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1、模拟电子技术基础,佛山科学技术学院电子信息工程系,主讲 ：谭海曙,第十二讲,9.4 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。 9.4.1 负反馈对增益稳定性的影响 9.4.2 负反馈对输入电阻的影响 9.4.3 负反馈对输出电阻的影响 9.4.4 负反馈对通频带的影响 9.4.5 负反馈对非线性失真的影响 9.4.6 负反馈对噪声、干扰和温漂的影响,9.4.1负反馈对增益稳定性的影响,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,
2、在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。,9.4.2 负反馈对输入电阻的影响,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,(1) 串联负反馈使输入电阻增加 串联负反馈输入端电路结构形式如图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,(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
3、要是并联负反馈就 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,9.4.3 负反馈对输出电阻的影响,(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相一致。输出电阻小，带负载能力强，输出电压的稳定性就好。以串联电压负反馈为例，有,负载开路,图09.12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电压Vo，并将输入端接地。于是有,式中 是负载开路时的电压放大倍数。,(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。,式中Ais是负载短路
4、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。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。,以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源Vo，并令输入信号源为零，即VS =0。可得,图09.13 电流负反馈对输出电阻的影响,因加入负反馈放大电路的输出幅度下降，不好比对，因此必须要加大输入信号，使加入负反馈以后的输出幅度基本达到原来有失真时的输出幅度才有意义。,9.4.5 负反馈对非线性失真的影响,负反馈可以改善放大电路的非线性失真，但是只能改善反
5、馈环内产生的非线性失真。,加入负反馈后能改善非线性失真，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。,图09.15 负反馈对非线性 失真的影响,9.4.6 负反馈对噪声、干扰和 温漂的影响,原理同负反馈对放大电路非线性失真的改善。负反馈只对反馈环内的噪声和干扰有抑制作用，且必须加大输入信号后才使抑制作用有效。,10.1 负反馈放大电路的自激条件 10.2 用波特图判断负反馈放大电路的自激,10 负反馈放大电路的自激,负反馈可以改善放大电路的性能指标，但是负反馈引入不当，会引起放大电路自激。为了使放大电路正常工作，必须要研究放大电路产
6、生自激的原因和消除自激的有效方法。,10.1 负反馈放大电路的自激条件,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。 在许多情况下反馈电路是由电阻构成的，所以：F=0 ，AF = A+F= A。,图10.01是一个同相比例放大电路，其输入、反馈、净输入和输出信号的相位关系如图10.02所示。因运放输出与输入相移为0，若附加相移达到180 ，则可形成正反馈。,图10.02 同相比例运算电路矢量图,图10.01 同相比例
7、运算电路,10.2 用波特图判断负反馈 放大电路的自激,10.2.1 波特图的绘制 10.2.2 放大电路自激的判断 10.2.3 环路增益波特图的引入 10.2.4 判断自激的条件,10.2.1波特图的绘制,有效地判断放大电路是否能自激的方法，是用波特图。不过前面波特图的Y 轴坐标是20lgA，单位是分贝，X 轴是对数坐标，单位是赫兹。有一个三极点直接耦合开环放大电路的频率特性方程式如下,其波特图如图10.03所示，频率的单位为Hz。,图10.03 以20lg|Av |为Y坐标的波特图 （动画10-1）,相频特性曲线的Y坐标是附加相移A。当A=180时，即图中的S点对应的频率称为临界频率fc
8、。当f= fc时反馈信号与输入信号同相，负反馈变成了正反馈，只要信号幅度满足要求，即可自激。,根据给定的频率特性方程，放大电路在高频段有三个极点频率fp1、fp2和fp3。105代表中频电压放大倍数（100dB），于是可画出幅度频率特性曲线和相位频率特性曲线。总的相频特性曲线是用每个极点频率的相频特性曲线合成而得到的。,10.2.2放大电路自激的判断,加入负反馈后，放大倍数降低，频带展宽，设反馈系数F1=10-4，闭环波特图与开环的波特图交P点，对应的附加相移A=90，不满足相位条件，不自激。,进一步加大负反馈量，设反馈系数F2=10-3，闭环波特图与开环的波特图交P点，对应的附加相移A=13
9、5，不满足相位条件，不自激。,此时A虽不是 180，但反馈信号的矢量方向已经基本与输入信号相同，已进入正反馈的范畴，因此当信号频率接近106Hz时，即P点时，放大倍数就有所提高,再进一步加大反馈量，设反馈系数F3=10-2，闭环波特图与开环波特图交P“点，对应的附加相移A=180。当放大电路的工作频率提高到对应P“点处的频率时，满足自激的相位条件。,此时放大电路有 40 dB 的 增 益，AF=10010-2=1，正好满足放大电路自激的幅度条件，放大电路产生自激。,10.2.3环路增益波特图的引入,相当在以20 为Y坐标的波特图上减去 即可到以环路增益20 为Y坐标的 波特图了。如图10.04
10、所示。,在图10.04中，当F3=0.01时，MN线为20lg =0 dB。20lg =0 dB这条线与幅频特性的交点称为切割频率f0。 此时 =1， A=180，幅度和相位条件都满足自激条件，所以20lg =0dB这条线是临界自激线。,图10.04 环路增益波特图,仅仅留有相位裕度是远远不够的，也就是说，当A= 180时，还应使 1,即反馈量要比F=0.01再小一些，例如F=0.001，相当于图中的MN这条线。此时距线MN有Gm=-20 dB的裕量，Gm称为幅度裕度。工程上为保险起见，幅度裕度|Gm | 10 dB。,在临界自激线上，从S点向左达到对应R点的频率时，此时 A=135， 距A=
11、180有m=45的裕量，这个m称为相位裕度。一般在工程上为了保险起见，相位裕度m45。,10.2.4判断自激的条件,根据以上讨论，可将环路增益波特图分为三种情况，如图10.05所示。,(a)稳定:fcf0 ,Gm0dB (c)临界状态: fc=f0, Gm=0dB,图10.05 判断自激的实用方法,判断自激的条件归纳如下：,例10.1：有一负反馈放大电路的频率特性表达式如下：,1.试判断放大电路是否可能自激, 2.如果自激使用电容补偿消除之。,解：先作出幅频特性曲线和相频特性曲线， 如图10.06所示。,图10.06 利用电容补偿消除自激振荡 （动画10-3）,由A=180可确定临界自激线，所以反馈量使闭环增益在60dB以下时均可产生自激。,加电容补偿，改变极点频率fp1的位置至102 Hz处，从新的相频特性曲线可知，在f 0处有45的相位裕量。因此负反馈放大电路稳定，可消除原来的自激。此时反馈系数F=0.1。,