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1、5.2 负反馈对放大器性能的影响,5.4 深度负反馈,5.3 负反馈放大器的性能分析,5.1 反馈放大器的基本概念,第五章 放大器中的负反馈,5.5 负反馈放大器的稳定性,5.1 反馈放大器的基本概念,5.1.1 反馈放大器的组成,反馈概念：将放大器输出信号（电压量或电流量）的一部分或全部，通过反馈网络回送到电路输入端。,反馈放大器组成框图,反馈放大器增益一般表达式,开环增益,反馈系数,闭环增益,反馈深度,环路增益,反馈深度F（或环路增益T）是衡量反馈强弱的一项重要指标。其值直接影响电路性能。,反馈的判断,一、有无反馈的判断,1.是否有联系输入、输出回路的反馈通路； 2.是否影响放大电路的净输
2、入。,(a)没引入反馈的放大电路,(b)引入反馈的放大电路,(c) R的接入没引入反馈,判断是否为反馈电路,例1,Rf为反馈元件。,例2,RE为反馈元件。,反馈极性,反馈信号抑制原信号的作用,负反馈,反馈信号增强原信号的作用,正反馈,负反馈具有自动调整作用，可改善放大器性能。,例：某原因,正反馈使放大器工作不稳定，多用于振荡器中。,负反馈的自动调整作用是以牺牲增益为代价的。,二、判断反馈极性 采用瞬时极性法,用正负号表示电路中各点电压的瞬时极性,分析反馈回来的信号对静输入信号的影响,若抑制了xi的作用，为负反馈；,若增强了xi的作用，使xi增大的，为正反馈。,正负号的标注规则！,1.对分立元件
3、而言（三极管），B与C极性相反，B与E极性相同。 2.对集成运放而言， uO与u-极性相反， uO与u+极性相同。 3.对于差分放大电路要注意不同的单端输出时的极性。,例：用瞬时极性法判断电路中的反馈极性。,因为差模输入电压等于输入电压与反馈电压之差，反馈增强了输入电压，所以为正反馈。,反馈信号削弱了输入信号，因此为负反馈。,(a)正反馈,(b)负反馈,例,(+),(+),(-),(-),净输入量减小,(+),(+),(-),(-),净输入量增加,a负反馈,b正反馈,反馈通路,反馈通路,级间反馈通路,(+),(+),(+),(+),(-),净输入量减小,c级间负反馈,分立元件电路反馈极性的判断
4、,图 分立元件放大电路反馈极性的判断,反馈通路,净输入量减小,负反馈,原则：对分立元件而言，C与B极性相反，E与B极性相同。,三、直流反馈与交流反馈的判断,直流负反馈：反馈量只含有直流量。,交流负反馈：反馈量只含有交流量。,(a)电路,(b)直流通路,(c)交流通路,直流反馈,无交流反馈,三、直流反馈和交流反馈,(a)直流负反馈,(b)交流负反馈,交流负反馈：反馈量只含有交流量。 用以改善放大电路的性能。,直流负反馈：可稳定静态工作点。,5.1.2 四种类型负反馈放大器,根据输出端连接方式,电压反馈,在输出端，凡反馈网络与基本放大器并接，反馈信号取自负载上输出电压的反馈称为电压反馈。,输出量
5、xo = vo,在输出端，凡反馈网络与基本放大器串接，反馈信号取自负载中输出电流的反馈称为电流反馈。,电流反馈,输出量 xo = io,根据输入端连接方式,串联反馈,在输入端，反馈网络与基本放大器串接，反馈信号以电压vf 的形式出现，并在输入端进行电压比较，即vi= vi- vf 。,在输入端，反馈网络与基本放大器并接，反馈信号以电流if 的形式出现，并在输入端进行电流比较，即ii = ii- if 。,并联反馈,四种类型负反馈放大器增益表达式,电压串联负反馈,开环电压增益,电压反馈系数,闭环电压增益,电压并联负反馈,开环互阻增益,互导反馈系数,闭环互阻增益,电流串联负反馈,开环互导增益,互阻
