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1、第三篇 模拟电路和系统,第三章 反馈放大电路及应用,3.3.1 反馈的基本概念与分类,反馈放大器结构框图,闭环系统,开环系统,反馈网络,检测出输出电压的一部分或是输出电流的一部分,取样电压或电流送回到放大器的输入回路，与输入信号进行比较求和,电压取样电压反馈,取样电路的二种型式,电流取样电流反馈,电压比较求和串联反馈,比较求和的二种型式,电流比较求和并联反馈,按反馈的极性分,反馈放大器的分类,按反馈通路分,若输入反馈后，使净输入增加，则为正反馈,仅在直流通路中存在的反馈称为直流反馈,若输入反馈后，使净输入减小，则为负反馈,仅在交流通路中存在的反馈称为交流反馈,按反馈信号在输入回路中叠加的方式分
2、,按反馈信号对输出回路的取样对象分,反馈放大器的分类,若按电流比较求和，则为并联反馈,若反馈量正比于输出电压时为电压反馈,若按电压比较求和，则为串联反馈,若反馈量正比于输出电流时为电流反馈,【例3.3.1】,判别反馈的类型(或组态),交流电压串联负反馈,电压并联负反馈,瞬时极性法判断正负反馈,正负反馈判别,A和Rf1构成单级电压串联负反馈。第二级反馈由A1、A2和Rf2构成，输出电压经反馈电阻Rf2把反馈电压引回至A1输入端，形成电压并联负反馈。,【例3.3.1】,判别反馈的类型(或组态),分析图示电路的反馈类型(或组态)。,电流串联负反馈,【例3.3.2 】,电流并联负反馈,例3.3.3(a
3、)分立元件组成反馈放大电路组态,(a)电压串联负反馈,【例3.3.3(b) 】,(b)电压并联负反馈,反馈组态判别,电压负反馈的作用,输入信号不变时，设RL减小，则电压负反馈的调节过程,电压负反馈的作用是稳定输出电压；,电流负反馈的作用,电流负反馈的作用是稳定输出电流,电压反馈还是电流反馈,分析反馈放大器的几条规律：,串联反馈还是并联反馈,取决于反馈量对输出量的取样，即Xf与输出电压是输出电流成正比。将输出端对地短路如Xf =0，则为电压反馈；如Xf 0则为电流反馈。,取决于反馈网络与输入信号的连接方式。如果反馈量与输入量均为电压则它们是串联比较求和，串联反馈；如果反馈量与输入量均为电流，并联
4、比较求和，并联反馈,正反馈和负反馈(一般指在中频段),可采用瞬时极性法。如果引入反馈后使净输入信号减小，则为负反馈；如果净输入增加，则为正反馈。,3.3.2 负反馈放大电路的方框图表示及增益函数,负反馈放大电路的方框图,A:开环放大器的增益，F:反馈网络的反馈系数,不同组态下增益和反馈系数的定义,负反馈放大电路的增益函数,增益函数与反馈类型,负反馈,深度负反馈,正反馈,自激振荡,3.3.3 负反馈对放大器性能的影响,提高闭环增益的稳定性,放大器引入了负反馈后，增益的相对变化量dAf/Af是无反馈时的1/(1+AF)。,改善放大电路的非线性,假设基本放大器的正半周略大于负半周，则经负反馈后，反馈
5、信号正半周也大，使净输入信号正半周略小，从而弥补基本放大器的失真。,改善非线性,抑制放大电路内部的温漂，噪声及干扰,引入负反馈后，干扰和噪声都减小为原来的1/(1+AF)。为了弥补有用信号，应加大Xs。负反馈对输入信号中的噪声不起作用。,扩展通频带,闭环时中频增益Amf=Am/(1+AmF)，闭环时上限频率fHf =(1+AmF)fH。闭环时下限频率为开环时的1/(1+AmF)。,增益带宽积近似为一常数：,扩展通频带,电压负反馈的结果是稳定输出电压，相当于输出电阻减小,负反馈对输出电阻的影响,电流负反馈的结果是稳定输出电流，相当于输出电阻增大,引入电压负反馈后，闭环输出电阻Rof为开环输出电阻
