CHAPTER7反馈放大电路.ppt

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1、7.1 反馈的基本概念与分类反馈的基本概念与分类7.3 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7.4 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7.5 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7.2 负反馈放大电路的四种组态负反馈放大电路的四种组态7.6 负反馈放大电路设计负反馈放大电路设计7.7 负反馈放大电路的频率响应负反馈放大电路的频率响应7.8 负反馈放大电路的稳定性负反馈放大电路的稳定性7.1 反馈的基本概念与分类反馈的基本概念与分类7.1.2 直流反馈与交流反馈直流反馈与交流反馈7.1.3 正反馈与负反馈正反馈与负反馈7.1.4 串联反馈

2、与并联反馈串联反馈与并联反馈7.1.1 什么是反馈什么是反馈7.1.5 电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈7.1.1 什么是反馈什么是反馈 将将电子子系系统输出出回回路路的的电量量（电压或或电流流），送回到送回到输入回路的入回路的过程。程。hfeibicvceIbvbehrevcehiehoe内部反馈内部反馈外部反馈外部反馈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）7.1.1 什么是反馈什么是反馈框框图反反馈通路通路信号反向信号反向传输的渠道的渠道开开环无反无反馈通路通路闭环有反有反馈通

3、路通路判断判断电路是否存在反路是否存在反馈通路通路7.1.1 什么是反馈什么是反馈反馈通路反馈通路（本级）（本级）反馈通路反馈通路（本级）（本级）反馈通路反馈通路（级间）（级间）7.1.2 直流反馈与交流反馈直流反馈与交流反馈 根根据据反反馈到到输入入端端的的信信号号是是交交流流，还是是直直流流，或同或同时存在，来存在，来进行判行判别。直流反直流反馈交、直流反交、直流反馈7.1.2 直流反馈与交流反馈直流反馈与交流反馈(a)直流通路直流通路 (b)交流通路交流通路7.1.3 正反馈与负反馈正反馈与负反馈正反正反馈：输入量不入量不变时，引入反，引入反馈后后输出量出量变大了。大了。负反反馈：输入量

4、不入量不变时，引入反，引入反馈后后输出量出量变小了。小了。从从输出端看出端看从从输入端看入端看正反正反馈：引入反：引入反馈后，使后，使净输入量入量变大了。大了。负反反馈：引入反：引入反馈后，使后，使净输入量入量变小了。小了。净输入量可以是入量可以是电压，也可以是，也可以是电流。流。7.1.3 正反馈与负反馈正反馈与负反馈判判别方法：方法：瞬瞬时极性法极性法。即在。即在电路中，从路中，从输入端开始，沿着入端开始，沿着信号流向，信号流向，标出某一出某一时刻有关刻有关节点点电压变化的斜率化的斜率（正斜率或（正斜率或负斜率，用斜率，用“+”“+”、“-”“-”号表示）。号表示）。净输入量减小净输入量减

5、小净输入量增大净输入量增大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减小净输入量减小级间负反反馈7.1.3 正反馈与负反馈正反馈与负反馈7.1.3 正反馈与负反馈正反馈与负反馈反馈通路反馈通路净输入量减小净输入量减小本本级负反反馈7.1.4 串联反馈与并联反馈串联反馈与并联反馈由反由反馈网网络在放大在放大电路路输入端的入端的连接方式判定接方式判定串串联串串联：输入以入以电压形式求和形式求和（KVLKVL）-vi i+vidid+vf f=0 即即 vidid=vi i-vf f并并联：输入以入以电流形式求和流形式求和（KCLKCL）ii i-iid

6、id-if f=0 即即iidid=ii i-if f并并联判断判断电路中的路中的级间交流反交流反馈是串是串联反反馈还是并是并联反反馈7.1.4 串联反馈与并联反馈串联反馈与并联反馈并并联反反馈级间反馈通路级间反馈通路xf(if)判断判断电路中的路中的级间交流反交流反馈是串是串联反反馈还是并是并联反反馈7.1.4 串联反馈与并联反馈串联反馈与并联反馈串串联反反馈级间反馈通路级间反馈通路xf(vf)7.1.5 电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈 电压反反馈与与电流反流反馈由反由反馈网网络在放大在放大电路路输出出端的取端的取样对象决定象决定电压反反馈：反：反馈信号信号xf和和输出出电压成比例，即

