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1、第8章 集成运放负反馈放大电路,6.了解负反馈放大电路自激消除办法,1.反馈电路类型判断方法,2.负反馈对放大器性能的影响,3.深度负反馈电路放大倍数近似估算,4.自激条件,5.了解负反馈放大电路方框图计算法,8.1 反馈的基本概念,8.1.1 什么叫反馈,所谓反馈：把输出信号的一部分或全部引回到输入回路，与输入信号作比较（相加或相减），然后用比较所得的偏差信号去控制输出信号。,比较环节,偏差信号,基本放大器,输入信号,反馈信号,输出信号,反馈网络,负反馈放大器方框图,图8.1 射极输出器,射极输出器的电路如图8.1所示。,8.1.2 反馈放大电路的分类,不同类型的反馈具有不同的特点和规律，对
2、放大器性能指标有不同的影响。,1.按反馈的极性分,按照反馈的极性，可以分为正反馈和负反馈两大类。正反馈:反馈信号增强输入信号（相加）。负反馈:反馈信号削弱输入信号（相减）。,瞬时极性法判断步骤：假设输入量的瞬时极性。根据电路输出量与输入量的相位关系，决定输出量和反馈量的瞬时极性。根据反馈量与输入量的关系判断是正反馈还是负反馈。若比较后，加强了输入信号则为正反馈；若比较后，削弱了输入信号则是负反馈。,判断图8.2所示电路的反馈极性,只考虑由 引起的电压，用 表示，,图8.2 负反馈放大电路,+,_,_,(+),(+),(+),+,_,负反馈,输入信号和反馈信号实际上是相减的，所以是负反馈。,判断
3、图8.3所示电路的反馈极性,图中用括号标出极性为电压的瞬时极性。,(+),(-),(-),正反馈,输入信号和反馈信号实际上是相加的，所以是正反馈。,2.按反馈信号交直流成分划分,按反馈信号的变直流成分可以分为直流（静态）反馈和交流（动态）反馈。,直流反馈:反馈信号是直流量。影响电路的直流性能，直流负反馈的目的是稳定静态工作点。,交流反馈:反馈回来的信号是交流量。影响电路的交流性能，交流负反馈的目的是为了改善放大器的性能指标。,具有交直流反馈信号的电路,3.按反馈和输出信号关系划分,按反馈信号和输出信号的关系，分为电压反馈和电流反馈两类。,判定方法：输出端短接法。RL=0，,电流负反馈,(+),
4、电流反馈,(+),(+),4.按反馈和输入信号关系划分,按照反馈信号和输入信号的关系，可以分成串联反馈和并联反馈两类。,串联反馈：在输入回路中，输入信号、反馈信号 和偏差信号 串联连接。以电压形式相加减,并联反馈：在输入回路中，输入信号、反馈信号 和偏差信号 并联连接。以电流形式相加减,并联负反馈,串联负反馈,负反馈的四种组态：,电压串联负反馈 电压并联负反馈电流串联负反馈电流并联负反馈多个反馈环，以整个放大器的反馈为主的反馈环，级间局部反馈，单级反馈。,例8.1判断图8.7所示电路的反馈类型。,(+),(-),(-),(+),例8.2判断图8.8所示电路的反馈类型。,(+),(-),(+),
5、(+),Re1,Rf,Cf,图8.8 分立元件两级负反馈放大电路,+Vcc,各种负反馈放大器方块图，如图所示。,8.2 负反馈放大器的基本关系式,8.2.1负反馈放大器的方块图,开环放大倍数,反馈系数,比较环节,8.2.2 负反馈放大器基本关系式,负反馈放大器的基本关系式,如图所示。,基本关系式,反馈信号和输入信号实际上是相减的结果，所以这种情况属于负反馈。,反馈信号和输入信号实际上是相加的结果，属于正反馈。,则,当,当,属于正反馈，不过这是正反馈中的一个特殊情况，这时没有输入就有输出，这种现象称为自激。,为深度负反馈(With Strong Negative Feedback)则有,放大倍数
6、近似估算公式,当,则,是反馈放大器的一个重要指标。,对不同类型的反馈电路具有不同的量纲。,电压串联：,电压并联：,电流串联：,电流并联：,由于负反馈的自动调节作用，在输入信号不变的情况下，输出信号也趋于保持不变，也就是说负反馈放大器闭环放大倍数的稳定性是比较高的。在深度负反馈条件下，有,反馈网络一般是由电阻电容等无源元件组成的，比较稳定。,8.3.1 提高放大倍数的稳定性,8.3 负反馈对放大电路性能的影响,在一般情况下，加了负反馈以后放大倍数的稳定性到底提高了多少呢?就中频区的情况作些分析，,假定开环放大倍数变化了dA，,即开环放大倍数变化了dA时，闭环放大倍数相应变化dA/(l十AF)2。
