(模擬電子技術基礎教學課件)8.反饋放大電路022021/10/10星期日1一、反饋的基本概念1.什么是反饋

放大電路輸出量的一部分或全部通過一定的方式引回到輸入回路，影響輸入，稱為反饋。要研究哪些問題？怎樣引回是從輸出電壓還是輸出電流引出反饋多少怎樣引出

反饋放大電路可用方框圖表示。影響放大電路的輸入電壓還是輸入電流復習2021/10/10星期日22.正反饋和負反饋

從反饋的結果來判斷，凡反饋的結果使輸出量的變化減小的為負反饋，否則為正反饋；引入反饋后其變化是增大？還是減?。恳敕答伜笃渥兓窃龃?？還是減??？

或者，凡反饋的結果使凈輸入量減小的為負反饋，否則為正反饋。復習2021/10/10星期日33.直流反饋和交流反饋

直流通路中存在的反饋稱為直流反饋，交流通路中存在的反饋稱為交流反饋。引入交流負反饋引入直流負反饋復習2021/10/10星期日4二、交流負反饋的四種組態(tài)

將輸出電壓的一部分或全部引回到輸入回路來影響凈輸入量的為電壓反饋

將輸出電流的一部分或全部引回到輸入回路來影響凈輸入量的為電流反饋

描述放大電路和反饋網(wǎng)絡在輸出端的連接方式，即反饋網(wǎng)絡的取樣對象。1.電壓反饋和電流反饋復習2021/10/10星期日52.串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋

描述放大電路和反饋網(wǎng)絡在輸入端的連接方式，即輸入量、反饋量、凈輸入量的疊加關系。--串聯(lián)負反饋--并聯(lián)負反饋+_負反饋復習2021/10/10星期日63.四種反饋組態(tài)電壓串聯(lián)負反饋電流串聯(lián)負反饋電壓并聯(lián)負反饋電流并聯(lián)負反饋復習2021/10/10星期日7三、反饋的判斷

“找聯(lián)系”：找輸出回路與輸入回路的聯(lián)系，若有則有反饋，否則無反饋。將輸出電壓全部反饋回去無反饋1.有無反饋的判斷即在輸入回路又在輸出回路復習2021/10/10星期日82.直流反饋和交流反饋的判斷“看通路”，即看反饋是存在于直流通路還是交流通路。設以下電路中所有電容對交流信號均可視為短路。僅有直流反饋僅有交流反饋交、直流反饋共存僅有直流反饋復習2021/10/10星期日93.正、負反饋（反饋極性）的判斷“看反饋的結果”，即凈輸入量是被增大還是被減小。瞬時極性法：給定的瞬時極性，并以此為依據(jù)分析電路中各電流、電位的極性從而得到的極性；復習2021/10/10星期日103.正、負反饋的判斷反饋量是僅僅決定于輸出量的物理量。復習2021/10/10星期日11

在判斷集成運放構成的反饋放大電路的反饋極性時，凈輸入電壓指的是集成運放兩個輸入端的電位差，凈輸入電流指的是同相輸入端或反相輸入端的電流。反饋量反饋量僅決定于輸出量凈輸入電流減小，引入了負反饋凈輸入電流增大，引入了正反饋復習2021/10/10星期日124.電壓反饋和電流反饋的判斷電路引入了電壓負反饋

令輸出電壓為0，若反饋量隨之為0，則為電壓反饋；若反饋量依然存在，則為電流反饋。復習反饋量是僅僅決定于輸出量的物理量。2021/10/10星期日135.串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋的判斷

在輸入端，輸入量、反饋量和凈輸入量以電壓的方式疊加，為串聯(lián)反饋；以電流的方式疊加，為并聯(lián)反饋。引入了并聯(lián)反饋引入了串聯(lián)反饋復習2021/10/10星期日14分立元件放大電路中的凈輸入量和輸出電流在判斷分立元件反饋放大電路的反饋極性時，凈輸入電壓常指輸入級晶體管的b-e（e-b）間或場效應管g-s（s-g）間的電位差，凈輸入電流常指輸入級晶體管的基極電流（射極電流）或場效應管的柵極（源極）電流。在分立元件電流負反饋放大電路中，反饋量常取自于輸出級晶體管的集電極電流或發(fā)射極電流，而不是負載上的電流；此時稱輸出級晶體管的集電極電流或發(fā)射極電流為輸出電流，反饋的結果將穩(wěn)定該電流。復習2021/10/10星期日15“悟”出來了嗎？直流反饋交、直流反饋2021/10/10星期日16“悟”出來了嗎？(a)直流通路(b)交流通路2021/10/10星期日17“悟”出來了嗎？反饋組態(tài)判斷舉例（交流）(+)(-)(-)(-)級間電流并聯(lián)負反饋2021/10/10星期日18“悟”出來了嗎？(+)(+)(-)(-)電壓并聯(lián)負反饋反饋組態(tài)判斷舉例（交流）2021/10/10星期日19(+)(+)(-)(+)(+)(+)“悟”出來了嗎？直流反饋交、直流反饋電流串聯(lián)負反饋反饋組態(tài)判斷舉例（交流）2021/10/10星期日20(+)(+)(-)(+)(+)“悟”出來了嗎？電壓串聯(lián)負反饋反饋組態(tài)判斷舉例（交流）2021/10/10星期日218.3負反饋對放大電路性能的影響8.3.1提高增益的穩(wěn)定性8.3.2減小非線性失真8.3.3抑制反饋環(huán)內(nèi)噪聲8.3.4對輸入電阻和輸出電阻的影響8.3.5擴展頻帶2021/10/10星期日228.3.1提高增益的穩(wěn)定性閉環(huán)時對A求導得只考慮幅值有即閉環(huán)增益相對變化量比開環(huán)減小了1+AF另一方面,在深度負反饋條件下

