6反馈放大电路及其稳定性

6.1反馈的概念与判断6.2负反馈放大电路的方框图及放大倍数的估算6.3交流负反馈对放大电路性能的影响6.3负反馈放大电路的稳定性6.4放大电路中反馈的其他问题6.1反馈的概念与判断6.1.1反馈的基本概念6.1.2反馈的判断6.1.1反馈的基本概念反馈：将放大电路输出信号(输出电压或电流)的一部分或全部，通过反馈网络(反馈通路)回送到放大电路输入端(或输入回路)的一种工作方式。基本放大器反馈环反馈网络AF输入反馈输出的一部分部分输入被抵消大大环环反馈前向XOXi..(b)(a)XiXiXOXOXi'Xi'XfXfXfF...........==_“找联系”：找输出回路与输入回路的联系，若有则有反馈，否则无反馈。有反馈吗？将输出电压全部反馈回去无反馈有无反馈的判断即在输入回路又在输出回路6.1.2反馈的分类与判断1、反馈的分类(1)正反馈和负反馈根据反馈极性的不同，可以分为正反馈和负反馈。判断电路中引入的是正反馈还是负反馈，常采用瞬时极性法。正反馈和负反馈的判断在放大电路的输入端，假设一个输入信号对地的极性，用“+”、“-”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。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。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。瞬时极性法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。++++--ou21132uiufAA(a)(b)uiduiduiouuf左边是正反馈,右边是负反馈。1）当要求稳定放大电路的输出信号(输入信号不变)时，应采用负反馈的方式。2）引入正反馈可构成各种波形产生电路。(2)直流反馈和交流反馈根据电路中反馈信号本身的交、直流性质，可以分为直流反馈和交流反馈。反馈信号只有交流成分时为交流反馈，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。（a）图为直流反馈（b）图为交流反馈uS121122TTTTRRRCCERL2222RRRREEFFERSB11(a)iFiiiB1ccCFiC2VCCVCCouuf+++iE2iouiuS1RS+uiB122++3RLou引入交流负反馈引入直流负反馈(3)电压反馈和电流反馈将输出电压的一部分或全部引回到输入回路来影响净输入量的为电压反馈，即ooUX将输出电流的一部分或全部引回到输入回路来影响净输入量的为电流反馈，即ooIX描述放大电路和反馈网络在输出端的连接方式，即反馈网络的取样对象。(3)电压反馈和电流反馈可采用短路法来判断：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（a）为电流反馈，（b）为电压反馈。(a)(b)（4）.串联反馈和并联反馈描述放大电路和反馈网络在输入端的连接方式，即输入量、反馈量、净输入量的叠加关系。f'iiUUU--串联负反馈f'iiIII--并联负反馈+_负反馈(4)串联反馈和并联反馈（a）为并联反馈，（b）为串联反馈。(a)(b)串联反馈和并联反馈反馈信号与输入信号加在输入回路的同一个电极上，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。对于三极管来说，反馈信号与输入信号同时加在三极管的基极或发射极，为并联反馈；一个加在基极一个加在发射极则为串联反馈。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。此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。此时反馈信号与输入信号是电流相加减的关系。5.局部反馈和级间反馈只对多级放大电路中某一级起反馈作用的称为局部反馈，将多级放大电路的输出量引回到其输入级的输入回路的称为级间反馈。通过R3引入的是局部反馈通过R4引入的是级间反馈通常，重点研究级间反馈或称总体反馈。6.2.负反馈放大电路的四种基本组态对于负反馈来说，根据反馈信号在放大电路输出端采样方式、在输入回路中求和形式的不同，共有四种类型或组态，即：电压串联负反馈、电压并联负反馈、电流串联负反馈和电流并联负反馈。(1)电压串联负反馈++-12Auiduiouuf12TTRRCE22RREFB11cCFVCCufuS1RS+uiB122++3RLouAuFuUfUi'UoUSRSUiIiRLIoRoRyRiRxUi'UoAu基本放大器Fu反馈网络uFofUU这种反馈网络的反馈系数是放大倍数为uAioUU(2)电压并联负反馈A++-UoR1RFR2UiIf'(a)(b)IiIiUoRLIo基本放大器反馈网络RyRxRiRoArFg'IiUoRSUiIiArFgISIfUSRS'Ii放大倍数为反馈网络的反馈系数为gFofUIrAioIU(3)电流串联负反馈A++-UfUiUi'RFRLIoUoUfUSRSUiIiRiRxUi'UoRLIoRoRy基本放大器Ag(b)反馈网络FrFrIoAgUi'(a)放大倍数为反馈网络的反馈系数为gAioUIrFofIU(4)电流并联负反馈++-OUR1UiIf'......IoRRRR2FL3IiIiARxRiRSUiIiISIfUSRS'IiUoRLIoRoRy基本放大器(b)反馈网络Ai'IiFiIoAiFi(a)放大倍数为反馈网络的反馈系数为iAioIIiFofII6.3反馈放大电路的方框图表示及其一般表达式1.