7、成比例，即xf=Fvo电流反流反馈：反：反馈信号信号xf与与输出出电流成比例，即流成比例，即xf=Fio 并并联结构构串串联结构构7.1.5 电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈电压负反反馈RL vo o xf xid vo 电压负反反馈稳定定输出出电压xf=Fvo，xid=xixf7.1.5 电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈电流流负反反馈RL io o xf xid io 电流流负反反馈稳定定输出出电流流xf=Fio，xid=xixf7.1.5 电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈判断方法：判断方法：负载短路法短路法 将将负载短路，反短路，反馈量仍然存在量仍然存在电流反流反馈。将将负载短

8、短路路（未未接接负载时输出出对地地短短路路），反反馈量量为零零电压反反馈。电压反反馈电流反流反馈反馈通路反馈通路反馈通路反馈通路7.1.5 电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈电压反反馈反馈通路反馈通路end7.2 负反馈放大电路的四种组态负反馈放大电路的四种组态7.2.2 电压并联负反馈放大电路电压并联负反馈放大电路7.2.3 电流串联负反馈放大电路电流串联负反馈放大电路7.2.4 电流并联负反馈放大电路电流并联负反馈放大电路7.2.1 电压串联负反馈放大电路电压串联负反馈放大电路 反馈组态判断举例（交流）反馈组态判断举例（交流）信号源对反馈效果的影响信号源对反馈效果的影响7.2.1 电压串

9、联负反馈放大电路电压串联负反馈放大电路v 输入以入以电压形式求和形式求和（KVLKVL）：vidid=vi i-vf f 稳定定输出出电压特点：特点：电压控制的控制的电压源源7.2.2 电压并联负反馈放大电路电压并联负反馈放大电路v 输入入以以电流流形形式式求求和和（KCLKCL）：iidid=ii i-if f 稳定定输出出电压 电流控制的流控制的电压源源特点：特点：7.2.3 电流串联负反馈放大电路电流串联负反馈放大电路v 输入以入以电压形式求和形式求和（KVLKVL）：vidid=vi i-vf f 稳定定输出出电流流 电压控制的控制的电流源流源特点：特点：7.2.4 电流并联负反馈放大

10、电路电流并联负反馈放大电路v 输入以入以电流形式求和流形式求和（KCLKCL）：iidid=ii i-if f 稳定定输出出电流流 电流控制的流控制的电流源流源特点：特点：电压负反反馈：稳定定输出出电压，具有恒，具有恒压特性特性串串联反反馈：输入端入端电压求和（求和（KVLKVL）电流流负反反馈：稳定定输出出电流，具有恒流特性流，具有恒流特性并并联反反馈：输入端入端电流求和（流求和（KCLKCL）特点小特点小结：反馈组态判断举例（交流）反馈组态判断举例（交流）(+)(-)(+)(+)级间电压串串联负反反馈(+)反馈组态判断举例（交流）反馈组态判断举例（交流）电压并并联负反反馈直流反直流反馈交、

11、直流反交、直流反馈反馈组态判断举例（交流）反馈组态判断举例（交流）(+)(+)(-)(+)(+)(+)电流串流串联负反反馈串串联负反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vI最最好好为恒恒压源源，即即信号源内阻信号源内阻RS越小越好。越小越好。要要想想反反馈效效果果明明显，就就要要求求vF变化化能能有有效效引引起起vID的的变化。化。信号源对反馈效果的影响信号源对反馈效果的影响并并联负反反馈iID=iI-iF 则iI最最好好为恒恒流流源源，即即信号源内阻信号源内阻RS越大越好。越大越好。要要想想反反馈效效果果明明显，就就要要求求iF变化化能能有有效效引引起起iI

12、D的的变化。化。end7.3 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.闭环增益的一般表达式闭环增益的一般表达式2.反馈深度讨论反馈深度讨论3.环路增益环路增益1.闭环增益的一般表达式闭环增益的一般表达式开开环增益增益反反馈系数系数闭环增益增益因因为所以所以已知已知闭环增益的一般表达式增益的一般表达式即即7.3 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负反反馈放大放大电路中各种信号量的含路中各种信号量的含义7.3 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2.反馈深度讨论反馈深度讨论一般一般负反反馈称称为反反馈深度深度深度深度负反反馈