即閉環(huán)增益只取決于反饋網(wǎng)絡。當反饋網(wǎng)絡由穩(wěn)定的線性元件組成時，閉環(huán)增益將有很高的穩(wěn)定性。負反饋的組態(tài)不同，穩(wěn)定的增益不同（Avf

、Arf

、Agf

、Aif）2021/10/10星期日238.3.2減小非線性失真閉環(huán)時增益減小，線性度變好。

只能減少環(huán)內(nèi)放大電路產(chǎn)生的失真，如果輸入波形本身就是失真的，即使引入負反饋，也無濟于事。2021/10/10星期日248.3.3抑制反饋環(huán)內(nèi)噪聲自學2021/10/10星期日258.3.4對輸入電阻和輸出電阻的影響

串聯(lián)負反饋1.對輸入電阻的影響開環(huán)輸入電阻Ri=vid/ii因為vf=F·xoxo=A·vid閉環(huán)輸入電阻Rif=vi/ii所以vi=vid+vf=(1+AF)vid閉環(huán)輸入電阻Rif=vi/ii引入串聯(lián)負反饋后，輸入電阻增加了。2021/10/10星期日268.3.4對輸入電阻和輸出電阻的影響

并聯(lián)負反饋閉環(huán)輸入電阻

引入并聯(lián)負反饋后，輸入電阻減小了。

注意:反饋對輸入電阻的影響僅限于環(huán)內(nèi)，對環(huán)外不產(chǎn)生影響。1.對輸入電阻的影響2021/10/10星期日278.3.4對輸入電阻和輸出電阻的影響例如圖中R1不在環(huán)內(nèi)但是當R1>>

時，反饋對Rif幾乎沒有影響。1.對輸入電阻的影響2021/10/10星期日288.3.4對輸入電阻和輸出電阻的影響

電壓負反饋2.對輸出電阻的影響2021/10/10星期日298.3.4對輸入電阻和輸出電阻的影響閉環(huán)輸出電阻而xid=-xf=-Fvt

忽略反饋網(wǎng)絡對it的分流所以

引入電壓負反饋后，輸出電阻減小了。

電壓負反饋2.對輸出電阻的影響2021/10/10星期日308.3.4對輸入電阻和輸出電阻的影響

電流負反饋閉環(huán)輸出電阻

引入電流負反饋后，輸出電阻增大了。注意:反饋對輸出電阻的影響僅限于環(huán)內(nèi)，對環(huán)外不產(chǎn)生影響。2.對輸出電阻的影響2021/10/10星期日318.3.4對輸入電阻和輸出電阻的影響

負反饋對放大電路性能的改善，是以犧牲增益為代價的，且僅對環(huán)內(nèi)的性能產(chǎn)生影響。串聯(lián)負反饋——

并聯(lián)負反饋——

電壓負反饋——

電流負反饋——

特別注意表8.3.1的內(nèi)容增大輸入電阻減小輸入電阻減小輸出電阻，穩(wěn)定輸出電壓增大輸出電阻，穩(wěn)定輸出電流2021/10/10星期日328.3.5擴展頻帶1.頻率響應的一般表達式基本放大電路的高頻響應

