反馈放大电路及应用

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3.3.4 负反馈放大电路的计算
|1 & & 深度负反馈： + AF |>> 1
& & & = Xo = A ≈ 1 Af & && & X s 1 + AF F
&&& && & & & X f = AFX i ≈ (1 + AF ) X i = X s
& & & 净输入： X i = X s − X f → 0
当 R1 =
R1'
R ，2 =
' R2
R2 vO 时， = R (v S 2 − v S 1 ) 1
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集成运放构成的反相求和运算电路
v S 1 v S 2 v S .3 vO + + =− R11 R12 R13 R2
R2 R2 R2 v O = − v S1 + vS 2 + v S .3 R R12 R13 11
假设基本放大器的正半周 略大于负半周，则经负反 馈后，反馈信号正半周也 大，使净输入信号正半周 略小，从而弥补基本放大 器的失真。
改善非线性
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抑制放大电路内部的温漂，噪声及干扰
引入负反馈后，干扰和噪声都减小为原来的1/(1+AF)。 为了弥补有用信号，应加大Xs。 负反馈对输入信号中的噪声不起作用。
。
负反馈调节
电压负反馈的作用是稳定输出电压；
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电流负反馈的作用
→
。
因Ro
|Vo| ↓ |Vo| ↓
。 。
。
RL ↓ → |Io| ↑ →|Vf| ↑ |Vid| ↓ →
负反馈调节
。
|Io| ↓
。
电流负反馈的作用是稳定输出电流
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“虚短”（串联负反馈） “虚断” （并联负反馈 ）
& & X i = Vi → 0 & & X i = Ii → 0
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集成运放构成的反相比例运算电路
v O = −i F R 2 i F = i S = v S / R1
R2 vO = − ⋅ vS R1
Rif = v Id / i S → 0
电压并联负反馈
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【例3.3.1】 判别反馈的类型(或组态) 】
A１ 和Rf1 构成单级电压串联负反馈。第二级反馈由A1、A2 和 Rf2 构成，输出电压经反馈电阻Rf2 把反馈电压引回至A1 输入 电压并联负反馈。 端，形成电压并联负反馈 电压并联负反馈
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电压并联负反馈
' Rif = v S / i S = R1
Rof → 0
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集成运放构成的同相比例运算电路
R1 vF = vO = v S R1 + R 2
R2 v S v O = 1 + R1
Rif → ∞ Ro Rof = →0 1 + AF
闭 环 时 中 频 增 益 Amf=Am/(1+AmF)， 闭 环 时 上 限 频 率 fHf =(1+AmF)fH。闭环时下限频率为开环时的1/(1+AmF)。
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扩展通频带
增益带宽积近似为一常数： Amf ⋅ BW f ≈ Am ⋅ BW
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− 1) ≈ I S e
vD VT
vS iR = = iD = I S e R
vD VT
iR = iD
⇒
vS vO = −vD = −VT ln R ⋅ IS
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集成运放构成的指数运算电路
v O = −i R ⋅ R = −i D ⋅ R = − I S R ⋅ e vS / VT
按反馈信号对输出回路的取样对象分
若反馈量正比于输出电压时为电压反馈 若反馈量正比于输出电流时为电流反馈
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【例3.3.1】 判别反馈的类型(或组态) 】 瞬时极性法判断正负反馈
正负反馈判别
& & V f = Vo
R1 R1 + R f
& Vo & If ≈− Rf
交流电压串联负反馈
增益函数与反馈类型
负反馈
&& |1 + AF |> 1
深度负反馈
⇒
& A & & Af = <A && 1 + AF
&& | 1 + AF |>> 1
正反馈
⇒ ⇒
& ≈ 1 Af F & A & Af = &F >1 1+ A & & Af = ∞
&& | 1 + AF |< 1
自激振荡
&& | 1 + AF |= 0
⇒
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3.3.3 负反馈对放大器性能的影响 提高闭环增益的稳定性
A Af = 1 + AF
dA f Af dA 1 = ⋅ A 1 + AF
放大器引入了负反馈后，增益的相对变化量dAf/Af是无 反馈时的1/(1+AF)。
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改善放大电路的非线性
1 vO = − RC
∫
t 0
v S dt
设vC(0)=0
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集成运放构成的微分运算电路
dv S i R = iC = C dt
dv S v O = −i R ⋅ R = − RC dt
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集成运放构成的对数运算电路
i D = I S (e
vD VT
vP = v N ⇒ R5 R5 R5 R4 R3 vO = − vS1 − vS 2 + (1 + )( vS 3 + vS 4 ) R1 R2 R1 // R2 R3 + R4 R3 + R4
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集成运放构成的积分运算电路
阶跃输入：
VS vO = − t RC
vS dvO = −C ⋅ R dt
电压增益
& Fv
& Fg & Fr
电压并联
& Vo & Ar = I&
i联
& & = Io Ag & Vi I& o & Ai = I& i
互导增益
电流增益
& Fi
& Vf = & Vo I& f = & Vo & Vf = I& o I& f = I& o
电压传输比
互导传输比
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扩展通频带
AH =
.
Am
. .