13、正反正反馈自激振自激振荡 一般情况下，一般情况下，A和和F都是都是频率的函数，当考率的函数，当考虑信号信号频率的影率的影响响时，Af、A和和F分分别用用 、和和 表示。表示。即即end7.3 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7.4 负反馈对放大电负反馈对放大电路性能的影响路性能的影响7.4.2 减小非线性失真减小非线性失真7.4.3 抑制反馈环内噪声抑制反馈环内噪声7.4.4 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7.4.1 提高增益的稳定性提高增益的稳定性7.4.1 提高增益的稳定性提高增益的稳定性闭环时对A求求导得得只考只考虑幅幅值有有即即闭环增益

14、相增益相对变化量比开化量比开环减小了减小了1+AF另一方面另一方面,在深度在深度负反反馈条件下条件下 即即闭环增增益益只只取取决决于于反反馈网网络。当当反反馈网网络由由稳定定的的线性元件性元件组成成时，闭环增益将有很高的增益将有很高的稳定性。定性。负反反馈的的组态不同，不同，稳定的增益不同定的增益不同（Avf、Arf、Agf、Aif）7.4.2 减小非线性失真减小非线性失真闭环时增益减小，增益减小，线性度性度变好。好。只能减少只能减少环内放大内放大电路路产生的失真，如果生的失真，如果输入波形本身就入波形本身就是失真的，即使引入是失真的，即使引入负反反馈，也无，也无济于事。于事。1开开环特性特性

15、2闭环特性特性 7.4.3 抑制反馈环内噪声抑制反馈环内噪声比原有的信噪比提高了比原有的信噪比提高了 倍倍电压的信噪比的信噪比 增加一前置增加一前置级 并并认为该级为无噪声的无噪声的 新的信噪比新的信噪比 7.4.4 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 串串联负反反馈1.对输入入电阻的影响阻的影响开开环输入入电阻阻Ri i=vidid/ii i因因为vf f=Fxooxo o=Avidid闭环输入入电阻阻Rifif=vi i/ii i所以所以vi i=vidid+vf f=(1+=(1+AF)vidid闭环输入入电阻阻Rifif=vi i/ii i引入串引入串联负反反馈后，后

16、，输入入电阻增加了。阻增加了。7.4.4 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 并并联负反反馈1.对输入入电阻的影响阻的影响闭环输入入电阻阻引入并引入并联负反反馈后，后，输入入电阻减小了。阻减小了。注意注意:反反馈对输入入电阻的影响阻的影响仅限于限于环内，内，对环外不外不产生影响。生影响。例如例如图中中R1 1不在不在环内内但是但是当当R1 1 时，反，反馈对Rif几乎没有影响。几乎没有影响。7.4.4 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.对输出出电阻的影响阻的影响 电压负反反馈2.对输出出电阻的影响阻的影响闭环输出出电阻阻 电压负反反馈而而 Xid=-Xf

17、=-FvT 忽略反忽略反馈网网络对iT的分流的分流所以所以引入引入电压负反反馈后，后，输出出电阻减小了。阻减小了。7.4.4 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.对输出出电阻的影响阻的影响 电流流负反反馈闭环输出出电阻阻引入引入电流流负反反馈后，后，输出出电阻增大了。阻增大了。注意注意:反反馈对输出出电阻的影响阻的影响仅限于限于环内，内，对环外不外不产生影响。生影响。负反反馈对放大放大电路性能的改善，是以路性能的改善，是以牺牲增牲增益益为代价的，且代价的，且仅对环内的性能内的性能产生影响。生影响。串串联负反反馈并并联负反反馈电压负反反馈电流流负反反馈特特别注意表的内容注意表

18、的内容增大增大输入入电阻阻减小减小输入入电阻阻减小减小输出出电阻，阻，稳定定输出出电压增大增大输出出电阻，阻，稳定定输出出电流流7.4.4 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end7.5 深度负反馈条件下深度负反馈条件下的近似计算的近似计算1.深度负反馈的特点深度负反馈的特点2.举例举例1.深度负反馈的特点深度负反馈的特点即，深度即，深度负反反馈条件下，条件下，闭环增益只与反增益只与反馈网网络有关有关由于由于则又因又因为代入上式代入上式得得（也常写（也常写为 xff xi i）净输入量近似等于零入量近似等于零由此可得深度由此可得深度负反反馈条件下，基本放大条件下，基本放大电路