為基本放大電路通帶增益比開環(huán)時增加了根據(jù)閉環(huán)增益表達式有（設反饋網(wǎng)絡為純阻網(wǎng)絡）——閉環(huán)通帶增益其中同理可得——閉環(huán)上限頻率比開環(huán)時減小了——閉環(huán)下限頻率2021/10/10星期日338.3.5擴展頻帶2.引入負反饋后的頻帶引入負反饋后的幅頻特性fLfHfLffHf2021/10/10星期日348.3.5擴展頻帶放大電路的增益-帶寬積為常數(shù)閉環(huán)增益-帶寬積開環(huán)增益-帶寬積3.增益-帶寬積2021/10/10星期日35小結2021/10/10星期日368.4深度負反饋條件下的近似計算1.深度負反饋的特點即，深度負反饋條件下，閉環(huán)增益只與反饋網(wǎng)絡有關由于則又因為代入上式得（也常寫為xf

xi）凈輸入量近似等于零由此可得深度負反饋條件下，基本放大電路“兩虛”的概念輸入量近似等于反饋量（xid

0

）#

如何滿足深度負反饋條件？#既然深度負反饋條件下，閉環(huán)增益只與反饋網(wǎng)絡有關，那么是否意味著基本放大電路的增益A已經(jīng)無關緊要了？2021/10/10星期日378.4深度負反饋條件下的近似計算串聯(lián)負反饋，輸入端電壓求和深度負反饋條件下

xid=

xi-

xf

0

虛短虛斷虛短虛斷并聯(lián)負反饋，輸入端電流求和vid=

vi-

vf

0iid=

ii-

if

0vid=

iidri

01.深度負反饋的特點2021/10/10星期日388.4深度負反饋條件下的近似計算(1)找出信號放大通路和反饋通路(2)用瞬時極性法判斷正、負反饋(3)判斷交、直流反饋(4)判斷反饋組態(tài)(5)標出輸入量、輸出量及反饋量(6)估算深度負反饋條件下電路的F、Af、Avf。（常常利用虛短和虛斷直接列表達式求解）2.分析負反饋放大電路的一般步驟2021/10/10星期日398.4深度負反饋條件下的近似計算

電壓串聯(lián)負反饋反饋系數(shù)

實際上該電路就是第2章介紹的同相比例放大電路，此處結果與第2章所得結果相同

設電路滿足深度負反饋條件，試寫出該電路的閉環(huán)電壓增益表達式。解：根據(jù)虛短、虛斷閉環(huán)增益（就是閉環(huán)電壓增益）3.舉例2021/10/10星期日408.4深度負反饋條件下的近似計算

電壓串聯(lián)負反饋

設電路滿足深度負反饋條件，試寫出該電路的閉環(huán)電壓增益表達式。解：根據(jù)虛短、虛斷閉環(huán)電壓增益vivf3.舉例2021/10/10星期日41

電流并聯(lián)負反饋

設電路滿足深度負反饋條件，試寫出該電路的閉環(huán)增益和閉環(huán)電壓增益表達式。解：根據(jù)虛短、虛斷閉環(huán)增益所以閉環(huán)電壓增益iiiidifioiR又因為3.舉例8.4深度負反饋條件下的近似計算2021/10/10星期日428.5負反饋放大電路設計8.5.1設計負反饋放大電路的一般步驟8.5.2設計舉例2021/10/10星期日438.5.1設計負反饋放大電路的一般步驟1.選定需要的反饋類型2.確定反饋系數(shù)的大小3.適當選擇反饋網(wǎng)絡中的電阻阻值4.通過仿真分析，檢驗設計是否滿足要求信號源性質(zhì)對輸出信號的要求對輸入、輸出電阻的要求對信號變換的要求（V-V、V-I、I-V、I-I

）深度負反饋時盡量減小反饋網(wǎng)絡對基本放大電路的負載效應2021/10/10星期日448.5.2設計舉例例題

設計一個帶負反饋的光電隔離器的驅(qū)動電路。設vs的變化范圍為0～5V，內(nèi)阻Rs=500Ω。要求LED的io1=10-3vs(A)。已知運放的Avo=104，Ri=5kΩ，Ro=100Ω。設計后仿真檢驗發(fā)光二極管的電流。解:驅(qū)動電路需要將電壓vs轉(zhuǎn)換為電流io1已知LED的光強度——流過LED的電流io1線性——電壓信號vs線性選用電流串聯(lián)負反饋電路光電隔離器2021/10/10星期日45解:例題

設計一個驅(qū)動光電隔離器的放大電路。設vs的變化范圍為0～5V，內(nèi)阻Rs=500Ω。要求LED的io1=10-3vs(A)。已知運放的Avo=104，Ri=5kΩ，Ro=100Ω。設計后仿真檢驗發(fā)光二極管的電流。選用電流串聯(lián)負反饋電路所以Rf=1kΩ又因為根據(jù)虛斷有深度負反饋時2021/10/10星期日46例題

設計一個驅(qū)動光電隔離器的放大電路。設vs的變化范圍為0～5V，內(nèi)阻Rs=500Ω。要求LED的io1=10-3vs(A)。已知運放的Avo=104，Ri=5kΩ，Ro=100Ω。設計后仿真檢驗發(fā)光二極管的電流。解:仿真電路io1與vs的呈線性關系，

io1=10-3vs，放大電路滿足設計要求。2021/10/10星期日478.6負反饋放大電路的穩(wěn)定性8.6.1自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件8.6.2頻率補償2021/10/10星期日488.6.1自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件1.自激振蕩現(xiàn)象

