模擬電路 第06章 放大電路中的反饋

第六章

放大電路中的反饋6.1反饋的基本概念常采用反饋的來改善電路的性能。例如，采用直流負(fù)反饋穩(wěn)定靜態(tài)工作點。Rb1和Rb2分壓，使基極UB固定。T

ICQ(IEQ)UEQ=IEQReUBQ固定UBEQ=UBQ-UEQIBQICQ使ICQ基本不隨溫度變化，穩(wěn)定了靜態(tài)工作點。6.1.1反饋概念的建立放大電路中的反饋，是指將放大電路輸出電量(輸出電壓或輸出電流)的一部分或全部，通過一定的方式，反送回輸入回路中。UBEQ

UBQ-ICQRE將輸出電流ICQ(IEQ)反饋回輸入回路，改變UBEQ，使ICQ穩(wěn)定。由此可見，欲穩(wěn)定電路中的某個電量，應(yīng)采取措施將該電量反饋回輸入回路。6.1.2反饋的分類一、正反饋和負(fù)反饋反饋信號增強了外加輸入信號，使放大電路的放大倍數(shù)提高——正反饋反饋信號削弱了外加輸入信號，使放大電路的放大倍數(shù)降低——負(fù)反饋反饋極性的判斷方法：瞬時極性法。先假定某一瞬間輸入信號的極性，然后按信號的放大過程，逐級推出輸出信號的瞬時極性，最后根據(jù)反饋回輸入端的信號對原輸入信號的作用，判斷出反饋的極性。(a)正反饋(b)負(fù)反饋例：用瞬時極性法判斷電路中的反饋極性。--因為差模輸入電壓等于輸入電壓與反饋電壓之差，反饋增強了輸入電壓，所以為正反饋。-反饋信號削弱了輸入信號，因此為負(fù)反饋。二、直流反饋和交流反饋(a)直流負(fù)反饋(b)交流負(fù)反饋直流負(fù)反饋可穩(wěn)定靜態(tài)工作點，交流負(fù)反饋用以改善放大電路的性能。三、電壓反饋和電流反饋如果反饋信號取自輸出電壓，則為電壓反饋；電壓負(fù)反饋的反饋信號與輸出電壓成比例；反饋信號取自輸出電流，則為電流反饋，電流負(fù)反饋的反饋信號與輸出電流成比例。判斷方法：假設(shè)將輸出端交流短路，如果反饋信號消失，則為電壓反饋；否則為電流反饋。

例：四、串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋反饋信號與輸入信號在輸入回路中以電壓形式求和，為串聯(lián)反饋；如果二者以電流形式求和，為并聯(lián)反饋。例：所以為并聯(lián)反饋；所以為串聯(lián)聯(lián)反饋。6.2負(fù)反饋的四種組態(tài)和反饋的一般表達(dá)式一、電壓串聯(lián)負(fù)反饋

(a)電路圖反饋信號與輸出電壓成正比，集成運放的凈輸入電壓等于輸入電壓與反饋電壓之差，6.2.1

負(fù)反饋的四種組態(tài)(b)方框圖電壓放大倍數(shù)：反饋系數(shù)：因為：所以反饋系數(shù)：二、電壓并聯(lián)負(fù)反饋(a)電路圖反饋信號與輸出電壓成正比，凈輸入電流等于外加輸入電流與反饋電流之差

(b)方框圖放大倍數(shù)：——轉(zhuǎn)移電阻反饋系數(shù)：因為：所以反饋系數(shù)：三、電流串聯(lián)負(fù)反饋

(a)電路圖反饋信號與輸出電流成正比，凈輸入電壓等于外加輸入信號與反饋信號之差(b)方框圖——轉(zhuǎn)移電導(dǎo)反饋系數(shù)：因為：所以反饋系數(shù)：四、電流并聯(lián)負(fù)反饋(a)電路圖反饋信號與輸出電流成正比，凈輸入電流等于外加輸入信號與反饋信號之差：(b)方框圖電流放大倍數(shù)：反饋系數(shù)：因為：所以反饋系數(shù)：四種負(fù)反饋組態(tài)的電壓放大倍數(shù)、反饋系數(shù)之比較輸出信號反饋信號放大網(wǎng)絡(luò)的放大倍數(shù)反饋系數(shù)電壓串聯(lián)式電壓并聯(lián)式電流串聯(lián)式電流并聯(lián)式電壓放大倍數(shù)轉(zhuǎn)移電阻轉(zhuǎn)移電導(dǎo)電流放大倍數(shù)6.2.2反饋的一般表達(dá)式圖5.1.9反饋放大電路方框圖

