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1、第七章 反馈放大电路,7.1 反馈的基本概念与分类,一、反馈的基本概念,将输出信号（电压或电流）馈送到输入回路，与输入信号进行运算（一般是加减）得到净输入信号（电压或电流），从而改变净输入信号，最终实现控制输出的目的,是否存在反馈通路?,反馈通路（本级）,反馈通路（本级）,反馈通路（级间）,无反馈,反馈的方框图,反馈Xf,AXi,FXo,净输入Xid,AXi,AXid,Xo、Xf、Xi、Xid可以是电压信号、也可以是电流信号,Xf、Xi、Xid都是电压或都是电流信号,直流反馈,交、直流反馈,二、直流反馈与交流反馈,三、正反馈与负反馈,正反馈：,负反馈：,净输入信号大于输入信号,净输入信号小于输
2、入信号,判别方法：瞬时极性法在电路中，从输入端开始，沿着信号流向，标出某一时刻有关节点电压变化的斜率（正斜率或负斜率，用“+”、“-”号表示）,净输入减少，负反馈,净输入增加，正反馈,Vf与Vi极性相反,级间反馈通路,净输入量减小,级间负反馈,反馈通路,净输入量减小,本级负反馈,输入端的连接方式,串联反馈,并联反馈,四、串联反馈与并联反馈,串联,串联：输入以电压形式求和（KVL）-vi+vid+vf=0 即 vid=vi-vf,并联：输入以电流形式求和（KCL）ii-iid-if=0 即 iid=ii-if,并联,并联反馈,级间反馈通路,xf(if),串联反馈,级间反馈,xf(vf),输出端的
3、连接方式,电压反馈,电流反馈,五、电压反馈与电流反馈,电压反馈：反馈信号xf和输出电压成比例，即xf=Fvo电流反馈：反馈信号xf与输出电流成比例，即xf=Fio,并联结构,串联结构,电压负反馈,RL,电压负反馈稳定输出电压,xf=Fvo，xid=xixf,负反馈对输出信号的稳定作用,电流负反馈,RL,电流负反馈稳定输出电流,xf=Fio，xid=xixf,电压反馈与电流反馈判断方法,负载短路法,将负载短路，反馈量仍然存在电流反馈,将负载短路（未接负载时输出对地短路），反馈量为零电压反馈,电压反馈,电流反馈,反馈通路,反馈通路,电压反馈,反馈通路,7.2负反馈放大电路的四种组态,电压串联负反馈
4、电压并联负反馈电流并联负反馈电流串联负反馈,电压串联反馈,电压并联反馈,电流串联反馈,电流并联反馈,反馈电压Uf与输出电压Uo成正比,Uf与Ui串联叠加得净输入电压Uid,Uid UiUf,反馈使净输入信号减小,负反馈,电压串联负反馈,Uf与Uo成正比,电压反馈,Uid UiUf,Uf与Ui串联叠加得Uid,负反馈,电压串连负反馈,电流并联负反馈,即使Uo=0，反馈仍然存在，反馈不是与Uo成正比，而是与输出电流成正比,=0,电流反馈,=0,F 与A的输入端并联,并联反馈,iS,iid ii if,净输入电流减小，负反馈,Uo 0,反馈仍然存在,电流反馈,iid ii if,负反馈,F与A的输入
5、端并联,并联反馈,电流并联负反馈,电压并联负反馈,Uo 0,Uo 0时，Rf仅接在输入回路，反馈消失电压反馈,Uo,电压并联负反馈,电流串联负反馈,电流反馈,串联反馈,电压并联负反馈,反馈组态判断举例,(+),(+),(-),(+),(+),(+),电流串联负反馈,Uf,Uid=UiUf,电压串联负反馈,电压负反馈：稳定输出电压，具有恒压特性,串联反馈：输入端电压求和（KVL）,电流负反馈：稳定输出电流，具有恒流特性,并联反馈：输入端电流求和（KCL）,小结,串联负反馈,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。
6、,信号源对反馈效果的影响,并联负反馈,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。,7.3 负反馈放大电路增益的一般表达式,一、负反馈放大电路的方框图,二、负反馈放大电路增益的一般表达式,负反馈,正反馈,自激振荡,负反馈放大电路中各种信号量的含义,7.4负反馈对放大电路性能的影响,一、提高增益的稳定性,放大器加负反馈的最主要目的,核心是BJT，其参数随温度变化，导致A不稳定,一般为无源元件，参数稳定，F稳定,深度负反馈：,负反馈放大器以牺牲增益为代价获得增益的稳定,与不稳定的A无关,一般情况,闭环增益相对变化量,开
