电子电路-负反馈放大器

RL
vout
F
vout
压控 压源
清华大学电子工程系 2011年春季学期
vf
vout
输入串联：压控源 输出并联：受控电压源
李国林 电子电路与系统基础
Fvout
13
放大网络和反馈网络 并并连接：流控压源
iin iin
vout Rm0ie Rm0 iin GF vout
vout
Rm0 iin Rmf iin 1 Rm0GF
电子电路与系统基础
理论课第八讲 负反馈放大器
（网络并联、串联连接关系的应用）
李国林 清华大学电子工程系
负反馈 大纲
• 源与负载的连接关系
– 四种放大器的内阻
• 负反馈放大器原理框图
– 四种连接关系与对应四种基本放大器
• 负反馈放大器简化分析
• 负反馈网络的负载效应 • 运放的四种负反馈放大器
– 形成四种受控源
清华大学电子工程系 2011年
A0 Af 1 A0 F
8
李国林 电子电路与系统基础
负反馈的实现
放大
sin
se
AF
A0
F
反馈
sout
闭环
sf
检测
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清华大学电子工程系
2011年春季学期
9
信号检测的实现
iout
放大
sin
se
AF
A0
sout
A0
vout
RL
A0
iout
RL
Ri
ii Ro Ai ii
Ri
Ro
vi
Ri
Av vi
Rm ii
VCVS 电压放大器 Voltage Amplifier Ri越大越理想 Ro越小越理想 Ri Ro
VCCS 跨导放大器 Transconductance Amplifier
CCCS 电流放大器 Current Amplifier
sin
A0
se sin s f
sout
sout A0 sin
sout A0 se A0 sin s f
sin
se
Af
A0 sin F sout


A0
F
sout
sout A0 sin 1 A0 F
s f F sout A0 F se
反馈闭环后，闭环跨导放大器则趋于理想压控流源
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单向跨导放大器加理想跨阻反馈网络
Gmf Gm0 1 Gm0 RF
闭环增益符合负反馈的原理性分析结果
Af
A0 1 A0 F
Rif 1 Gm0 RF Ri
闭环跨导放大器的输入阻抗变大，更接近理想
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阻抗匹配 impedance matching
vL RS vS
RL RS
vL iS RS
RL RS
PL PL, max PS , max
2 V 1 S , rms
4 RS
• 1、信源内阻、负载电阻都是线性电阻 • 2、信号属射频小信号
闭环
sf
F
反馈 检测
F
vout
F
iout
负反馈原理框图 受控电压源 电压输出信号的检测 并联连接
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受控电流源 电流输出信号的检测 串联连接
10
放大
sin
se
AF
A0
sout
信号相加实现闭环
ve
闭环
sf
F
反馈 检测
A0
iin
ie
A0
负反馈原理框图
Ri ,ideal
Rof 1 Gm0 RF Ro
闭环跨导放大器的输出阻抗变大，更接近理想
Ro,ideal
YAF
1 YA 1 Gm0 RF
假设满足单向化近似条件，反向作用对传 输的影响可忽略不计
2011年春季学期 22
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清华大学电子工程系
负反馈放大器的二端口网络分析流程
iout
Gm0 vin Gmf vin 1 Gm0 RF
Ro Gm0 ve
输 出 短 路 电 流
输出短路，输入端看入阻抗：Yf11
iin v v RF iout e in vin vin Ri vin Ri 1 RF Gmf Ri
iout RF iout
1 Gm0 RF Ri
12
输入串联：压控源 输出串联：受控电流源
李国林 电子电路与系统基础
放大网络和反馈网络 串并连接：压控压源
vout Av0 ve Av0 vin Fvout
vout
Av 0 vin Avf vin 1 Av 0 F
ve vin
vf
A0
vout
RL vin
ve
Av 0 ve
跨导放大器可能不够理想
YAF
RF Gi Go Go 0 0
1 YA 1 Gm 0 R F Gi G m0 0 Go
YAF
1 1 Gm 0 R F
Gi G m0
1 1 Gm 0 R F
Gif Gmf
Gmr 0 Gof Gmf
Z AF
1 AF
Gi YA Gm 0 ZA Y
1 A
0 Go Ri Gm0 Ri Ro 0 Ro
Ro
0 R F ZF 0 0
Ri Z A ZF Gm0 Ri R o 1 1 Gm0 RF
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阻抗桥连 impedance bridging
RS vS vL RL RS iL iS RS RL RS
RL vL vS vS RS RL
iL
GL iS iS GS G L
• 1、如果阻抗是非线性、或不稳定、或时变、 或源的工作状态受负载影响很大（如振荡器） • 2、如果频率不是射频，而是很低的音频
– GF=Yf12，RF=Zf12，Fi=gf12，F=hf12
– Rm0=Z21，Gm0=Y21，Ai0=h21，Av0=g21
• 实际反馈放大器
– 非理想放大网络：四个参量俱全 – 非理想反馈网络：四个参量俱全
Af
A0 1 A0 F
Rif ? Rof ? Arf ?
• 简化反馈放大器
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RS vS vin vin RL
缓冲器 Buffer
v L vS
iS
iin RS
iin
RL
i L iS
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5
四种基本放大器的内阻
Ro
ii vi Ri Gm vi Ro
F
iout
vf
iout RF iout
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清华大学电子工程系
2011年春季学期
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单向跨导放大器 加理想反馈网络 闭环跨导放大器
iout ve Ri vin
vf
iout Gm 0 ve Gm0 vin v f Gm 0 vin RF iout