分別為輸入信號、輸出信號和反饋信號；開環(huán)放大倍數(shù)無反饋時放大網(wǎng)絡(luò)的放大倍數(shù)；因為：所以：得：閉環(huán)放大倍數(shù)閉環(huán)放大倍數(shù)引入反饋后，放大電路對外加輸入信號的放大倍數(shù)。回路增益在反饋放大電路中，信號沿放大網(wǎng)絡(luò)和反饋網(wǎng)絡(luò)組成的環(huán)路傳遞一周后所得到的放大倍數(shù)。反饋深度引入反饋后，放大電路的放大倍數(shù)與無反饋時相比所變化的倍數(shù)。——負(fù)反饋；——正反饋。若——深度負(fù)反饋結(jié)論：深負(fù)反饋放大電路的放大倍數(shù)主要由反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù)決定，能保持穩(wěn)定。若則——自激振蕩6.3負(fù)反饋對放大電路性能的影響6.3.1提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性引入負(fù)反饋后，在輸入信號一定的情況下，當(dāng)電路參數(shù)變化、電源電壓波動或負(fù)載發(fā)生變化時，放大電路輸出信號的波動減小，即放大倍數(shù)的穩(wěn)定性提高。放大倍數(shù)穩(wěn)定性提高的程度與反饋深度有關(guān)。在中頻范圍內(nèi)，放大倍數(shù)的相對變化量：結(jié)論：引入負(fù)反饋后，放大倍數(shù)的穩(wěn)定性提高了

(1+AF)倍。

例：在電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路中，①估算反饋系數(shù)和反饋深度②估算放大電路的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)

③如果開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)A的相對變化量為±10%，此時閉環(huán)電壓放大倍數(shù)Af

的相對變化量等于多少？解：①反饋系數(shù)反饋深度②閉環(huán)放大倍數(shù)③Af的相對變化量結(jié)論：當(dāng)開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)變化10%時，電壓放大倍數(shù)的相對變化量只有0.0001%，而穩(wěn)定性提高了一萬倍。xf負(fù)反饋減小了波形失真加入負(fù)反饋無負(fù)反饋FxfAxixoxo大小略大略小略小略大xiA接近正弦波預(yù)失真+–6.3.2減小非線性失真和抑制干擾同樣道理，負(fù)反饋可抑制放大電路內(nèi)部噪聲。6.3.3展寬頻帶由于負(fù)反饋可以提高放大倍數(shù)和穩(wěn)定性，因而對于頻率不同而引起的放大倍數(shù)下降，也可以改善。設(shè)無反饋時放大電路在中、高頻段的放大倍數(shù)分別為，上限頻率為fＨ；引入反饋系數(shù)為的負(fù)反饋后，放大電路在中、高頻段的放大倍數(shù)分別為，上限頻率為fHf。所以：可見，引入負(fù)反饋后，放大電路的中頻放大倍數(shù)減小為無反饋時的1/；而上限頻率提高到無反饋時的倍。同理，可推導(dǎo)出引入負(fù)反饋后，放大電路的下限頻率降低為無反饋時的1/。

結(jié)論：引入負(fù)反饋后，放大電路的上限頻率提高，下限頻率降低，因而通頻帶展寬。3dB3dBfLfHBWfLffHfBWff6.3.4改變輸入電阻和輸出電阻不同類型的負(fù)反饋，對輸入電阻、輸出電阻的影響不同。一、負(fù)反饋對輸入電阻的影響1.串聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻增大得：結(jié)論：引入串聯(lián)負(fù)反饋后，輸入電阻增大為無反饋時的倍。2.并聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻減小得：結(jié)論：引入并聯(lián)負(fù)反饋后，輸入電阻減小為無負(fù)反饋時的1/。二、負(fù)反饋對輸出電阻的影響1.電壓負(fù)反饋使輸出電阻減小+-

+-RLRo～輸出電阻Ro越小，負(fù)載電阻RL變化時，輸出電壓越穩(wěn)定。加壓求流法求輸出電阻令（電壓源短路，電流源開路）負(fù)載開路，輸出端加交流電壓+-～求出輸出電流則對于電壓負(fù)反饋+-

+-Ro～～Ro為無反饋時輸出電阻，為空載放大倍數(shù)。理解：電壓負(fù)反饋目的是阻止

的變化，穩(wěn)定輸出電壓。2.電流負(fù)反饋使輸出電阻增大RoRL電路的輸出電阻Ro越大，則當(dāng)RL變化時輸出電流越穩(wěn)定。對于電流負(fù)反饋

+-Ro～如不考慮在反饋網(wǎng)絡(luò)輸入端的壓降，則理解：電流負(fù)反饋目的是阻止的變化，穩(wěn)定輸出電流。注意：電流負(fù)反饋只能將反饋環(huán)路內(nèi)的輸入電阻增大倍，而環(huán)路以外電阻則不受影響。RofR’ofRCRERof與R’of的區(qū)別RL如圖電路，總輸出電阻為小結(jié)：串聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻增大，并聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻減小；(2)電壓負(fù)反饋使輸出電阻減小，電流負(fù)反饋使輸入