反馈放大电路的方框图表示.........基本放大电路反馈网络FAXiXi'Xf=FXOXo+-FofXX反馈系数定义为:2.反馈放大电路放大倍数的一般表达式(1)一般表达式的推导闭环放大倍数(2)的一般表达式分析①反馈深度②环路增益③深度负反馈近似表达式FAAXXA1iofFAAXXA1ioffAFA1FAFFAAA11f....基本放大器反馈网络FAabXfXi'6.4深度负反馈放大电路放大倍数的分析负反馈放大电路常用的分析方法：①等效电路法②拆环分析法③深度负反馈条件下的近似计算6.4.1深度负反馈的实质6.4.2深度负反馈放大电路的计算6.4.1深度负反馈的特点对于任何组态的负反馈放大电路，只要满足深度负反馈条件，都可以利用的特点，直接估算闭环电压放大倍数。可分别表示成以下两种形式：串联负反馈:并联负反馈:可利用上述特点来分析估算具有深度负反馈的电路。ifXX0iXifUUifII6.4.2深度负反馈放大电路的计算在估算闭环电压放大倍数时，(1)判断负反馈的组态是串联负反馈还是并联负反馈，以便选择式、中的一个，(2)根据放大电路的实际情况，列出和(或和)的表达式，(3)直接估算闭环电压放大倍数。ifUUifIIfUiUfIiI6.4.3基于理想运放的电压放大倍数的计算方法1.理想运放参数特点：Aod＝∞，rid＝∞，ro＝0，fH＝∞，所有失调因素、温漂、噪声均为零。2.理想运放工作在线性区的电路特征：引入交、直流负反馈因为uO为有限值，Aod＝∞，所以uN－uP＝0，即uN＝uP－－虚短路因为rid＝∞，所以iN＝iP＝0－－虚断路求解放大倍数的基本出发点无源网络3.理想运放工作在线性区的特点4.理想运放工作在非线性区的电路特征：引入交、直流正反馈或无反馈因为uO为有限值，所以:uNuP时，输出为正电源电压uNuP时,输出为负电源电压因为rid＝∞，所以iN＝iP＝0－－虚断路5.理想运放工作在非线性区的特点。6.5负反馈对放大电路性能的影响6.5.1稳定放大倍数6.5.2改变输入电阻和输出电阻6.5.3扩展通频带6.5.4减小非线性失真6.5.5负反馈的正确引入原则6.5.1提高放大倍数的稳定性闭环放大倍数的一般表达式可表示为：即：可得：负反馈使闭环放大倍数的相对变化量减小为开环放大倍数相对变化量的倍。AF11fAAFA1fdA22)1(d)1(dd)1(AFAAFAAFAAFAAAFAAd11dff6.5.2对输入电阻和输出电阻的影响1.负反馈对输入电阻的影响(1)串联负反馈使输入电阻增大UiUi'UfRLRiRiAFIoIiRif.......U.OifiiiifIUUIURiiii)1(RFAIUFAU(2)并联负反馈使输入电阻减小iiifIURfiiIIUFARIFAIU1iiiiUiRLRiRiAFIoIiIiIfRifRsUs'.........If.U.O=2.负反馈对输出电阻的影响(1)电压负反馈使输出电阻减小ofRFARIUooooo1AFIoRoXi=0..AXooi'....U.O=（2)电流负反馈使输出电阻增大ooIUoos)1(RFAofRRLRofRofRCREIo.Io.''U.O6.5.3扩展通频带假定无反馈时基本放大电路在高频段的放大倍数为：引入负反馈后：得：Hmj1ffAFAAFAAA11fHmHmfj11j1ffAFffAAHmmfHmmm)1(j1)1(j11fFAfAfFAfFAA可得：对于只有单个下限截止频率的无反馈放大器，在引入负反馈后可得：无反馈时的通频带为:引入负反馈后的通频带为:可得:即:HmHf1fFAfFAffmLLf1HLH7.0fffBWHfLfHff7.0)(fffBWf7.0)(BW7.0m)1(BWFA7.0mf7.0mf)(BWABWA负反馈的反馈深度愈深，通频带展得就愈宽，但中频放大倍数下降得也愈多。...BW0.7()BW0.7ffLffLfHfHff20lg20lg20lgAAmAmf06.5.4减小非线性失真.FAA(a)(b)xixfxixixoxo'大大大大小小小小+-引入负反馈可以减小放大电路引起的非线性失真。负反馈只能减小放大电路本身引起的非线性失真。如果放大器输入信号波形本身就已失真，这时，即使引入负反馈也无济于事。改善失真动画6.5.5负反馈的正确引入原则一般原则：(l)要稳定放大器静态工作点，应引入直流负反馈。(2)要改善放大器交流性能，应引入交流负反馈。(3)要想稳定输出电压(即减小输出电阻)，应引入电压负反馈；要想稳定输出电流(即增大输出电阻)，应引入电流负反馈。(4)要提高输入电阻，应引入串联负反馈；要减小输入电阻，应引入并联负反馈。(5)对于多级放大器，引入的负反馈尽量为级间整体反馈，即从输出端直接引回至输入回路。6.6负反馈放大电路的稳定性分析6.6.1负反馈放大电路的自激振荡与稳定工作条件分析6.6.2常用的频率补偿方法6.6.1负反馈放大电路的自激振荡与稳定工作条件分析1.产生自激振荡的原因与条件负反馈放大器将可能产生自激振荡根本原因之一:附加相移。-.基本放大器反馈网络Xo......AFxft0XfXiXit0=01xot,xi,当负反馈放大电路发生自激振荡时，必然有：该式可以分别用模和相角表示为：上面两个式子分别表示负反馈放大电路产生自激振荡的幅度条件和相位条件。1FA1FAAFFA)12(n),2,1,0(n,.1008060402020lg||/dBAdBdBdB十倍频十倍频十倍频01010100100110.10.10.010.01550.2///-20-40-60(0)-180-270(-90)(-180)-360(-270)-450OOOOOOOO2f/MHzf/MHz3.负反馈放大电路