第6章集成运放及应用

第六章放大电路中的反馈2020/4/30第一章(3)2第六章放大电路中的反馈6.1反馈的基本概念及判断方法6.2负反馈放大电路的四种基本组态6.3负反馈放大电路的方框图及一般表达式6.4深度负反馈放大电路放大倍数的分析6.5负反馈对放大电路性能的影响6.6负反馈放大电路的稳定性6.7放大电路中其它形式的反馈6.1反馈的基本概念及判断方法6.1.1反馈的基本概念在放大电路中信号的传输是从输入端到输出端，这方向称为正向传输。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。反馈信号的传输是反向传输。所以放大电路无反馈也称开环，放大电路有反馈也称闭环。反馈的示意图见图6.1.1。图6.1.1反馈概念方框图若引回的信号削弱了输入信号，就称为负反馈。若引回的信号增强了输入信号，就称为正反馈。放大器输出输入取+加强输入信号正反馈取-削弱输入信号负反馈开环闭环反馈网络±叠加反馈信号实际被放大信号一.正反馈和负反馈二.直流反馈和交流反馈交流反馈：反馈只对交流信号起作用。直流反馈：反馈只对直流起作用。若在反馈网络中串接隔直电容，则可以隔断直流，此时反馈只对交流起作用。在起反馈作用的电阻两端并联旁路电容，可以使其只对直流起作用。有的反馈只对交流信号起作用；有的反馈只对直流信号起作用；有的反馈对交、直流信号均起作用。+–C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2CEC3C2+ECuoui+–T1T2RfRE1+–C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2CEC3C2+ECuoui+–T1T2RfRE1CC增加隔直电容C后，Rf只对交流起反馈作用。注：本电路中C1、C2也起到隔直作用。图6.1.26.1.2反馈的判断一.有无反馈的判断:若放大电路中存在将输出回路与输入回路相连接的通路,即反馈通路,并由此影响了放大电路的净输入,则表明电路引入了反馈.二.反馈极性的判断:瞬时极性法在放大电路的输入端，假设一个输入信号对地的极性，可用“+”、“-”或“↑”“↓”表示。按信号传输方向依次判断相关点的瞬时极性，直至判断出反馈信号的瞬时极性。如果反馈信号的瞬时极性使净输入减小，则为负反馈；反之为正反馈。图6.1.36.2负反馈放大电路的四种基本组态一、电压反馈和电流反馈电压反馈：反馈信号取自输出电压信号。电流反馈：反馈信号取自输出电流信号。电压负反馈：可以稳定输出电压、减小输出电阻。电流负反馈：可以稳定输出电流、增大输出电阻。根据反馈所采样的信号不同，可以分为电压反馈和电流反馈。RLuoRLuo电压反馈采样的两种形式：采样电阻很大电流反馈采样的两种形式：RLioiERLioiERf采样电阻很小图6.2.1图6.2.2根据反馈信号在输入端与输入信号比较形式的不同，可以分为串联反馈和并联反馈。串联反馈：反馈信号与输入信号串联，即反馈电压信号与输入信号电压比较。并联反馈：反馈信号与输入信号并联，即反馈信号电流与输入信号电流比较。串联反馈使电路的输入电阻增大；并联反馈使电路的输入电阻减小。二、串联反馈和并联反馈iifibib=i-if并联反馈ufuiubeube=ui-uf串联反馈正反馈和负反馈的判断法之二：•正反馈可使输出幅度增加，负反馈则使输出幅度减小。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点时，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。图6.2.3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。负反馈交流反馈直流反馈电压串联负反馈电压并联负反馈电流串联负反馈电流并联负反馈稳定静态工作点负反馈的分类小结一.电压串连负反馈对图6.2.4所示电路，以分立元件为例分析。根据瞬时极性法判断，经Rf加在发射极E1上的反馈电压为‘+’，与输入电压极性相同,且加在输入回路的两点，串联负反馈。