電阻增大；(3)負(fù)反饋對輸入電阻和輸出電阻的影響，均與反饋

深度有關(guān)。6.4負(fù)反饋放大電路的分析計算簡單的負(fù)反饋放大電路，利用微變等效電路法進(jìn)行分析計算；對于深度負(fù)反饋放大電路，采用估算方法。

6.4.1利用關(guān)系式估算閉環(huán)電壓放大倍數(shù)對于電壓串聯(lián)負(fù)反饋，中的代表閉環(huán)電壓放大倍數(shù)，因而可直接估算出負(fù)反饋放大電路的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)。因而：該電路為電壓串聯(lián)負(fù)反饋在深度負(fù)反饋條件下6.4.2利用關(guān)系式估算閉環(huán)電壓放大倍數(shù)放大電路的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)：深度負(fù)反饋放大電路的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)：對于串聯(lián)負(fù)反饋：并聯(lián)負(fù)反饋：

結(jié)論：根據(jù)負(fù)反饋組態(tài)，選擇適當(dāng)?shù)墓?；再根?jù)放大電路的實際情況，列出關(guān)系式后，直接估算閉環(huán)電壓放大倍數(shù)。例：估算深負(fù)反饋運放的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)。解：該電路為電壓并聯(lián)負(fù)反饋，在深度負(fù)反饋條件下：則閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為：該電路為電流并聯(lián)負(fù)反饋，在深度負(fù)反饋條件下：故：閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為：該電路為電流串聯(lián)負(fù)反饋，在深度負(fù)反饋條件下：6.5負(fù)反饋放大電路的自激振蕩

對于多級放大電路，可能引起自激振蕩。6.5.1產(chǎn)生自激振蕩原因放大電路的閉環(huán)放大倍數(shù)為：在中頻段，在高、低頻段，放大倍數(shù)和反饋系數(shù)的模和相角都隨頻率變化，使。一、自激振蕩的幅度條件和相位條件當(dāng)時說明，此時放大電路沒有輸入信號，但仍有一定的輸出信號，因此產(chǎn)生了自激振蕩。所以，負(fù)反饋放大電路產(chǎn)生自激振蕩的條件是：即：幅度條件相位條件例：由單管阻容耦合共射放大電路的頻率響應(yīng)-270o0.707AumAumfLfHBWffφOO-90o-180ofLfH可見，在低、高頻段，放大電路分別產(chǎn)生了0~+90

和0~-90

的附加相移。兩級放大電路將產(chǎn)生0~180

附加相移；三級放大電路將產(chǎn)生0~270

的附加相移。對于多級放大電路，如果某個頻率的信號產(chǎn)生的附加相移為180o，而反饋網(wǎng)絡(luò)為純電阻，則：滿足自激振蕩的相位條件，如果同時滿足自激振蕩的幅度條件，放大電路將產(chǎn)生自激振蕩。

結(jié)論

單級：不會產(chǎn)生自激振蕩；兩級：當(dāng)頻率趨于無窮大或趨于零時，雖然滿足相位條件，但不滿足幅度條件，所以也不會產(chǎn)生自激振蕩；三級：在深度負(fù)反饋條件下，對于某個頻率的信號，相位條件和幅度條件同時滿足，可以產(chǎn)生自激振蕩。二、自激振蕩的判斷方法利用負(fù)反饋放大電路回路增益的波特圖，分析是否同時滿足幅度和相位條件。例：某負(fù)反饋放大電路的波特圖為：f/HZf/HZfofo60402000-90°-180°

AF

(a)產(chǎn)生自激由波特圖中的相頻特性可見，當(dāng)f=f0

時，相位移AF=-180o，滿足相位條件；結(jié)論：當(dāng)f=f0

時，電路同時滿足自激振蕩的相位條件和幅度條件，將產(chǎn)生自激振蕩。此頻率對應(yīng)的對數(shù)幅頻特性位于橫坐標(biāo)軸之上，即：結(jié)論：該負(fù)反饋放大電路不會產(chǎn)生自激振蕩，能夠穩(wěn)定工作。例：由負(fù)反饋放大電路的波特圖可見，當(dāng)

f=f0

，相位移

AF=-180o時f/HZf/HZf0f0604020OO-90°-180°

AFfcfc利用波特圖來判斷自激振蕩(b)不產(chǎn)生自激Gm三、負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定裕度1.幅度裕度Gmf/HZf/HZfofo604020OO-90°-180°

AFfcfc

Gm

值愈負(fù)，負(fù)反饋放大電路愈穩(wěn)定。一般要求Gm≤

-10dB。2.相位裕度

m當(dāng)f=fc

時，負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定

m值愈大，負(fù)反饋放大電路愈穩(wěn)定。一般要求m≥45