模拟电路课件：chapter7.ppt

1、17 反馈放大电路反馈放大电路本章的重点：本章的重点： 反馈的基本概念及反馈的判别方法反馈的基本概念及反馈的判别方法 负反馈放大电路的四种组态及增益的一般表达式负反馈放大电路的四种组态及增益的一般表达式 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 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 负反馈放大电路的稳定性负反馈放大电路的稳定性27.1 反馈的基本概念与分类反馈的基本概念与分类 将电子系统输出回路的电量（电压或电流），送回到输入回路的过程。hfeibicvceibvbehrevcehiehoevi=vbe+Reic vbe vi Reic= vi vf净输入量等于输入

2、量减反馈量净输入量等于输入量减反馈量ib (vbe hrevce)/ rbe反馈：反馈：内部反馈内部反馈外部反馈外部反馈37.1 反馈的基本概念与分类反馈的基本概念与分类vIvO+- -RLvIvO+- -RLR2R1反馈通路信号反向传输的渠道开环 无反馈通路闭环 有反馈通路反馈通路反馈通路（反馈网络）（反馈网络）信号的正向信号的正向传输传输注意：信号的单向传输和反馈网络的负载效应。47.1 反馈的基本概念与分类反馈的基本概念与分类图7.1.1 反馈放大电路的组成框图比较环节比较环节取样环节取样环节IDIFxxx#注意：输入、输出、反馈量可以是电压也可以是电流。注意：输入、输出、反馈量可以是电

3、压也可以是电流。输入关系：输入关系：电流差为并联反馈；电流差为并联反馈；电压差为串联反馈。电压差为串联反馈。反馈取样量为电压则是电压反馈；为电流则是电流反馈反馈取样量为电压则是电压反馈；为电流则是电流反馈57.1 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 根据反馈到输入端的信号是交流，还是直流，或同时存在，来进行判别。取决于反馈通路。例vIvO- -+C2C1R1R2(+)(+)(+)(+)(+)交、直流负反馈交、直流负反馈交流正反馈交流正反馈67.1 反馈的基本概念与分类反馈的基本概念与分类7.1.3 正反馈与负反馈正反馈与负反馈正反馈：输入量

4、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。另一角度（输入量）：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。判别方法：瞬时（变化）极性法。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（正斜率或负斜率，用“+”、“-”号表示）。依据输出量：7示例vIvO- -+RLR2R1(+)(+)(-)(-)(-)净输入量净输入量vIvO- -+RLR2R1(+)(+)(-)(-)净输入量净输入量负反馈正反馈vO- -+R4R5R3- -+vIR1R2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(+)

5、(+)(+)(+)(-)(-)净输入量净输入量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87.1 反馈的基本概念与分类反馈的基本概念与分类7.1.4 串联反馈与并联反馈串联反馈与并联反馈反馈信号在反馈信号在输入端的联接输入端的联接分分串联（电压比较）串联（电压比较）和和并联（电流比较）并联（电流比较）两种方式两种方式(a)串联反馈串联反馈 (b)并联反馈并联反馈fXiXfXiXfXiXfXiX97.1 反馈的基本概念与分类反馈的基本概念与分类7.1.5 电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈(a)电压反馈电压反馈 (b)电流反馈电流反馈判别方法：输出短路法。 电压反馈：将负载短路，反馈量

6、为零； 电流反馈：将负载短路，反馈量仍然存在。反馈信号在反馈信号在输出端取样输出端取样分为取分为取电压电压和取和取电流电流两种方式两种方式107.2 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fiidXXX117.2.1 电压串联负反馈放大电路电压串联负反馈放大电路电压

7、串联负反馈组成框图电压串联负反馈组成框图电路实例电路实例LR 反馈的调节过程：ovfv()idifvvvov /vfoFxx电压反馈系数：112fvovRFvRR电压负反馈：稳定输出电压电压负反馈：稳定输出电压压控电压源压控电压源127.2.2 电压并联负反馈放大电路电压并联负反馈放大电路电压并联负反馈组成框图电压并联负反馈组成框图电路实例电路实例LR 反馈的调节过程：ovfi()idifiiiov /1/fofgfofooivRFxxRvv 反馈系数：电压负反馈：稳定输出电压电压负反馈：稳定输出电压流控电压源流控电压源137.2.3 电流串联负反馈放大电路电流串联负反馈放大电路电流并联负反馈

8、组成框图电流并联负反馈组成框图电路实例电路实例反馈的调节过程：oi()fofvi Ridvoi LR fofrfoovi RFRii反馈系数：电流负反馈：稳定输出电流电流负反馈：稳定输出电流压控电流源压控电流源147.2.4 电流并联负反馈放大电路电流并联负反馈放大电路电流并联负反馈组成框图电流并联负反馈组成框图电路实例电路实例11frofiRFiRR反馈系数：电流负反馈：稳定输出电流电流负反馈：稳定输出电流流控电流源流控电流源157.3 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开环增益 Xf F Xo A + Xi Xid idoXXA ofXXF 反馈系数ioFXXA

