第六章放大電路中的負(fù)反饋6.1反饋的基本概念及判斷方法6.2負(fù)反饋放大電路的四種基本組態(tài)6.3負(fù)反饋放大電路的方塊圖及一般表達(dá)式6.4深度負(fù)反饋放大電路放大倍數(shù)的分析6.5負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響6.6負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定性6.7放大電路中其它形式的反饋4/25/202416.1反饋的基本概念及判斷方法6.1.1反饋的基本概念從一個(gè)例子說(shuō)起——穩(wěn)定工作點(diǎn)電路Rb1+VCCRCC1C2Rb2CeReRLuiuoI1I2IBICIETUBEICICIEUEIB由輸入特性曲線

把電路的輸出量經(jīng)一定電路(反饋網(wǎng)絡(luò))，送回到輸入回路，并對(duì)輸入、輸出造成影響。1.反饋

Feedback

4/25/202422.反饋存在的識(shí)別反饋放大電路框圖看輸入回路與輸出回路之間有沒(méi)有相連的元件(反饋元件)例3.本級(jí)反饋與級(jí)間反饋本級(jí)反饋——反饋只存在于某一級(jí)放大器中級(jí)間反饋——反饋存在于兩級(jí)以上的放大器中Re、R3R4/25/202433.開(kāi)環(huán)與閉環(huán)開(kāi)環(huán)——無(wú)級(jí)間反饋閉環(huán)——有級(jí)間反饋二.正、負(fù)反饋1.正反饋(positivefeedback)反饋信號(hào)增加了凈輸入信號(hào)

輸出比沒(méi)有反饋時(shí)大2.負(fù)反饋(negativefeedback)反饋信號(hào)減少了凈輸入信號(hào)

輸出比沒(méi)有反饋時(shí)小*

負(fù)反饋：用于放大電路，減小了Au、提高了電路性能。

正反饋：使放大電路不穩(wěn)定，多用于振蕩等電路。4/25/202443.正、負(fù)反饋的判斷瞬時(shí)極性法：

①.規(guī)定該時(shí)刻的輸入信號(hào)極性(+/-)；②.逐級(jí)判斷電路相關(guān)點(diǎn)信號(hào)的極性(+/-)

；③.確定反饋信號(hào)的極性(+/-)

；④.判斷凈輸入是增加還是減少。例

負(fù)反饋

一一一負(fù)反饋4/25/20245例?有反饋嗎

一一正反饋

一

R1、R4：級(jí)間、負(fù)反饋（反饋信號(hào)與輸入信號(hào)作用相反）R3：本級(jí)、負(fù)反饋4/25/20246三.交流、直流反饋直流反饋——若電路將直流量反饋到輸入回路，則稱

直流反饋。電路中引入直流反饋的目的，一般是為了穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)Q。交流反饋——若電路將交流量反饋到輸入回路，則稱

交流反饋。交流反饋，影響電路的交流工作性能。有些反饋既是交流反饋，也是直流反饋。例R1、R2：直流負(fù)反饋R1、R2：交流負(fù)反饋R1、R2：交直流負(fù)反饋4/25/202476.2負(fù)反饋放大電路的四種基本組態(tài)一.四種組態(tài)及判斷方法負(fù)反饋放大電路——有交流負(fù)反饋的放大電路。反饋網(wǎng)絡(luò)±疊加反饋信號(hào)基本放大器輸出輸入取樣凈輸入信號(hào)只有一條反饋通路的負(fù)反饋放大電路，可以看成如圖所示的2個(gè)雙端口網(wǎng)絡(luò)?；痉糯笃髦挥姓騻鬏斦J(rèn)為：反饋網(wǎng)絡(luò)只有反向傳輸1.采樣反饋信號(hào)可以從輸出電壓/電流進(jìn)行采樣。2.疊加輸入信號(hào)和反饋信號(hào)的疊加可以是電壓/電流疊加。4/25/202483.四種組合－組態(tài)電壓串聯(lián)負(fù)反饋series-shunt電壓并聯(lián)負(fù)反饋

shunt-shunt電流串聯(lián)負(fù)反饋

series-series電流并聯(lián)負(fù)反饋

shunt-series采樣

疊加

輸入-輸出四種組態(tài)4.