19、路“两虚两虚”的概念的概念输入量近似等于反入量近似等于反馈量量（xidid 0）1.深度负反馈的特点深度负反馈的特点串串联负反反馈，输入端入端电压求和求和深度深度负反反馈条件下条件下 xidid=xii-xff 0 虚短虚短虚断虚断虚短虚短虚断虚断并并联负反反馈，输入端入端电流求和流求和vidid=vii-vff 0iidid=iii-iff 0vidid=iididrii 02.举例举例 电压串串联负反反馈反反馈系数系数实际上上该电路就是第路就是第2 2章介章介绍的同相比例放大的同相比例放大电路，路，该结果与第果与第2 2章所得章所得结构相同构相同设电路路满足深度足深度负反反馈条件，条件，试

20、写出写出该电路的路的闭环电压增益表达式。增益表达式。解：解：根据根据虚短虚短、虚断虚断闭环增益增益（就是（就是闭环电压增益）增益）2.举例举例(例例7.5.1)电压串串联负反反馈设电路路满足深度足深度负反反馈条件，条件，试写出写出该电路的路的闭环电压增益表达式。增益表达式。解：解：根据根据虚短虚短、虚断虚断闭环电压增益增益2.举例举例(例例7.5.4)电流并流并联负反反馈设电路路满足深度足深度负反反馈条条件，件，试写出写出该电路的路的闭环增益增益和和闭环源源电压增益表达式。增益表达式。解：解：根据根据虚短虚短、虚断虚断闭环增益增益所以所以闭环电压增益增益注意：若注意：若io o参考方向不同，将

21、影响参考方向不同，将影响闭环增益的增益的结果果 又因又因为iR解解:（3 3）闭环增益增益例例7.5.5（3 3）求大）求大环反反馈的的闭环增益以及增益以及对信号源的信号源的闭环电压增益；增益；电压并并联负反反馈根据根据虚短虚短、虚断虚断0V0V2.举例举例end7.6 负反馈放大电路设计负反馈放大电路设计7.6.1 设计负反馈放大电路的一般步骤设计负反馈放大电路的一般步骤7.6.2 设计举例设计举例7.6.1 设计负反馈放大电路的一般步骤设计负反馈放大电路的一般步骤1.1.选定需要的反定需要的反馈类型型2.2.确定反确定反馈系数的大小系数的大小3.3.适当适当选择反反馈网网络中的中的电阻阻阻

22、阻值4.4.通通过仿真分析，仿真分析，检验设计是否是否满足要求足要求信号源性信号源性质对输出信号的要求出信号的要求对输入、入、输出出电阻的要求阻的要求对信号信号变换的要求（的要求（V-VV-V、V-IV-I、I-VI-V、I-II-I）深度深度负反反馈时尽量减小反尽量减小反馈网网络对基本放大基本放大电路的路的负载效效应7.6.2 设计举例设计举例例例7.6.2 设计一个一个带负反反馈的光的光电隔离器的隔离器的驱动电路。路。设vs的的变化范化范围为05V，内阻，内阻Rs=500。要求。要求LED的的io1=10-3vs(A)。已知运放的。已知运放的Avo=104，Ri=5k，Ro=100。设计后

23、仿真后仿真检验发光二极管的光二极管的电流。流。解解:驱动电路需要将路需要将电压vs s转换为电流流io1o1已知已知LED的光的光强度度流流过LED的的电流流io1o1线性性电压信号信号vs s线性性选用用电流串流串联负反反馈电路路光光电隔离器隔离器解解:选用用电流串流串联负反反馈电路路所以所以 Rf=1k又因又因为根据根据虚断虚断有有深度深度负反反馈时7.6.2 设计举例设计举例例例7.6.2 设计一个一个带负反反馈的光的光电隔离器的隔离器的驱动电路。路。设vs的的变化范化范围为05V，内阻，内阻Rs=500。要求。要求LED的的io1=10-3vs(A)。已知运放的。已知运放的Avo=10

24、4，Ri=5k，Ro=100。设计后仿真后仿真检验发光二极管的光二极管的电流。流。解解:仿真仿真电路路io1与与vs的呈的呈线性关系，性关系，io1=10-3vs，放大放大电路路满足足设计要求。要求。end7.6.2 设计举例设计举例例例7.6.2 设计一个一个带负反反馈的光的光电隔离器的隔离器的驱动电路。路。设vs的的变化范化范围为05V，内阻，内阻Rs=500。要求。要求LED的的io1=10-3vs(A)。已知运放的。已知运放的Avo=104，Ri=5k，Ro=100。设计后仿真后仿真检验发光二极管的光二极管的电流。流。7.7 负反馈放大电路的频率响应负反馈放大电路的频率响应7.7.2

