断反馈信号的瞬时极性→判别该反馈信号是增强了还是削弱了原来的输入信号。当输入信号与反馈信号作用于输入回路同一节点时，瞬时极性相同—正反馈瞬时极性相反—负反馈当输入信号与反馈信号作用于输入回路不同节点时，瞬时极性相同—负反馈瞬时极性相反—正反馈(1)正反馈和负反馈4vivfAR1R2R3vidvo(a)正反馈(b)负反馈（-）（-）（-）（+）（+）（+）当输入信号与反馈信号作用于输入回路不同节点，瞬时极性相同—负反馈瞬时极性相反—正反馈voAviR1R2R3vidvf（+）（+）5正负反馈的判别（+）（-）负反馈（+）（-）正反馈当输入信号与反馈信号作用于输入回路同一节点，瞬时极性相同—正反馈瞬时极性相反—负反馈RC1RC2RSRFRE1RE2C1C2VCCoVsV~RC1RC2RSRFRE1RE2C1C2VCCoVsV~（-）（+）6(2)直流反馈和交流反馈直流反馈：在放大器直流通路中存在的反馈。作用：稳定电路的静态工作点。交流反馈：在放大器交流通路中存在的反馈。作用：改善放大器的性能指标。判别：将隔直电容和旁路电容开路，（观察直流通路）反馈存在——直流反馈。将隔直电容和旁路电容短路，（观察交流通路）反馈存在——交流反馈。7IC1↑,VC1↓,VE2↓,IB1↓直流负反馈（+）（-）RC1RC2RSRFRE1RE2C1C2VCCoVsV~CE（-）将隔直电容和旁路电容短路，反馈不存在，无交流反馈。将隔直电容和旁路电容开路，反馈存在，有直流反馈。8sV~RsRC1RC2RFRE1C1CFVCCoVRE2idVfVRB1直流反馈与交流反馈无直流反馈（-）（+）（+）有交流负反馈（+）将隔直电容和旁路电容短路，反馈存在，有交流反馈。将隔直电容和旁路电容开路，反馈不存在，无直流反馈。9(3)电压反馈和电流反馈电压反馈：反馈信号从电压输出端引出，反馈信号与输出电压成正比。电压负反馈的重要特点：使输出电压趋向于恒定。基本放大器的输出端、反馈网络输入端、负载三者并联。voAFRL对于交流反馈，根据反馈信号在输出端的取样方式分：10电流反馈：反馈信号不从电压输出端引出，反馈信号与输出电流成正比。判断方法：负载短路法将负载电阻短路(输出电压为零)，如反馈信号不存在，为电压反馈。如反馈信号存在，为电流反馈。从连接方式判别：反馈网络输入端口与电压输出端口相同为电压反馈，不同为电流反馈。电流负反馈的重要特点：使输出电流趋向于恒定。基本放大器的输出端、反馈网络输入端、负载三者串联。AFRLvo11电流反馈电压反馈RC1RC2RSRFRE1RE2C1C2VCCsIfIidIoV例:判断下图RF引入的是电流反馈还是电压反馈反馈网络输入端与电压输出端相同为电压反馈，不同为电流反馈。CFRC1RC2RFRE1RE2C1VCC~sVoVfVidV12(4)串联反馈和并联反馈串联反馈：反馈信号与输入信号在输入回路中以电压形式求和。串联反馈要求信号源的内阻越小越好。isifsidRRRVVV)(基本放大器的输入端、反馈网络输出端、信号源三者串联。vid=vi-vf对于交流反馈，根据反馈信号与输入信号在放大器输入端的比较方式分：vivfAFvidRssV13并联反馈：反馈信号与输入信号在输入回路中以电流形式求和。判断方法：从输入端连接方式串联反馈：信号源输入口与反馈网络输出口不同。并联反馈：信号源输入口与反馈网络输出口相同。并联反馈要求信号源的内阻越大越好。issfsidRRRIII)(基本放大器的输入端、反馈网络输出端、信号源三者并联。iid=ii-ifFiidifARSiiis14判断下图RF引入的是并联反馈还是串联反馈。并联反馈串联反馈CFRC1RC2RFRE1RE2C1VCC~sVoVfVidVRC1RC2RSRFRE1RE2C1C2VCCsIfIidIoV串联反馈：信号源输入口与反馈网络输出口不同。并联反馈：信号源输入口与反馈网络输出口相同。157.1.2四种类型的反馈组态1电压串联负反馈电压串联负反馈ioVFfiidofVidoVVVAVVVVVFVVAvidRsvsvoviRLvfR3R2AvidvivoRLvfAVFV~Rsvs16分析下图所存在的反馈，并判断其组态。静态情况分析TIC1VC1VC3VFVE1IC1交流反馈组态:电压串联负反馈能够稳定静态工作点直流、交流都有反馈负反馈（+）（+）（+）（-）R6vF-VEEVSR1R2R3R4R5RSI0T1T2T3vo+VCCRL172电流并联负反馈(+)(-)(-)ioIFfiidofIidoIIIAIIIIIFIIARfRRLisVCCRC1ifiidiovoR3RFioiidiiifvoRLARSisifAIFIiiiidRLvoRSisio183电压并联负反馈voVCCRCRfifiidiSioRFfiidofGidoRIVAIIIVIFIVAvoiiRFAiidifRLRSisvoifARFGRSiiiidisRL194电