6、Ro的1/(1+AF)。深度电压负反馈 Rof0（从取样点看进去）,引入电流负反馈后，闭环输出电阻Rof为开环输出电阻Ro的(1+AF)倍。深度电流负反馈 Rof（从取样点看进去）,负反馈对输入电阻的影响,并联负反馈后的输入电阻是减小:Rif=Ri/(1+AF )。,串联负反馈后的输入电阻是增大:Rif=(1+AF)Ri。,在深度负反馈条件下 Rif 0(从求和点看进去),在深度负反馈条件下 Rif (从求和点看进去),3.3.4 负反馈放大电路的计算,深度负反馈：,净输入：,“虚短”（串联负反馈）,“虚断” （并联负反馈 ）,集成运放构成的反相比例运算电路,电压并联负反馈,集成运放构成的同相
7、比例运算电路,R1开路时，vO=vS，又称电压跟随器。,集成运放构成的差分比例运算电路,集成运放构成的反相求和运算电路,集成运放构成的同相求和运算电路,集成运放构成的差分求和运算电路,集成运放构成的积分运算电路,设vC(0)=0,阶跃输入：,集成运放构成的微分运算电路,集成运放构成的对数运算电路,集成运放构成的指数运算电路,集成运放构成的V/I变换电路,与负载RL无关。,集成运放构成的I/V变换电路,与负载RL无关。,集成运放构成的I/V变换电路,负载接地,当R2/R1R3/R4时，,与负载RL无关。,分立元件构成的深度负反馈放大电路,考虑交流通路，找出反馈信号和净输入信号,差放输入级构成的多
8、级负反馈放大器如图所示（交流通路），假设电路能满足深度负反馈的条件，试分析计算 闭环放大倍数 。,【例3.3.5 】,电压并联负反馈,解：,应用PSPICE分析实际运算电路的误差,近似计算可得Avf=-R2/R1=-2,以反相比例运算电路为例,PSPICE仿真结果：,| Avf |1.99994,3.3.5 负反馈放大电路的自激问题,负反馈放大器在没有输入信号 (vi=0)时，放大电路也有幅度饱和的输出正弦波(vo0)。,自激振荡定义,自激振荡一般在某一频率上发生,自激振荡产生原因,放大器有相移，某频率处的相移若正好为180度加上原来的负反馈180度，变成正反馈,自激振荡分析方法,观察闭环放大
9、倍数和频率的关系,自激振荡的条件,结论：,幅值平衡条件,相位平衡条件,起振条件,例，设某放大器,自激振荡的BODE图分析,自激BODE分析,负反馈放大器稳定判据,负反馈放大电路稳定工作(不产生自激振荡)的条件(即稳定判据)是：当 时， ；或当 时， 1。,通常利用环路增益 的波特图来判别负反馈放大电路是否会产生自激振荡。,在相位条件满足时观察幅度条件：,幅度条件满足观察相位条件：,产生自激振荡,当 时，,产生自激振荡,当 时，,增益裕度 Gm,相位裕度 m,当电路的附加相移满足相位平衡条件时，对应的环路增益即为增益裕度Gm。,环路增益为1时所对应的频率为fG ,相位裕度为,工程上要求Gm-10
10、dB，m 45。,负反馈放大器稳定判据稳定裕度,【例3.3.6 】负反馈放大电路的其开环幅频和相频特性曲线如图所示。设反馈网络由纯电阻构成，试分析为防止产生自激振荡，反馈增益必须小于多少?,F应小于0.001,消除自激振荡的方法相位补偿法（频率补偿法）,在反馈放大电路的适当部分加入RC网络，改变环路增益的频率响应，使得反馈放大电路在增益裕度和相位裕度满足要求的前提下，能获得较大的环路增益。,消除自激振荡的方法电容滞后补偿,通常将电容接在时间常数最大的回路中,补偿后通频带变窄 ，又称窄带补偿,电容补偿,消除自激振荡的方法 RC滞后补偿,通常将RC网络接在时间常数最大的回路中,补偿后的频带比电容补偿时损失小一些,消除自激振荡的方法密勒效应补偿,将补偿电容或RC补偿网络跨接在电路中,利用密勒效应达到增大电容的作用，减小补偿电容,判别反馈的方法,有无反馈:直流或交流通路中输入和输出之间有无通路,正负反馈:瞬时极性法,源与反馈是否使净输入变小,电压电流反馈:反正法,当V0=0时,有无信号返回,并联或串联反馈:反馈信号与源信号是否交在一点,