6、反馈系数,闭环互导增益,电流并联负反馈,开环电流增益,电流反馈系数,闭环互阻增益,判断反馈类型 串联、并联（看输入端）,定义：反馈信号与输入信号以电流形式“求和”,定义：反馈信号与输入信号以电压形式“求和”,例,(+),(+),(-),(-),(+),(+),(-),(-),a负反馈,b正反馈,(+),(+),(+),(+),(-),c级间负反馈,例：,(a)并联负反馈,(b)串联负反馈,判断反馈类型 电压、电流（看输出端）,假设输出端交流短路，若反馈作用消失，则为电压反馈；反之为电流反馈。,判断电压与电流反馈,反馈作用：输入的变化引起输出变化，再反作用 到输入端。,例：电压负反馈与电流负反馈
7、的判断,令输出电压为零，反馈作用不存在，所以是：电压反馈,令输出电压为零，反馈电流仍存在，所以是：电流负反馈,总结：,1.正、负反馈的判断 (瞬时极性法),a.对分立元件而言，C与B极性相反，E与B极性相同。 b.对集成运放而言， uO与u-极性相反， uO与u+极性相同。 c.判断净输入信号是增加或减小。,2.交、直流负反馈的判断,直流负反馈：反馈量只含有直流量。,交流负反馈：反馈量只含有交流量。,3.四种负反馈阻态的判断,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。,例 综合判断电路的反馈极性和反馈类型。,假设输出端交流短路，,Rf引入的反馈消失,电压反馈。,看放大电
8、路输入端，是一种并联结构,并联反馈。,分析：,ii,if,ib,负反馈。,结论： Rf引入交直流电压并联负反馈,例2 判断图示电路的反馈极性和反馈类型。,假设输出端交流短路，,RE上的反馈依然存在,电流反馈。,输入端静输入信号为（Ube）电压量,串联反馈。,分析：,因净输入电压 vbe= vi- vf 增加受到抑制,负反馈。,结论： RE引入交直流电流串联负反馈,例3 判断下列电路的反馈极性和反馈类型。,电流并联负反馈,电流串联正反馈,电压并联负反馈,电压串联负反馈,例4 判断下列电路的反馈极性和反馈类型。,电流串联负反馈,电流并联负反馈,例4 判断下列电路的反馈极性和反馈类型。,电压并联正反
9、馈,电压串联负反馈,5.2.1 降低增益,5.2 负反馈对放大器性能的影响,反馈越深，电路增益越小。,5.2.2 减小增益灵敏度（或提高增益稳定性）,定义,反馈越深，增益灵敏度越小。,5.2.3 改变输入、输出电阻,输入电阻,串联反馈,基放输入电阻,环路增益,反馈电路输入电阻：,并联反馈,反馈电路输入电阻：,基放输入电阻,环路增益,输出电阻,电压反馈,Ro ：考虑反馈网络负载效应后，放大电路输出电阻。,Ast ：负载开路时，基本放大器源增益。,由定义得Rof电路模型：,得,电流反馈,Ro ：考虑反馈网络负载效应后，基放输出电阻。,由定义得Rof电路模型：,得,5.2.4 扩展通频带,由于负反馈
10、降低了电路增益灵敏度，因此放大器可在更宽的通频带范围内维持增益不变。,注意：通频带的扩展是以降低增益为代价的。,fL,fH,fLf,fHf,负反馈对通频带和放大倍数的影响,f,负反馈减小了波形失真,加入 负反馈,无负反馈,F,xf,xo,略大,略小,略小,略大,接近正弦波,预失真,5.2.5 减小非线性失真,5.2.5 减小非线性失真,注意：负反馈只能减小反馈环内的失真，若输入信号本身产生失真，反馈电路无能为力。,同样道理，负反馈放大电路对干扰信号具有 抑制作用,5.2.6 信噪比性能不变,同减小非线性失真一样，引入负反馈可减小噪声。,注意：负反馈在减小噪声的同时，有用信号以同样的倍数 在减小
