負(fù)反饋對放大電路性能的影響9.4.1負(fù)反饋對增益穩(wěn)定性的影響

根據(jù)負(fù)反饋基本方程，不論何種負(fù)反饋，都可使反饋放大倍數(shù)下降

1+AF

倍，只不過不同的反饋組態(tài)A、F的量綱不同而已，但AF無量綱。對電壓串聯(lián)負(fù)反饋

在負(fù)反饋條件下增益的穩(wěn)定性也得到了提高，這里增益應(yīng)該與反饋組態(tài)相對應(yīng)有反饋時增益的穩(wěn)定性比無反饋時提高了(1+AF)倍。9.4.2負(fù)反饋對輸入電阻的影響式中Ri=rid。

負(fù)反饋對輸入電阻的影響與反饋加入的方式有關(guān)，即與串聯(lián)或并聯(lián)反饋有關(guān)，而與電壓或電流反饋無關(guān)。圖09.10串聯(lián)負(fù)反饋對輸入電阻的影響(1)串聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻增加

串聯(lián)負(fù)反饋輸入端電路結(jié)構(gòu)形式如圖09.10所示。對串聯(lián)電壓負(fù)反饋和串聯(lián)電流負(fù)反饋效果相同。有反饋的輸入電阻(2)并聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻減小

并聯(lián)負(fù)反饋輸入端的電路結(jié)構(gòu)形式如圖09.11所示。對電壓并聯(lián)負(fù)反饋和電流并聯(lián)負(fù)反饋效果相同，只要是并聯(lián)負(fù)反饋就可使輸入電阻減小。有反饋的輸入電阻為:=+

=+

==oiifiiiifi''VFIVIIVIVRiv&&&&&&&&&

圖09.11并聯(lián)負(fù)反饋對輸入電阻的影響9.4.3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圖09.11電壓負(fù)反饋對輸出電阻影響

電壓負(fù)反饋可以使輸出電阻減小，這與電壓負(fù)反饋可以使輸出電壓穩(wěn)定相一致。輸出電阻小，帶負(fù)載能力強(qiáng)，輸出電壓的穩(wěn)定性就好。以串聯(lián)電壓負(fù)反饋為例，有

此處用XS=0是因?yàn)榭紤]到電壓并聯(lián)負(fù)反饋時，信號源內(nèi)阻不能為零，否則反饋信號將被信號源旁路。XS=0，說明信號源內(nèi)阻還存在。負(fù)載開路

圖09.12為求輸出電阻的等效電路，將負(fù)載電阻開路，在輸出端加入一個等效電壓Vo’，并將輸入端接地。于是有式中是負(fù)載開路時的電壓放大倍數(shù)。(2)電流負(fù)反饋使輸出電阻增加電流負(fù)反饋可以使輸出電阻增加。

式中Ais是負(fù)載短路時的開環(huán)增益，即將負(fù)載短路，把電壓源轉(zhuǎn)換為電流源，再將負(fù)載開路的增益。

這與電流負(fù)反饋可以使輸出電流穩(wěn)定是相一致的。輸出電阻大，負(fù)反饋放大電路接近電流源的特性，輸出電流的穩(wěn)定性就好。

以電流并聯(lián)負(fù)反饋為例，圖09.13為求輸出電阻的等效電路。將負(fù)載電阻開路，在輸出端加入一個等效的電壓源V'o，并令輸入信號源為零，即VS=0。可得圖09.13電流負(fù)反饋對輸出電阻的影響

因加入負(fù)反饋放大電路的輸出幅度下降，不好比對，因此必須要加大輸入信號，使加入負(fù)反饋以后的輸出幅度基本達(dá)到原來有失真時的輸出幅度才有意義。9.4.5負(fù)反饋對非線性失真的影響

負(fù)反饋可以改善放大電路的非線性失真，但是只能改善反饋環(huán)內(nèi)產(chǎn)生的非線性失真。

加入負(fù)反饋后能改善非線性失真，可通過圖09.15來加以說明。失真的反饋信號，使凈輸入產(chǎn)生相反的失真，從而彌補(bǔ)了放大電路本身的非線性失真。圖09.15負(fù)反饋對非線性失真的影響9.4.6負(fù)反饋對噪聲、干擾和溫漂的影響

原理同負(fù)反饋對放大電路非線性失真的改善。負(fù)反饋只對反饋環(huán)內(nèi)的噪聲和干擾有抑制作用，且必須加大輸入信號后才使抑制作用有效。10.1負(fù)反饋放大電路的自激條件10.2用波特圖判斷負(fù)反饋放大電路的自激10負(fù)反饋放大電路的自激

負(fù)反饋可以改善放大電路的性能指標(biāo)，但是負(fù)反饋引入不當(dāng)，會引起放大電路自激。為了使放大電路正常工作，必須要研究放大電路產(chǎn)生自激的原因和消除自激的有效方法。10.1負(fù)反饋放大電路的自激條件相位條件又可寫為幅度條件

AF=

A+

F=(2n+1)

n=0,1,2,3…將||=

0改寫為：FA&&+1||=0

根據(jù)反饋基本方程，可知當(dāng)時，相當(dāng)放大倍數(shù)無窮大，也就是不需要輸入放大電路就有輸出，放大電路產(chǎn)生了自激。

AF是放大電路和反饋電路的總附加相移，如果在中頻條件下，放大電路有180

的相移。在其它頻段電路中如果出現(xiàn)了附加相移

AF，且

AF達(dá)到180

，使總的相移為360

，負(fù)反饋?zhàn)優(yōu)檎答仭Ｈ绻葪l件滿足要求，放大電路產(chǎn)生自激。在許多情況下反饋電路是由電阻構(gòu)成的，所以：

F=0

，

AF=

A+

F=

A。

圖10.01是一個同相比例放大電路，其輸入、反饋、凈輸入和輸出信號的相位關(guān)系如圖10.02所示。因運(yùn)放輸出與輸入相移為0

，若附加相移達(dá)到180

，則可形成正反饋。

圖10.02同相比例運(yùn)算電路矢量圖圖10.01同相比例運(yùn)算電路10.2用波特圖判斷負(fù)反饋放大電路的自激10.2.1波特圖的繪制10.2.2放大電路自激的判斷10.2.3環(huán)路增益波特圖的引入10.2.4判斷自激的條件10.2.1波特圖的繪制

