第六章 反馈放大电路及其稳定性

②环路增益
F A
③深度负反馈近似表达式
A 1 Af F F 1 A
. . X' X
f i
b
a
基本放大器
. A
反馈网络
. F
6.2
负反馈对放大电路性能的影响
提高放大倍数的稳定性
6.2.1
6.2.2
6.2.3
减小非线性失真
扩展通频带
6.2.4
6.2.5 6.2.6
抑制内部噪声与干扰
(b)
放大倍数为
A i
反馈网络的反馈系数为
I o I i
I Fi f
I o
6.1.3 反馈放大电路的方框图表示及其一 般表达式
1.反馈放大电路的方框图表示
. X
i
. X' + . . . X = FX
i f O
基本放大电路
. A
.
. X
o
反馈网络
. F
反馈系数定义为:
. 20lg A
BW0.7
mf
(BW0.7)f
0
fLf
fL
fH
fHf
f
6.2.4抑制内部噪声与干扰
信噪比愈大，噪声对放大器的有害影响就愈小。
信噪比:放大器有用输出信号与噪声的相对比值。
6.2.5 对输入电阻和输出电阻的影响
1.负反馈对输入电阻的影响 (1)串联负反馈使输入电阻增大
. I
i
. I
o i
对输入电阻和输出电阻的影响 负反馈的正确引入原则
6.2.1
提高放大倍数的稳定性
闭环放大倍数的一般表达式可表示为：
即：
A Af 1 AF
(1 AF ) d A AF d A dA d Af 2 2 (1 AF ) (1 AF ) 可得： d Af 1 dA Af 1 AF A
Rx
A Uo Io Uo RL 反馈网络 Fg
(b)
Ii R1
(3)电流串联负反馈
Ui
+
Ui' A
+
Io RL
放大倍数为
I o A g U i
Ii Ri
(a)
基本放大器 Ag Io Ag Ui' Ro
Ui' RS US Ui Uf
反馈网络的反馈 系数为
U Fr f Io
6.2.6 负反馈的正确引入原则
一般原则： (l)要稳定放大器静态工作点，应引入直流负反馈。 (2)要改善放大器交流性能，应引入交流负反馈。 (3)要想稳定输出电压(即减小输出电阻)，应引入电压 负反馈；要想稳定输出电流(即增大输出电阻)，应引入 电流负反馈。 (4)要提高输入电阻，应引入串联负反馈；要减小输入 电阻，应引入并联负反馈。 (5)对于多级放大器，引入的负反馈尽量为级间整体反 馈，即从输出端直接引回至输入回路。
6.1
反馈的基本概念与分类
反馈的基本概念 反馈的分类与判断 反馈放大电路的方框图表示 及其一般表达式
6.1.1 6.1.2 6.1.3
6.1.1
反馈的基本概念
Xi
.
Xf
反馈 ：将放大电路 输出信号(输出电压或 电流 ) 的一部分或全 部，通过反馈网络(反 馈通路)回送到放大电 路输入端(或输入回路) 的一种工作方式。 反馈网络动画
+
+
uid
+
2
uf
3
(a)
左边是正反馈,右边是负反馈。
1）当要求稳定放大电路的输出信号(输入信号不变)时，应 采用负反馈的方式。
2）引入正反馈可构成各种波形产生电路 。
-
A uo
+
ui
1
1
ui uid
A
uo
2
uf
(b)
(2)直流反馈和交流反馈
根据电路中反馈信 号本身的交、直流性 质，可以分为直流反 馈和交流反馈。 （a）图为直流反馈 （b）图为交流反馈
6.3
深度负反馈放大电路的分析计算
负反馈放大电路常用的分析方法：
①等效电路法
②拆环分析法
③深度负反馈条件下的近似计算
6.3.1 6.3.2
深度负反馈的特点 深度负反馈放大电路的计算
6.3.1 深度负反馈的特点
对于任何组态的负反馈放大电路，只要满 X 足深度负反馈条件，都可以利用 X f i 的特点，直接估算闭环电压放大倍数。 0 可分别表示成以下两种形式： X
引入负反馈后的通频带为: ( BW0.7 ) f f Hf f Lf f Hf 可得: ( BW ) (1 Am F ) BW0.7 0.7 f 即:
Amf ( BW0.7 ) f Am BW0.7
. 20lg A . 20lg A
m
负反馈的反馈深度愈深，通频带展得就愈宽， 但中频放大倍数下降得也愈多。
.
