模拟电路--放大电路中的反馈.ppt

6.1 反馈的基本概念及判断方法反馈的基本概念及判断方法第六章第六章 放大电路中的反馈放大电路中的反馈6.2 负反馈放大电路的四种负反馈放大电路的四种基本基本反馈阻态反馈阻态6.3 6.3 负反馈放大电路的方框图及一般表达式负反馈放大电路的方框图及一般表达式6.4 6.4 深度负反馈放大电路放大倍数分析深度负反馈放大电路放大倍数分析6.5 6.5 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6.6 6.6 负反馈放大电路的稳定性负反馈放大电路的稳定性6.7 放大电路中其他形式的反馈放大电路中其他形式的反馈6.1.1 基本概念基本概念一一.反馈反馈 将将电电子子系系统统输输出出回回路路的的电电量量（电电压压或或电电流流），送送回到输入回路的过程。回到输入回路的过程。hfeibicvceIbvbehrevcehiehoe内部反馈内部反馈外部反馈外部反馈6.1 反馈的基本概念及判断方法反馈的基本概念及判断方法反馈通路反馈通路信号反向传输的渠道信号反向传输的渠道开环开环 无反馈通路无反馈通路闭环闭环 有反馈通路有反馈通路反馈通路反馈通路（反馈网络）（反馈网络）信号的正向传输信号的正向传输反馈概念方框图 所以有 图中：图中：是输入信号，是输入信号，是反馈信号，是反馈信号，称为净输入信号。称为净输入信号。在放大电路中信号的传输是从输入端到输出端，这个方向称为正向传输。反馈在放大电路中信号的传输是从输入端到输出端，这个方向称为正向传输。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电路无反馈也称开环开环，放大电路有反馈也称，放大电路有反馈也称闭环闭环。二二.正反馈与负反馈正反馈与负反馈正反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变大了。正反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变大了。负反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变小了。负反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变小了。另一角度另一角度正反馈：引入反馈后，使净输入量变大了。正反馈：引入反馈后，使净输入量变大了。负反馈：引入反馈后，使净输入量变小了。负反馈：引入反馈后，使净输入量变小了。判别方法：判别方法：瞬时极性法瞬时极性法。即在电路中，从输入端开始，沿着。即在电路中，从输入端开始，沿着 信号流向，标出某一时刻有关节点电压变化的斜率信号流向，标出某一时刻有关节点电压变化的斜率 （正斜率或负斜率，用（正斜率或负斜率，用“+”、“-”号表示）。号表示）。三、交流反馈与直流反馈三、交流反馈与直流反馈 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 存存在在将将输输出出信信号号引引回回输输入入电电路路的的回回路路，并并由由此此影影响响了了放放大器的净输入量。大器的净输入量。例例6.1.2 反馈的判断反馈的判断一、有无反馈的判断一、有无反馈的判断正反馈和负反馈的判断法之一：瞬时极性法正反馈和负反馈的判断法之一：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。二、反馈极性判断二、反馈极性判断负反馈加入反馈后，净输入信号|Xi|Xi|，输出幅度增加。反馈信号和输入信号加于输入回路反馈信号和输入信号加于输入回路两点两点时，瞬时极性时，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端和反反相相 输入端。输入端。正反馈和负反馈的判断法之二：正反馈和负反馈的判断法之二：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。