模拟电子技术基础第八章反馈放大电路.

8反馈放大电路8.1反馈的基本概念与分类8.2负反馈放大电路增益的一般表达式8.3负反馈对放大电路性能的影响8.4深度负反馈条件下的近似计算8.5负反馈放大电路设计8.6负反馈放大电路的稳定性8.1反馈的基本概念与分类8.1.1什么是反馈8.1.2直流反馈与交流反馈8.1.3正反馈与负反馈8.1.4串联反馈与并联反馈8.1.5电压反馈与电流反馈8.1.6负反馈放大电路的四种组态8.1.1什么是反馈Rb1vi+Cb2Rb2ReRcCb1vo+RLTi1iBiCiE=iC+iBVCCbceVB图射极偏置电路将电子系统输出回路的电量（电压或电流），送回到输入回路的过程。内部反馈外部反馈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）框图vIvO+-RLvIvO+-RLR2R1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）信号的正向传输判断电路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）理论上电源线和地线不能作为反馈通路反馈通路（级间）8.1.2直流反馈与交流反馈根据反馈到输入端的信号是交流，还是直流，或同时存在，来进行判别。vIvO-+CR1R2交、直流反馈交流反馈直流反馈交、直流反馈8.1.3正反馈与负反馈正反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变大了。负反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变小了。从输出端看从输入端看正反馈：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。+-净输入量（压差）净输入量（压差）净输入量（压差）净输入量可以是电压，也可以是电流。判别方法：瞬时极性法。即在电路中，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）。vIvO-+RLR2R1(+)(+)(-)(-)(-)净输入量减小vIvO-+RLR2R1(+)(+)(-)(-)净输入量增大负反馈正反馈反馈通路反馈通路vO-+R4R5R3-+vIR1R2(+)(+)(+)(+)(-)(-)级间反馈通路净输入量减小级间负反馈反馈通路本级反馈通路(+)(-)(+)(+)级间反馈通路净输入量减小级间负反馈Rb1vi+Cb2Rb2ReRcCb1vo+RLTVCC(+)(+)(+)反馈通路净输入量减小本级负反馈8.1.4串联反馈与并联反馈由反馈网络在放大电路输入端的连接方式判定串联串联：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：反馈量xf和输入量xi接于同一输入端。串联：反馈量xf和输入量xi接于不同的输入端。xfxixfxixfxixfxi由信号在输入端的连接方式判定xfxixfxi判断电路中的级间交流反馈是串联反馈还是并联反馈并联反馈级间反馈通路xf(if)串联反馈级间反馈通路xf(vf)判断电路中的级间交流反馈是串联反馈还是并联反馈信号源对反馈效果的影响串联负反馈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。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。8.1.5电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈由反馈网络在放大电路输出端的取样对象决定电压反馈：反馈信号xf和输出电压成比例，即xf=Fvo并联结构串联结构电流反馈：反馈信号xf与输出电流成比例，即xf=Fio电压负反馈RLvoxfxidvo电压负反馈稳定输出电压xf=Fvo，xid=xi－xf电流负反馈RLioxfxidio电流负反馈稳定输出电流xf=Fio，xid=xi－xf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+VDDTRg1voRsRg2Rsi＋－viCb1＋－vsRLCb2＋－(a)vf电压反馈反馈通路RcReRLrbe+-+-vovfibibioRcRerbe+-vfibibioRb1vi+Cb2Rb2ReRcCb1vo+RLTVCCvf+io电流反馈反馈通路8.1.6负反馈放大电路的四种组态由此可组成四种组态：输入端：输出端：电压串联电压并联电流串联电流并联四种组态反馈网络在放大电路输入端的连接分为串联和并联两种方式。反馈信号在输出端分为电压取样和电流取样两种方式。1.电压串联负反馈放大电路输入以电压形式求和（KVL）：vid=vi-vf稳定输出电压特点：电压控制的电压源（VCVS），电压/电压转换输入以电流形式求和（KCL）：iid=ii-if稳定输出电压电流控制的电压源（CCVS），电流/电压转换特点：2.电压并联负反馈放大电路输入以电压形式求和（KVL）：vid=vi-vf稳定输出电流电压控制的电流源（VCCS），电压/电流转换特点：3.电流串联负反馈放大电路输入以电流形式求和（KCL）：iid=ii-if稳定输出电流电流控制的电流源（CCCS），电流/电流转换特点：4.电流并联负反馈放大电路电压负反馈：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）不同组态的特点：反馈组态判断举例（交流）(+)(-)(-)(-)级间电流并联负反馈(+)(+)(-)(-)电压并联负反馈反馈组态判断举例（交流）(+)(+)(-)(+)(+)(+)直流反馈交、直流反馈电流串联负反馈反馈组态判断举例（交流）(+)(+)(-)(+)(+)电压串联负反馈反馈组态判断举例（交流）例:试判断下图所示电路的反馈组态。