流串联负反馈ioGFfiidofRidoGVIAVVVIVFVIARFvfvoviRLvidioRsvsARfRBVCCRSRCsVfViVidVoVoIRLvfviAGFRvidRLRsvsvoio207-2负反馈放大电路的方框图及增益的一般表达式7-2-1负反馈放大器的方框图iFooFidoFiidsiXAXXFXXAXXXXXKXiFSiFsiRRRVVKiFSSsiRRRIIKRifRSsXiXFAoXRSRifFAsXiXoX变换网络基本放大电路反馈网络sXiXidXfXoXKAF217-2-2负反馈放大电路的一般表达式(1)一般表达式的推导oiFiidoXFXAXXAXAX假设条件①输入信号从输入端传到输出端，只通过基本放大器，而不通过反馈网络。即不考虑反馈网络的直接传输作用。②反馈信号只通过反馈网络从放大器输出端传到输入端，而不通过基本放大器。即不考虑放大器的内部反馈。ioXFAAX1FAAXXAioF122一般表达式中各变量的意义电压串联电流并联电压并联电流串联输入信号viiiiivi反馈信号vfififvf输出信号voiovoio反馈系数FV=vf/voFI=if/ioFG=if/voFR=vf/io开环增益AV=vo/vidAI=io/iidAR=vo/iidAG=io/vid闭环增益AVF=vo/viAIF=io/iiARF=vo/iiAGF=io/vi232、反馈深度FAAFA1AAFAF11引入反馈后增益减小,为负反馈。FAFA01引入反馈后，增益增加，为正反馈。正反馈放大电路虽然可以增加增益，但放大器的性能不稳定。AAFAF11反馈深度是衡量负反馈程度的重要指标。放大器没有输入信号时，能有输出信号，称放大器处于自激状态。24idFoVFiVVVVVAVVFA,,,)(1.01.01000求例:FA(2)环路增益idX净输入量经过基本放大电路和反馈网络一周所具有的增益。fXidX反馈网络F基本放大器A)(001.0)(099.0)(99.0109.91VVVVVVFVVVAVFAAAFiidoFiVFoVVVF257-3负反馈对放大器性能的改善对于不同类型的反馈放大器，AF有不同含义，并不是都稳定电压增益FAFAFAAAFF111AdAAFAdAdAAFdAFFAFFF)11)112（（的变化可忽略均为实数，且、设中频区：7.3.1提高增益的稳定性负反馈使闭环增益的相对变化量减少为开环增益相对变化量的1/(1+AF)。在输入量不变时,（负载变化）电压负反馈使输出电压保持稳定。电流负反馈使输出电流保持稳定。267.3.2减少非线性失真深度负反馈时，闭环增益Af取决于反馈系数F，与开环增益基本无关。AXiX0大小输出基波分量相等时，有反馈时的谐波分量是无反馈时的谐波分量的1/(1+AF)。基本放大器反馈网络FiXidXFXoX负反馈只能减小反馈环内的非线性失真，对于输入信号本身的非线性失真无能为力。277.3.3能有效的抑制反馈环内噪声oXiXfXidX反馈网络F基本放大器AnXninidoXXAXXAX无反馈时负反馈只能减小反馈环内部产生的噪声，对于输入信号本身携带的噪声无能为力。输出信号分量相等时，有反馈时输出端的噪声为无反馈时的1/(1+AF)。信噪比提高(1+AF)倍。noinFinidoXXFXAXXXAXXAX))（（有反馈时：nioXFAXFAAX111nniiXXXFAX等，且，则输出中信号分量相令)1(287.3.4扩展通频带HMHjAjA/1)(无反馈时：HMMHMHMHHHFjFAAjFAjAFAAjA/1/11/11)(有反馈时：同理可证：LMLFFA)1(1HFMFHMMMHFjAFAjFAAjA/1)1(11)(HMHFFA)1(29一般有：fHfL通频带BW≈fH∴BWf≒fHf=(1+AMF)fH=(1+AMF)BW引入负反馈后。通频带展宽|1+AMF|倍。但中频增益下降为无反馈时的1/|1+AMF|。∴增益带宽积不管有无反馈总是保持不变。20lg|Af|-20dB/十倍频20lg|A|fHfHf负反馈使频带扩展，增益下降。BWABWAMFMF30RiRR'if=R//Rif7.3.5对输入电阻的影响①串联负反馈Rif串联负反馈，使反馈放大器输入电阻增加。负反馈只影响环内电阻。负反馈对此电阻无影响iidiIVR/基本放大器的输入电阻：引入负反馈后，输入电阻：iididifidiiiFIVFAVIVVIVRiiiiFRFAIVR)1(iIRiiVfVidVAF31sVRfRSRCRBfViVidVoVoIRBVCCRfRSRCsVfViVidVoVoI负反馈对电阻RB无影响R'if=RB//RififRifR32②并联负反馈R'if=R+RifRifFARiiViIfIidIRiR基本放大器的输入电阻:idiiIVR/引入负反馈后，输入电阻：ididifidiiiiFIFAIVIIVIVR并联负反馈，使反馈放大