7、实用上，常常用放大倍数的相对不稳定程度来表示，即用dA/A来表示开环放大倍数的相对不稳定程度，用dAf/Af来表示闭环放大倍数的相对不稳定程度。这两个相对不稳定程度之间的关系可以计算如下：,上面的关系式在实际应用中是很有用的。,如需要一个放大倍数的不稳定程度0.1%的放大器，但是手头却只有放大倍数的不稳定程度20%的放大器，,这时，可以采用负反馈来解决这个问题。但是，加多深的负反馈才合适呢？,我们可以利用上述关系式：,所以反馈深度(1+AF)=200。如果知道现有的放大器的放大倍数为10000倍，那么还可以求得此时的闭环放大倍数为：,如果不需要50倍的放大倍数，而只需要,10倍就可以了，那么还
8、可以加深反馈深度，,即应用反馈放大器的基本关系式来决定反馈深度：,8.3.2 扩展放大器的通频带,负反馈扩展放大器的通频带过程和负反馈提高放大倍数的稳定性的过程在本质上是相同的。负反馈降低了由于信号频率变化而引起的放大倍数的不稳定程度，结果就表现为扩展了放大器的通频带。,f,放大器的通频带等于上限频率减去下限频率，如果下限频率的数值远小于上限频率的数值，则可以近似认为通频带的数值就等于上限频率的数值。集成运放下限频率为0，集成运放的通频带就是上限频率。这样，就可以说加了反馈以后放大器的通频带为加反馈前的,倍。,中频放大倍数和带宽的乘积为一常数。,这说明负反馈放大器扩展带宽是靠牺牲中频放大倍数而
9、得到的。,8.3.3 减小放大器非线性和内部噪声的影响,放大器的非线性，就是放大倍数随信号的大小而变化。所以，一个非线性电路将会把输入的正弦信号变成一个非正弦的输出信号，即产生非线性失真。根据富氏级数中的概念，非正弦信号是很多不同频率的正弦波的和。所以非线性失真，就是电路在传输信号的过程中产生了新的频率成分(即所谓谐波)。,放大器的一种典型的开环传输特性如图8.9曲线1所示；它表明了Uo与Ui之间的非线性关系。,负反馈放大器只能削弱放大器内部产生的谐波，对于混在输入信号中的谐波，负反馈放大器将会把它和有用信号一样放大。对于放大器内部产生的噪声，负反馈也同样可以削弱它们，道理和削弱放大器内部产生
10、的谐波完全一样。,8.3.4 对输入电阻和输出电阻的影响,在放大器中引入负反馈以后，它的输入电阻和输出电阻会有很大的变化。对输入电阻的影响决定于引入的反馈是串联还是并联，与引入的是电压还是电流反馈关系不大；对输出电阻的影响则决定于引入的是电压反馈还是电流反馈，与引入的是串联反馈还是并联反馈关系不大。,Uid,A,8.10串联负反馈方块图,对输入电阻的影响,串联负反馈,开环放大器的输入电阻,并联负反馈,开环放大器的输入电阻,对输出电阻的影响,电压负反馈将电压负反馈开环放大器输出用电压源等效，如图8.12所示。,图8.12 电压负反馈方块图,电流负反馈 将开环放大器输出电流源等效如图8.13所示。
11、,是短路开环放大倍数（即负载短路时的放大倍数）。,开环放大器的短路输出电流,开环放大器输出电阻Ro,求闭环输出电阻和求电压负反馈电路输出电阻一样，即，输出端加电压，如图8.13示。,电流串联负反馈时输出电阻为电流并联负反馈时的输出电阻为,结论,串联负反馈增大放大器的输入电阻；并联负反馈减小放大器的输入电阻。电压负反馈，稳定输出电压，减小输出电阻；电流负反馈，稳定输出电流，增大输出电阻。至于输入电阻、输出电阻增大和减小的数量都与反馈深度 有关。,8.5 反馈放大器的自激,前面讨论了负反馈能改善放大器的性能，而且反馈深度 愈大，改善的效果愈好。但是实践表明，在一定条件下，当反馈放大器出现 的情况时
12、，闭环放大倍数 就趋于无穷大，产生称为自激的现象。,8.5.1 自激的表现,自激时的基本表现，就是没有信号输入时也会有信号输出。没有输入时就有输出这一现象，在理论上来说，就是放大倍数为无穷大，,8.5.2 自激振荡平衡条件,自激振荡的振幅平衡条件,自激振荡的相位平衡条件,自激振荡的振幅平衡条件,自激振荡的相位平衡条件,在频率f处同时满足，因而这个负反馈放大器是要产生自激的。,20lg|AF|,f,fG,f,0,0,8.15 产生自激的情况,arg|AF|,f,负反馈时,Gm,f,f,f,fG,m,0,0,8.16不产生自激的情况,20lg|AF|,arg|AF|,Gm为幅度裕度(Gain Margin),称为相位裕度(Phase Margin),8.5.3消除自激振荡的方法,消除自激，就是要破坏自激条件，即改变放大器的幅频特性和相频特性使为此，可以将补偿网络接在运放电路的反馈回路或输入回路中。,几种常用的补偿方法(Compensation Method)。1.简单电容补偿 2.RC串联补偿 3.密勒电容补偿,