反馈信号与输出电压成比例，是电压反馈。后级对前级的这一反馈是交流反馈，同时Re1上还有第一级本身的负反馈，将在下面分析。判断方法：图6.2.4串联电压负反馈反馈系数：A===ioiofVVXXAvvvvvvvvFA+1ofofVVXXFvv==对于图：e1fe1RRRFvv+=1f1RRRFvv+=（2）闭环放大倍数对于串联电压负反馈，在输入端是输入电压和反馈电压相减，所以图6.2.5二.电流串连负反馈电流串联负反馈电路如图6.2.6所示。fivAviF1RIRIFvi==oo以集成运放电路为例分析增益这里忽略了Rf的分流作用。电压增益为:RRRARVIVVAivvvLLfLioiof===图6.2.6三.电压并联负反馈图6.2.7电压并联负反馈•电压并联负反馈的电路如图6.2.7所示。因反馈信号与输入信号在一点相加，为并联反馈。根据瞬时极性法判断，为负反馈，且为电压负反馈。因为并联反馈在输入端采用电流相加减,所以为并联负反馈.ifi'III+=io'/IVAvi=iof/IVAvi=of/VIFiv===iofIVAviivviviFAA+1Avif称为互阻增益，Fiv称为互导反馈系数,二者相乘无量纲。对于深度负反馈，互阻增益为fofo1/RVRVFiv-==ivviFA1f=-1f11f1ioiof1RRFRRARIVVVAivvivv-=.===而电压增益为:四.电流并联负反馈•电流并联负反馈的电路如图6.2.8所示。图6.2.8并联电流负反馈(a)(b)of/=IIFii12Rii)1(ffRFAii+-==f22of=RRRIIFii+-=of22fIRRRI*+=-电流放大倍数：电流反馈系数是显然，电流放大倍数基本上只与外电路的参数有关，与运放内部参数无关。电压放大倍数为：1L2f1Lf1iLoiof)1(=RRRRRRARIRIVVAiivv+-===图6.2.9例1：判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态。uoufube=ui-ufuc1ub2uc2uoufubeuc1ub2uc2+–C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2RE1CEC3C2+ECuoui+–T1T2Rf此电路是电压串联负反馈，对直流不起作用。分析中用到了三极管的集电极与基极相位相反这一性质。+–C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2RE1CEC3C2+ECuoui+–T1T2Rfubeube这里分析的是交流信号，不要与直流信号混淆。分析中用到的电压、电流要在电路中标出。并且注意符号的使用规则。如果反馈对交直流均起作用，可以用全量。当为交流反馈时，瞬时极性法所判断的也是相位的关系。电路中两个信号的相位不是同相就是反相，因此若两个信号都上升，它们一定同相；若另一个信号下降而另一个上升，它们一定反相。例2：判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态。+UCCRCC2C1Rfuiuoiibif电压反馈并联反馈ib=i+ifuoifuo此电路是电压并联负反馈，对直流也起作用。+UCCRCC2C1Rfuiuoiibif问题：三极管的静态工作点如何提供？能否在反馈回路加隔直电容？不能！Rf为三极管提供静态电流！Rf的作用：1.提供静态工作点。2.直流负反馈，稳定静态工作点。3.交流负反馈，稳定放大倍数。例3：判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态。电流反馈并联反馈iE2uFiFiBuC1uB2uC1uB2iB2iE2uouiiiBiFuFRE2RfRE1RC1RC2+UCCiE2例4：判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态。电流并联负反馈。对直流也起作用，可以稳定静态工作点。