組態(tài)的判別方法電壓/電流反饋：RL短接（uO＝0）

反饋消失，是電壓反饋

反饋存在，是電流反饋串聯(lián)/并聯(lián)反饋：輸入與反饋信號(hào)連接點(diǎn)

同一點(diǎn)，是并聯(lián)反饋

不同點(diǎn)，是串聯(lián)反饋反饋網(wǎng)絡(luò)±疊加反饋信號(hào)基本放大器輸出輸入取樣凈輸入信號(hào)4/25/20249例電壓串聯(lián)電流串聯(lián)電流并聯(lián)電流串聯(lián)電壓并聯(lián)電壓并聯(lián)4/25/2024106.3負(fù)反饋放大電路的方塊圖及一般表示6.3.1負(fù)反饋放大電路的方塊圖表示凈輸入：開(kāi)環(huán)增益：基本放大器增益反饋系數(shù)：閉環(huán)增益：負(fù)反饋電路增益環(huán)路增益：基本放大電路反饋網(wǎng)絡(luò)4/25/2024116.3.2四種組態(tài)電路的方塊圖1.電壓串聯(lián)負(fù)反饋2.電壓并聯(lián)負(fù)反饋4/25/2024123.電流串聯(lián)負(fù)反饋4.電流并聯(lián)負(fù)反饋4/25/202413表6.3.1四種組態(tài)負(fù)反饋放大電路的比較輸出信號(hào)反饋信號(hào)開(kāi)環(huán)電路的放大倍數(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)4/25/2024146.3.3負(fù)反饋放大電路的一般表達(dá)式一般表達(dá)式：中頻時(shí)：（為實(shí)數(shù)）反饋深度：表示反饋的強(qiáng)弱討論1負(fù)反饋正反饋無(wú)反饋4/25/202415討論1自激振蕩深反饋由于X表示電壓或電流，根據(jù)負(fù)反饋組態(tài)有討論2電壓串聯(lián)電壓并聯(lián)電流串聯(lián)電流并聯(lián)!!不同組態(tài)的電路，要采用不同形式的表達(dá)式!!4/25/2024166.4深度負(fù)反饋放大電路放大倍數(shù)的分析6.4.1深度負(fù)反饋的實(shí)質(zhì)

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(duì)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(shí)際情況，列出關(guān)系式后，直接估算閉環(huán)電壓放大倍數(shù)。4/25/2024176.4.2反饋網(wǎng)絡(luò)的分析一.F的計(jì)算

根據(jù)定義，Xf是由Xo經(jīng)反饋網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的，而且也假定反饋網(wǎng)絡(luò)只有反向傳輸。因此計(jì)算F時(shí)，要去除Xi和基本放大電路的影響。串聯(lián)反饋：并聯(lián)反饋：4/25/2024181.電壓串聯(lián)負(fù)反饋2.電壓并聯(lián)負(fù)反饋4/25/2024193.電流串聯(lián)負(fù)反饋4.電流并聯(lián)負(fù)反饋4/25/2024206.4.3放大倍數(shù)的分析一、電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大倍數(shù)則為電壓放大倍數(shù)二、電流串聯(lián)負(fù)反饋放大倍數(shù)為轉(zhuǎn)移電導(dǎo)電壓放大倍數(shù)4/25/202421三、電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大倍數(shù)為轉(zhuǎn)移電阻源電壓放大倍數(shù)對(duì)于并聯(lián)負(fù)反饋電路，信號(hào)源內(nèi)阻是必不可少的。4/25/202422四、電流并聯(lián)負(fù)反饋放大倍數(shù)為電流放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)小結(jié)：（1）正確判斷反饋組態(tài)；（2）求解反饋系數(shù)；（3）利用F求解4/25/202423復(fù)習(xí)：1.正、負(fù)反饋的判斷(瞬時(shí)極性法)對(duì)分立元件而言，C與B極性相反，E與B極性相同。對(duì)集成運(yùn)放而言，uO與uN極性相反，uO與uP極性相同。以電壓求和或以電流求和判斷凈輸入信號(hào)是增加或減小。2.交、直流負(fù)反饋的判斷直流負(fù)反饋：反饋量只含有直流量。交流負(fù)反饋：反饋量只含有交流量。4/25/2024243.四種負(fù)反饋組態(tài)的判斷并聯(lián)：反饋量輸入量接于同一輸入端。接于不同的輸入端。串聯(lián)：反饋量輸入量電流：將負(fù)載短路，反饋量仍然存在。電壓：將負(fù)載短路，反饋量為零。4/25/2024255、深度負(fù)反饋放大電路電壓放大倍數(shù)的計(jì)算（1）正確判斷反饋組態(tài)；（2）求解反饋系數(shù)；（3）利用F求解4、負(fù)反饋的幾個(gè)概念若——深度負(fù)反饋4/25/202426[例6.4.1]

如圖6.2.8，已知R1＝10KΩ，R2＝100KΩ，R3＝2KΩ，RL＝5KΩ。求解在深度負(fù)反饋條件下的AUf.

