模拟电路课件讲义7反馈放大电路(简).ppt

7.17.1反馈的基本概念反馈的基本概念7.27.2负反馈对放大电路性能的影响负反馈对放大电路性能的影响7.37.3负反馈放大电路的分析计算负反馈放大电路的分析计算7.4 7.4 负反馈放大电路的稳定问题负反馈放大电路的稳定问题7 7 反馈放大电路反馈放大电路7.17.1反馈的基本概念反馈的基本概念正反馈，负反馈；正反馈，负反馈；(常用瞬时极性法判断常用瞬时极性法判断）直流反馈，交流反馈；直流反馈，交流反馈；电压反馈，电流反馈；电压反馈，电流反馈；串联反馈，并联反馈；串联反馈，并联反馈；放大电路的四种反馈组态：放大电路的四种反馈组态：电压串联负反馈，电压并联负反馈，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；电流串联负反馈，电流并联负反馈；放放大大电电路路中中的的反反馈馈，是是指指将将放放大大电电路路输输出出电电量量(输输出出电电压压或或输输出出电电流流)的一部分或全部，通过一定的方式，反送回输入回路中。的一部分或全部，通过一定的方式，反送回输入回路中。UBEQ UBQ-ICQRE将将输输出出电电流流 ICQ(IEQ)反反馈馈回回输输入入回回路路，改改变变UBEQ，使使 ICQ 稳稳定。定。推推论论：欲欲稳稳定定电电路路中中的的某某个个电电量量，应应采采取取措措施施将将该该电量反馈回输入回路。电量反馈回输入回路。反馈概念的建立反馈概念的建立例例 静态工作点稳定电路静态工作点稳定电路反馈的分类反馈的分类一、正反馈和负反馈一、正反馈和负反馈反反馈馈信信号号增增强强了了外外加加输输入入信信号号，使使放放大大电电路路的的放放大倍数提高大倍数提高 正反馈正反馈反反馈馈信信号号削削弱弱了了外外加加输输入入信信号号，使使放放大大电电路路的的放放大倍数降低大倍数降低 负反馈负反馈反馈极性的判断方法：反馈极性的判断方法：瞬时极性法。瞬时极性法。先先假假定定某某一一瞬瞬间间输输入入信信号号的的极极性性，然然后后按按信信号号的的放放大大过过程程，逐逐级级推推出出输输出出信信号号的的瞬瞬时时极极性性，最最后后根根据据反反馈馈回回输输入入端端的的信信号号对对原原输输入入信信号号的的作作用用，判判断断出出反反馈的极性。馈的极性。(a)(a)正反馈正反馈(b)(b)负反馈负反馈例：用瞬时极性法判断电路中的反馈极性。例：用瞬时极性法判断电路中的反馈极性。-因因为为差差模模输输入入电电压压等等于于输输入入电电压压与与反反馈馈电电压压之之差差，反反馈馈增增强强了了输输入入电电压压，所以为所以为正反馈正反馈。-反反馈馈信信号号削削弱弱了了输输入入信号，因此为信号，因此为负反馈负反馈。例例(+)(+)(-)(-)(-)净输入量净输入量(+)(+)(-)(-)净输入量净输入量负反馈负反馈正反馈正反馈反馈通路反馈通路反馈通路反馈通路级间反馈通路级间反馈通路(+)(+)(+)(+)(-)(-)净输入量净输入量级间负反馈级间负反馈反馈通路反馈通路本级反馈通路本级反馈通路二、直流反馈和交流反馈二、直流反馈和交流反馈(a)直流负反馈直流负反馈(b)交流负反馈交流负反馈直直流流负负反反馈馈可可稳稳定定静静态态工工作作点点，交交流流负负反反馈馈用用以以改改善放大电路的性能。善放大电路的性能。根根据据反反馈馈到到输输入入端端的的信信号号是是交交流流，还还是是直直流流，或或同同时时存在，来进行判别。存在，来进行判别。取决于反馈通路。取决于反馈通路。例例(+)(+)(+)(+)交、直流负反馈交、直流负反馈(+)交流正反馈交流正反馈三、电压反馈和电流反馈三、电压反馈和电流反馈如如果果反反馈馈信信号号取取自自输输出出电电压压，则则为为电电压压反反馈馈；电电压压负负反馈的反馈信号与输出电压成比例；反馈的反馈信号与输出电压成比例；反反馈馈信信号号取取自自输输出出电电流流，则则为为电电流流反反馈馈，电电流流负负反反馈馈的反馈信号与输出电流成比例。的反馈信号与输出电流成比例。判断方法（判断方法（输出短路法输出短路法）：）：假设将输出端假设将输出端交流短路交流短路，如果反馈信号消失，则为电压如果反馈信号消失，则为电压反馈；否则为电流反馈。反馈；否则为电流反馈。输输出出短短路路后后，Re1 两两端端的的电电压压与与输输出出信信号号无无关关，即即反反馈馈信号消失，所以为电压反馈。