第六章反饋擴展電路6.1反饋的基本概念6.2負反饋擴展器的四種類型6.3負反饋對擴展器性能的影響6.4負反饋擴展器的計算6.5負反饋擴展器的自激振蕩及消除方法一、從一個例子說起輸入量:ui、ube、ib反饋——將電子系統輸出回路的電量〔電壓或電流〕,以一定的方式送回到輸入回路的過程。6.1反饋的基本概念輸出量:uo、uce、ic正向傳輸——信號從輸入端到輸出端的傳輸TUBEICICUEIB穩定工作點電路:UB一定二.幾個基本概念1.開環與閉環電路中只有正向傳輸,沒有反向傳輸,稱為開環狀態。正向傳輸——信號從輸入端到輸出端的傳輸反向傳輸——信號從輸出端到輸入端的傳輸既有正向傳輸,又有反饋稱為閉環狀態。信號的正向傳輸信號的正向傳輸反饋傳輸(通路)〔反饋網絡〕直流反饋——假設電路將直流量反饋到輸入回路,則稱直流反饋。該電路引入直流反饋的目的,是為了穩定靜態工作點Q。交流反饋——假設電路將交流量反饋到輸入回路,則稱交流反饋。〔如去掉電容Ce〕交流反饋,影響電路的交流工作性能。直流反饋交流反饋ic解:依據反饋到輸入端的信號是交流還是直流還是同時存在，來進行判別。例:推斷以下圖中有哪些反饋回路，是交流反饋還是直流反饋。交、直流反饋交流反饋注意電容的“隔直通交〞作用！例:基本擴展器，無反饋，凈輸入量ube=ui，電壓擴展倍數為:負反饋——輸入量不變時,引入反饋后使凈輸入量減小,擴展倍數減小。引入反饋后，凈輸入量ube=ui-uf，電壓擴展倍數為:可見,凈輸入量減小,擴展倍數減小,所以是負反饋。正反饋——輸入量不變時,引入反饋后使凈輸入量增加,擴展倍數增加。本級反饋——反饋只存在于某一級擴展器中

級間反饋——反饋存在于兩級以上的擴展器中例級間反饋本級反饋本級反饋6.2負反饋擴展器的四種類型負反饋類型有四種組態:

電壓串聯負反饋電壓并聯負反饋電流串聯負反饋電流并聯負反饋一.電壓串聯負反饋依據瞬時極性推斷是負反饋,所以該電路為電壓串聯負反饋從輸入端看，有：ud=ui-uf故為串聯負反饋。用“瞬時極性法〞推斷反饋極性:假設某一瞬時，在擴展電路的輸入端加入一個正極性的輸入信號，按信號傳輸方向依次推斷相關點的瞬時極性，直至推斷出反饋信號的瞬時極性。如果反饋信號的瞬時極性使凈輸入減小，則為負反饋；反之為正反饋。反饋電壓：因為反饋量與輸出電壓成比例,所以稱電壓反饋。分立電路電壓串聯負反饋RL

uO

uf

ud(ube)

uO

電壓負反饋的特性——穩定輸出電壓穩定過程:負載變化時,輸出電壓穩定——輸出電阻↓ui一定依據瞬時極性推斷是負反饋,所以該電路為電壓串聯負反饋。id=ii-if從輸入端看有：因為反饋量與輸出電壓成比例,所以是電壓反饋。

反饋電流：故為并聯負反饋。分立電路電壓并聯負反饋反饋量與輸出電壓成比例,所以是電壓反饋。依據瞬時極性推斷是負反饋,所以該電路為電壓串聯負反饋id=ii-if在輸入端有故為并聯負反饋。因為反饋電流:依據瞬時極性推斷是負反饋,所以該電路為電流串聯負反饋。又因為在輸入端有:id=ii-if反饋電流:因為反饋量與輸出電流成比例,所以是電流反饋。故為并聯負反饋。分立電路組成的電流并聯負反饋引入電流負反饋的目的——穩定輸出電流穩定過程:負載變化時,輸出電流穩定——輸出電阻↑RL

io(ic2)

if

id（ib）

io(ic2)

反饋電壓:uf=ioRf依據瞬時極性推斷是負反饋,所以該電路為電流串聯負反饋ud=ui-uf又因為在輸入端有因為反饋量與輸出電流成比例,所以是電流反饋。故為串聯負反饋。分立電路組成的電流串聯負反饋電路io

uf

ud

io

引入電流負反饋的目的——穩定輸出電流穩定過程:負載變化時,輸出電流穩定——輸出電阻↑RL

1.直流反饋與交流反饋——注意電容的“隔直通交〞作用例題1:試推斷以下圖電路中有哪些反饋支路，各是直流反饋還是交流反饋？2.反饋極性:正反饋與負反饋判定方法——“瞬時極性法〞例題2:試推斷以下電路中反饋支路的反饋極性。關于串聯反饋:輸入量與反饋量作用在不同的兩點上，假設輸入量與反饋量的瞬時極性相同為負反饋，瞬時極性相反為正反饋。關于并聯反饋:輸入量與反饋量作用在同一點上，假設反饋元件兩端瞬時極性相反為負反饋，瞬時極性相同為正反饋。動畫演示3.取樣方式——電壓反饋與電流反饋假設輸出端交流短路〔RL=0〕,即uo=0,假設反饋信號消失了,則為電壓反饋；假設反饋信號仍然存在,則為電流反饋。電壓反饋:反饋信號的大小與輸出電壓成比例。推斷方法——輸出短路法:電流反饋:反饋信號的大小與輸出電流成比例。例題3:試推斷以下電路中引入的反饋是電壓反饋還是電流反饋。