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；瞬时极性法瞬时极性法例例(+)(+)(-)(-)(-)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 反馈存在于直流还是交流通路反馈存在于直流还是交流通路例例三、直流反馈与交流反馈的判断三、直流反馈与交流反馈的判断作业6.16.2.1 6.2.1 负反馈放大电路的分析要点负反馈放大电路的分析要点1、输入量和输出量之间稳定的比例关系、输入量和输出量之间稳定的比例关系2、反馈量是对输出量的取样、反馈量是对输出量的取样3、负反馈的作用是将引回的反馈量与输入量相减、负反馈的作用是将引回的反馈量与输入量相减由此可组成四种阻态：由此可组成四种阻态：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。6.2 负反馈放大电路的四负反馈放大电路的四种种基本基本反馈阻态反馈阻态四种阻态的判断方法四种阻态的判断方法并联：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。一、电压串联负反馈一、电压串联负反馈6.2.2 四种四种负负反馈阻态反馈阻态二、电流串联负反馈二、电流串联负反馈电流串联负反馈电流串联负反馈三、电压并联负反馈三、电压并联负反馈四、电流并联负反馈四、电流并联负反馈电流并联负反馈电流并联负反馈反反馈馈的的判判断断小小结结 对于运算放大器来说，反馈信号与输入信号同时加在同相输入端或反相输入端，则为并联反馈；一个加在同相输入端一个加在反相输入端则为串联反馈。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：稳定输出电压串联反馈：输入端电压求和（串联反馈：输入端电压求和（KVL）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）其他两种阻态有类似的结论其他两种阻态有类似的结论iI-iID-iF=0输入端有输入端有iID=iI-iF即即串联反馈串联反馈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。并联反馈并联反馈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。end反馈分析举例：反馈分析举例：RLuoRLuo电压反馈采样的两种形式：电压反馈采样的两种形式：一、电压反馈和电流反馈一、电压反馈和电流反馈电压反馈：电压反馈：反馈信号的大小与输出电压成比反馈信号的大小与输出电压成比 例的反馈称为电压反馈；例的反馈称为电压反馈；6.2.3 反馈阻态反馈阻态的的判断判断 将输出电压将输出电压短路短路，若反馈信号为零，若反馈信号为零，则为电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为则为电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为电流反馈。电流反馈。电压反馈与电流反馈的判断：电压反馈与电流反馈的判断：电流反馈：电流反馈：反馈信号的大小与输出电流成比反馈信号的大小与输出电流成比 例的反馈称为电流反馈。例的反馈称为电流反馈。电流反馈采样的两种形式：电流反馈采样的两种形式：RLioiERLioiERf 此时反馈信号与输入信号是电流相加减的关系。此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。对于三极管来说，反馈信号与输入信号同时加在输入三极管的基极或发射极，则为并联反馈；一个加在基极一个加在发射极则为串联反馈。二、串联反馈和并联反馈二、串联反馈和并联反馈反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的同反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的同一个电极，则为一个电极，则为并联反馈并联反馈；反之，加在放大电路输入回路的两个电极，则为反之，加在放大电路输入回路的两个电极，则为串联反馈串联反馈。