反馈电路详解.docx

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反馈电路详解

第六章反馈放大电路

第一节反馈的概念和分类

1.反馈的基本概念

2.负反馈放大电路的类型

1.1反馈的基本概念

●基本概念

反馈是指把输出电压或输出电流的一部分或全部通过反馈网络，用一定的方式送回到放大电路的输入回路，以影响输入电量的过程。

1.2反馈的基本类型

●反馈的分类：

（1）反馈产生的途径：

内部反馈和外部反馈。

（2）反馈信号：

直流反馈和交流反馈

反馈信号中只含有直流分量的称为直流反馈，反馈信号中只含有交流分量的称为交流反馈。

（3）反馈的作用效果：

负反馈与正反馈

反馈信号XF送回到输入回路与原输入信号XI共同作用后，使净输入信号XID比没有引入反馈时减小，有XID=XI-XF,称这种反馈为负反馈；另一种是使净输入信号XID比没有引入反馈时增加了，有XID=XI-XF,称这种反馈为正反馈。

反馈极性的判定——瞬时极性法,步骤：

（1）首先在基本放大器输入端设定一个递增（或递减）的净输入信号,

（2）在上述设定下,推演出反馈信号的变化极性。

（3）判定在反馈信号的影响下,净输入信号的变化极性。

若该极性与前面设定的变化极性相反,则为负反馈；若相同,则为正反馈。

（4）反馈的信号取样的方式：

电压反馈与电流反馈

（a）电压反馈

反馈信号是输出电压的一部分或全部，即反馈信号与输出电压成正比，称为电压反馈，

（b）电流反馈

如果反馈信号是输出电流的一部分或全部，即反馈信号与输出电流成正比，称为电流反馈，。

（c）判断是电压反馈还是电流反馈的方法

判断是电压反馈还是电流反馈时，常用“输出短路法”，即假设负载短路（RL=0），使输出电压vo=0，看反馈信号是否还反馈信号还存在。

若存在，则说明反馈信号与输出电压成比例，是电压反馈；若反馈信号不存在了，则说明反馈信号不是与输出电压成比例，而是和输出电流成比例，是电流反馈。

判定方法之二——按电路结构判定：

在交流通路中,若放大器的输出端和反馈网络的取样端处在同一个放大器件的同一个电极上,则为电压反馈；否则是电流反馈。

（5）按照反馈信号与输入信号的连接方式来分，有串联反馈与并联反馈

（a）.串联反馈

在串联反馈中，反馈信号和输入信号是在输入端以电压方式求和的。

（b）并联反馈

判定方法1在并联反馈中，反馈信号和输入信号是在输入端以电流方式求和的。

判定方法2：

对于交变分量而言,若信号源的输出端和反馈网络的比较端接于同一个放大器件的同一个电极上,则为并联反馈；否则,为串联反馈。

1.3反馈电路的组态

反馈网络在放大电路输出端有电压和电流两种取样方式，在放大电路输入端有串联和并联两种求和方式，因此可以构成四种组态（或称类型）的负反馈放大电路，即

电压串联负反馈；电压并联负反馈；

电流串联负反馈；电流并联负反馈。

●电压串联负反馈放大电路

反馈作用：

电压负反馈的重要特点是具有稳定输出电压的作用。

电压负反馈放大电路具有较好的恒压输出特性。

●电压并联负反馈放大电路

反馈作用:

