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1、第7章 负反馈放大器,7.1 反馈的概念7.2 四种负反馈类型的分析7.3 反馈的基本方程7.4 负反馈对放大电路性能的影响7.5 负反馈放大器自激振荡及消除方法,一、反馈的定义二、负反馈和正反馈三、电压反馈和电流反馈四、串联反馈和并联反馈五、交流反馈和直流反馈,7.1 反馈的概念,一、反馈的定义,在放大电路中信号的传输是从输入端到输出端，这个方向称为正向传输。反馈就是将输出信号取出一部分或全部送回到放大电路的输入回路，与原输入信号相加或相减后再作用到放大电路的输入端。反馈信号的传输是反向传输。所以放大电路无反馈也称开环，放大电路有反馈也称闭环。反馈的示意图见图09.01。,图中：是输入信号，
2、是反馈信号，称为净输入信号。,图09.01 反馈概念方框图,所以有,二、负反馈和正反馈,负反馈加入反馈后，净输入信号|Xi|Xi|，输出幅度增加。,正反馈和负反馈的判断法之一：瞬时极性法,在放大电路的输入端，假设一个输入信号对地的极性，可用“+”、“-”或“”、“”表示。按信号传输方向依次判断相关点的瞬时极性，直至判断出反馈信号的瞬时极性。如果反馈信号的瞬时极性使净输入减小，则为负反馈；反之为正反馈。,将输出电压短路，若反馈信号为零，则为电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为电流反馈。,三、电压反馈和电流反馈,电压反馈：反馈信号的大小与输出电压成比 例的反馈称为电压反馈；,电压反馈与电流反馈的判断
3、：,电流反馈：反馈信号的大小与输出电流成比 例的反馈称为电流反馈。,四、串联反馈和并联反馈,反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的同一个电极，则为并联反馈；反之，加在放大电路输入回路的两个电极，则为串联反馈。,此时反馈信号与输入信号是电流相加减的关系。,此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。,对于运算放大器来说，反馈信号与输入信号同时加在同相输入端或反相输入端，则为并联反馈；一个加在同相输入端一个加在反相输入端则为串联反馈。,对于三极管来说，反馈信号与输入信号同时加在输入三极管的基极或发射极，则为并联反馈；一个加在基极一个加在发射极则为串联反馈。,五、交流反馈和直流反馈,反馈信号只有交流
4、成分时为交流反馈，反馈信号只有直流成分时为直流反馈，既有交流成分又有直流成分时为交直流反馈。,正反馈可使输出幅度增加，负反馈则使输出幅度减小。在明确串联反馈和并联反馈后，正反馈和负反馈可用下列规则来判断：反馈信号和输入信号加于输入回路一点时，瞬时极性相同的为正反馈，瞬时极性相反的是负反馈；,反馈信号和输入信号加于输入回路两点时，瞬时极性相同的为负反馈，瞬时极性相反的是正反馈。对三极管来说这两点是基极和发射极，对运算放大器来说是同相输入端和反相 输入端。,正反馈和负反馈的判断法之二：,以上输入信号和反馈信号的瞬时极性都是指对地而言，这样才有可比性。,例题09.1:试判断图09.03所示电路 的反
5、馈组态。,解:根据瞬时极性法，见图中的红色“+”、“-”号，可知是负反馈。因反馈信号和输入信号加在运放A1的两个输入端，故为串联反馈。,图09.03 例题09.02图,因反馈信号与输出电压成比例，故为电压反馈。结论：交直流串联电压负反馈。,7.2 四种负反馈类型的分析,一、电压串联负反馈二、电压并联负反馈三、电流串联负反馈四、电流并联负反馈,一、电压串联负反馈,对图09.05(a)所示电路，根据瞬时极性法判断，经Rf加在发射极E1上的反馈电压为+，与输入电压极性相同，且加在输入回路的两点，故为串联负反馈。反馈信 号与输出电压成比例，是 电压反馈。后级对前级的这一反 馈是交流反馈，同时Re1上