解:根据瞬时极性法，见图中的红色“+”、“-”号，可知经电阻R1加在基极B1上的是直流并联负反馈。因反馈信号与输出电流成比例，故又为电流反馈。结论：是直流电流并联负反馈。图02 例题01图 经Rf 加在E1上是交流负反馈。反馈信号和输入信号加在T1两个输入电极，故为串联反馈。结论：交流电压串联负反馈。例题例题1:试判断图试判断图02所示电路的反馈组态。所示电路的反馈组态。解:根据瞬时极性法，见图中的红色“+”、“-”号，可知是负反馈。因反馈信号和输入信号加在运放A1的两个输入端，故为串联反馈。图03 例题02图 因反馈信号与输出电压成比例，故为电压反馈。结论：交直流串联电压负反馈。例题例题2:试判断图试判断图03所示电路的反馈组态。所示电路的反馈组态。作业6.46.3 负反馈放大电路的方框图及一般表达式反馈网络的反馈系数反馈网络的反馈系数放大电路的闭环放大倍数放大电路的闭环放大倍数:根据图根据图6.3.1可以推导出反馈放大电路的基本方程。放大电路的开环放大倍数可以推导出反馈放大电路的基本方程。放大电路的开环放大倍数式中：称为环路增益。以上几个量都采用了复数以上几个量都采用了复数表示，因为要考虑实际电表示，因为要考虑实际电路的相移。由于路的相移。由于6.3.1 负反馈放大电路的方框图表示法负反馈放大电路的方框图表示法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）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信号在反馈网络信号在反馈网络中的正向传输中的正向传输信号在基本放大电信号在基本放大电路中的反向传输路中的反向传输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单向化单向化6.3.2 四种组态电路的方框图四种组态电路的方框图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.电路形式电路形式6.3.3 负反馈放大电路的一般表达式负反馈放大电路的一般表达式开开环环增增益益（考考虑虑反反馈馈网网络络的的负载效应）负载效应）反馈系数反馈系数闭环增益闭环增益因为因为所以所以即即闭闭环环增增益益的的一般表达式一般表达式又因为又因为所以所以对信号源的增益对信号源的增益反馈深度的讨论反馈深度的讨论一般负反馈一般负反馈称为称为反馈深度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开环时反馈网络的负载效应开环时反馈网络的负载效应对输入口的影响对输入口的影响对输出口的影响对输出口的影响6.3.4 6.3.4 负反馈放大电路的基本放大电路负反馈放大电路的基本放大电路作业6.66.4.1 深度负反馈实质深度负反馈实质环路电压增益环路电压增益=环路增益环路增益 是指放大电路和反馈网络所形成环路的增益，当是指放大电路和反馈网络所形成环路的增益，当 1时时称为称为深度负反馈深度负反馈，与，与 1+1相当。于是闭环放大倍数相当。于是闭环放大倍数6.4 6.4 深度负反馈放大电路放大倍数分析深度负反馈放大电路放大倍数分析6.4.2 反馈网络的分析反馈网络的分析也就是说在深度负反馈条件下，闭环放大倍数近似等于反馈系数的倒数也就是说在深度负反馈条件下，闭环放大倍数近似等于反馈系数的倒数，与有源器件的参数基本无关。，与有源器件的参数基本无关。一般反馈网络是无源元件构成的，其稳定性优于有源器件，因此深度负反馈时的放大倍数比较稳定。一般反馈网络是无源元件构成的，其稳定性优于有源器件，因此深度负反馈时的放大倍数比较稳定。对图所示电路，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，故为串联负反馈。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，这将在下面分析。图6.4.3 串联电压负反馈一、一、电压串联负反馈电压串联负反馈6.4.3 放大倍数的分析放大倍数的分析 对图(b)，因输入信号和反馈信号加在运放的两个输入端，故为串联反馈，根据瞬时极性判断是负反馈，且为电压负反馈。