该电路也具有稳定输出电压的作用。

例如，当

大小一定，由于负载电阻

减小而使

的大小下降时，该电路能自动进行调节过程。

为增强负反馈的效果，电压并联负反馈放大电路宜采用内限很大的信号源，即电流源或近似电流源。

综合电压并联负反馈放大电路的输入恒流与输出恒压的特性，可将其称为电流控制的电压源，或电流-电压变换器。

●电流串联负反馈放大电路

反馈作用：

电流负反馈的特点是维持输出电流基本恒定，例如，当Vi一定，由于负载电阻RL变动（或b值下降）使输出电流减小时，引入负反馈后，电路将进行如下自动调整过程：

由此说明电流负反馈具有近似于恒流的输出特性，即在Vi不变（Rs=0，Vi=Vs）的情况下，当RL变化时，Io基本不变，放大电路的输出电阻趋于穷大。

因此，可将电流串联负反馈放大电路称为电压控制的电流源，或电压-电流变换器。

●电流并联负反馈放大电路

反馈作用：

电流并联负反馈放大电路可以稳定输出电流，也称为电流控制的电流源。

第二节负反馈放大电路的计算方法

【教学目的】掌握负反馈放大电路计算方法；

【教学重点】负反馈放大电路增益的一般表达式及计算方法；

【教学难点】负反馈放大电路增益的计算方法

【教学方法及手段】多媒体辅助教学；

【课外作业】6.6、6.7、6.8、6.9、6.10

【学时分配】2学时

【自学内容】

【教学内容】

1.负反馈放大器的方框图

2.负反馈放大器的一般表达式

3.负反馈放大电路的基本放大电路

4.负反馈放大电路的基本放大电路的计算方法

5.深度负反馈条件下的近似计算

2.1负反馈放大器的方框图

反馈放大器的方框图

2.2负反馈放大器的一般表达式

定义：

开环放大倍数；反馈系数；叫闭环放大倍数。

因为所以

（1+

）是衡量反馈程度的重要指标。

负反馈放大电路所有性能的改善程度都与（1+

）有关。

通常把称为反馈深度。

2.2负反馈放大电路的基本放大电路

1．画出反馈放大电路的小信号等效电路

求rOF的法则：

如是电压反馈，则含放大电路的输出节点短路（即令

）；如是电流反馈，则令放大电路的输出回路开路（令

）。

rOF体现了反馈网络对放大电路输入端的负载效应。

求riF的法则是，如是串联反馈，则令放大电路的输入回路开路（

）；如是并联反馈，则令放大电路的输入节点对地短路（令

）。

2．求反馈放大电路的增益

（1）求开环增益

及反馈系数

由反馈放大电路的小信号等效电路求开环增益

时，只要令反馈网络等效电路中的受控源

即可。

这样处理符合从反馈放大电路中分离出基本放大电路（即开环状态）的原则：

既去掉反馈的作用，同时又保留了反馈网络对基本放大电路输入和输出端的负载效应。

（2）由

，求得

2.3深度负反馈条件下的近似计算

●近似计算的根据

根据

和

的定义，

在中，若，则即

所以有

此式表明，当时，反馈信号与输入信号相差甚微，净输入信号甚小，因而有

对于串联负反馈有（虚短），；对于并联负反馈有、，（虚断）。

利用“虚短”、“虚断”的概念可以以快速方便地估算出负反馈放大电路的闭环增益

或闭环电压增益。

●近似计算的方法

1．判别反馈类型，正确识别并画出反馈网络。

注意电压取样时不要把直接并在输出口的电阻计入反馈网络；电流求和时不要把并在输入口的电阻计入反馈网络。

2．在反馈网络输入口标出反馈信号：

电压求和为开路电压

，电流求和时为短路电流

，再由反馈网络求出反馈系数F。

要注意标

时在反馈网络入口标上正下负；标

时必须在反馈网络入口以上端流入为参考方向。

3．求闭环增益，注意不同的反馈类型

的量纲不同。

4．由

求闭环源电压增益

。

电压取样电压求和时：

电压取样电流求和时：

电流取样电压求和时：

电流取样电流求和时：

其中：

是输出管的管端输出电流，即取样电流。

是取样电流

过的输出负载电阻。

第三节负反馈对放大电路性能的影响及负反馈放大电路的稳定性问题