6、还有第一级本身的负反馈，这将在下面分析。,（1）判断方法：,对图(b)，因输入信号和反馈信号加在运放的两个输入端，故为串联反馈，根据瞬时极性判断是负反馈，且为电压负反馈。结论是交直流串联电压负反馈。,反馈系数：,对于图09.02(a)：,对于图09.02(b)：,（2）闭环放大倍数 对于串联电压负反馈，在输入端是输入电压和反馈电压相减，所以,二、电压并联负反馈,电压并联负反馈的电路如图09.06所示。因反馈信号与输入信号在一点相加，为并联反馈。根据瞬时极性法判断，为负反馈，且为电压负反馈。因为并联反馈在输入端采用电流相加减。即,图09.06 电压并联负反馈,具有电阻的量纲 具有电阻的量纲 具有
7、电导的量纲,而电压增益为:,称为互阻增益，称为互导反馈系数,相乘无量纲。对于深度负反馈，互阻增益为,三、电流串联负反馈,电流串联负反馈电路如图09.07所示。图(a)是基本放大电路将Ce去掉而构成，图(b)是由集成运放(见下页)构成。,对图(a)，反馈电压从Re1上取出，根据瞬时极性和反馈电压接入方式，可判断为串联负反馈。因输出电压短路，反馈电压仍然存在，故为串联电流负反馈。,图09.07(a)电流串联负反馈,对图09.07(b)的电路求其互导增益,图09.07(b),于是 1/R，这里忽略了Rf的分流作用。电压增益为:,四、电流并联负反馈,电流并联负反馈的电路如图09.08(a)(b)所示。
8、对于图(a)电路，反馈节点与输入点相同，所以是电流并联负反馈。对于图(b)电路，也为电流并联负反馈。,电流放大倍数：,电流反馈系数是，以图09.08(b)为例,显然，电流放大倍数基本上只与外电路的参数有关，与运放内部参数无关。电压放大倍数为：,7.3 反馈的基本方程,7.3.1 闭环放大倍数的一般表达式 反馈深度 环路增益,7.3.1 闭环放大倍数的一般表达式,根据图09.01可以推导出反馈放大电路的基本方程。放大电路的开环放大倍数,反馈网络的反馈系数,放大电路的闭环放大倍数,以上几个量都采用了复数表示，因为要考虑实际电路的相移。由于,式中：,称为环路增益。,7.3.2 反馈深度,称为反馈深度
9、 它反映了反馈对放大电路影响的程度。可分为下列三种情况(1)当 1时，相当负反馈(2)当 1时，相当正反馈(3)当=0 时，=，相当于输入为零时仍有输出，故称为“自激状态”。,7.3.3 环路增益,环路增益 是指放大电路和反馈网络所形成环路的增益，当 1时称为深度负反馈，与 1+1相当。于是闭环放大倍数,也就是说在深度负反馈条件下，闭环放大倍数近似等于反馈系数的倒数，与有源器件的参数基本无关。一般反馈网络是无源元件构成的，其稳定性优于有源器件，因此深度负反馈时的放大倍数比较稳定。,在此还要注意的是、和 可以是 电压信号，也可以是电流信号。,1.当它们都是电压信号时，、无量纲，和 是电压放大倍数
10、。,2.当它们都是电流信号时，、无量纲，和 是电流放大倍数。,3.当它们既有电压信号也有电流信号时，、有量纲，和 也有专门的放大倍数 称谓。,7.4 负反馈对放大电路性能的影响,负反馈是改善放大电路性能的重要技术措施，广泛应用于放大电路和反馈控制系统之中。7.4.1 负反馈对增益的影响7.4.2 负反馈对输入电阻的影响7.4.3 负反馈对输出电阻的影响7.4.4 负反馈对通频带的影响7.4.5 负反馈对非线性失真的影响,7.4.1负反馈对增益的影响,根据负反馈基本方程，不论何种负反馈，都可使反馈放大倍数下降1+AF倍，只不过不同的反馈组态A、F的量纲不同而已，但AF无量纲。对电压串联负反馈,在