有效地判斷放大電路是否能自激的方法，是用波特圖。不過前面波特圖的Y軸坐標(biāo)是20lg

A

，單位是分貝，X

軸是對數(shù)坐標(biāo)，單位是赫茲。有一個三極點(diǎn)直接耦合開環(huán)放大電路的頻率特性方程式如下其波特圖如圖10.03所示，頻率的單位為Hz。

圖10.03以20lg|Av|為Y坐標(biāo)的波特圖（動畫10-1）

相頻特性曲線的Y坐標(biāo)是附加相移

A。當(dāng)

A=－180

時，即圖中的S點(diǎn)對應(yīng)的頻率稱為臨界頻率fc。當(dāng)f=fc時反饋信號與輸入信號同相，負(fù)反饋?zhàn)兂闪苏答仯灰盘柗葷M足要求，即可自激。根據(jù)給定的頻率特性方程，放大電路在高頻段有三個極點(diǎn)頻率fp1、fp2和fp3。105代表中頻電壓放大倍數(shù)（100dB），于是可畫出幅度頻率特性曲線和相位頻率特性曲線。總的相頻特性曲線是用每個極點(diǎn)頻率的相頻特性曲線合成而得到的。10.2.2放大電路自激的判斷

加入負(fù)反饋后，放大倍數(shù)降低，頻帶展寬，設(shè)反饋系數(shù)F1=10-4，閉環(huán)波特圖與開環(huán)的波特圖交P點(diǎn)，對應(yīng)的附加相移

A=－90

，不滿足相位條件，不自激。

進(jìn)一步加大負(fù)反饋量，設(shè)反饋系數(shù)F2=10-3，閉環(huán)波特圖與開環(huán)的波特圖交P'點(diǎn)，對應(yīng)的附加相移

A=－135

，不滿足相位條件，不自激。

此時

A雖不是－180

，但反饋信號的矢量方向已經(jīng)基本與輸入信號相同，已進(jìn)入正反饋的范疇，因此當(dāng)信號頻率接近106Hz時，即P'點(diǎn)時，放大倍數(shù)就有所提高

再進(jìn)一步加大反饋量，設(shè)反饋系數(shù)F3=10-2，閉環(huán)波特圖與開環(huán)波特圖交P"點(diǎn)，對應(yīng)的附加相移

A=－180

。當(dāng)放大電路的工作頻率提高到對應(yīng)P"點(diǎn)處的頻率時，滿足自激的相位條件。

此時放大電路有40dB的增益，

AF

=100×10-2=1，正好滿足放大電路自激的幅度條件，放大電路產(chǎn)生自激。10.2.3環(huán)路增益波特圖的引入

由于負(fù)反饋的自激條件是，所以將以

20為Y坐標(biāo)的波特圖改變?yōu)橐?0為Y坐標(biāo)的波特圖，用于分析放大電路的自激更為方便。由于：對于幅度條件

相當(dāng)在以20為Y坐標(biāo)的波特圖上減去即可到以環(huán)路增益20為Y坐標(biāo)的波特圖了。如圖10.04所示。

在圖10.04中，當(dāng)F3=0.01時，MN線為20lg=0

dB。20lg

=0

dB這條線與幅頻特性的交點(diǎn)稱為切割頻率f0。此時=1，

A=－180

，幅度和相位條件都滿足自激條件，所以20lg=0dB這條線是臨界自激線。圖10.04

環(huán)路增益波特圖

僅僅留有相位裕度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，也就是說，當(dāng)

A=－180

時，還應(yīng)使

<1,即反饋量要比F=0.01再小一些，例如F=0.001，相當(dāng)于圖中的M'N'這條線。此時距線MN有Gm=-20

dB的裕量，Gm稱為幅度裕度。工程上為保險起見，幅度裕度|Gm|

≥10

dB。

在臨界自激線上，從S點(diǎn)向左達(dá)到對應(yīng)R點(diǎn)的頻率時，此時

A=－135

，距

A=－180

有

m=45

的裕量，這個

m稱為相位裕度。一般在工程上為了保險起見，相位裕度

m≥45

。10.2.4判斷自激的條件

根據(jù)以上討論，可將環(huán)路增益波特圖分為三種情況，如圖10.05所示。(a)穩(wěn)定:fc>f0,Gm<0dB(b)自激:

fc<f0,Gm>0dB(c)臨界狀態(tài):

fc=f0,Gm=0dB

圖10.05判斷自激的實(shí)用方法判斷自激的條件歸納如下：fc>f0,Gm<0dB。從

A=－180

出發(fā)，得到的Gm<0dB，即AF<1，不滿足幅度條件。穩(wěn)定狀態(tài)：fc<f0,Gm>

0

dB。從

A=－180

出發(fā)，得到的Gm>

0

dB，即AF

>1，滿足幅度條件。自激狀態(tài)：fc=f0,Gm=

0

dB。從

A=－180

出發(fā)，得到的Gm=

0

dB，即AF=1。臨界狀態(tài)：例10.1：有一負(fù)反饋放大電路的頻率特性表達(dá)式如下：1.試判斷放大電路是否可能自激,2.如果自激使用電容補(bǔ)償消