信号消失，所以为电压反馈。例：例：反反馈馈信信号号末末消消失失，所所以以为为电电流反馈。流反馈。四、串联反馈和并联反馈四、串联反馈和并联反馈反馈信号与输入信号在输入反馈信号与输入信号在输入回路中以电压形式求和，为串联回路中以电压形式求和，为串联反馈；如果二者以电流形式求和，反馈；如果二者以电流形式求和，为并联反馈。为并联反馈。例：例：所以为并联反馈；所以为并联反馈；所以为串联反馈。所以为串联反馈。7.1.3 7.1.3 四种类型的放大电路反馈组态四种类型的放大电路反馈组态1.1.类型类型由此可组成四种组态：由此可组成四种组态：输入端：反馈信号在输入端的联接分为输入端：反馈信号在输入端的联接分为串联串联和和并联并联两种方式。两种方式。输出端：反馈信号在输出端分为取输出端：反馈信号在输出端分为取电压电压和取和取电流电流两种方式。两种方式。电压串联电压串联电压并联电压并联电流串联电流串联电流并联电流并联2.2.四种组态的判断方法四种组态的判断方法并联：反馈量并联：反馈量输入量输入量接于同一输入端。接于同一输入端。接于不同的输入端接于不同的输入端串联：反馈量串联：反馈量输入量输入量电流：将电流：将负载负载短路，反馈量仍然存在。短路，反馈量仍然存在。电压：将电压：将负载负载短路，反馈量为零。短路，反馈量为零。例例7.1.3 7.1.3 四种类型的反馈组态四种类型的反馈组态（+）（+）（+）（+）例例7.1.3 7.1.3 四种类型的反馈组态四种类型的反馈组态电压串联负反馈电压串联负反馈（+）（+）（+）（+）（）（）（+）例例7.1.3 7.1.3 四种类型的反馈组态四种类型的反馈组态（+）（）（）（）（）例例7.1.3 7.1.3 四种类型的反馈组态四种类型的反馈组态电流并联负反馈电流并联负反馈（）（）（+）（）（）例例7.1.3 7.1.3 四种类型的反馈组态四种类型的反馈组态（）（）（+）（）（）例例7.1.3 7.1.3 四种类型的反馈组态四种类型的反馈组态电压并联负反馈电压并联负反馈（）（）（+）（）（）例例7.1.3 7.1.3 四种类型的反馈组态四种类型的反馈组态（+）（+）（+）（+）例例7.1.3 7.1.3 四种类型的反馈组态四种类型的反馈组态电流串联负反馈电流串联负反馈（+）（+）(-)7.1.3 7.1.3 四种类型的反馈组态四种类型的反馈组态A.电压串联电压串联RL vO vF vID vO 电压负反馈：稳定输出电压电压负反馈：稳定输出电压3.3.各种反馈类型的特点各种反馈类型的特点-vI+vID+vF=0输入端有输入端有vID=vI-vF即即串联反馈：输入端电压求和（串联反馈：输入端电压求和（KVL）7.1.3 7.1.3 四种类型的反馈组态四种类型的反馈组态3.3.各种反馈类型的特点各种反馈类型的特点B.电流并联电流并联RL iO iF iID iO 电流负反馈：稳定输出电流电流负反馈：稳定输出电流并联反馈：输入端电流求和（并联反馈：输入端电流求和（KCL）其他两种组态也有类似的结论（自己总结）其他两种组态也有类似的结论（自己总结）iI-iID-iF=0输入端有输入端有iID=iI-iF即即7.1.3 7.1.3 四种类型的反馈组态四种类型的反馈组态串联反馈串联反馈4.4.信号源对反馈效果的影响信号源对反馈效果的影响vID=vI-vF 则则vI最最好好为为恒恒压压源源，即即信号源内阻信号源内阻RS越小越好。越小越好。要要想想反反馈馈效效果果明明显显，就就要要求求vF变变化化能能有有效效引引起起vID的的变化。变化。7.1.3 7.1.3 四种类型的反馈组态四种类型的反馈组态并联反馈并联反馈4.4.信号源对反馈效果的影响信号源对反馈效果的影响iID=iI-iF 则则iI最最好好为为恒恒流流源源，即即信信号源内阻号源内阻RS越大越好。越大越好。要要想想反反馈馈效效果果明明显显，就就要要求求iF变变化化能能有有效效引引起起iID的的变化。变化。