4.比較方式——串聯反饋和并聯反饋串聯反饋:反饋信號與輸入信號加在擴展電路輸入回路的兩個電極。有:ud=ui-uf

并聯反饋:反饋信號與輸入信號加在擴展電路輸入回路的同一個電極。有:id=ii-if

此時反饋信號與輸入信號是電壓相加減的關系。此時反饋信號與輸入信號是電流相加減的關系。關于三極管電路:假設反饋信號與輸入信號同時加在三極管的基極或發射極,則為并聯反饋。

假設反饋信號與輸入信號一個加在基極一個加在發射極則為串聯反饋。關于運放電路:

假設反饋信號與輸入信號同時加在同相端或反相端為并聯反饋。

假設反饋信號與輸入信號一個加在同相端一個加在反相端則為串聯反饋。例題4:試推斷以下電路中引入的反饋是串聯反饋還是并聯反饋。例題5:試推斷以下電路中的反饋組態。解:電壓串聯負反饋。解:電壓并聯負反饋。動畫演示例題6:試推斷以下電路中的反饋組態。〔1〕串聯反饋5.信號源對反饋效果的影響ud=ui-uf所以us應為恒壓源,即信號源內阻RS越小越好。要想反饋效果顯然,就要求uf變化能有效引起ud的變化。〔2〕并聯反饋id=ii-if所以is應為恒流源,即信號源內阻RS越大越好。要想反饋效果顯然,就要求if變化能有效引起id的變化。基本放大電路A反饋網絡F放大：迭加：1.方框圖:A稱為開環擴展倍數+–

反饋：AF稱為閉環擴展倍數AF=Xo/Xi輸出信號輸入信號反饋信號凈輸入信號F稱為反饋系數設Xf與Xi同相六.負反饋擴展電路的方框圖負反饋放大器2.負反饋擴展器的一般關系閉環擴展倍數:放大：反饋：迭加：AF=Xo/Xi=Xo/(Xd+Xf)=Xo/(+XoF)=XoA11A+F=A1+AF3.關于反饋深度的討論一般負反饋稱為反饋深度深度負反饋正反饋自激振蕩6.3負反饋對擴展電路性能的影響

提升增益的穩定性

減少非線性失真

擴展頻帶

改變輸入電阻和輸出電阻

在擴展器中引入負反饋

降低了擴展倍數使擴展器的性能得以改善:一.提升擴展倍數的穩定性閉環時則只合計幅值有即閉環增益相對變化量比開環減小了1+AF倍另一方面:在深度負反饋條件下即閉環增益只取決于反饋網絡。當反饋網絡由穩定的線性元件組成時,閉環增益將有很高的穩定性。2.改善擴展器的非線性失真Auiufuiuoud加反饋前加反饋后AF+–

失真改善uouo動畫演示3.擴展擴展器的通頻帶擴展電路加入負反饋后,增益下降,但通頻帶卻加寬了。無反饋時擴展器的通頻帶:fbw=fH－fLfH有反饋時擴展器的通頻帶:fbwf=fHf－fLffHf可以證實:fbwf=(1+AF)fbw擴展器的一個重要特性:增益與通頻帶之積為常數。即:Amf×fbwf=Am×fbw020lg|A|（dB）F（Hz）AmfLfHfLffHfAmf4.負反饋對輸入電阻的影響

(1)串聯負反饋使輸入電阻增加

無反饋時:有反饋時:(2)并聯負反饋使輸入電阻減小無反饋時:有反饋時:5.負反饋對輸出電阻的影響

電壓負反饋→穩定輸出電壓〔當負載變化時〕→恒壓源→輸出電阻小。(1)電壓負反饋使輸出電阻減小

電流負反饋→穩定輸出電流〔當負載變化時〕→恒流源→輸出電阻大。(2)電流負反饋使輸出電阻提升為改善性能引入負反饋的一般原則

要穩定直流量——引直流負反饋

要穩定交流量——引交流負反饋

要穩定輸出電壓——引電壓負反饋

要穩定輸出電流——引電流負反饋

要增大輸入電阻——引串聯負反饋

要減小輸入電阻——引并聯負反饋舉例:在下面的擴展器中按要求引入適當的反饋。〔1〕希望加入信號后，ic3的數值基本不受R6改變的影響。〔2〕希望接入負載后,輸出電壓UO基本穩定。〔3〕希望輸入端向信號源索取的電流小。〔4〕希望穩定靜態工作點。解:以上兩種反饋都同時具有交、直流反饋，所以能夠穩定靜態工作點。如果要求只引入直流負反饋，去除交流反饋。怎樣接？6.4負反饋擴展電路的計算