输出短路电流：闭环跨导增益：Yf21
压控源
输入并联 反馈电流修正
输入 并联
流控流源 CCCS：Ai
Ai 0 Aif 1 Ai 0 Fi
流控压源 CCVS：Rm
Rmf Rm 0 1 Rm 0GF
• 并串连接
– 输入并联，电流 相加，输出串联， 检测电流，因而 流控流源
流控源
串联检测电 并联检测电 流，反馈导 压，反馈导 致电流稳定，致电压稳定， 受控流源 受控压源
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• 并并连接
– 输入并联，电流 相加，输出并联， 检测电压，因而 流控压源 16
三、负反馈放大器
• 负反馈原理框图
– 只考虑信号单向传输，未考虑端口阻抗特性与反向传输
• 理想放大网络：理想受控源，只有21参量：放大网络增益A0
• 理想反馈网络：理想受控源，只有12参量：反馈网络反馈系数F
– 简化1：单向放大网络+理想反馈网络 – 简化2：单向放大网络+实际反馈网络
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负反馈放大器简化分析
• 以压控流源为例：晶体管小信号等效电路
iout ve vin
vf
iout ve Gm0 ve RL
A0
iout RL vin
理想跨导器
se sin s f ve vin v f
串联电压相加
vin
vf
F
if
F
ie iin i f
并联电流相加
李国林 电子电路与系统基础
压控源 电压输入信号的闭环 串联连接
清华大学电子工程系 2011年春季学期
流控源 电流输入信号的闭环 并联连接
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放大网络和反馈网络 串串连接：压控流源
考试时间：4月22日（周日）上午8:30-10:30 考试地点：隔列坐 6C102：2010011014－2011011035，89人 6C201：2011011036－2011011123，88人 6C202：2011011124－2011080063，88人
考试题型：填空题50分 两道大题，其他都是小题 8分的额外加分题 超过100分的按100分计 要求带计算器
ie
A0
vout
RL
ie
if
Rm0ie RL
vout
if
F
vout
流控 压源
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vout
GF vout
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输入并联：流控源 输出并联：受控电压源
李国林 电子电路与系统基础
放大网络和反馈网络 并串连接：流控流源
iout iin ie iin
iout Ai 0ie Ai 0 iin Fi iout
iout ve vin
vf
iout Gm0 ve Gm0 vin RF iout
iout Gm0 vin Gmf vin 1 Gm0 RF
iout ve Gm0 ve RL
vf
A0
iout RL vin
F
iout
压控 流源
清华大学电子工程系 2011年春季学期
iout RF iout
串串负反馈 压控流源 并并负反馈 流控压源
YAF Z A Z F
1
1 1 YA 1 T 1 Gm0 RF 1 1 ZA 1 T 1 Rm0GF
Gi G m0 Ri R m0
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负反馈 大纲
• 源与负载的连接关系
– 四种放大器的内阻
• 负反馈放大器原理框图
– 四种连接关系与对应的四种基本放大器
• 负反馈放大器简化分析
• 负反馈网络的负载效应 • 运放的四种负反馈放大器
– 形成四种受控源
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负 反 馈 放 大 器 原 理 框 图
iout Ai 0 iin Aif iin 1 Ai 0 Fi
iout ie Ai 0 ie RL iout
A0
iout Βιβλιοθήκη BaiduL
if
if
F
iout
流控 流源
清华大学电子工程系 2011年春季学期
输入并联：流控源 输出串联：受控电流源
李国林 电子电路与系统基础
Fi iout
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记忆
输出串联
1
输入短路，输出端看入阻抗：Yf22
iout Gm0 v f Ro vout iout Gm0 ve Ro 1 Gm0 RF Ro iout iout iout
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李国林 电子电路与系统基础
闭环跨导放大器 串串连接
iout ve Ri Gm0 ve
输入 串联 压控流源 VCCS：Gm
Gmf Gm0 1 Gm0 RF
• 输入看反馈量，输 出看检测量 • 串串连接
输入串联 反馈电压修正 – 输入串联，电压 相加，输出串联， 检测电流，因而 压控流源
输出并联
压控压源 VCVS：Av
Av 0 Avf 1 Av 0 F
• 串并连接
– 输入串联，电压 相加，输出并联， 检测电压，因而 压控压源
CCVS 跨阻放大器 Transresistance Amplifier
Ri越大越理想 Ro越大越理想
Ri越小越理想 Ro越大越理想
Ri越小越理想 Ro越小越理想
电压驱动电阻越大越理想 电流驱动电阻越小越理想 不消耗前级驱动源的功率，放大器对前级驱动源的影响小 电流源内阻越大越理想 电压源内阻越小越理想 可向后级负载提供无限大的功率，后级负载对放大器影响小
2011年春季学期
vf
iout RF iout
RF Ro
YAF Z
Gi G m0
RF Gi Go Go
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李国林 电子电路与系统基础
清华大学电子工程系
负反馈放大器趋于理想受控源
Gi YA Gm 0 0 Go
假设满足单向化近似条件，于是