解：反饋通路：

T、R3、R2與R1電路引入電流串聯(lián)負(fù)反饋4/25/202427[例6.4.2]在圖6.2.9所示電路中，已知R2＝10KΩ，R4＝100KΩ，求解在深度負(fù)反饋條件下的AUF反饋通路：T3

、R4與R2電路引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋電壓放大倍數(shù)4/25/202428[例6.4.3a]估算深負(fù)反饋運(yùn)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：4/25/202429該電路為電壓串聯(lián)負(fù)反饋在深度負(fù)反饋條件下[例6.4.3b]：4/25/202430該電路為電流并聯(lián)負(fù)反饋，在深度負(fù)反饋條件下：故：[例6.4.4]4/25/2024313.例題例1電壓串聯(lián)例2電壓串聯(lián)4/25/202432例3電壓并聯(lián)例4電壓并聯(lián)4/25/202433例5電流串聯(lián)4/25/202434例6電流并聯(lián)4/25/2024354/25/202436

放大器

引入負(fù)反饋

降低了放大倍數(shù)

使放大器的性能得以改善

提高增益的穩(wěn)定性減少非線性失真擴(kuò)展頻帶改變輸入電阻和輸出電阻6.5負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響4/25/2024376.5.1

提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性閉環(huán)時(shí)則只考慮幅值有即閉環(huán)增益相對(duì)變化量比開(kāi)環(huán)減小了1+AF在深度負(fù)反饋條件下:即閉環(huán)增益只取決于反饋網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)反饋網(wǎng)絡(luò)由穩(wěn)定的線性元件組成時(shí)，閉環(huán)增益將有很高的穩(wěn)定性。4/25/2024386.5.2改變輸入電阻和輸出電阻(1)串聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻增加即輸入阻抗增加了1+AF倍如果電路有偏置電阻Rb呢？一、

對(duì)輸入電阻的影響4/25/202439(2)并聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻減少即輸入阻抗縮小了1+AF4/25/202440二、

對(duì)輸出電阻的影響(1)電壓負(fù)反饋使輸出電阻減小即輸出阻抗縮小了1+AF用短路加壓法：Xi＝0當(dāng)反饋采樣對(duì)Io的影響可以忽略時(shí)：4/25/202441(2)電流負(fù)反饋使輸出電阻增加即輸出阻抗增大了1+AF倍用短路加壓法：Xi＝0當(dāng)反饋采樣對(duì)Io的影響可以忽略時(shí)：因?yàn)镮o與輸出電流反向4/25/2024426.5.3負(fù)反饋使頻帶展寬(1)高頻段(一階、單拐點(diǎn)，電阻反饋)基本放大電路的中頻增益為Am，則高頻增益Ah為(見(jiàn)第五章)：即上限頻率增大了1+AF倍4/25/202443(2)低頻段(一階、單拐點(diǎn)，電阻反饋)基本放大電路的中頻增益為Am，則低頻增益Al為(見(jiàn)第五章)：即下限頻率縮小了1+AF所以：fBWf

=fHf

–fLf

~fHf，放大了1+AF倍4/25/2024446.5.4負(fù)反饋改善非線性失真(1)定性分析Auiufuiuou’加反饋前加反饋后AF+–

失真改善uouo4/25/202445(2)定量分析理想負(fù)反饋放大電路AF+–

非線性失真放大電路A非線性失真用非線性元件描述輸出：輸出：非線性失真放大電路（帶負(fù)反饋）F+–

A輸出：4/25/202446用理想負(fù)反饋電路近似替代與無(wú)反饋電路比較：當(dāng)非失真量一樣時(shí)：一樣非線性失真縮小了1+AF4/25/2024476.5.5如何引入負(fù)反饋1.穩(wěn)定工作點(diǎn)：直流負(fù)反饋2.改善動(dòng)態(tài)特性：交流負(fù)反饋3.減小RO：電壓負(fù)反饋

