模拟电子技术基础 第五章

实现电压放大 电压串联
实现电流- 电压并联 电压转换
实现电压电流转换
电流串联
实现电流放大 电流并联
二、四种组态的方块图表示
电压串联 (shunt-serial)
电流串联 (serial-serial)
电压并联 (shunt-shunt)
电流并联 (serial-shunt)
三、负反馈放大倍数Af的表达式
uO(+)
uI(+)
uO(-)
•单管放大电路
•互补电路 •差分放大电路
CE、CC：b(+) →c(-)，e(+) CB：e(+) →c(+)
CS、CD：g(+) → d(-)，s(+) CG：s(+) → d(+)
ui(+) → uo(+)
b1(+) → c1(-) ，c2(+)
一、交流负反馈的特点 二、交流负反馈的四种组态 三、交流负反馈四种组态的判断
3. 展宽频带
fbwf=(1+AF)fbw 交流负反馈使频带展宽了1+AF倍
4. 减小非线性失真及抑制内部噪声
由于半导体器 件的非线性，
A2
Xo
Af2 Xo
判断反馈的有无： 找输入与输出之间的联系，判断输出是否影响输入
讨论2：判断反馈的极性
+ uI'
+
+
uI'
-
+× uF -
-× uF +
uI' = uI - uF 负反馈 反馈网络R1 , R2
uI' = uI - uF = uI + |uF| 正反馈 反馈网络R1 , R2
注意：反馈量只决定于输出量，与输入量无关！
当uO = 0时， 电压负反馈 由输出产生 的iF = 0
结论2：反馈直接引回到信号输入端为并联反馈
反馈引回到另外一端为串联反馈
iI'
-
+×
iF
iI' = iI - iF 并联负反馈
当uO = 0时， 电压负反馈 由输出产生 的iF = 0
uA
当uO = 0时uA ≠ 0，由 输出产生的iF ≠ 0 电流并联负反馈
Rb1
-Rc1 Rb2
+ C1
+ ui
uI'-
T1
×
Rf
-
uF Re1
+VCC
+Rc2
T2
+
两级CE放大电路
-
uo
Re2 -
• Rf、 Re1、 Re2引入了正反馈，交流和直流反馈，级间反馈 • Re1引入了负反馈，交流和直流反馈，局部反馈（影响第一级） • Re2引入了负反馈，交流和直流反馈，局部反馈（影响第二级）
一、深度负反馈的实质 二、深度负反馈下电压放大倍数的估算 三、集成运放深度负反馈下电压放大倍数的估算
一、深度负反馈的实质
深度负反馈下，净 输入量近似为零！
串联负反馈： Ui′=Ui - Uf ≈ 0 并联负反馈： Ii′=Ii - If ≈0
二、深度负反馈下电压放大倍数的估算（通过F求）
讨论1：求Auuf
一、交流负反馈的特点
影响放大电路的动态性能：
• 稳定输出信号
负反馈： Xi'= Xi - Xf Xo↑→ Xf ↑→ Xi'↓
→ Xo↓
• 减小放大倍数 负反馈： Xi'= Xi - Xf → Xi'↓ → Xo↓ → Af↓(引入反馈后)
重点研究交流负反馈！
二、交流负反馈的四种组态 （1） 串联反馈、并联反馈（从输入端看）
中频段： AF>0，|Af|<|A|，引入了负反馈， A、F、Af 符号相同 AF<0， |Af|>|A|，引入了正反馈；当AF=-1 时，Af=∞ Af只由反馈网络决定 1+AF常称为反馈深度。将满足|1+AF|>>1条件 的负反馈称为深度负反馈。在深度负反馈下Af 只与F有关，而与A无关，说明Af 比较稳定。
讨论5：
串联反馈信号 源为恒压源时
+
-
效果最好
+×
uf
+
uO
ui' =ui - uf
R7、C4 、 R6引入了级间交流电压串联负反馈 R6、 R8引入了局部交直流负反馈 R3、 C3引入了局部直流负反馈
讨论6：
并联反馈信号
-
源为恒流源时
ii
效果最好，若 +
ii'
+
为电压源则必
×
须有内阻
if
uO
- ie
当放大电路为理想运放时，深度负反馈下同时存在’虚短’和’虚断’
理想运放特点： Aod=∞ Rid=∞ Rod=0
理想运放引入负反馈后，输出与输入呈线性关系： Uo= Uid * Aod Uo<Uom , Aod=∞ → Ui′ ≈ 0 Rid=∞ → Ii′≈ 0
集成运放引入任何组态的深度负 反馈时，同时存在’虚短’和’虚断’
一、反馈的基本概念 二、反馈的判断