结论是交直流串联电压负反馈。串联电压负反馈(b)集成运放放大电路 反馈系数：对于图02(a)：对于图02(b)：对于串联电压负反馈，在输对于串联电压负反馈，在输入端是输入电压和反馈电压入端是输入电压和反馈电压相减，所以相减，所以解:在求电压放大倍数表达式时，可以把A1和A2看成一个运算放大器，见图中棕色线框。因A1和A2 都是反相输入的，因此可确定输入信号和输出信号之间的极性。该电路相当同相比例运算电路，所以 例：求电压放大倍数。对图示电路，反馈电压从Re1上取出，根据瞬时极性和反馈电压接入方式，可判断为串联负反馈。因输出电压短路，反馈电压仍然存在，故为串联电流负反馈。二、电流串联负反馈于是 1/R，这里忽略了Rf的分流作用。电压增益为:电压并联负反馈三 电压并联负反馈电压并联负反馈的电路如图所示。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。即 具有电阻的量纲 具有电阻的量纲 具有电导的量纲而电压增益为:称为互阻增益，称为互导反馈系数,相乘无量纲。对于深度负反馈，互阻增益为电流并联负反馈(a)(b)电流并联负反馈的电路如图所示。对于图电流并联负反馈的电路如图所示。对于图(a)电路，反电路，反馈节点与输入点相同，所以是电流并联负反馈。对于图馈节点与输入点相同，所以是电流并联负反馈。对于图(b)电路，也为电流并联负反馈。电路，也为电流并联负反馈。四 电流并联负反馈电流放大倍数：电流反馈系数是 ，以图(b)为例显然，电流放大倍数基本上只与外电路的参数显然，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：有关，与运放内部参数无关。电压放大倍数为：求静态时运放的共模输入电压;若要实现串联电压反馈,Rf 应接向何处?要实现串联电压负反馈,运放的输入端极性如何确定？求引入电压串联负反馈后的闭环电压放大倍数。例：回答下列问题。Ic1=Ic2=Ic3/2解：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。解 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。解: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B2。所以要实现串联电压反馈,Rf应接向B2。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。所以电压增益为解: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。作业6.196.5 负反馈对放大电路性能的影响负反馈是改善放大电路性能的重要技术措施，负反馈是改善放大电路性能的重要技术措施，广泛应用于放大电路和反馈控制系统之中。广泛应用于放大电路和反馈控制系统之中。1 1 负反馈对增益的影响负反馈对增益的影响2 2 负反馈对输入电阻的影响负反馈对输入电阻的影响3 3 负反馈对输出电阻的影响负反馈对输出电阻的影响4 4 负反馈对通频带的影响负反馈对通频带的影响5 5 负反馈对非线性失真的影响负反馈对非线性失真的影响6 6 负反馈对噪声、干扰和温漂的影响负反馈对噪声、干扰和温漂的影响 在负反馈条件下增益的稳定性也得到了提高，这里增益应该在负反馈条件下增益的稳定性也得到了提高，这里增益应该与反馈组态相对应与反馈组态相对应有反馈时增益的稳定性比无反馈时提高了有反馈时增益的稳定性比无反馈时提高了(1+AF)倍。倍。6.5.1 6.5.1 稳定放大倍数稳定放大倍数根据负反馈基本方程，不论何种负反馈，都可使反馈放大倍数根据负反馈基本方程，不论何种负反馈，都可使反馈放大倍数下降下降 1+1+AFAF 倍，只不过倍，只不过不同的反馈组态不同的反馈组态A A、F F的量纲不同而已，的量纲不同而已，但但AFAF无量纲。无量纲。对电压串联负反馈对电压串联负反馈式中Ri=rid。