9、闭环增益因为 idXiXfX 所以ioFXXA fidoXXX FXAXXooo/ 已知FAAA 1F即闭环增益的一般表达式1.表达式推导表达式推导|1|AF 反馈深度：AF 环路增益：167.3 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 Xf F Xo A + Xi Xid X 信号 在四种反馈组态中的具体形式电压串联电压并联电流串联电流并联idXiXfXoXidViVfVoVidIiIfIoIoVidViVfVoIidIiIfI1.表达式推导表达式推导FFA/foVV/foIV/foVI/foII1vvvAA F1iiiAAF1ggrAA F1rrgAA F177.3

10、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反馈深度的讨论反馈深度的讨论:一般负反馈称为反馈深度FA 1FAAA 1F时，时， 11 )1( FA， FAA 时，时， 11 )2( FA深度负反馈正反馈时，时， 11 )3( FA， FAA 自激振荡时，时， 01 )4( FA， F A187.4 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1. 提高增益的稳定性提高增益的稳定性闭环时FAAA 1F则2F)1(1AFdAdA 只考虑幅值有AFAA 1FAdAAFAdA 11FF即闭环增益相对变化量比开环减小了1+AF倍另一方面在深度负反馈条件下FA1F 即闭环增益只取决

11、于反馈网络。当反馈网络由稳定的线性元件组成时，闭环增益将有很高的稳定性。19注意：注意：1.负反馈不能保证输出量不变，只能使输出量趋于不变。只能减小由于A的变化引起的Af的变化，不能减小F的变化引起的Af的变化。2.不同类型的负反馈只能稳定相应类型的闭环增益。引入负反馈，降低了闭环增益，但换取了增益稳定度的提高。引入负反馈，降低了闭环增益，但换取了增益稳定度的提高。207.4 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2. 减少非线性失真减少非线性失真产生的原因：多级放大电路输出级的输入信号幅度过大，产生的原因：多级放大电路输出级的输入信号幅度过大，动态过程中，可能工作到传输特性的非

12、线性部分。动态过程中，可能工作到传输特性的非线性部分。注意：只能减小反馈环内的非线性失真，而不能减小输入信号本身注意：只能减小反馈环内的非线性失真，而不能减小输入信号本身的失真。的失真。217.4 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2. 减少非线性失真减少非线性失真Avivo加反馈前加反馈前加反馈后加反馈后vfvividAF+ 改善改善vovof227.4 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3. 对输入电阻和输出电阻的影响（反馈环内）对输入电阻和输出电阻的影响（反馈环内）(1) 串联负反馈使电路的输入电阻增加：iifRAFR)1 ( (2)并联负反馈使电路的

13、输入电阻减小：)1 (AFRRiif例如例如:射极输出器射极输出器理解：理解：串联负反馈相当于在输入回路中串联了一个电阻，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。故输入电阻增加。理解：理解：并联负反馈相当于在输入回路中并联了一条支路，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。故输入电阻减小。注：为了使反馈效果更好，注：为了使反馈效果更好，信号源内阻较小信号源内阻较小场合（信号源为场合（信号源为电压源电压源）使）使用用串联串联负反馈；负反馈；信号源内阻较大信号源内阻较大场合（信号源为场合（信号源为电流源电流源）使用）使用并联并联负反负反馈。馈。237.4 负

14、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4. 对输入电阻和输出电阻的影响（反馈环内）对输入电阻和输出电阻的影响（反馈环内）(3)电压负反馈使电路的输出电阻减小：(1)oofoRRA F例如例如:射极输出器射极输出器理解：理解：电压负反馈目的是阻止电压负反馈目的是阻止 vo的变化，稳定输出电压的变化，稳定输出电压。放大电路空载时可放大电路空载时可等效右图框中为电等效右图框中为电压源：压源：输出电阻越小，输出电压越稳定，反之亦然。输出电阻越小，输出电压越稳定，反之亦然。RovsovoRL247.4 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4. 对输入电阻和输出电阻的影响（反馈

15、环内）对输入电阻和输出电阻的影响（反馈环内）理解：理解：电流负反馈目的是阻止电流负反馈目的是阻止 io的变化，稳定的变化，稳定输出电流输出电流。放大电路空载时放大电路空载时可等效为右图框可等效为右图框中电流源：中电流源：输出电阻越大，输出电流越稳定，反之亦然。输出电阻越大，输出电流越稳定，反之亦然。(4)电流负反馈使电路的输出电阻增加：(1)ofsoRA F RRoisoioRL257.4 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小结：小结：l 要稳定直流量 引直流负反馈l 要稳定交流量 引交流负反馈l 要稳定输出电压 引电压负反馈l 要稳定输出电流 引电流负反馈l 要增大输入电阻