一、反馈的基本概念
1.反馈：把输出量的一部分或全部通过一定的电路形式 作用到输入回路，来影响输入量的措施。
输入量 Xi
净输入量
基本放大电路
+ A Xi'
输出量 Xo
Xf 反馈量
F 反馈网络
注意：分析反馈放大电路时只考虑信号的单向 传输，即Xo只由Xi'和A决定，Xf只由Xo和F决定
三、集成运放深度负反馈下电压放大倍数的估算（通过虚短虚断求）
• 电压串联
虚短 虚断
并联负反馈 信号源必须 为有内阻的 电压源或者 恒流源
• 电压并联 0
虚短
电压负反馈稳 定输出电压， 虚断 输出电压与负 载无关
• 电流串联
虚短 虚断
• 电流并联 0
虚短 虚断
电流负反馈稳定输出电流， 输出电流与负载无关
思考题：求Ausf
ii'≈0
ug≈0
-
ii ii' + 0
×if
ic+
- ie
电流并联负反馈 uO
深度并联负反馈存在虚断，即ii'近似为零，因此ug也近似为零
测验题：求Auf
+
ui'
+
uf 电流串联负反馈
+
ui'
+
uf
电压串联负反馈
Auf ≈1
三、集成运放深度负反馈下电压放大倍数的估算（通过虚短虚断求）
讨论2：
+
+×
+
+
uId = uI - uF 当uO = 0时 i C ≠ 0，uF ≠ 0
串联负反馈 电流负反馈
讨论3：判断交流负反馈组态
+
ui'
+
uf
+
ui'
+
uf
通过电阻Re引入了交直流负反馈 电流串联负反馈
电压串联负反馈
讨论4：
+-
-
×+ +
uF
R1、R4引入了交、直流级间负反馈 电压串联负反馈
2. 正反馈(Positive Feedback)、负反馈(Negative Feedback)
从反馈的效果来判断
பைடு நூலகம்
a. 输入端
反馈的结果使净输入量减小--负反馈
增大--正反馈
Xi' =Xi - |Xf |
即Xi' ↓ 负反馈
Xi' =Xi + |Xf |
即Xi' ↑ 正反馈
b.输出端
反馈的结果使输出量的变化增大--正反馈
Xi'= Xi + |Xf | 即使得Xi' ↑ ——正反馈
3. 直流反馈(DC Feedback)、交流反馈(AC Feedback) 反馈量含有直流量，或者说反馈存在于直流通路，
称为直流反馈； 反馈量含有交流量，或者说反馈存在于交流通路，
称为交流反馈。 判断交流、直流反馈：主要分析反馈网络中电容的作用 4. 局部反馈、级间反馈
ii' =ii - if R7、C4引入了级间电流并联负反馈
一、方块图表示法 二、四种组态的方块图表示 三、负反馈放大倍数Af的表达式
一、方块图表示法
开环放大倍数
反馈系数
闭环放大倍数
环路放大倍数 （环路增益） 不同组态下Xo，Xi，Xi' 所表示的电量不 同，因而A、Af、F 所表示的涵义也不同！
减小--负反馈
△Xo ↑ 正反馈
△Xo ↓ 负反馈
瞬时极性法判断反馈的极性（正、负）
• 先从输入回路断开反馈网络（开环）
• 规定Xi的瞬时极性为‘+’（即相对于‘地’的瞬时变化量为正）
→ 逐级判断Xo极性 → 判断Xf极性 • 若Xf 极性使：Xi'= Xi - |Xf | 即使得Xi' ↓ ——负反馈
uO
深度并联负反馈存在虚断，即ii'近似为零，因此ug也近似为零
讨论3：求Auf
×
电流串联负反馈 反馈电压仅仅由输出电流决定
讨论4：求Ausf
ib1≈0
+
×
0
ii
-
if
-ie2
ic2
+
电流并联负反馈
分立元件电路从交 流等效电路分析放 大倍数，其输出电 流是指ic或ie(id或is)
深度并联负反馈存在虚断，即ib1近似为零，因此ube1也近似为零
一、直流负反馈对静态工作点的影响 二、交流负反馈对动态性能的影响 三、引入负反馈的原则
一、直流负反馈：稳定Q点，抑制温漂
若T ↑ → IC ↑ 、 IE ↑ → Re上的UF ↑ →净输入电压UBE ↓ → IC↓
若T ↑ → IC ↑ → UC ↓ → Rf上的IF ↓ →净输入电流IB ↓ → IC↓
历史：美国西部电力公司Harold Black 于1927年为改善 长距离电话传输系统中放大器的失真而发明了反馈的方法。
Xi
- A Xi'
A很大，Xo大且容 易出现非线性失真
XO
Xf
通过反馈，减小
‘净输入’信号，
F
从而减小输出信号 及其非线性失真
稳定输出信号!