25、增益一带宽积增益一带宽积7.7.1 频率响应的一般表达式频率响应的一般表达式7.7.1 频率响应的一般表达式频率响应的一般表达式基本放大基本放大电路的高路的高频响响应比开比开环时增加了增加了 为基基本本放放大大电路通路通带增益增益根据根据闭环增益表达式有增益表达式有（设反反馈网网络为纯阻网阻网络）通通带闭环增益增益其中其中同理可得同理可得闭环上限上限频率率比开比开环时减小了减小了闭环下限下限频率率引入引入负反反馈后，放大后，放大电路的通路的通频带展展宽了了7.7.1 频率响应的一般表达式频率响应的一般表达式例的波特例的波特图 7.7.2 增益一带宽积增益一带宽积放大放大电路的增益路的增益-带宽

26、积为常数常数 闭环增益增益-带宽积开开环增益增益-带宽积end7.8 负反馈放大电路的稳定性负反馈放大电路的稳定性*7.8.2 频率补偿频率补偿7.8.1 自激振荡及稳定工作的条件自激振荡及稳定工作的条件7.8.1 自激振荡及稳定工作的条件自激振荡及稳定工作的条件1.自激振荡现象自激振荡现象 在在不不加加任任何何输入入信信号号的的情情况况下下，放放大大电路路仍仍会会产生生一一定定频率率的的信信号号输出。出。2.产生原因产生原因 在在高高频区区或或低低频区区产生生的的附附加加相相移移达达到到180180，使使中中频区区的的负反反馈在在高高频区区或或低低频区区变成成了了正正反反馈，当当满足足了了一

27、定的幅一定的幅值条件条件时，便，便产生自激振生自激振荡。7.8.1 自激振荡及稳定工作的条件自激振荡及稳定工作的条件3.自激振荡条件自激振荡条件自激振自激振荡反反馈深度深度即即又又得自激振得自激振荡条件条件幅幅值条件条件相位条件相位条件（附加相移）（附加相移）注：注：输入端求和的相位（入端求和的相位（-1-1）不包含在内）不包含在内闭环增益增益7.8.1 自激振荡及稳定工作的条件自激振荡及稳定工作的条件4.稳定工作条件稳定工作条件破坏自激振破坏自激振荡条件条件或或当反当反馈网网络为纯电阻网阻网络时，f=0。其中其中 Gm幅幅值裕度裕度，一般要求，一般要求Gm -10dB m相位裕度相位裕度，一

28、般要求，一般要求 m 45（保保证可可靠靠稳定定，留有余地）留有余地）写成等式，且幅写成等式，且幅值用分用分贝数表示数表示时7.8.1 自激振荡及稳定工作的条件自激振荡及稳定工作的条件用波特用波特图表示表示或或Gm -10dB 或或 m 45 4.稳定工作条件稳定工作条件7.8.1 自激振荡及稳定工作的条件自激振荡及稳定工作的条件5.负反馈放大电路稳定性分析负反馈放大电路稳定性分析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

29、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7.8.1 自激振荡及稳定工作的条件自激振荡及稳定工作的条件(2)作作水平线水平线判断稳定性方法判断稳定性方法(1)作出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在水平线在水平线的交点作垂线交相频响应曲线的一点的交点作垂线交相频响应曲线的一点(3)判断是否满足相位裕度判断是否满足相位裕度 m 45 若该点若该点满足相位裕度，稳定；否则不稳定。满足相位裕度，稳定；否则不稳定。在相频响应的在相频响应的点处作垂线交点处作垂线交 于于P点点若若P点在点在 水平线之下，稳定；否则不稳定。水平线之下，稳定；否则不稳定。或或5.负反馈放大电路稳定性分析负反馈放大电路稳定性分析基本放大电基本放大电基本放大基本放大 反反馈馈深深度度越越深深，越容易自激。越容易自激。越大，水平线越大，水平线下移，越下移，越容易自激容易自激越大，表明越大，表明反馈深度越深反馈深度越深7.8.1 自激振荡及稳定工作的条件自激振荡及稳定工作的条件5.负反馈放大电路稳定性分析负反馈放大电路稳定性分析P点交在点交在 的的-20dB/十倍频程处，放大电路是稳定的。十倍频程处，放大电路是稳定的。*7.8.2 频率补偿频率补偿不作要求不作要求end