在不加任何輸入信號的情況下，放大電路仍會產(chǎn)生一定頻率的信號輸出。2.產(chǎn)生原因

在高頻區(qū)或低頻區(qū)產(chǎn)生的附加相移達到180

，使中頻區(qū)的負反饋在高頻區(qū)或低頻區(qū)變成了正反饋，當滿足了一定的幅值條件時，便產(chǎn)生自激振蕩。低頻干擾或產(chǎn)生了輕微低頻振蕩高頻干擾或產(chǎn)生了輕微高頻振蕩實驗波形2021/10/10星期日498.6.1自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件3.自激振蕩條件自激振蕩反饋深度即又得自激振蕩條件幅值條件相位條件（附加相移）閉環(huán)增益注：負反饋放大電路是否自激振蕩實際上與輸入信號無關。

由于電路通電后輸出量有一個從小到大直至穩(wěn)幅的過程，起振條件為2021/10/10星期日508.6.1自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件4.穩(wěn)定工作條件破壞自激振蕩條件或

當反饋網(wǎng)絡為純電阻網(wǎng)絡時，

f=0

。其中Gm——幅值裕度，一般要求Gm

-10dB

m——相位裕度，一般要求

m45（保證可靠穩(wěn)定，留有余地）寫成等式，且幅值用分貝數(shù)表示時2021/10/10星期日518.6.1自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件用波特圖表示或Gm-10dB或

m454.穩(wěn)定工作條件2021/10/10星期日528.6.1自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件5.負反饋放大電路穩(wěn)定性分析環(huán)路增益的幅頻響應寫為一般與頻率無關，則的幅頻響應是一條水平線利用波特圖分析關鍵作出的幅頻響應和相頻響應波特圖水平線的交點為即該點滿足2021/10/10星期日538.6.1自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件(2)作水平線判斷穩(wěn)定性方法(1)作出的幅頻響應和相頻響應波特圖在水平線的交點作垂線交相頻響應曲線的一點(3)判斷兩線交點對應的相位是否滿足相位裕度（

m45）若該點滿足相位裕度，穩(wěn)定；否則不穩(wěn)定。在相頻響應的點處作垂線交于P點或若P點在水平線之下（），穩(wěn)定；否則不穩(wěn)定。5.負反饋放大電路穩(wěn)定性分析2021/10/10星期日548.6.1自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件反饋系數(shù)為F1時負反饋放大電路穩(wěn)定

m=90

45

5.負反饋放大電路穩(wěn)定性分析2021/10/10星期日558.6.1自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件反饋系數(shù)為F2時(F2>F1)不穩(wěn)定5.負反饋放大電路穩(wěn)定性分析

m=0

45

2021/10/10星期日568.6.1自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件越容易產(chǎn)生自激越大，反饋深度越深，越下移，水平線5.負反饋放大電路穩(wěn)定性分析2021/10/10星期日578.6.1自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件推論：P點交在的斜率為-20dB/十倍頻程處，放大電路是穩(wěn)定的。5.負反饋放大電路穩(wěn)定性分析2021/10/10星期日588.6.1自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件5.負反饋放大電路穩(wěn)定性分析（簡化法）已知環(huán)路增益的頻率特性來判斷閉環(huán)后電路的穩(wěn)定性。使環(huán)路增益下降到0dB的頻率，記作fc；使φA＋φF＝(2n＋1)π的頻率，記作f0。fcf0fcf02021/10/10星期日598.6.1自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件5.負反饋放大電路穩(wěn)定性分析（簡化法）fcf0滿足起振條件電路不穩(wěn)定電路穩(wěn)定

f0＜fc，電路不穩(wěn)定，會產(chǎn)生自激振蕩；f0＞

fc，電路穩(wěn)定，不會產(chǎn)生自激振蕩。fcf0Gm幅值裕度φm相位裕度電路穩(wěn)定不滿足起振條件當Gm≤－10dB且φm＞45o，才具有可靠的穩(wěn)定性。2021/10/10星期日60*8.6.2頻率補償（自學）741的頻率補償要求：741構成任何深度的電壓串聯(lián)負反饋時都能穩(wěn)定工作（反饋網(wǎng)絡為純電阻）反饋最深時：即是一條0分貝水平線與相交于增益衰減斜率的-20dB/十倍頻程處

若要滿足要求，則在0分貝水平線上的衰減斜率只能是-20dB/十倍頻程，從而可保證其它反饋深度條件下2021/10/10星期日61*8.6.2頻率補償（741的頻率補償）思路：

0分貝水平線上增益的衰減斜率只有-20dB/十倍頻程措施：加入密勒電容Cc2021/1