11、，其信噪比不变。,因此，引入负反馈放大器噪声性能不变。,综上所述，负反馈对放大器性能影响主要表现为：,降低增益,减小增益灵敏度（或提高增益稳定性）,改变电路输入、输出电阻,扩展通频带,减小非线性失真,在电路输出端,基本放大器引入负反馈的原则,基本放大器引入负反馈的原则,在电路输入端,反馈效果与RS关系的说明：,串联负反馈,采用电压源激励时，若RS0,则,由于vS恒定，则vf 的变化量全部转化为vi的变化量，此时反馈效果最强。,采用电流源激励时，若RS,由于iS恒定，vi固定不变，结果导致反馈作用消失。,并联负反馈,采用电压源激励时，若RS0,则,由于iS恒定，则if 的变化量全部转化为ii的变
12、化量，此时反馈效果最强。,采用电流源激励时，若RS,由于vi固定不变，结果导致反馈作用消失。,例 电路如图6.5.8所示，为了达到下列目的，分别说明应 引入哪种组态的负反馈以及电路如何连接。,（3）将输入电流iI转换成稳定的输出电压uO。,（1）减小放大电路从信号源索取的电流并增强带负载能力。,（2）将输入电流i1转换成与之成稳定线性关系的输出电流io。,(2)应引入电流并联负反馈。 电路中将与、与、与分别连接。,(3)应引入电压并联负反馈。 电路中应将与、与、与分别连接。,(1)应引入电压串联负反馈。 电路中将与、与、与分别连接。,例 如图6.2.8，已知R110K，R2100 K，R32
13、K， RL5 K。求解在深度负反馈条件下的AUf.,解： 反馈通路： T、 R3、 R2与R1 电路引入电流串联负反馈,深度负反馈条件,5.4 深度负反馈,当电路满足深度负反馈条件时：,串联反馈电路输入电阻：,并联反馈电路输入电阻：,电压反馈电路输出电阻：,电流反馈电路输出电阻：,深度负反馈条件下Avf 的估算,根据反馈类型确定kf含义，并计算kf,分析步骤:,若并联反馈：将输入端交流短路,若串联反馈：将输入端交流开路,则反馈系数,确定Afs(= xo / xs)含义，并计算Afs = 1 / kf,将Afs转换成 Avfs= vo / vs,kf = xf / xo,计算此时xo产生的xf,
14、例1 图示电路，试在深度负反馈条件下估算Avfs,该电路为电压串联负反馈放大器。,解：,将输入端交流开路，即将T1管射极断开：,则,因此,例2 图示电路，试在深度负反馈条件下估算Avfs,该电路为电流并联负反馈放大器。,解：,将输入端交流短路，即将T1管基极交流接地：,则,因此,例3 图示电路，试在深度负反馈条件下估算Avfs,该电路为电压并联负反馈。,(1)解：,将反相输入端交流接地：,则,因此,该电路为电压串联负反馈。,(2)解：,将反相输入端交流开路：,则,因此,5.5 负反馈放大器的稳定性,实际上，放大器在中频区施加负反馈时，有可能因Akf在高频区的附加相移使负反馈变为正反馈，引起电路
15、自激。,5.5.1 判别稳定性的准则,反馈放大器频率特性：,若在某一频率上,放大器自激,自激时，即使xi=0，但由于xi= xf ，因此反馈电路在无输入时，仍有信号输出。,不自激条件,注意：只要设法破坏自激的振幅条件或相位条件之一， 放大器就不会产生自激。,稳定裕量,要保证负反馈放大器稳定工作，还需使它远离自激状态，远离程度可用稳定裕量表示。,g增益交界角频率； 相位交界角频率。,相位裕量图解分析法,假设放大器施加的是电阻性反馈，kf为实数：,由,在A()或T()波特图上找g,在A()波特图上，作1/kf (dB)的水平线，交点即g,在T()波特图上，与水平轴T()=0dB的交点，即g,根据g