5.1 反馈的基本概念及判断方法 5.2 负反馈放大电路的四种基本组态 5.3 负反馈放大电路的表示方法 5.4深度负反馈放大电路放大倍数的估算 5.5 负反馈对放大电路性能的影响 5.6 负反馈放大电路的稳定性
结论1：对于单个集成运放，反馈引回到 同相端为正反馈，引回到反相端为负反馈
二、反馈的判断
讨论2：判断反馈的极性
接地
+×
iF
iI'
只考虑输出电压作用所产
生的反馈电流，忽略输入 电压的作用（设uN=0）
-
iI' = iI -iF 负反馈 反馈网络为R2
问题：若同相端与反相端 互换，则反馈极性如何？
二、反馈的判断 讨论3：判断直流和交流反馈
讨论6：
b1-b2为净输
入端，uId为
净输入量 +
-
-
×+ +
uF
双端输入单端输出的差分放大电路 + 共射放大电路 uId = uI1 - uI2 ≈ uI - uF 负反馈
R1、R4引入了交、直流级间负反馈 R3引入了交、直流局部负反馈
总结：由输入信号极性判断输出信号极性的方法
•集成运放
uI(+)
Rb1
+ C1
+ ui
-
Rc1
-
T1
+×
Rf
uf Re1
+VCC Re2
- 电压串联负反馈
T2
+
+
Rc2
u-o
通常，A、F、Af、 Auuf或Ausf同符号，该 符号与由瞬时极性法
判断出的Uo的极性相 同（设Ui极性为正）
讨论2：求Ausf
ii'≈0
ug≈0
+ ii
ii'
-
0
×
if
电压并联负反馈
-
Xi与Xf以电压形式叠加——串联反馈， 即uI'=uI - uF Xi与Xf以电流形式叠加——并联反馈， 即 iI'=iI - iF
串联反馈
二、交流负反馈的四种组态 （1） 串联反馈、并联反馈（从输入端看）
Xi与Xf以电压形式叠加——串联反馈， 即uI'=uI - uF Xi与Xf以电流形式叠加——并联反馈， 即 iI'=iI - iF
2. 电压、电流反馈的判断
令 uO = 0 由输出产生的Xf = 0 电压反馈 由输出产生的Xf ≠ 0 电流反馈
讨论1：
+ uI'
×
+ uF -
反馈引回到反 相端为负反馈
+
+
×
iI'
iF -
uI' = uI - uF 串联负反馈
当uO = 0时， 电压负反馈 由输出产生 的uF = 0
iI' = iI - iF 并联负反馈
并联反馈
（2）电压反馈、电流反馈（从输出端看）
Xf取自uO——电压反馈 Xf取自iO ——电流反馈
电压反馈 交流负反馈的四种组态 电压串联
电流串联
电流反馈 电压并联 电流并联
三、交流负反馈四种组态的判断
1. 串联、并联反馈的判断
uI = uI' + uF iI = iI' + iF
串联反馈 并联反馈
交流反馈
直流反馈
讨论4：判断有无反馈、反馈的极性、交流直流反馈
b-e端为净输入 端，uBE=uI'
-
+
IC
UI+'
UF
通过电阻Re、Ce引入了直流反馈: 输出电流IC 变化将使Re上的电压（UF)变化， 从而使净输入电压（UI')变化。
UI' =UI - UF 直流负反馈 反馈网络为Re、Ce
讨论5：
反馈只影响某一级放大电路，称为局部反馈 反馈影响两级或两级以上的放大电路，称为级间反馈
注意：将集成运放视为一级放大电路； 只有多级放大电路才可能存在级间反馈。
二、反馈的判断
讨论1：判断反馈的有无
uId
uId
无反馈
uId = uI 无反馈
+ uF uId = uI - uF 有反馈
反馈量uF使净输 入量uId发生变化
二、交流负反馈对动态性能的影响
1. 使放大倍数下降 集成运放开环放大倍数A即Aod一般>105 多级放大电路开环放大倍数Au一般>1000 而深度负反馈放大电路Af ≈1/F ， 一般为几到几十倍
2. 提高放大倍数的稳定性 需要证明：在相同条件下，Af的变化量比A小：
Af
交流负反馈使放大倍数的稳定性提高了1+AF倍 例如： A1=1000, A2=990, A变化1% F=0.1, Af1=9.901, Af2=9.9, Af变化0.01%