16、 引串联负反馈l 要减小输入电阻 引并联负反馈267.5 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即，深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈网络有关 11 FA由于FAAA 1F则FFAA1 又因为ioFXXA ofXXF ifXX 代入上式得输入量近似等于反馈量0fiid XXX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“两虚”的概念277.5 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串联负反馈，输入端电压求和。0fiid VVV0iidid rVI深度负反馈条件下虚短虚断0fiid III0iidid rIV虚短虚断并联负反馈，输入端电流求和。0fiid

17、XXXfIiIidIidV+-idIidV+-fIiIfViVidIidV+-fViVidIidV+-28例例电路如图所示，近似计算它的电压增益。ofRIVF eR ioGFVIA R1F e1R 闭环增益闭环电压增益ioVFVVA ooioIVVI )(cGFRA ecRR RcReRb1Rb2C1C2VCCvsRs+-+-vo解：忽略基极直流偏置电路后的交流通路如下图所示。电路为电流串联负反馈则反馈系数为efIV 在深度负反馈条件下，利用虚短和虚断可知0BE Vebec)1(RrR 29例例求：(1)大环组态；(2)二、三级局部组态；闭环增益闭环电压增益0BE V在深度负反馈条件下，利用虚

18、短和虚断可知解：(1)电压并联负反馈则反馈系数为(3)深度负反馈下大环的闭环电压增益 。(2) T2 电流串联负反馈T3 电流串联负反馈T2和T3级间电流串联正反馈(3)0b1 IofGVIF f1R ioRFIVA G1F fR soVFVVA siioVIIV sRF1RA sfRR 307.7 负反馈放大电路的频率响应负反馈放大电路的频率响应7.7.1 频率响应的一般表述式频率响应的一般表述式(1)HFHffAF上限频率扩展1+AF倍1LLFffAF下限频率降低1+AF倍BoAAFBF0(1)fHfLfHfBWfffBWAF317.7 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.

19、7.2 增益增益-带宽积带宽积HABWAf开环增益-带宽积：(1)1HfHHAAfAF fAFAf闭环增益-带宽积：结论： 放大电路的开环增益-带宽积和闭环电路的开环增益-带宽积相等。327.8 负反馈放大电路的稳定性负反馈放大电路的稳定性1. 自激振荡现象自激振荡现象Xo基本放大基本放大A电路电路XidXf+Xi反馈网络反馈网络F 在 不 加 任 何输入信号的情况下，放大电路仍会产生一定频率的信号输出。2. 产生原因产生原因 在高频区或低频区产生的附加相移达到180，使中频区的负反馈在高频区或低频区变成了正反馈，当满足了一定的幅值条件时，便产生自激振荡。FA和和337.8 负反馈放大电路的稳

20、定性负反馈放大电路的稳定性3. 自激振荡条件自激振荡条件自激振荡反馈深度时，时， 01 FA即1 FA为为环环路路增增益益）（ FAVf反馈网络反馈网络F基本放大电路基本放大电路AVo1Vid又)()()()(fa FAFA得自激振荡条件1)()(kk FA 180)12()()(kfkan 幅值条件相位条件（附加相移）FAAA 1F闭环增益347.8 负反馈放大电路的稳定性负反馈放大电路的稳定性4. 稳定工作条件稳定工作条件破坏自激振荡条件1 FA 180fa 1 FA 180fa 或1m GFA 180fa 1 FA 180mfa 或写为其中 Gm幅值裕度，一般要求Gm -10dBm相位裕

21、度，一般要求m 45保证可靠稳定，留有余地。357.8 负反馈放大电路的稳定性负反馈放大电路的稳定性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FAFA1lg20lg20lg20 环路增益的幅频响应写为一般与频率无关，F则F1lg20的幅频响应是一条水平线利用波特图分析关键作出A的幅频响应和相频响应波特图F1lg20水平线Alg20 与与的交点为F1lg20Alg20 1 FA即该点满足367.8 负反馈放大电路的稳定性负反馈放大电路的稳定性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(2) 作F1lg20水平线判断稳定性方法判断稳定性方法(1) 作出A的幅频响应和相频响应

22、波特图(3) 判断是否满足相位裕度m 45若该点 135 a 满足相位裕度，稳定；否则不稳定。在相频响应的点处作垂线交 于P点 135 a Alg20 若P点在 水平线之下，稳定；否则不稳定。F1lg20或F1lg20在水平线Alg20 与与垂线交相频响应曲线的一点的交点作377.8 负反馈放大电路的稳定性负反馈放大电路的稳定性基本放大电基本放大电 1点点 FA基本放大基本放大增大增大 F 反馈深度越深，越容易自激。F越大，水平线下移，越F1lg20容易自激F越大，表明反馈深度越深P点交在 的-20dB/十倍频程处，放大电路是稳定的。Alg20 38作业作业7.1.1 7.1.27.2.1 7.2.3 7.2.47.3.1 7.3.27.4.1 7.4.57.5.27.6.27.7.27.8.1