【教学目的】正确理解负反馈对放大电路性能的改善和影响；正确理解判别负反馈放大电路稳定性的分析方法和自激振荡的消除方法

【教学重点】负反馈对放大电路性能的影响；

【教学难点】负反馈对放大电路输入电阻和输出电阻等性能的影响；

【教学方法及手段】多媒体辅助教学；

【课外作业】6.11

【学时分配】2学时；

【自学内容】

【教学内容】

1.负反馈对放大电路的增益稳定性、通频带、非线性失真、输入电阻和输出电阻等性能的影响

2.产生自激振荡的原因

3.负反馈放大电路稳定性的定性分析

4.反馈放大电路稳定性的判断

5.负反馈放大电路中自激振荡的消除方法

3.1负反馈对放大电路性能的影响

●负反馈可提高增益的稳定性

即闭环增益

几乎仅决定于反馈网络，而反馈网络通常由性能比较稳定的无源线性元件（如R、C等）组成，因而闭环增益是比较稳定的。

●负反馈可扩展通频带

既然负反馈具有稳定闭环增益的作用，即引入负反馈后，由于各种原因引起的增益的变化都将减小，当然信号频率的变化引起的增益的变化也将减小。

即扩展了通频带。

●负反馈可减小非线性失真

负反馈能减小反馈环内产生的非线性失真，如输入信号本身就存在失真，负反馈则无能为力。

●负反馈能抑制反馈环内的噪声和干扰

若噪声或干扰来自反馈环外，则加负反馈也无济无事。

●负反馈对放大电路输入电阻的影响

负反馈对输入电阻的影响取决于反馈网络与基本放大电路在输入回路的连接方式，

◆串联负反馈使输入电阻增大

引入串联负反馈后，输入电阻Rif是开环输入电阻Ri的（1+

）倍。

◆并联负反馈使输入电阻减小

引入并联负反馈后，闭环输入电阻是开环输入电阻的1/（1+

）倍。

●负反馈对放大电路输出电阻的影响

◆电压负反馈使输出电阻减小

电压负反馈取样于输出电压，又能维持输出电压稳定，即是说，输入信号一定时，电压负反馈的输出趋于一恒压源，其输出电阻很小。

有电压负反馈时的闭环输出电阻为无反馈时开环输出电阻的1/（1+

）①。

反馈愈深，Rof愈小。

◆电流负反馈使输出电阻增加

电流反馈取样于输出电流，能维持输出电流稳定，就是说，输入信号一定时，电流负反馈的输出趋于一恒流源，其输出电阻很大。

有电流负反馈时的闭环输出电阻为无反馈时开环输出电阻的1/（1+

）倍。

反馈愈深，Rof愈大。

3.2放大电路中引入负反馈的一般原则

●为了稳定静态工作点，应到入直流负反馈；为了改善放大电路的动态性能，应引入交流负反馈（在中频段的极性）。

●要求提高输入电阻或信号源内阻较小时，应引入串联负反馈；要求降低输入电阻或信号源内阻较大时，应引入并联反馈。

●根据负载对放大电路输出电量或输出电阻的要求决定是引入电压还是电流负反馈。

若负载要求提供稳定的电压信号（输出电阻小），则应引入电压负反馈；若负载要求提供稳定的电流信号，输出电阻大，则应引入电流负反馈。

●在需要进行信号变换时，应根据四种类型的负反馈放大电路的功能选择合适的组态。

例如，要求实现电流——电压信号的转换时，应在放大电路中引入电压并联负反馈等。

负反馈对放大电路性能的影响只局限于反馈环内，反馈回路未包括的部分并不适用。

性能的改善程度均与反馈深度

有关，但并是

越大越好。

因为

都是频率的通数，对于某些电路来说，在一些频率下产生的附加相移可能使原来的负反馈变成了正反馈，甚至会产生自激振荡，使放大电路无法正常工作。

另外，有时也可以在负反馈放大电路中引适当的正反馈，以提高增益等等。

3.3负反馈放大电路产生自激振荡的原因及条件

●产生自激振荡的原因

引入负反馈后，净输入信号

在减小，因此，

与

必须是同相的，即有

，n=0，1，2…（

、

分别是

、

的相角）。

可是，在高频区或低频区时，电路中各种电抗性元件的影响不能再被忽略。

、

是频率的函数，因而

、

的幅值和相位都会随频率而变化。

相位的改变，使

和

不再相同，产生了附加相移（

）。

可能在某一频率下，

、

的附加相移达到