(1)引入电压串联负反馈引入电压串联负反馈解：解：求求:例例(习题习题7.2.4)(+)(+)()()()正反馈正反馈(1)引入电压串联负反馈引入电压串联负反馈解：解：求求:例例(习题习题7.2.4)(+)(+)(+)(+)(+)电压串联负反馈电压串联负反馈(2)引入电压并联负反馈引入电压并联负反馈解：解：求求:例例(习题习题7.2.4)(+)(+)(+)(+)(+)正反馈正反馈解：解：求求:例例(习题习题7.2.4)(+)(+)()()()电压并联负反馈电压并联负反馈(2)引入电压并联负反馈引入电压并联负反馈(3)引入电流串联负反馈引入电流串联负反馈解：解：求求:例例(习题习题7.2.4)(+)(+)()(+)(+)电流串联负反馈电流串联负反馈(4)引入电流并联负反馈引入电流并联负反馈解：解：求求:例例(习题习题7.2.4)(+)(+)(+)()()电流并联负反馈电流并联负反馈end7.2 负反馈放大电路的方框图负反馈放大电路的方框图及增益的一般表达式及增益的一般表达式 负反馈放大电路的方框图负反馈放大电路的方框图 7.2.2 负反馈放大电路增益的一般表达式负反馈放大电路增益的一般表达式 环路增益环路增益 反馈深度的讨论反馈深度的讨论 表达式推导表达式推导 构成构成 信号的单向化传输信号的单向化传输7.2.1 负反馈放大电路的方框图负反馈放大电路的方框图1.构成构成信号源信号源输出信号输出信号反馈放大电路反馈放大电路的输入信号的输入信号反馈信号反馈信号基本放大电路的输入基本放大电路的输入信号（净输入信号）信号（净输入信号）2.信号的单向化传输信号的单向化传输信号的正向传输信号的正向传输信号的反向传输信号的反向传输7.2.1 负反馈放大电路的方框图负反馈放大电路的方框图2.信号的单向化传输信号的单向化传输信号的正向传输信号的正向传输信号的反向传输信号的反向传输7.2.1 负反馈放大电路的方框图负反馈放大电路的方框图7.2.2 负反馈放大电路增益的一般表达式负反馈放大电路增益的一般表达式1.表达式推导表达式推导开环增益开环增益反馈系数反馈系数闭环增益闭环增益因为因为所以所以定义定义即即闭闭环环增增益益的的一般表达式一般表达式7.2.2 负反馈放大电路增益的一般表达式负反馈放大电路增益的一般表达式1.表达式推导表达式推导 信号信号 在四种反馈阻态中的具体形式在四种反馈阻态中的具体形式电压串联电压串联电压并联电压并联电流串联电流串联电流并联电流并联2.反馈深度的讨论反馈深度的讨论一般负反馈一般负反馈7.2.2 负反馈放大电路增益的一般表达式负反馈放大电路增益的一般表达式称为反馈深度称为反馈深度深度负反馈深度负反馈 正反馈正反馈自激振荡自激振荡7.3 负反馈对放大电路性能的改善负反馈对放大电路性能的改善 提高增益的稳定性提高增益的稳定性 减少非线性失真减少非线性失真 扩展通频带扩展通频带 对输入电阻和输出电阻的影响对输入电阻和输出电阻的影响 为改善性能引入负反馈的一般原则为改善性能引入负反馈的一般原则 分析负反馈放大电路的一般步骤分析负反馈放大电路的一般步骤7.3.1 提高增益的稳定性提高增益的稳定性闭环时闭环时则则只考虑幅值有只考虑幅值有即闭环增益相对变化量比开环减小了即闭环增益相对变化量比开环减小了1+AF倍倍另一方面另一方面在深度负反馈条件下在深度负反馈条件下 即即闭闭环环增增益益只只取取决决于于反反馈馈网网络络。当当反反馈馈网网络络由由稳稳定定的的线性元件组成时，闭环增益将有很高的稳定性。线性元件组成时，闭环增益将有很高的稳定性。xf负反馈负反馈减小了波形失真减小了波形失真 加入加入负反馈负反馈无负反馈无负反馈FxfAxixoxo大大小小略大略大略大略大略小略小略小略小略小略小略小略小略大略大略大略大xiA接近正弦波接近正弦波预失真预失真+减小非线性失真和抑制干扰减小非线性失真和抑制干扰同样道理，负反馈可抑制放大电路内部噪声。同样道理，负反馈可抑制放大电路内部噪声。开环幅频响应开环幅频响应7.3.4 扩展频带扩展频带上限频率扩展上限频率扩展1+AF倍倍下限频率降低下限频率降低1+AF倍倍闭环幅频响应闭环幅频响应3dB3dBfLfHBWfLffHfBWf负反馈对通频带和放大倍数的影响负反馈对通频带和放大倍数的影响f结结论论：引引入入负负反反馈馈后后，放放大大电电路路的的上上限限频频率率提提高高，下限频率降低，因而下限频率降低，因而通频带展宽通频带展宽。不同类型的负反馈，对输入电阻、输出电阻的影响不同类型的负反馈，对输入电阻、输出电阻的影响不同。不同。1.串联负反馈使输入电阻增大串联负反馈使输入电阻增大7.3.5 对输入电阻和输出电阻的影响对输入电阻和输出电阻的影响2.