16、在相频曲线上找T(g),判断相位裕量,注：1/kf (dB)的水平线称增益线。,例1 已知A(j)波特图，判断电路是否自激。,g,（1）在A()波特图上作1/kf (dB)的水平线。,分析：,（2）找出交点，即g,（3）在T()波特图上，找出T(g),例2 已知T(j)波特图，判断电路是否自激。,（1）由T()波特图与横轴的交点，找出g,分析：,（2）由g在T()波特图上，找出T(g),利用幅频特性渐近波特图判别稳定性,一无零三极系统波特图如下，分析g落在何处系统稳定。,放大器必稳定工作。,或g落在P1与P2之间,只要g落在斜率为： （-20dB/十倍频）的下降段内，,则,P2=10P1，P3
17、 =10P2,P2=10P1，将P3 靠近P2,由于|T(P2)| ,则g落在P1与P2之间时，放大器依然稳定工作。,结论：在多极点的低通系统中，若P3 10P2，则只要g落在斜率为（-20dB/十倍频）的下降段内，或g落在P1与P2之间，放大器必稳定工作。,将P2 靠近P1,由于|T(P2)| 上述结论不成立,5.5.2 集成运放的相位补偿技术,解决方法：采用相位补偿技术。,在中频区，反馈系数kf 越大，反馈越深，电路性能越好。,在高频区，kf 越大，相位裕量越小，放大器工作越不稳定；,在中频增益AI基本不变的前提下，设法拉长P1与P2之间的间距，或加长斜率为“-20 dB/十倍频”线段的长
18、度，使得kf增大时，仍能获得所需的相位裕量。,相位补偿基本思想：,滞后补偿技术,简单电容补偿,降低P1,补偿方法：将补偿电容C并接在集成运放产生第一个极点角频率的节点上，使P1降低到d 。,P1降低到d反馈增益线下移稳定工作允许的kf增大。,d与kf 之间的关系：,由图,十倍频,整理得,kfv d 反馈电路稳定性，但H 。,kfv=1时，,此时kfv无论取何值，电路均可稳定工作。,例1：一集成运放AvdI =105 ，fP1=200Hz， fP2=2MHz， fP3=20MHz，产生fP1节点上等效电路R1=200K，接成同相放大器，采用简单电容补偿。,解：,（1）求未补偿前，同相放大器提供的
19、最小增益 ？,根据题意，可画出运放的幅频渐近波特图。,未补偿前，为保证稳定工作:,Avfmin = 104,即,解：,（2）若要求Avf =10，求所需的补偿电容C =？,则,由,得,由,得,（3）若要求Avf =1， 求所需的补偿电容CS =？,解：,则,密勒电容补偿,降低P1、增大 P2,补偿方法：将补偿电容C跨接在三极管B极与C极之间，利用密勒倍增效应，使P1降低、P2增大，拉长P1与P2之间的间距。这种补偿方法又称极点分离术。（分析略）,简单电容补偿缺点：,补偿电容C数值较大（F量级），集成较困难。,密勒电容补偿优点：,用较小的电容（PF量级），即可达到补偿目的。,超前补偿技术,引入幻想零点,补偿思路：在P2附近，引入一个具有超前相移的零点，以抵消原来的滞后相移，使得在不降低P1的前提下，拉长P1与P2之间的间距。,在反馈电阻Rf上并接补偿电容C。,补偿方法：,则,其中,利用零点角频率Z将P2抵消，可将斜率为“-20dB/十倍频”的下降段，延长到P3。,假设运放为无零三极系统，且 P1P2 P3,选择合适的C ，使,-20dB/十倍频,相位补偿技术在宽带放大器中的应用,