11、负反馈条件下增益的稳定性也得到了提高，这里增益应该与反馈组态相对应,有反馈时增益的稳定性比无反馈时提高了(1+AF)倍。,7.4.2 负反馈对输入电阻的影响,(1)串联负反馈使输入电阻增加 串联负反馈输入端的电路结构形式如图09.10所示。对串联电压负反馈和串联电流负反馈效果相同。有反馈的输入电阻,式中Ri=rid。,负反馈对输入电阻的影响与反馈加入的方式有关，即与串联或并联反馈有关，而与电压或电流反馈无关。,图09.10 串联负反馈对 输入电阻的影响,(2)并联负反馈使输入电阻减小,并联负反馈输入端的电路结构形式如图09.11所示。对电压并联负反馈和电流并联负反馈效果相同，只要是并联负反馈就
12、可使输入电阻减小。有反馈的输入电阻为,图09.11 并联负反馈对 输入电阻的影响,7.4.3 负反馈对输出电阻的影响,电压负反馈可以使输出电阻减小，这与电压负反馈可以使输出电压稳定是相一致的。输出电阻小，带负载能力强，输出电压的降落就小，稳定性就好。以串联电压负反馈为例，有,(1)电压负反馈使输出电阻减小,图09.11 电压负反馈对输出电阻的影响,负载开路,(2)电流负反馈使输出电阻增加,电流负反馈可以使输出电阻增加。,图09.13 电流负反馈对输出电阻的影响,式中Ais是负载短路时的开环增益，即将负载短路，把电压源转换为电流源，再将负载开路的增益。,这与电流负反馈可以使输出电流稳定是相一致的
13、。输出电阻大，负反馈放大电路接近电流源的特性，输出电流的稳定性就好。,电流并联负反馈为例，图09.13为求输出电阻的等效电路。将负载电阻开路，在输出端加入一个等效的电压Vo，并令输入信号源为零，即VS=0。可得,7.4.4 负反馈对通频带的影响,放大电路加入负反馈后，增益下降，但通频带却加宽了，如图09.14所示。,图09.14 负反馈对通频带的影响,无反馈时的通频带f=f HfL f H 有反馈时的放大电路高频段的增益为,有反馈时的通频带fF=(1+AF)fH 负反馈放大电路扩展通频带有一个重要的特性，即增益与通频带之积为常数：,7.4.5 负反馈对非线性失真的影响,负反馈可以改善放大电路的
14、非线性失真，但是只能改善反馈环内产生的非线性失真。,图09.15 负反馈对非线性失真的影响,加入负反馈改善非线性失真，可通过图09.15来加以说明。失真的反馈信号，使净输入产生相反的失真，从而弥补了放大电路本身的非线性失真。,7.5 负反馈放大电路自激振荡及消除方法,一、产生自激振荡的原因及条件,1、自激振荡：无输入信号，有输出。,2、产生的原因（1）定性分析 有波特图可知AF是放大电路和反馈电路的总附加相移，如果在中频条件下，放大电路有180的相移。在其它频段电路中如果出现了附加相移AF，且AF达到180，使总的相移为360，负反馈变为正反馈。如果幅度条件满足要求，放大电路产生自激。,（2）
15、定量分析,由于,当Af趋于无穷时，产生自激振荡，即有：,六、为改善交流性能而引入负反馈的一般原则：,1、要稳定直流量（如Q点），应引入直流反馈；2、要稳定交流性能，应引入交流反馈；3、要稳定输出电压，应引入电压负反馈；4、要稳定输出电流，应引入电流负反馈；5、要提高输入电阻，应引入串联负反馈 要减少输入电阻，应引入并联负反馈；。,（书中295页，表7.3.2总结了负反馈对交流性能的影响）,说明：1、fo是 时的频率 2、fc是=-180时对应的频率。,判断方法：1、当f=fc时 L（fc）=0dB 自激 L（fc）=180 自激（fo）fo 不能,二、负反馈放大器稳定裕度 为了使所设计的负反馈放大器可靠稳定的工作，我们引入稳定裕度的概念，包括：1、幅值裕度 Gm Gm=20lg f=fc dB=45,三、常用的消振方法：1、方法原则：破坏幅值或相位条件 2、最简便的方法：调整反馈电阻阻值使 F下降 下降，即fo下降，使 fo fc。此法缺点：F减小是有限的。F下降，下降，此时反馈深度也减小。3、采用补偿的方法使放大器在高频时，幅值衰减很快，接入电容C（有时还有R）。,