负反馈对输入电阻的影响与反馈加入的方式有关负反馈对输入电阻的影响与反馈加入的方式有关，即与串联或并联反即与串联或并联反馈有关，而与电压或电流反馈无关馈有关，而与电压或电流反馈无关一、对输入电阻的影响对输入电阻的影响(1)(1)串联负反馈使输入电阻增加串联负反馈使输入电阻增加 串联负反馈输入端的电路结构形式如图所示。对串联电压负反馈和串联串联负反馈输入端的电路结构形式如图所示。对串联电压负反馈和串联电流负反馈效果电流负反馈效果相同相同。有反馈的输入电阻。有反馈的输入电阻6.5.2 6.5.2 改变输入电阻和输出电阻改变输入电阻和输出电阻 并联负反馈对 输入电阻的影响并联负反馈输入端的电路结构形式如图所示。对电压并联负反馈和电流并联负反馈效果相同，只要是并联负反馈就可使输入电阻减小。有反馈的输入电阻为(2)(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(1)(1)电压负反馈使输出电阻减小电压负反馈使输出电阻减小 电压负反馈对输出电阻的影响图09.12电压负反馈对输出电阻的影响 图09.12为求输出电阻的等效电路，将负载电阻开路，在输出端加入一个等效电压Vo，并将输入端接地。于是有式中 是负载开路时的电压放大倍数。此处用XS=0 是因为考虑到电压并联负反馈时，信号源内阻不能为零，否则反馈信号将被信号源旁路。XS=0，说明信号源内阻还存在。负载开路二、负反馈对输出电阻的影响电压负反馈可以使输出电阻减电压负反馈可以使输出电阻减小小，这与电压负反馈可以使输这与电压负反馈可以使输出电压稳定是相一致的。输出出电压稳定是相一致的。输出电阻小，带负载能力强，输出电阻小，带负载能力强，输出电压的降落就小，稳定性就好电压的降落就小，稳定性就好以串联电压负反馈为例，有以串联电压负反馈为例，有 电流负反馈对输出电阻的影响 式中式中Ais是负载短路时是负载短路时的开环增益，即将负载短的开环增益，即将负载短路，把电压源转换为电流路，把电压源转换为电流源，再求负载开路的增益源，再求负载开路的增益 这与电流负反馈可以使输出电流稳定是相一致的。输出电阻大，这与电流负反馈可以使输出电流稳定是相一致的。输出电阻大，负反馈放大电路接近电流源的特性，输出电流的稳定性就好。负反馈放大电路接近电流源的特性，输出电流的稳定性就好。例：为求输出电阻的等效电路。将负载电阻开路，在输出端加入一个等效的电压Vo，并令输入信号源为零，即VS=0。可得(2)电流负反馈使输出电阻增加 无反馈时的通频带无反馈时的通频带 f=f HfL f H 有反馈时的放大电路高频段的增益为有反馈时的放大电路高频段的增益为6.5.3 6.5.3 展宽频带展宽频带放大电路加入负反馈后，放大电路加入负反馈后，增益下降，但通频带却加宽了增益下降，但通频带却加宽了有反馈时的通频带有反馈时的通频带同理：同理：因加入负反馈放大电路的输出幅度下降，因加入负反馈放大电路的输出幅度下降，不好比对，因此必须要加大输入信号，使加入不好比对，因此必须要加大输入信号，使加入负反馈以后的输出幅度基本达到原来有失真时负反馈以后的输出幅度基本达到原来有失真时的输出幅度才有意义。的输出幅度才有意义。失真的反馈信号，会使净输入失真的反馈信号，会使净输入产生相反的失真，从而弥补了产生相反的失真，从而弥补了放大电路本身的非线性失真放大电路本身的非线性失真6.5.4 6.5.4 减小非线性失真减小非线性失真负反馈可以改善放大电路的非线性失真，负反馈可以改善放大电路的非线性失真，但是只能改善反馈环内产生的非线性失真。但是只能改善反馈环内产生的非线性失真。注意：注意：1、信号源要有足够的负载能力2、只能抑制电路内部非线性失真6.5.5 6.5.5 放大电路中引入反馈的一般原则放大电路中引入反馈的一般原则1、稳定动、静态交直流、稳定动、静态交直流2、信号源性质决定串并联、信号源性质决定串并联3、负载决定电压、电流反馈、负载决定电压、电流反馈4、根据输入输出量纲最终确定组态、根据输入输出量纲最终确定组态负反馈对噪声、干扰和温漂均有不同程度的影响负反馈对噪声、干扰和温漂均有不同程度的影响原理同负反馈对放大电路非线性失真的改善。原理同负反馈对放大电路非线性失真的改善。负负反馈只对反馈环内的噪声和干扰有抑制作用，且反馈只对反馈环内的噪声和干扰有抑制作用，且必须加大输入信号后才使抑制作用有效必须加大输入信号后才使抑制作用有效。