穩(wěn)定UO4.增大RO：電流負(fù)反饋

穩(wěn)定IO5.增大Ri：串聯(lián)負(fù)反饋

適合小RS信號(hào)源－電壓源6.減小Ri：并聯(lián)負(fù)反饋

適合大RS信號(hào)源－電流源7.u

i：電流串聯(lián)負(fù)反饋8.i

u：電壓并聯(lián)負(fù)反饋9.i

i：電流并聯(lián)負(fù)反饋10.u

u：電壓串聯(lián)負(fù)反饋4/25/202448三.方框圖法只有一條反饋通路的負(fù)反饋放大電路，可以看成是2個(gè)雙端口網(wǎng)絡(luò)，作單向傳輸近似，得到相應(yīng)的方框圖表示。不同的電路組態(tài)可以用不同參數(shù)表示：電壓串聯(lián)：H參數(shù)；電壓并聯(lián)：Y參數(shù)；電流串聯(lián)：Z參數(shù)；電流并聯(lián)：T參數(shù)。（這里僅用H參數(shù)討論電壓串聯(lián)負(fù)反饋雙端口網(wǎng)絡(luò)）4/25/2024491.H參數(shù)、雙端口網(wǎng)絡(luò)H參數(shù)模型網(wǎng)絡(luò)方程參數(shù)計(jì)算4/25/2024502.電壓串聯(lián)電路網(wǎng)絡(luò)模型單向傳輸模型單向傳輸：反饋系數(shù)：4/25/202451開(kāi)環(huán)增益計(jì)算去除反饋信號(hào)：開(kāi)環(huán)增益：4/25/202452閉環(huán)增益計(jì)算方法歸納1.找出反饋網(wǎng)絡(luò)2.計(jì)算h11f、h12f(Fu)、h21f3.暫設(shè)h12f(Fu)＝04.計(jì)算此時(shí)電路的增益——Au5.利用一般表達(dá)式求Auf等4/25/2024533.電路計(jì)算舉例電路拆分輸出回路短路（并聯(lián)回路）輸入回路斷路（串聯(lián)回路）輸入回路斷路（串聯(lián)回路）基本放大電路例一4/25/202454網(wǎng)絡(luò)參數(shù)計(jì)算例二4/25/202455實(shí)例計(jì)算R11MR31kC1C2T2T1R29kR49kR51kVDDUoUiUfR1R3T2T1R2R5UoUiUfR4R3R4已知：gm＝5mS，

＝100，rbe＝1k求：Auf、Rif、Rof解：基本放大電路：4/25/202456R1R3T2T1R2R5UoUiUfR4R3R4深反饋近似：4/25/2024574/25/2024586.6負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定性對(duì)于多級(jí)放大電路，如果引入過(guò)深的負(fù)反饋，可能引起自激振蕩。6.6.1負(fù)反饋放大電路自激振蕩產(chǎn)生的原因和條件放大電路的閉環(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、自激振蕩產(chǎn)生的原因當(dāng)時(shí)說(shuō)明，此時(shí)放大電路沒(méi)有輸入信號(hào)，但仍有一定的輸出信號(hào)，因此產(chǎn)生了自激振蕩。4/25/202459二、自激振蕩的平衡條件即：幅值條件相位條件自激振蕩過(guò)程如下：4/25/202460例：?jiǎn)喂茏枞蓠詈瞎采浞糯箅娐返念l率響應(yīng)-270o0.707AumAumfLfHBWffφOO-90o-180ofLfH6.6.2負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性的定性分析4/25/202461可見(jiàn)，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(jí)放大電路將產(chǎn)生0

~

180

附加相移；三級(jí)放大電路將產(chǎn)生0

~

270

的附加相移。對(duì)于多級(jí)放大電路，如果某個(gè)頻率的信號(hào)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(shí)滿足自激振蕩的幅值條件，放大電路將產(chǎn)生自激振蕩。4/25/202462但三級(jí)放大電路，在深度負(fù)反饋條件下，對(duì)于某個(gè)頻率的信號(hào)，既滿足相位條件，也滿足幅度條件，可以產(chǎn)生自激振蕩。結(jié)論：?jiǎn)渭?jí)放大電路不會(huì)產(chǎn)生自激振蕩；兩級(jí)放大電路當(dāng)頻率趨于無(wú)窮大或趨于零時(shí)，雖然滿足相位條件，但不滿足幅度條件，所以也不會(huì)產(chǎn)生自激振蕩；4/25/202463一、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(shí)滿足自激振蕩的幅度和相位條件。6.6.3負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性的判斷滿足自激振蕩的幅度條件頻率為fC滿足自激振蕩的相位條件頻率為fO因?yàn)榇嬖趂O，且fO＜

fC，則電路不穩(wěn)定。4/25/202464判斷方法雖然存在fO，但fO＞

fC，則電路穩(wěn)定，不產(chǎn)生自激振蕩。判斷方法小結(jié)如下：（1）若不存在fO，則電路穩(wěn)定（2）若存在fO，且fO＜

fC，則電路不穩(wěn)定，必然產(chǎn)生自激振蕩。若存在fO，但fO＞

fC，則電路穩(wěn)定，不產(chǎn)生自激振蕩。4/25/202465例1：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(jiàn)，當(dāng)f=f0