uouiiiBiFuFRE2RfRE1RC1RC2+UCCiE2uC1uB2例5：判断如图电路中RE1、RE2的负反馈作用。RCRB1RB2RE1RE2CEC2C1+UCCuouiubeie电流串联反馈R反馈不起作用1.对交流信号：ieueube=ui-ueibieRE1：电流串联负反馈。2.对直流信号：RE1、RE2对直流均起作用，通过反馈稳定静态工作点。反馈过程：IERCRB1RB2RE1RE2CEC2C1+UCCuouiUBEIEUBUEUE=IE(RE1+RE2)UBE=UB–UEIBIE恒定CCBBBBURRRU212+=例6：判断如图电路中RE3的负反馈作用。+UCCT1T2T3RB1RC1RB2RC2RB3RC3RE3uiube1ufie3ie3ufube1=ui–ufuc1uc2ib3ie3电流串联负反馈，对直流不起作用。6.3负反馈放大电路的方块图及一般表达式图6.3.1例题电路图①求图6.3.1在静态时运放的共模输入电压;②若要实现串联电压反馈,Rf应接向何处?③要实现串联电压负反馈,运放的输入端极性如何确定？④求引入电压串联负反馈后的闭环电压放大倍数。例7：如图电路解：①静态时运放的共模输入电压，即静态时T1和T2的集电极电位。Ic1=Ic2=Ic3/2V7.97.09V9156V666241515BE3B3E3EER2B3221EECCR2-=--=-=-=-=+==++=+-=VVVVVVRRRVVVV5mA5.0mA13.5157.9c1C1CCC2C1C2C1e3EEE3C3=-=====+-=-=RIVVVIIRVVI解②:可以把差动放大电路看成运放A的输入级。输入信号加在T1的基极，要实现串联反馈，反馈信号必然要加在T2。所以要实现串联电压反解③既然是串联反馈,反馈和输入信号接到差放的两个输入端。要实现负反馈，必为同极性信号。差放输入端的瞬时极性，见图中红色标号。根据串联反馈的要求，可确定B2的极性，见图中绿色标号，由此可确定运放的输入端极性。馈,Rf应接向T2。解④:求引入电压串联负反馈后的闭环电压增益，可把差放和运放合为一个整体看待。为了保证获得运放绿色标号的极性，B1相当同相输入端，B2相当反向输入端。为此该电路相当同相输入比例运算电路。所以电压增益为2bf1RRAvv+=6.4深度负反馈放大电路放大倍数的分析11+AFXXAfOfF=1dooXXA=ofXXF=fidXXX-=FAAXXAooioF+==1FAo+1反馈深度定义：2020/4/30第一章(3)36例8求：(1)判断反馈阻态；闭环电压增益fiVV=在深度负反馈条件下，利用虚短和虚断可知解：(1)电压串联负反馈则反馈系数为(2)深度负反馈下大环的闭环电压增益。(2)o3878fVRRRV+=o3655pVRRRV+=o434pVRRRV+=ofVVVF=878565434RRRRRRRRR+++=ioVFVVA=V1F865487543)()()(RRRRRRRRR+++=end6.5负反馈对放大电路性能的影响一、稳定放大倍数三、改变输入电阻和输出电阻四、展宽频带二、改善波形失真负反馈使放大倍数下降。引入负反馈使电路的稳定性提高。(2)FAAAooF+=1(1)AdAAFddAAFdAdAAFdAAAFAFAfff+==-+=++11)1()1()1(22一、对放大倍数的影响二、改善波形的失真产生失真的原因:图6.5.1引入负反馈使非线性失真减小三、对输入、输出电阻的影响1.串联负反馈使电路的输入电阻增加：ioifrFAr)1(+=2.并联负反馈使电路的输入电阻减小：)1(FArroiif+=例如:射极输出器理解：串联负反馈相当于在输入回路中串联了一个电阻，故输入电阻增加。理解：并联负反馈相当于在输入回路中并联了一条支路，故输入电阻减小。图6.5.3串联负反馈电路的方框图RAFRIUUIUUIURIURiifiiiifiiiifiiiAF)1(''''+=+=+===RRRifbif'=图6.5.4并联负反馈电路的方框图AFRRAFIIUIIUIURIURiifiiifiiiiifiii+=+=+===1''''3.电压负反馈使电路的输出电阻减小