12/29/2022作业6.11 负反馈可以改善放大电路的性能指标，但是负反馈引入不当，负反馈可以改善放大电路的性能指标，但是负反馈引入不当，会引起放大电路自激。为了使放大电路正常工作，必须要研究放大会引起放大电路自激。为了使放大电路正常工作，必须要研究放大电路产生自激的原因和消除自激的有效方法。电路产生自激的原因和消除自激的有效方法。6.6 6.6 负反馈放大电路的稳定性负反馈放大电路的稳定性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。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。6.6.1 6.6.1 自激振荡产生的原因和条件自激振荡产生的原因和条件一、一、自激振荡产生的原因自激振荡产生的原因将=0 改写为 图a是一个同相比例放大电路，其输入、反馈、净输入和输出信号的相位关系如图b所示。因运放输出与输入相移为0，若附加相移达到180，则可形成正反馈。图图b b 同相比例运算电路同相比例运算电路 矢量图矢量图图图a a 同相比例运算电路同相比例运算电路二、二、自激振荡的平衡条件自激振荡的平衡条件相位条件相位条件又可分解为 幅度条件幅度条件 AF=A+F=(2n+1)n=0,1,2,3起振条件：起振条件：AF是放大电路和反馈电路的总附加相移，如果在中频条件下，放大电路有180的相移。在其它频段电路中如果出现了附加相移AF，且AF达到180，使总的相移为360，负反馈变为正反馈。如果幅度条件满足要求，放大电路产生自激。在许多情况下反馈电路是由电阻构成的，所以F=0，AF=A+F=A。6.6.2 负反馈放大电路稳定性的定性分析负反馈放大电路稳定性的定性分析1、单管放大电路不可能自激振荡、单管放大电路不可能自激振荡 CE接法基本放大电路全频段微变等效电路2、双管放大电路不可能自激振荡、双管放大电路不可能自激振荡3、放大电路级数越多越容易产生自激振荡、放大电路级数越多越容易产生自激振荡4、自激振荡之取决于电路结构本身，不受输入信号约束。、自激振荡之取决于电路结构本身，不受输入信号约束。但可以被外信号激发。但可以被外信号激发。环路增益的幅频响应写为环路增益的幅频响应写为一般一般与频率无关，与频率无关，则则的幅频响应是一条水平线的幅频响应是一条水平线利用波特图分析利用波特图分析关键作出关键作出的幅频响应和相频响应波特图的幅频响应和相频响应波特图水平线水平线的交点为的交点为即该点满足即该点满足波特图的绘制波特图的绘制 有效地判断放大电路是否能自激的方法，是用波特图。第五章波特图有效地判断放大电路是否能自激的方法，是用波特图。第五章波特图的的Y Y 轴坐标是轴坐标是2020lglg A，单位是分贝单位是分贝，X 轴是对数坐标，单位是赫兹。轴是对数坐标，单位是赫兹。例：一个三极点直接耦合开环放大电路的频率特性方程式，波特图绘制例：一个三极点直接耦合开环放大电路的频率特性方程式，波特图绘制过程方法如下：过程方法如下：6.6.3 负反馈放大电路稳定性的判断负反馈放大电路稳定性的判断幅频特性幅频特性放大电路在高频段有三个放大电路在高频段有三个极点频极点频率率fp1=104、fp2=106和和fp3=107。分分子子105代表中频电压放大倍数代表中频电压放大倍数（100dB）。）。1、以、以20lg|105|=100dB 自自0Hz A点做点做线段至线段至fp1=104 B点点，注意注意该点为第一该点为第一个拐点个拐点 B。2、以、以100dB-（20db/10倍频）倍频）*f 自自fp1=104 B点做线段至点做线段至fp2=106 C点点，注意注意该点为第二个拐点该点为第二个拐点C。3、以、以100dB-（40db/10倍频）倍频）*f 自自fp1=106 C点做线段至点做线段至fp2=107 E点点，注意注意该点为第三个拐点该点为第三个拐点E。4、自、自0开始做开始做A至0.1 fp1=103 G点，自点，自G点以（点以（45/10倍频）到倍频）到R(C)点。点。、自、自R(C)开始以（开始以（9010倍频）做倍频）做A至 T(E)点。点。