時(shí)，相位移

AF=-180o，滿足相位條件；結(jié)論：當(dāng)f=f0

時(shí)，電路同時(shí)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(duì)應(yīng)的對(duì)數(shù)幅頻特性位于橫坐標(biāo)軸之上，即：4/25/202466結(jié)論：該負(fù)反饋放大電路不會(huì)產(chǎn)生自激振蕩，能夠穩(wěn)定工作。例2：由負(fù)反饋放大電路的波特圖可見(jiàn)，當(dāng)

f=f0，相移

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

AFfcfc利用波特圖來(lái)判斷自激振蕩(b)不產(chǎn)生自激4/25/202467Gm二、穩(wěn)定裕度當(dāng)環(huán)境溫度、電路參數(shù)及電源電壓等在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，為保證放大電路也能滿足穩(wěn)定條件，要求放大電路要有一定的穩(wěn)定裕度。1.幅值裕度Gmf/HZf/HZfofo604020OO-90°-180°

AFfcfc對(duì)于穩(wěn)定的負(fù)反饋放大電路，Gm為負(fù)值。Gm

值愈負(fù)，負(fù)反饋放大電路愈穩(wěn)定。一般要求Gm≤

-10dB。4/25/2024682.相位裕度

m當(dāng)f=fc

時(shí)，負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定對(duì)于穩(wěn)定的負(fù)反饋放大電路，

m為正值。

m值愈大，負(fù)反饋放大電路愈穩(wěn)定。一般要求

m≥45

f/Hzf/Hzfofo60402000-90°-180°

AFfcfc

mGm圖

5.4.24/25/2024696.6.4負(fù)反饋放大電路自激振蕩的消除方法為保證放大電路穩(wěn)定工作，對(duì)于三級(jí)或三級(jí)以上的負(fù)反饋放大電路，需采取適當(dāng)措施破壞自激振蕩的幅度條件和相位條件。最簡(jiǎn)單的方法是減小反饋系數(shù)或反饋深度，使得在滿足相位條件時(shí)不滿足幅度條件。但是，由于反饋深度下降，不利于放大電路其他性能的改善，因此通常采用接入電容或RC元件組成校正網(wǎng)絡(luò)，以消除自激振蕩。4/25/2024701.簡(jiǎn)單滯后補(bǔ)償比較簡(jiǎn)單的消振措施是在負(fù)反饋放大電路的適當(dāng)?shù)胤浇尤胍粋€(gè)電容。圖6.6.4電容校正網(wǎng)絡(luò)一、滯后補(bǔ)償

接入的電容相當(dāng)于并聯(lián)在前一級(jí)的負(fù)載上，在中、低頻時(shí)，容抗很大，所以這個(gè)電容基本不起作用。4/25/202471高頻時(shí)，容抗減小，使前一級(jí)的放大倍數(shù)降低，從而破壞自激振蕩的條件，使電路穩(wěn)定工作。簡(jiǎn)單滯后補(bǔ)償前后基本放大電路的幅頻特性虛線為補(bǔ)償前的幅頻特性實(shí)線為補(bǔ)償后的幅頻特性當(dāng)f=fC

時(shí)，趨于-1350，即fO＞

fC

，并具有450的相位裕度，所以電路一定不會(huì)產(chǎn)生自激振蕩。

圖6.6.3簡(jiǎn)單滯后補(bǔ)償前后基本放大電路的幅頻特性4/25/2024722.RC滯后補(bǔ)償除了電容校正以外，還可以利用電阻、電容元件串聯(lián)組成的RC校正網(wǎng)絡(luò)來(lái)消除自激振蕩。利用RC校正網(wǎng)絡(luò)代替電容校正網(wǎng)絡(luò)，將使通頻帶變窄的程度有所改善。圖6.6.5

RC校正網(wǎng)絡(luò)4/25/2024733.密勒效應(yīng)補(bǔ)償二、超前補(bǔ)償利用密勒效應(yīng)將補(bǔ)償電容、或補(bǔ)償電阻和電容跨接放大電路的輸入端和輸出端。若改變負(fù)反饋放大電路在環(huán)路增益為0dB點(diǎn)的相位，使之超前，也能破壞其自激振蕩條件，使fo＞fc。通常將補(bǔ)償電容加在反饋回路。4/25/202474[例6.6