Am 1+ j f fH
AHf
f Am j . fL AL = f 1+ j fL
fH = = . Am F 1 + AH F 1 + f 1+ j fH
AH
1+ j
f
Am Amf 1 + Am F = = f f 1+ j 1+ j (1 + Am F ) f H f Hf
负反馈对输出电阻的影响
电压负反馈的结果是稳定输出电压，相当于输出 电阻减小
引入电压负反馈后，闭环输出电阻Rof为开环输出电阻Ro的 1/(1+AF)。深度电压负反馈 Rof＝0（从取样点看进去 从取样点看进去） 从取样点看进去
电流负反馈的结果是稳定输出电流，相当于输出 电阻增大
引入电流负反馈后，闭环输出电阻Rof为开环输出电阻Ro的 从取样点看进去） (1+AF)倍。深度电流负反馈 Rof＝∞（从取样点看进去 从取样点看进去
【例3.3.2 】 分析图示电路的反馈类型(或组态)。
R2 V f = Io ⋅ R1 R1 + R 2 + R f
.
.
R2 I f = Io R2 + R f
. .
电流串联负反馈
电流并联负反馈
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例3.3.3(a)分立元件组成反馈放大电路组态
R2 V f = Vo R2 + R f
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集成运放构成的差分求和运算电路
R3 R4 vP = vS3 + vS 4 R3 + R 4 R3 + R 4
R 2 // R5 vN = v S1 R1 + R 2 // R5 R1 // R5 R1 // R2 vS 2 + vO + R 2 + R1 // R5 R5 + R1 // R 2
. .
(a)电压串联负反馈
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【例3.3.3(b) 】
Vb1 − Vo − Vo If = ≈ Rf Rf
.
.
.
.
反馈组态判别
(b)电压并联负反馈
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电压负反馈的作用
输入信号不变时，设 RL减小，则电压负反 馈的调节过程
。 。 。
RL ↓ → |Vo| ↓→ |I f|↓ |Iid| ↑ → |Vo|↑
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分析反馈放大器的几条规律： 分析反馈放大器的几条规律：
电压反馈还是电流反馈 取决于反馈量对输出量的取样，即Xf与输出电压是输出电 流成正比。将输出端对地短路如Xf =0，则为电压反馈；如 Xf ≠0则为电流反馈。 串联反馈还是并联反馈 取决于反馈网络与输入信号的连接方式。如果反馈量与 输入量均为电压则它们是串联比较求和，串联反馈；如 果反馈量与输入量均为电流，并联比较求和，并联反馈 正反馈和负反馈(一般指在中频段) 可采用瞬时极性法。如果引入反馈后使净输入信号减小，则 为负反馈；如果净输入增加，则为正反馈。
反馈放大器的分类 按反馈的极性分
若输入反馈后，使净输入增加，则为正反馈 若输入反馈后，使净输入减小，则为负反馈
按反馈通路分
仅在直流通路中存在的反馈称为直流反馈 仅在交流通路中存在的反馈称为交流反馈
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反馈放大器的分类
按反馈信号在输入回路中叠加的方式分
若按电流比较求和，则为并联反馈 若按电压比较求和，则为串联反馈
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第三篇 模拟电路和系统
第三章 反馈放大电路及应用
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3.3.1 反馈的基本概念与分类
反馈放大器结构框图
闭 环 系 统
开 环 系 统
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反馈网络
检测出输出电压的一部分或是输出电流的一部分 取样电压或电流送回到放大器的输入回路，与输入信 号进行比较求和
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负反馈对输入电阻的影响
并联负反馈后的输入电阻是减小:Rif=Ri/(1+AF )。
在深度负反馈条件下 Rif ＝0(从求和点看进去 从求和点看进去) 从求和点看进去
串联负反馈后的输入电阻是增大:Rif=(1+AF)Ri。
在深度负反馈条件下 Rif ＝ ∞ (从求和点看进去 从求和点看进去) 从求和点看进去
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集成运放构成的V/I变换电路
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集成运放构成的同相求和运算电路
vS 1 vS 2 v S 3 R12 // R13 vP = vS1 + ... = ( R11 // R12 // R13 ) R + R + R R11 + R12 // R13 12 13 11
v S1 v S 2 v S 3 R2 R2 v O = (1 + )v N = (1 + )( R11 // R12 // R13 ) R + R + R R1 R1 12 13 11
互阻传输比
电流传输比
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负反馈放大电路的增益函数
&& & & Xo AX i A & Af = = = && & & && & X s X i + FAX i 1+ AF
A F 是 回路(或环路)增益
| 1 + A F | 称为反馈深度
. .
.
.
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取样电路的二种型式
电压取样 电压反馈
电流取样 电流反馈
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比较求和的二种型式
电压比较求和 串联反馈 串联反馈
电流比较求和 并联反馈 并联反馈
& & & Vi = V s − V f
& & & Ii = I s − If
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vO R2 Af = =1+ vS R1
R1开路时，vO=vS，又 称电压跟随器。
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集成运放构成的差分比例运算电路
' vO
R2 =− v S1 R1
' R2 R2 '' v O = (1 + ) ' vS 2 ' R1 R1 + R 2 ' R2 R2 R2 ' '' vO = vO + vO = − v S1 + (1 + ) ' vS 2 ' R1 R1 R1 + R 2
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3.3.2 负反馈放大电路的方框图表示及增益函数 负反馈放大电路的方框图
A:开环放大器的增益， F:反馈网络的反馈系数
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不同组态下增益和反馈系数的定义
反馈组态 开环增益 物理意义 反馈系数 物理意义
电压串联
& & = Vo Av & V
i