7、环增益相对变化量,Xoh,cXfh,cXid(Xi Xf)i,cX0i,i,i,h,h,负反馈具有抑制输出波动的能力,为了使稳定效果更好，Xi应该稳定不变（与反馈无关),并联反馈Xi为电流，希望信号源内阻大一些,串联反馈Xi为电压，希望信号源内阻小一些,负反馈稳定输出的过程,二、减小非线性失真,开环时的传输特性,闭环时的传输特性,BJT非线性,深度负反馈,输入电阻增加,三、改变输入输出电阻,串联负反馈,电压负反馈,输出电压更加稳定,电流负反馈,输出电流更加稳定,并联负反馈,输入电阻减小,输出电阻减小,输出电阻增加,四、抑制反馈环内噪声,负反馈使增益降低,为了使输出信号不变必然要增加输入信号,信
8、噪比增加,比原有的信噪比提高了 倍,电压的信噪比,新的信噪比,注意,负反馈只能降低反馈环内的噪声,对输入信号中已有的噪声负反馈并不能改善信噪比,要增加输入信号，必然要增加前置级,要求前置级必须是低噪声放大电路,开环增益,闭环增益,对高频响应的影响,五、扩展频带,同理：,对低频响应的影响,7.5 深度负反馈条件下的近似计算,电压串联负反馈,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,（也常写为 xf xi）,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,输入量近似等于反馈量,（xid 0）,串联负反馈，输入端电压求
9、和,深度负反馈条件下 xid=xi-xf 0,虚短,虚断,虚短,虚断,并联负反馈，输入端电流求和,vid=iid ri 0,电压串联负反馈,设电路满足深度负反馈条件，试写出该电路的闭环电压增益表达式。,解：,根据虚短、虚断,闭环电压增益,举例,电流并联负反馈,设电路满足深度负反馈条件，试写出该电路的闭环增益和闭环源电压增益表达式。,解：,根据虚短、虚断,闭环增益,闭环源电压增益,电流串联负反馈,Uf,Ui3,Ui3,电压串联负反馈,7.6.1 设计负反馈放大电路的一般步骤,7.6.2 设计举例,7.6 负反馈放大电路设计,7.6.1 设计负反馈放大电路的一般步骤,1.选定需要的反馈类型,2.确
10、定反馈系数的大小,3.适当选择反馈网络中的电阻阻值,信号源性质,对输出信号的要求,对输入、输出电阻的要求,对信号变换的要求（V-V、V-I、I-V、I-I）,深度负反馈时,7.6.2 设计举例,设计一个带负反馈的光电隔离器的驱动电路。设vs的变化范围为05V，内阻Rs=500。要求LED的io1=10-3vs(A)。已知运放的Avo=104，Ri=5k，Ro=100。,解:,驱动电路需要将电压vs转换为电流io1,已知LED的光强度与流过LED的电流io1成正比,要求LED的光强度与电压信号vs成正比,选用电流串联负反馈电路,选用电流串联负反馈电路,所以 Rf=1k,又因为根据虚断有,深度负反
11、馈时,7.8负反馈放大电路的稳定问题,负反馈可以使放大器工作更稳定,正反馈将使放大器工作更加不稳定,甚至在没有输入信号时也会有输出信号自激振荡,自激振荡条件,当 时,经过一次反馈循环之后的输出与原来的输出相同,自激振荡条件,自激振荡条件,幅度条件与相位条件同时满足时，才会产生自激振荡,消除自激振荡的措施：,消除自激振荡的措施：,相位裕度：,增益裕度：,相位裕度与增益裕度越大，说明电路越不容易出现自激振荡，电路工作也更加稳定,如果裕度过小，电路参数稍有波动，就可能满足自激振荡条件,负反馈放大器产生自激振荡的原因,在高低频段，各种电抗性元件的影响不能忽略，A、F是频率的函数，不同的频率有不同的附加相移,若在某个频率处附加相移达到180o，Rf在对该频率信号引入的反馈将成为正反馈，如果该频率处的反馈深度同时大于等于1，将产生自激振荡,
