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1、1,7 反馈放大电路,7.1 反馈的基本概念与分类,7.2 负反馈放大电路的四种组态,7.4 负反馈对放大电路性能的影响,7.3 负反馈放大电路增益的一般表达式,2,7 反馈放大电路,7.7 负反馈放大电路的频率响应,7.8 负反馈放大电路的稳定性,7.5 深度负反馈条件下的近似计算,7.6 负反馈放大电路设计,3,7.1 反馈的基本概念与分类,什么是反馈,直流反馈与交流反馈,正反馈与负反馈,串联反馈与并联反馈,电压反馈与电流反馈,4,7.1.1 什么是反馈,1.反馈(feedback),内部反馈,外部反馈,将电路输出电量（电压或电流）的一部分或全部通过反馈网络，用一定的方式送回到输入回路，以
2、影响输入电量的过程。反馈体现了输出信号对输入信号的反作用,5,7.1.1 什么是反馈,1.反馈(feedback),输出信号,反馈放大电路的输入信号,反馈信号,基本放大电路的输入信号（净输入信号）,+,x,I,x,F,x,O,基本放大,电路A,x,ID,反馈网络,F,6,2.开环与闭环,反馈通路信号反向传输的渠道,开环 无反馈通路,闭环 有反馈通路,反馈通路（反馈网络）,信号的正向传输,7.1.1 什么是反馈,7,3.本级反馈与级间反馈,7.1.1 什么是反馈,级间反馈通路,(+),(+),(+),(+),(-),(-),净输入量,级间负反馈,8,7.1.2 直流反馈与交流反馈,根据反馈到输入
3、端的信号是交流，还是直流，或同时存在，来进行判别。,取决于反馈通路。,直流通路中存在的反馈 直流反馈（稳定静态工作点）,交流通路中存在的反馈 交流反馈（改善交流性能）,例,(+),(+),(+),(+),交、直流负反馈,(+),9,7.1.2 直流反馈与交流反馈,V,V,V,+,e1,-,1,R,R,R,C,c3,v,c1,T,1,CC,3,+V,i,T,T,R,2,e2,c2,R,C,f1,R,R,f2,v,o,+,-,10,正反馈：引入反馈后，使净输入量变大了。,负反馈：引入反馈后，使净输入量变小了。,7.1.3 正反馈与负反馈,例,(+),(+),(-),(-),(-),净输入量,(+)
4、,(+),(-),(-),净输入量,负反馈,正反馈,反馈通路,反馈通路,11,7.1.3 正反馈与负反馈,+,f,I,1,2,R,b1,c2,T,i,R,c1,v,T,R,R,c3,R,12V,12V,v,O,T,3,b2,R,12,7.1.4 串联反馈与并联反馈,输入端：反馈信号在输入端的联接分为串联和并联两种方式。,13,7.1.5 电压反馈与电流反馈,输出端：反馈信号在输出端分为取电压和取电流两种方式。,电流：将负载短路，反馈量仍然存在。,电压：将负载短路，反馈量为零。,电压反馈：反馈信号的大小与输出电压成比例,电流反馈：反馈信号的大小与输出电流成比例,输出短路法：假设输出端交流短路，R
5、L=0或vo=0,14,电压串联,电压并联,电流串联,电流并联,15,例,7.2 负反馈放大电路的四种组态,电压串联负反馈,动画演示,Voltage-series negative feedback,16,例,电压并联负反馈,i,i,i,id,i,f,f,R,L,R,+,V,s,i,R,s,v,o,动画演示,Voltage-shunt negative feedback,7.2 负反馈放大电路的四种组态,17,例,电流串联负反馈,V,V,+,id,v,f,R,f,v,R,L,v,i,R,s,s,v,o,i,动画演示,Current-series negative feedback,7.2 负反