O
. . _. X' =X X . X ' 基本放大器
i i f i
A
.
XO
.
反馈环
. . . X = FX
f
反馈网络
F
(a)
大Байду номын сангаас
环
前
向
大
. X
i
输入
部分输入被抵消 反馈输出的一部分
. X
O
环 反
(b)
馈
6.1.2 反馈的分类与判断
1、 反馈的分类
(1)正反馈和负反馈 根据反馈极性的不同，可以分为正反馈和负 反馈。 判断电路中引入的是正反馈还是负反馈，常 采用瞬时极性法。
1 环放大倍数相对变化量的 倍。 1 AF
负反馈使闭环放大倍数的相对变化量减小为开
6.2.2 减小非线性失真
引入负反馈可以减小放大电路引起的非线性失真。
大
xi
A
(a)
xo
小
改善失真动画
小
xi +
xf 大
小

大
xi'
A
.
大
xo
小
F
(b)
负反馈只能减小放大电路本身引起的非线性失真。如果 放大器输入信号波形本身就已失真，这时，即使引入负 反馈也无济于事。
1.产生自激振荡的原因与条件 负反馈放大器将可能产生自激振荡 根本原因之一: 附加相移。
. , . X X =0 1 , x . X
xf
0
f
i
i
. A
基本放大器
.
. X
o
i
xo t
0
t
. F
反馈网络
t
当负反馈放大电路发生自激振荡时，必然有：
F 1 A
该式可以分别用模和相角表示为：
F 1 A
i
.
. I' . I
i
f
. I
o
Ri
. A . F
RL
. U
O
Ri Rif
. I
f
U U i Rif i = I I Ii I i f i
U Ri i F F I 1 A A i
2.负反馈对输出电阻的影响
(1)电压负反馈使输出电阻减小
f 1 j fH
Am
得：
f Hf 1 Am F f H
可得：
f Hf 1 Am F f H
对于只有单个下限截止频率的无反馈放大器，在引入 负反馈后可得： fL
f Lf
1 Am F
无反馈时的通频带为:
BW0.7 f H f L f H
6.2.3
Am
扩展通频带
假定无反馈时基本放大电路在高频段的放大倍数为：
A A 引入负反馈后： A f F F 1 A 1 A
f Am 1 j fH 1 Am F Amf Af Am f f 1 F 1 j 1 j f (1 Am F ) f H (1 Am F ) f H 1 j fH
iF RC ii iB1 T1 Rc2
E F
R E2 iE2 T2 iC2
2
VCC
+
+
RS uS ui
1
io uo RL
(a) VCC
Rc 2
1
+
（a）为电流反馈， （b）为电压反馈。
T1
F
RS uS ui
B12
CF RE2
+
T2
B11
RC
2
+
uo
RL
uf
RE
+
3
(4)串联反馈和并联反馈
根据反馈网络与基 本放大器输入端的连 接方式不同，可以分 为串联反馈和并联反 馈。
fc f0 f
a + f
0
O
f
O
-90
-180
O
相位裕度m
(1)增益裕度
Gm
f fc
F Gm 0 20 lg A
(2)相位裕度
F dB 20 lg A
iF RC ii iB1 T1 Rc2
E F
R E2 iE2 T2 iC2
2
VCC
+
+
RS uS ui
1
io uo RL
(a) VCC
（a）为并联反馈， （b）为串联反馈。
1
Rc 2
+
T1
F
RS uS ui
B12
CF RE2
+
T2
B11
RC
2
+
uo
RL
uf
RE
+
3
2.负反馈的组态判断
对于负反馈来说，根据反馈信号在放大 电路输出端采样方式、在输入回路中求和 形式的不同，共有四种类型或组态，即： 电压串联负反馈、电压并联负反馈、电流 串联负反馈和电流并联负反馈。
B11
iF RC ii iB1 T1
E F
R E2 iE2 T2 iC2
2
VCC
+
+
RS uS ui
1
io uo RL
Rc2
(a) VCC
Rc 2 RC
1
+
T1
F