解:根据瞬时极性法，见图中的红色“+”、“-”号，可知经电阻R1加在基极B1上的是直流并联负反馈。因反馈信号与输出电流成比例，故又为电流反馈。结论：是直流电流并联负反馈。经Rf加在E1上是交流负反馈。反馈信号和输入信号加在T1两个输入电极，故为串联反馈。结论：交流电压串联负反馈。例:试判断下图的反馈组态。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。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。8.2负反馈放大电路增益的一般表达式xo基本放大A电路xid反馈网络Fxf–+xi输入输出1.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正向传输：信号由输入到输出的传输反向传输：信号由输出到输入的传输xo基本放大A电路xid反馈网络Fxf–+xi输入输出信号的正向传输信号的反向传输正向传输：信号由输入到输出的传输反向传输：信号由输出到输入的传输开环增益idoxxAofxxF反馈系数iofxxA闭环增益因为fiidxxx所以iofxxAfidoxxxFxAxxooo/已知AFA1xo基本放大A电路xid反馈网络Fxf–+xifidixxx闭环增益的一般表达式即AFAA1f2.闭环增益的一般表达式iiiiAAiiAF1/iof信号量或信号传递比反馈组态电压串联电流并联电压并联电流串联Av=vo/vidAi=io/iidF=xf/xoFv=vf/voFi=if/iovvvFAA1Avf=vo/vi功能vi控制vo，电压放大ii控制io，电流放大xoxi、xf、xidAf=xo/xiAFA1负反馈放大电路中各种信号量的含义A=xo/xidvoiovi、vf、vidii、if、iidido/iArvido/viAgof/viFgof/iFrvgrrrFAAiA1/iofvrgggFAAiA1/iofvii控制vo，电流转换为电压vi控制io，电压转换为电流voiovi、vf、vidii、if、iid一般负反馈称为反馈深度)1(FA时，11)1(FA，fAA时，11)2(FA深度负反馈正反馈时，11)3(FA，fAA自激振荡时，01)4(FA，fA一般情况下，A和F都是频率的函数，当考虑信号频率的影响时，Af、A和F分别用、和表示。fAAF即FAAA1f3.反馈深度讨论8.3负反馈对放大电路性能的影响8.3.1提高增益的稳定性8.3.2减小非线性失真8.3.3抑制反馈环内噪声8.3.4对输入电阻和输出电阻的影响8.3.5扩展频带8.3.1提高增益的稳定性闭环时FAAA1f对A求导得2f)1(1ddAFAA只考虑幅值有AFAA1fAAAFAAd11dff即闭环增益相对变化量比开环减小了1+AF另一方面,在深度负反馈条件下FA1f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。负反馈的组态不同，稳定的增益不同（Avf、Arf、Agf、Aif）8.3.2减小非线性失真vovio开环特性闭环特性闭环时增益减小，线性度变好。只能减少环内放大电路产生的失真，如果输入波形本身就是失真的，即使引入负反馈，也无济于事。8.3.3抑制反馈环内噪声自学8.3.4对输入电阻和输出电阻的影响串联负反馈1.对输入电阻的影响开环输入电阻Ri=vid/ii因为vf=F·xoxo=A·vid闭环输入电阻Rif=vi/ii所以vi=vid+vf=(1+AF)vid闭环输入电阻Rif=vi/iiiiid)1()1(RAFiAFv引入串联负反馈后，输入电阻增加了。并联负反馈闭环输入电阻AFRR1iif引入并联负反馈后，输入电阻减小了。注意:反馈对输入电阻的影响仅限于环内，对环外不产生影响。例如viiiifR1iidRLRfvo+-Avid+-ifRRif并联负反馈电路图中R1不在环内AFRR1iif但是if1ifRRR当R1时，反馈对Rif几乎没有影响。ifR电压负反馈2.对输出电阻的影响闭环输出电阻ttofiRv而xid=-xf=-FvtidoottxARiv忽略反馈网络对it的分流FARiRoottof1vtoottvvFARi所以引入电压负反馈后，输出电阻减小了。电压负反馈电流负反馈闭环输出电阻osttof)1(RFAiRv引入电流负反馈后，输出电阻增大了。注意:反馈对输出电阻的影响仅限于环内，对环外不产生影响。负反馈对放大电路性能的改善，是以牺牲增益为代价的，且仅对环内的性能产生影响。串联负反馈——并联负反馈——电压负反馈——电流负反馈——特别注意表8.3.1的内容增大输入电阻减小输入电阻减小输出电阻，稳定输出电压增大输出电阻，稳定输出电流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——•引并联负反馈例：在下图所示的电路中，为了实现下述的性能要求，问各应引入何种负反馈？将结果画在电路上。1.希望Vs=0时，元件参数的改变对末级集电极电流影响小；2.希望输入电阻较大；3.希望输出电阻较小；4.希望接上负载后，电压放大倍数基本不变；5.希望信号源为电流源时，反馈的效果比较好。1.直流电流负反馈2.串联负反馈3.电压负反馈4.稳定输出电压，电压负反馈5.并联负反馈1.直流电流负反馈2.串联负反馈3.电压负反馈4.稳定输出电压，电压负反馈5.并联负反馈8.3.5扩展频带1.频率响应的一般表达式基本放大电路的高频响应HMHj1ffAA为基本放大电路通带增益MA比开环时增加了HfMfHHHfj11ffAFAAA根据