6、馈放大电路的四种组态,18,例,电流并联负反馈,动画演示,Current-shunt negative feedback,7.2 负反馈放大电路的四种组态,19,7.2 负反馈放大电路的四种组态,例,20,7.2 负反馈放大电路的四种组态,例,21,例,电流并联负反馈,T1,CC,V,1,R,2,R,s,i,T2,3,R,R,b1,i,o,i,Current-shunt negative feedback,7.2 负反馈放大电路的四种组态,R,s,v,o,+,22,A.电压串联,RL,电压负反馈：稳定输出电压,串联反馈：输入端电压求和（KVL）,各种反馈类型的特点,7.2 负反馈放大电路的四种
7、组态,23,各种反馈类型的特点,B.电流并联,RL,电流负反馈：稳定输出电流,并联反馈：输入端电流求和（KCL）,其他两种阻态有类似的结论,7.2 负反馈放大电路的四种组态,24,A.串联反馈,信号源对反馈效果的影响,vid=vi-vf,则vi最好为恒压源，即信号源内阻Rs越小越好。,要想反馈效果明显，就要求vf变化能有效引起vid的变化。,7.2 负反馈放大电路的四种组态,25,B.并联反馈,信号源对反馈效果的影响,iid=ii-if,则ii最好为恒流源，即信号源内阻Rs越大越好。,要想反馈效果明显，就要求if变化能有效引起iid的变化。,7.2 负反馈放大电路的四种组态,26,7.3 负反
8、馈放大电路增益的一般表达式,1.组成框图,输出信号,反馈放大电路的输入信号,反馈信号,基本放大电路的输入信号（净输入信号）,动画演示,27,7.3 负反馈放大电路增益的一般表达式,2.信号的单向化传输,信号的正向传输,信号的反向传输,信号在反馈网络中的正向传输,信号在基本放大电路中的反向传输,28,2.信号的单向化传输,信号的正向传输,信号的反向传输,单向化,7.3 负反馈放大电路增益的一般表达式,29,7.3 负反馈放大电路增益的一般表达式,3.表达式推导,反馈系数,闭环增益(closed-loop gain),因为,所以,已知,即,闭环增益的一般表达式,开环增益(open-loop gai
9、n),X,f,F,X,o,A,+,X,i,X,id,30,7.3 负反馈放大电路增益的一般表达式,3.表达式推导,信号 在四种反馈阻态中的具体形式,电压串联,电压并联,电流串联,电流并联,31,7.3 负反馈放大电路增益的一般表达式,电压串联,电压并联,电流串联,电流并联,负反馈放大电路中各种信号量的含义,表,32,4.反馈深度(feedback desensitivity)的讨论,一般负反馈,7.3 负反馈放大电路增益的一般表达式,称为反馈深度,深度负反馈,正反馈,自激振荡,33,5.环路增益(loop gain),7.3 负反馈放大电路增益的一般表达式,环路电压增益=,动画演示,34,7.
10、4 负反馈对放大电路性能的影响,提高增益的稳定性,减少非线性失真,扩展频带,对输入电阻和输出电阻的影响,为改善性能引入负反馈的一般原则,抑制反馈环内噪声,35,7.4.1 提高增益的稳定性,闭环时,则,只考虑幅值有,即闭环增益相对变化量比开环减小了1+AF倍,表明引入负反馈后，增益的相对变化是未加负反馈时增益的相对变化的1/(1+AF)。即引入负反馈使电路增益的稳定性提高。,另一方面:,在深度负反馈条件下,即闭环增益只取决于反馈网络。当反馈网络由稳定的线性元件组成时，闭环增益将有很高的稳定性。,36,减少非线性失真,闭环时增益减小，线性度变好。,开环特性闭环特性,动画演示,37,加反馈前,加反
11、馈后,失真,改善,减少非线性失真,38,信噪比：,抑制反馈环内的噪声和干扰,39,增加一级无噪声的前置级，使新的信噪比提高。,负反馈只对环内噪声起抑制作用，对环外噪声不起抑制作用。,抑制反馈环内的噪声和干扰,动画演示,40,(1)串联负反馈使输入电阻增加,无反馈时：,有反馈时：,7.4.4 对输入、输出电阻的影响,41,(2)并联负反馈使输入电阻减小,无反馈时：,有反馈时：,7.4.4 对输入、输出电阻的影响,42,电压负反馈稳定输出电压（当负载变化时）恒压源输出电阻小。,(3)电压负反馈使输出电阻减小,放大电路空载时可等效右图框中为电压源：,输出电阻越小，输出电压越稳定，反之亦然。,7.4.