6、自、自T(E)开始以（开始以（13510倍频）做倍频）做A至-270 相频特性相频特性环路增益波特图的引入环路增益波特图的引入 由于负反馈的自激条件是 ，所以将以 20 为Y坐标的波特图改变为以20 为Y坐标的波特图，用于分析放大电路的自激更为方便。由于对于幅度条件 相当在以20 为Y坐标的波特图上减去 即可到以环路增益20 为Y坐标的 波特图了。如图19所示。在图10.04中，当F3=0.01时，MN线为20lg =0 dB。20lg =0 dB这条线与幅频特性的交点称为切割频率f0。此时 =1，A=180，幅度和相位条件都满足自激条件，所以20lg =0dB这条线是临界自激线。在临界自激线上，从S点向左达到对应R点的频率时，此时 A=135，距A=180有m=45的裕量，这个m称为相位裕度。一般在工程上为了保险起见，相位裕度m45。图19 环路增益波特图 仅仅留有相位裕度是不够的，也就是说，当A=180时，还应使 fc,Gmf0,Gm0dB (c)临界状态临界状态:fc=f0,Gm=0dB fc 20lg|AF|=0 处的频率处的频率fo AF=0 处的频率处的频率自激的判断自激的判断思考思考 如如果果 在在0dB线线以以上上只只有有一一个个转转折折频频率率，则则无无论论反反馈馈深深度如何，电路都能稳定工作，对吗？（假设度如何，电路都能稳定工作，对吗？（假设 为无源网络）为无源网络）最大为最大为 1，即，即0dB线线以以上上只只有有一一个个转转折折频频率率，则则在在0dB线线以上的以上的斜率为斜率为-20dB/十倍频程。十倍频程。找不到找不到f0 放大电路是稳定的。放大电路是稳定的。00-90-180放大电路自激的判断举例放大电路自激的判断举例 加入负反馈后，放大倍数降低，频带展宽，设反馈系数F1=10-4，闭环波特图与开环的波特图交P点，对应的附加相移A=90，不满足相位条件，不自激。进一步加大负反馈量，设反馈系数F2=10-3，闭环波特图与开环的波特图交P点，对应的附加相移A=135，不满足相位条件，不自激。此时A虽不是180，但反馈信号的矢量方向已经基本与输入信号相同，已进入正反馈的范畴，因此当信号频率接近106Hz时，即P点时，放大倍数就有所提高。再进一步加大反馈量，设反馈系数F3=10-2，闭环波特图与开环波特图交P点，对应的附加相移A=180。当放大电路的工作频率提高到对应P点处的频率时，满足自激的相位条件。此时放大电路有 40 dB 的 增 益，AF=10010-2=1，正好满足放大电路自激的幅度条件，放大电路产生自激。fcf0,Gm 0 dB。从A=180出发，得到的Gm 0 dB，即AF 1，不满足幅度条件。判断自激的条件归纳如下：fc 0 dB。从A=180出发，得到的Gm 0 dB，即AF 1，满足幅度条件。fc=f0,Gm=0 dB。从A=180出发，得到的Gm=0 dB，即AF=1。稳定状态：稳定状态：自激状态：自激状态：临界状态：临界状态：二、二、稳定裕度稳定裕度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。利用电容补偿消除自激振荡 加电容补偿，改变极点频率fp1的位置至102 Hz处，从新的相频特性曲线可知，在f 0处有45的相位裕量。因此负反馈放大电路稳定，可消除原来的自激。此时反馈系数F=0.1。由A=180可确定临界自激线，所以反馈量使闭环增益在60dB以下时均可产生自激。6.6.4 负反馈放大电路自激振荡的消除方法负反馈放大电路自激振荡的消除方法一、滞后补偿一、滞后补偿 利用电容补偿消除自激振荡利用电容补偿消除自激振荡作业6.206.7 放大电路中其他形式的反馈放大电路中其他形式的反馈6.7.1 6.7.1 放大电路中的正反馈放大电路中的正反馈一、电压电流转换电路一、电压电流转换电路关键是自己能列方程关键是自己能列方程二、自举电路二、自举电路1、引入、引入合适合适的正反馈的正反馈2、通过反馈使输入端动态电位升高的电路叫、通过反馈使输入端动态电位升高的电路叫自举电路自举电路6.7 放大电路中其他形式的反馈放大电路中其他形式的反馈6.7.2 6.7.2 电流反馈运算放大电路电流反馈运算放大电路