并联负反馈使输入电阻减小并联负反馈使输入电阻减小3.3.电压负反馈使输出电阻减小电压负反馈使输出电阻减小4.4.电流负反馈使输出电阻增大电流负反馈使输出电阻增大为改善放大电路性能引入负反馈的一般原则为改善放大电路性能引入负反馈的一般原则 要稳定直流量要稳定直流量 引入直流负反馈引入直流负反馈 要稳定交流量要稳定交流量 引入交流负反馈引入交流负反馈 要稳定输出电压要稳定输出电压 引入电压负反馈引入电压负反馈 要稳定输出电流要稳定输出电流 引入电流负反馈引入电流负反馈 要增大输入电阻要增大输入电阻 引入串联负反馈引入串联负反馈 要减小输入电阻要减小输入电阻 引入并联负反馈引入并联负反馈分析负反馈放大电路的一般步骤分析负反馈放大电路的一般步骤(1)找出信号放大通路和反馈通路找出信号放大通路和反馈通路(2)用瞬时极性法判断正、负反馈用瞬时极性法判断正、负反馈(3)判断交、直流反馈判断交、直流反馈(4)判断反馈组态判断反馈组态(5)标出输入量、输出量及反馈量标出输入量、输出量及反馈量(6)估算深度负反馈条件下电路的估算深度负反馈条件下电路的endend7.4 负反馈放大电路的分析方法负反馈放大电路的分析方法 深度负反馈的特点深度负反馈的特点 各种反馈组态的近似计算各种反馈组态的近似计算 深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈条件下的近似计算*小信号模型分析法小信号模型分析法 举例举例7.4.1 深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈条件下的近似计算1.深度负反馈的特点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即，深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈网络有关由于由于则则又因为又因为代入上式得代入上式得即即反馈量近似等于输入量反馈量近似等于输入量净输入量近似等于零净输入量近似等于零由此可得深度负反馈条件下，基本放大电路由此可得深度负反馈条件下，基本放大电路“两虚两虚”的概念的概念7.4.1 深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈条件下的近似计算1.深度负反馈的特点深度负反馈的特点串联负反馈时串联负反馈时深度负反馈条件下深度负反馈条件下虚短虚短虚断虚断虚短虚短虚断虚断并联负反馈时并联负反馈时7.4.1 深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈条件下的近似计算2.各种反馈组态的近似计算各种反馈组态的近似计算（1）电压串联负反馈）电压串联负反馈 利利用用虚虚短短和和虚虚断断的概念得知的概念得知则反馈系数为则反馈系数为闭环电压增益闭环电压增益7.4.1 深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈条件下的近似计算（定性分析输入输出电阻）（定性分析输入输出电阻）*闭环输入电阻闭环输入电阻Rif*闭环输出电阻闭环输出电阻（1）电压串联负反馈）电压串联负反馈Rof输入电阻增加输出电阻减小输入电阻增加输出电阻减小7.4.1 深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈条件下的近似计算（2 2）电流并联负反馈）电流并联负反馈利用利用虚短虚短和和虚断虚断可知可知由上式得反馈系数为由上式得反馈系数为闭环增益闭环增益闭环电压增益闭环电压增益则则7.4.1 深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈条件下的近似计算利用利用虚短虚短和和虚断虚断可知可知反馈系数为反馈系数为闭环增益闭环增益闭环电压增益闭环电压增益则则参考方向参考方向不同时不同时（结果符号不同）（结果符号不同）（2 2）电流并联负反馈）电流并联负反馈7.4.1 深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈条件下的近似计算（3 