本節重點討論深度負反饋條件下的近似計算1.估算的依據深度負反饋:即,深度負反饋條件下,閉環增益只與反饋系數有關。由得方法一:一.估算電壓增益方法二:依據將代入上式得即:輸入量近似等于反饋量凈輸入量近似等于零由此可得深度負反饋條件下,基本擴展電路“虛短〞、“虛斷〞的概念或深度負反饋條件下:Xd=Xi-Xf≈0u+=u-〔運放電路〕ue=ub〔三極管電路〕(1)“虛短〞——ud≈0(2)“虛斷〞——id≈0ii+=ii-=0〔運放電路〕ib=0〔三極管電路〕“虛短〞與“虛斷〞〔1〕電壓串聯負反饋

2.舉例解:用方法一。求反饋系數:求閉環電壓擴展倍數:例2.運放組成的電壓串聯負反饋電路解:用方法二。

利用虛短和虛斷的概念得知閉環電壓增益則〔2〕電流并聯負反饋擴展器反饋系數:閉環增益閉環電壓增益解:用方法一。

閉環電壓增益:利用虛短和虛斷可知例2.運放組成的電流并聯負反饋擴展器解:用方法二。ui=iiR1ii=if〔3〕電壓并聯負反饋

閉環增益閉環電壓增益解:用方法一。反饋系數:

利用虛短和虛斷可知u+=u-=0ii=if閉環增益閉環電壓增益例1.分立元件組成的電流串聯負反饋解:用方法一。反饋系數:由第二章知,該電路閉環電壓增益:〔4〕電流串聯負反饋閉環電壓增益:利用虛短和虛斷可知:解:用方法二。二.估算輸入輸出電阻在深度負反饋條件下:注:表中的輸入、輸出電阻均指反饋環中的輸入、輸出電阻。〔1〕電壓串聯負反饋舉例Rif＝∞／Rif＝Rb1ROf＝0〔2〕電壓并聯負反饋Rif＝0／Rif＝RSROf＝0〔3〕電流并聯負反饋ROf＝RC2Rif＝0／Rif＝RSROf＝∞／綜合舉例1:求電壓擴展倍數、輸入電阻、輸出電阻。綜合舉例2:求電壓擴展倍數、輸入電阻、輸出電阻。一.產生自激振蕩的原因及條件1.自激振蕩現象在不加輸入信號的狀況下,擴展電路仍會產生一定頻率的信號輸出。

負反饋擴展電路的自激振蕩及消除方法基本放大電路A反饋網絡F+–×2.產生自激振蕩的原因中頻時:高頻或低頻時,擴展器產生的附加相移達到180°時。為負反饋。變為正反饋。此時,假設滿足則Xi=0,仍會有輸出信號。3.自激振蕩的條件幅值條件相位條件（附加相移）基本放大電路A反饋網絡F+–×自激振蕩條件：分解為幅值條件與相位條件:由以上分析知:及穩定裕度方法一:則擴展器穩定。否則自激。00-90°-180°滿足：同理，為了切實保證穩定，要留有-10dB的余量，稱為幅值裕度方法二:滿足：則擴展器穩定。否則自激。為了切實保證穩定，要留有45°余量，稱為相位裕度三.負反饋擴展電路穩定性分析(2)作水平線(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)判斷是否滿足相位裕度

m45若該點滿足相位裕度，穩定；否則不穩定。在相頻響應的點處作垂線交于P點若P點在水平線之下，穩定；否則不穩定。或推斷穩定性方法:將寫為：即：舉例:設一基本擴展器的增益為:三.負反饋擴展電路穩定性分析1.設反饋系數，分析其穩定性三個極點頻率為:fp1=0.5×106Hz，fp2=5×106Hz，fp3=5×107Hz。其中fp1=0.5×106Hz最低，它決定了整個基本擴展器的上限頻率，稱為主極點頻率。(1)作出的幅頻響應和相頻響應波特圖解：(2)作的水平線(3)水平線

相交于E點。與E點相對應的附加相位移為，因此，放大器是不穩定的。02040608050k500k5M50M500M0-90°-180°-135°-225°-270°2.將反饋系數改為，分析其穩定性解：

(1)作的水平線(2)水平線

相交于D點。與D點相對應的附加相位移為，因此，放大器是穩定的。且jm

02040608050k500k5M50M500M0-90°-180°-135°-225°-270°反饋深度越深,越容易自激。越大，水平線下移，越容易自激越大，表明反饋深度越深結論:02040608050k500k5M50M500M0-90°-180°-135°-225°-270°基本放大電基本放大相交點交在的-20dB/十倍頻程處，放大電路是穩定的。四.自激振蕩的消除方法思索

如果在0dB線以上只有一個轉折頻率，則無論反饋深度如何，電路都能穩定工作，對嗎？0dB線以上只有一個轉折頻率，則在0dB線以上的斜率為-20dB/十倍頻程。無論反饋深度如何