12、4 对输入、输出电阻的影响,43,电流负反馈稳定输出电流（当负载变化时）恒流源输出电阻大。,(4)电流负反馈使输出电阻提高,放大电路空载时可等效为右图框中电流源：,输出电阻越大，输出电流越稳定，反之亦然。,7.4.4 对输入、输出电阻的影响,44,估算输入输出电阻,（1）电压串联负反馈,RifRb1,ROf0,R,7.4.4 对输入、输出电阻的影响,45,估算输入输出电阻,（2）电压并联负反馈,RifRS,ROf0,v,7.4.4 对输入、输出电阻的影响,46,估算输入输出电阻,（3）电流并联负反馈,ROfRC2,RifRS,7.4.4 对输入、输出电阻的影响,47,7.5 深度负反馈条件下的
13、近似计算,深度负反馈的特点,即，深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈网络有关,由于,则,又因为,代入上式,得,输入量近似等于反馈量,净输入量近似等于零,由此可得深度负反馈条件下，基本放大电路“两虚”的概念,48,串联负反馈，输入端电压求和。,深度负反馈条件下,虚短,虚断,虚短,虚断,并联负反馈，输入端电流求和。,深度负反馈的特点,7.5 深度负反馈条件下的近似计算,49,电路如图所示，近似计算它的电压增益。,例题,50,电路如图所示，近似计算它的电压增益。,例题,51,电路如图所示，近似计算它的电压增益。,闭环增益,闭环电压增益,解：,忽略基极直流偏置电路后的交流通路如下图所示。,电路为电流串联
14、负反馈,则反馈系数为,注：电路必须满足深度负反馈条件才有此结论,在深度负反馈条件下，利用虚短和虚断可知,例题,52,电路如图所示，近似计算它的电压增益。,例题,虚短：,虚断：,闭环增益,反馈系数,闭环电压增益,53,求：(1)大环阻态；(2)二、三级局部阻态；(3)深度负反馈下大环的闭环电压增益。,解：,(1)电压并联负反馈,(2),T2 电流串联负反馈,T2和T3级间电流串联正反馈,例题,动画演示,54,闭环增益,闭环电压增益,解：,例题,求：(1)大环阻态；(2)二、三级局部阻态；(3)深度负反馈下大环的闭环电压增益。,55,求：(1)判断反馈阻态；(2)深度负反馈下大环的闭环电压增益。,
15、解：,(1)电压串联负反馈,例题,动画演示,56,闭环电压增益,在深度负反馈条件下，利用虚短和虚断可知,解：,则反馈系数为,A1,A2,A3,求：(1)判断反馈阻态；(2)深度负反馈下大环的闭环电压增益。,例题,57,7.6 负反馈放大电路设计,设计负反馈放大电路的一般步骤,设计举例,58,1.选定需要的反馈类型,7.6.1 设计负反馈放大电路的一般步骤,（1）根据信号源的性质选择串联或并联负反馈。当信号源为恒压源或内阻较小的电流源时，应选择串联负反馈；当信号源为恒流源或内阻较大的电压源时，应选择并联负反馈,（2）根据对放大电路输出信号的要求，选择电压或电流负反馈。当要求放大电路输出稳定的电压
16、信号时，应选择电压负反馈；当要求输出稳定的电流信号时，应选择并联负反馈,（3）根据四种反馈放大电路的功能，选择合适的反馈组态,59,为改善性能引入负反馈的一般原则,要稳定直流量,引直流负反馈,要稳定交流量,引交流负反馈,要稳定输出电压,引电压负反馈,要稳定输出电流,引电流负反馈,要增大输入电阻,引串联负反馈,要减小输入电阻,引并联负反馈,60,在下面的放大器中按要求引入适当的反馈。（1）希望加入信号后，ic3的数值基本不受R6改变的影响。,例题,61,（2）希望接入负载后，输出电压vo基本稳定。,V,V,V,V,1,5,1,2,T,2,T,R,3,R,C,3,4,+V,R,CC,R,T,1,R
17、,R,7,6,R,-,v,+,i,v,o,+,-,例题,62,（3）希望输入端向信号源索取的电流小。,例题,63,（4）希望稳定静态工作点。,解：以上两种反馈都同时具有交、直流反馈，所以能够稳定静态工作点。,如果要求只引入直流负反馈，去除交流反馈。怎样接？,V,V,V,V,1,5,1,2,T,2,T,R,3,R,C,3,4,+V,R,CC,R,T,1,R,R,7,6,R,-,u,+,i,v,o,+,-,例题,64,2.确定反馈系数的大小,7.6.1 设计负反馈放大电路的一般步骤,3.适当选择反馈网络中的电阻阻值,减小反馈网络对放大电路输入端和输出端的负载效应,4.用SPICE分析设计的电路，检