3）电压并联负反馈）电压并联负反馈则反馈系数为则反馈系数为闭环增益闭环增益闭环电压增益闭环电压增益利用利用虚短虚短和和虚断虚断可知可知7.4.1 深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈条件下的近似计算（4 4）电流串联负反馈）电流串联负反馈则反馈系数为则反馈系数为闭环增益闭环增益闭环电压增益闭环电压增益利用利用虚短虚短和和虚断虚断可知可知7.4.1 深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈条件下的近似计算（4 4）电流串联负反馈）电流串联负反馈闭环电压增益闭环电压增益利用利用虚短虚短和和虚断虚断可知可知另一种解法外另一种解法外例例求：求：(1)大环组态；大环组态；(2)二、三级局部组态；二、三级局部组态；闭环增益闭环增益闭环电压增益闭环电压增益在深度负反馈条件下，利用在深度负反馈条件下，利用虚短虚短和和虚断虚断可知可知解：解：(1)电压并联负反馈电压并联负反馈则反馈系数为则反馈系数为(3)深深度度负负反反馈馈下下大大环环的的闭闭环电压增益环电压增益。(2)T2 电流串联负反馈电流串联负反馈T3 电流串联负反馈电流串联负反馈T2和和T3级间电流串联正反馈级间电流串联正反馈(3)例例求：求：(1)大环组态；大环组态；(2)二、三级局部组态；二、三级局部组态；利用利用虚短虚短和和虚断虚断可知可知解：解：(3)深深度度负负反反馈馈下下大大环环的的闭闭环电压增益环电压增益。(3)则则所以所以另解：另解：例例求：求：(1)判断反馈组态；判断反馈组态；在在深深度度负负反反馈馈条条件件下下，利用利用虚短虚短和和虚断虚断可知可知解：解：(1)电压串联负反馈电压串联负反馈 (2)深深度度负负反反馈馈下下大大环环的闭环电压增益的闭环电压增益。(2)例例闭环电压增益闭环电压增益利用利用虚短虚短和和虚断虚断可知可知解：解：(1)电压串联负反馈电压串联负反馈则反馈系数为则反馈系数为 (2)深深度度负负反反馈馈下下大大环环的闭环电压增益的闭环电压增益。(2)end求：求：(1)判断反馈组态；判断反馈组态；7.5 负反馈放大电路的稳定问题负反馈放大电路的稳定问题 自激及稳定工作条件自激及稳定工作条件*7.5.2 频率补偿技术频率补偿技术7.5.1 自激及稳定工作条件自激及稳定工作条件1.自激振荡现象自激振荡现象 在在不不加加任任何何输输入入信信号号的的情情况况下下，放放大大电电路路仍仍会会产产生生一一定定频频率率的的信信号号输输出。出。2.产生原因产生原因 在在高高频频区区或或低低频频区区产产生生的的附附加加相相移移达达到到180，使使中中频频区区的的负负反反馈馈在在高高频频区区或或低低频频区区变变成成了了正正反反馈馈，当当满满足足了了一定的幅值条件时，便产生自激振荡。一定的幅值条件时，便产生自激振荡。7.5.1 自激及稳定工作条件自激及稳定工作条件3.自激振荡条件自激振荡条件自激振荡自激振荡反馈深度反馈深度即即又又得自激振荡条件得自激振荡条件幅值条件幅值条件相位条件相位条件（附加相移）（附加相移）闭环增益闭环增益7.5.1 自激及稳定工作条件自激及稳定工作条件4.稳定工作条件稳定工作条件破坏自激振荡条件破坏自激振荡条件或或或写为或写为其中其中 Gm幅值裕度幅值裕度，一般要求，一般要求Gm -10dB m相位裕度相位裕度，一般要求，一般要求 m 45 保保证证可可靠靠稳稳定定，留有余地。留有余地。R2交、直流负反馈交、直流负反馈电压并联负反馈电压并联负反馈作业作业7.1.1 7.4.4(a)作业作业7.1.1 7.4.4(b)Re1电流串联负反馈电流串联负反馈交、直流负反馈交、直流负反馈直流负反馈直流负反馈Rf1、Rf1电压并联负反馈电压并联负反馈作业作业7.1.1 7.4.4(c)交、直流负反馈交、直流负反馈Rf、Re2电流并联负反馈电流并联负反馈作业作业7.1.1 7.4.4(d)交、直流负反馈交、直流负反馈R1、R2电压串联负反馈电压串联负反馈作业作业7.1.1 7.4.4(e)交、直流负反馈交、直流负反馈A2、R3电压并联负反馈电压并联负反馈作业作业7.1.1 7.4.4(f)交、直流负反馈交、直流负反馈R6电流串联负反馈电流串联负反馈end作业作业7.3.10前前后后