RS uS ui
B12
CF RE2
+
T2
2
+
uo
RL
uf
RE
+
3
(3)电压反馈和电流反馈
根据反馈信号在放 大电路输出端采样方 式的不同，可以分为 电压反馈和电流反馈。 放大电路中引入的 反馈是电压反馈还是 电流反馈的判断，可 采用短路法。
Rx F r Io Ry
反馈网络 Fr
(b)
-
Uo
Uf
RF
Uo
RL
(4)电流并联负反馈
R1
. I
f i
RF US RS A
IS
Ii RS Ui
Ii'
基本放大器 Ai Io Ri Ai Ii' Ro
. I.' . I U
i i
+
RL
R2
.. I U
o
O
+
If Fi Io Ry
Uo
RL
R3
(a)
Rx
反馈网络 Fi
Io
. . U
O
. X=0
i
. A
Ro
.. A X'
oo i
. F
U Ro o Rof = I o 1 Aoo F
（2)电流负反馈使输出电阻增大
. I'
o
. I
o
RE Rof
RC
RL
. U
O
' Rof
U Rof o I o
F ) R (1 A os o
o
Ui Uf
Rx Fu Uo Ry
反馈网络 Fu
(2)电压并联负反馈 R
F
If
Ui R2
+
放大倍数为
(a)
Ar
U o I i
基本放大器 Ar IS US RS Ii RS U i If Fg Uo Ry Ii' Ro Ri
' Ar Ii
+
Ii'
反馈网络的反馈系数 为 I f F g Uo
100
f/MHz
0.01 (0 ) -180
O O O O
0.1
1
10
100
f/MHz
(-90 ) -270 (-180 )-360
O
O
(-270 )-450
O
O
3.负反馈放大电路的稳定裕度
. 稳定裕度:放大器远离自激的程度。 . 20lg|AF|/dB 衡量指标:增益裕度、相位裕度
增益裕度Gm
0
(1)电压串联负反馈
1
ui uid
+
VCC
A
uo
2
1
Rc2
+
T1
F
RS
CF RE 2
+
T2
B11
RC
+
2
uS
B12
uf RE
+
uf
uo
3
RL
ui
放大倍数为
Ii
基本放大器 Au Io Ro Ui' Ri Au Ui' Uo RL
A u
U o U i
这种反馈网络 RS 的反馈系数是 U US f Fu U
F
X f X o
Xo A A f F X 1 A i
2.反馈放大电路放大倍数的一般表达式
(1) 一般表达式的推导
X A o A f F X 1 A i
闭环放大倍数
(2)
A f
的一般表达式分析
①反馈深度
F 1 A
和 (2) 根据放大电路的实际情况，列出 U f
(或
I f
和
I i
)的表达式，
U i
(3)直接估算闭环电压放大倍数。
6.4
6.4.1
负反馈放大电路的稳定性分析
负反馈放大电路的自激振荡与稳 定工作条件分析 常用的频率补偿方法
6.4.2
6.4.1
负反馈放大电路的自激振荡与稳定工 作条件分析
. U
i
. U'
Ri Rif
Ri A
.
RL
. U
O
U U U f Rif i i I I
i i
F A U U i i F ) R (1 A i Ii
. U
f
. F
(2)并联负反馈使输入电阻减小
Rs
. I
i
. U
s
. U
i
U 串联负反馈: U f i
并联负反馈 :
可利用上述特点来分析估算具有深度负反 馈的电路。
I I f i
6.3.2
深度负反馈放大电路的计算
在估算闭环电压放大倍数时，
(1) 判断负反馈的组态是串联负反馈还是并联负反
I 中的一个， U 、 I 馈，以便选择式 U f i f i
AF A F (2n 1)
,
(n 0,1,2,)
上面两个式子分别表示负反馈放大电路产生 自激振荡的幅度条件和相位条件。
20lg|A|/dB
.
100 80 60 40
-20dB
/十倍频
-40dB
/十倍频
-60 dB 20 0
/十倍频
0.01
0.1 0.2
1 2
5 10 5