18、验是否符合设计目标,65,7.6.2 设计举例,例 用集成运放设计一个负反馈放大电路，输入信号电压源vs，内阻Rs=2k，负载电阻RL=50。要求vo=10vs，负载变化时，输出电压趋于稳定。运放参数：Avo=104，Ri=5k，Ro=100。设计合适的反馈网络。,V,V,+,R,v,1,o,2,R,R,L,R,S,s,v,+,A输入,A输出,F输入,F输出,Fv=1/10,Avfs=10,AvFv1040.1=1000,Rif=(1+AvFv)Ri=5000k,Rof=Ri/(1+AvFv)=0.1k,66,7.6.2 设计举例,V,s,+,R,s,V,i,+,V,id,+,V,f,+,R,
19、1,R,2,+,I,i,V,o,+,R,L,R,i,A,VO,V,id,r,o,+,Fv=R1/(R1+R2)=1/10,R2/R1=9,(R1+R2)Ro,R1|R2Ri,R1=500 R2=4.5k,67,7.6.2 设计举例,例 用集成运放为光电隔离器设计一个负反馈的驱动电路。设信号电压源vs的变化范围0-5V，内阻Rs=500，要求LED的电流为io1=10-3vs。运放参数：Avo=104，Ri=5k，Ro=100。设计合适的反馈网络。,V,V,+,v,o1,R,f,R,S,s,v,+,+,v,f,+,i,o1,68,7.6.2 设计举例,例 用集成运放设计将光电二极管D2的电流转换
20、为输出的电压的放大电路。设光电二极管的rs=75，负载电阻RL=500，要求输出电vo=103id。运放参数：Avo=104，Ri=5k，Ro=100。设计合适的反馈网络。,69,7.7 负反馈放大电路的频率响应,频率响应的一般表达式,增益-带宽积,70,7.7.1 频率响应的一般表达式,开环幅频响应,闭环幅频响应,引入负反馈（F与f 无关）,71,7.7.1 频率响应的一般表达式,上限频率增大,下限频率减小,引入负反馈后，放大电路的通频带展宽了,72,7.7.2 增益-带宽积,增益带宽积常数,73,7.8 负反馈放大电路的稳定问题,自激及稳定工作条件,*7.5.2 频率补偿技术,74,7.8
21、.1 自激及稳定工作条件,1.自激振荡现象,在不加输入信号的情况下，放大电路仍会产生一定频率的信号输出。,75,中频时：,高频或低频时，放大器产生的附加相移达到180时。,为负反馈。,变为正反馈。,此时，若满足,即当Xi=0时，仍会有输出信号。,2.自激振荡的原因,7.8.1 自激及稳定工作条件,76,7.8.1 自激及稳定工作条件,3.自激振荡的过程,77,自激振荡,即,又,得自激振荡条件,幅值条件,相位条件（附加相移）,闭环增益,7.8.1 自激及稳定工作条件,反馈深度,4.自激振荡的条件,78,则放大器稳定。否则自激。,即：,5.稳定工作条件(neguist stability crit
22、erion),破坏自激振荡条件,设反馈网络是电阻性的,7.8.1 自激及稳定工作条件,79,则放大器稳定。否则自激。,满足：,为了切实保证稳定，要留有45余量，称为相位裕度,设反馈网络是电阻性的,6.稳定判据及稳定裕度,7.8.1 自激及稳定工作条件,动画演示,80,同理，为了切实保证稳定，要留有10dB的余量，称为幅值裕度,满足：,则放大器稳定。否则自激。,设反馈网络是电阻性的,6.稳定判据及稳定裕度,7.8.1 自激及稳定工作条件,81,环路增益的幅频响应写为,利用波特图分析,即该点满足,工程上要求Gm不小于10dB，相位裕度不小于45度。,7.反馈放大电路稳定性分析,7.8.1 自激及稳
23、定工作条件,82,曲线的一点。若该点,满足相位裕度，稳定；,否则不稳定。或在相频响应的,点处作垂线交,若P点在 水平线之下，稳定；,8.判断稳定性方法,7.8.1 自激及稳定工作条件,于P点，,否则不稳定。,83,设一基本放大器的增益为：,1.设反馈系数，分析其稳定性,三个极点频率为：fp1=0.5106Hz，fp2=5106Hz，fp3=5107Hz。其中fp1=0.5106Hz最低，它决定了整个基本放大器的上限频率，称为主极点频率。,例题,84,与E点相对应的附加相位移为，因此，放大器是不稳定的。,例题,85,2.将反馈系数 改为，分析其稳定性,与D点相对应的附加相位移为，因此，放大器是稳定的。且jm,例题,86,反馈深度越深，放大器级数越多，越容易自激。,结论：,例题,87,最大环路增益,例题,88,小结:,理解反馈的概念。2.熟练掌握反馈的判断及特点。3.理解不同反馈方式对输入信号源的要求。掌握负反馈放大电路增益的一般表达式。理解反馈深度。理解负反馈对放大电路性能的影响。理解放大器深度负反馈条件下的虚短与虚断的概念。能对深度负反馈放大电路进行增益的近似计算及输入输出电阻的定性分析。熟练掌握负反馈放大电路的稳定判断方法。,