即

，这时，

与

必然由中频区的同相变为反相，使放大电路的净输入信号由中频时的减小而变为增加，放大电路就由负反馈变成了正反馈。

当正反馈较强以

，也就是

时，即使输入端不加信号（

），输出端也会产生输出信号，电路产生自激振荡。

这时，电路失去正常的放大作用而处于一种不稳定的状态。

●产生自激振荡的相位条件和幅值条件

，负反馈放大电路产生自激振荡的条件是环增益

（1）

它包括幅值条件和相位条件，即

（2）

（3）

、

的幅值条件和相位条件同时满足时，负反馈放大电路就会产生自激。

在

及

时，更加容易产生自激振荡。

●负反馈放大电路稳定性的定性分析

根据自激振荡的条件，可以对反馈放大电路的稳定性进行定性分析。

设反馈放大电路采用直接耦合方式，且反馈网络的纯电阻构成，

为实数。

那么，这种类型的电路只有可能产生高频段的自激振荡，而且附加相移只可能由基本放大电路产生。

可以推知，超过三级以后，放大电路的级数越多，引入负反馈后越容易产生高频自激振荡。

因此，实用电路中以三级放大电路为最常见。

与上述分析相类似，放大电路中耦合电容、旁路电容等越多，引入负反馈后就越容易产生低频自激振荡。

而且

越大，幅值条件载容易满足。

●负反馈放大电路稳定性的判断

由自激振荡的条件可知，如果环路增益

、

的幅值条件和相位条件不能同时满足，负反馈放大电路便不会产生自激振荡。

所以，负反馈放大电路稳定工作的条件是：

当

=1时，

，或当

时，

<1。

工程上常用环路增益

的波特图分析负反馈放大电路能否稳定地工作。

◆判断方法

，由环路增益的频率特性判断负反馈放大电路是否稳定的方法是：

比较fo与fc的大小。

若fo>fc，则电路稳定；若fo≤fc，则电路会产生自激振荡。

◆稳定裕度

根据上面讨论的负反馈放大电路稳定的判断方法知，只要fo>fc，电路就能稳定，但为了使电路具有足够的稳定性，还规定电路应具有一定的稳定裕度，包括增益裕度和相位裕度。

（1）增益裕度Gm

定义f=fo时所对应的20lg

的值为增益裕度Gm，

稳定的负反馈放大电路的

，且要求Gm≤–10dB，保证电路有足够的增益裕度。

（2）相位裕度jm

定义f=fc时的

与180°的差值为相位裕度jm，

jm的表达式为

稳定的负反馈放大电路的jm>0，且要求jm≥45°保证电路有足够的相位裕度。

总之，只有当Gm≤–10dB且jm≥45°时，负反馈放大电路才能可靠稳定。

当负反馈放大电路中的反馈网络是由纯电阻构成时，反馈系数

的大小为一常数，同时有jf=0。

这种情况下，可以利用开环增益

的波特图来判别反馈放大电路的稳定性。

●负反馈放大电路中自激振荡的消除方法--滞后补偿

常采用频率补偿的办法（或称相位补偿法）。

其指导思想是：

在反馈环路内增加一些含电抗元件的电路，从而改变

的频率特性，破坏自激振荡的条件，例如使

，则自激振荡必然被消除。

频率补偿的形式很多，滞后补偿。

设反馈网络为纯电阻网络。

滞后补偿是在反馈环内的基本放大电路中插入一个含有电容C的电路，使开环增益

的相们滞后，达到稳定负反馈放大电路的目的。

RC滞后补偿

电容滞后补偿虽然可以消除自激振荡，但使通频带变得太窄。

采用RC滞后补偿不仅可以消除自激振荡，而且可使带宽得到一定的改善。

RC滞后补偿后的上限频率向右移了，说明带宽增加了。

前两种滞后补偿电路中所需电容、电阻都较大，在集成电路中难以实现。

通常可以利用密勒效应，将补偿电容等无件跨接于放大电路中，如图（a）（b）所示，这样用较小的电容（几皮法~几十皮法）同样可以获得满意补偿效果。

●负反馈放大电路中自激振荡的消除方法--超前补偿

如果改变负反馈放大电路中环路增益

点的相位，使之超前，也能破坏其自激振荡的条件，使

，这种补偿方法称为超前补偿法。

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