模拟电子技术基础第20讲 负反馈放大电路的分析方法

幅值裕度， 其中 Gm——幅值裕度，一般要求 m≤ -10dB 幅值裕度 一般要求G
ϕm——相位裕度，一般要求ϕm ≥ 45° 相位裕度， 相位裕度 °
保证可靠稳定， 保证可靠稳定， 留有余地。 留有余地。
7.5.1 自激及稳定工作条件
5.负反馈放大电路稳定性分析 5.负反馈放大电路稳定性分析
利用波特图分析
深度负反馈条件下的近似计算
1.深度负反馈的特点 1.深度负反馈的特点
& & & 深度负反馈条件下 X id = X i − X f ≈ 0
串联负反馈，输入端电压求和。 串联负反馈，输入端电压求和。
& & & Vid = Vi − Vf ≈ 0 虚短 & Vid & 虚断 I id = ≈0 ri
& I id & Vi
开环增益
& Xo & A= & X id
Xs K Xi + – Xf F Xid A Xo
反馈系数
& Xf & F= & Xo & & = Xo AF & Xi
闭环增益
闭环增益的一般表百度文库式
& A & AF = & & 1 + AF
注意：在计算时，必须考虑反馈网络和外界负载的影响。 注意：在计算时，必须考虑反馈网络和外界负载的影响。
e
在深度负反馈条件下，利用虚短 在深度负反馈条件下，利用虚短 虚断可知 & 和虚断可知 VBE ≈ 0
注：电路必须满足深度负反馈条件才有此结论
大环组态； 求：(1)大环组态； 大环组态 (2)二、三级局部组态； 二 三级局部组态； (3)深度负反馈下大环的闭 深度负反馈下大环的闭 环电压增益 。 解：(1)电压并联负反馈 电压并联负反馈 is
Xo
2.产生原因 2.产生原因
反馈网络 F
& & 在高频区或低频区产生的附加相移 达到180 附加相移达到 180° A和F 在高频区或低频区产生的 附加相移 达到 180° ， 使
中频区的负反馈在高频区或低频区变成了正反馈， 中频区的负反馈在高频区或低频区变成了正反馈，当满足了 一定的幅值条件时，便产生自激振荡。 一定的幅值条件时，便产生自激振荡。
7.4 深度负反馈条件下放大 电路的分析方法
分析负反馈放大电路的一般步骤
(1) 找出信号放大通路和反馈通路 (2) 用瞬时极性法判断正、负反馈 用瞬时极性法判断正、 (3) 判断交、直流反馈 判断交、 (4) 判断反馈组态 (5) 标出输入量、输出量及反馈量 标出输入量、
& & & (6) 估算深度负反馈条件下电路的 F、AF、AVF
闭环增益
& Vo
-
& ARF
& Vo 1 = & ≈ & Ii F
= − Rf
& AVF & & & Vo Vo I i A & ⋅ 1 = − Rf = & = ⋅ & = RF & Rs Vs Rs I i Vs
G
闭环电压增益
深度负反馈条件下的近似计算
2. 各种反馈阻态的近似计算 Rs （4）电流串联负反馈
+ & V - id
& Vi
& I id
+
& Vid -
& Vf
& Vf
并联负反馈， 输入端电流求和。 并联负反馈 ， 输入端电流求和 。 & & & & I I = I − I ≈ 0 虚断 I&
id i f
i id
& Ii & If
& I id
+
& & Vid = I id ri ≈ 0 虚短
& If
& A & AF = & & 1 + AF
& & & 1 + AF = 0 时， AF → ∞ ， 自激振荡
7.5.1 自激及稳定工作条件
1.自激振荡现象 1.自激振荡现象
在不加任何输 入信号的情况下， 入信号的情况下 ， 放大电路仍会产生 一定频率的信号输 出。
Xi + – Xf
Xid
基本放大 电路 A
& & & Vo I o Vo & ⋅ R = RL = & = ⋅ & I = AGF L Vi Vi &o Rf
电路如图所示， 电路如图所示，近似计算它的电 压增益。 压增益。 解：忽略基极直流偏置电路后的交流 通路如下图所示。 通路如下图所示。 电路为电流串联负反馈 电路为电流串联负反馈
VCC Rc Rb1 C1 Rs + vs C2 + vo Re -
7.2.1 负反馈放大电路的方框图
基本放大电路的输入 反馈放大电路 信号（净输入信号） 信号（净输入信号） 的输入信号 信号的正向传输 输出信号
Xs 变换网络 K
Xi + –
Xid
基本放大 电路 A
Xo
Xf
信号源 反馈信号
反馈网络 F
单向化
信号的反向传输
7.2.2 负反馈放大电路增益的一般表达式
1. 表达式推导
+ & V - id
& Vid -
深度负反馈条件下的近似计算
2. 各种反馈阻态的近似计算 （1）电压串联负反馈
利用虚短和 利用虚短和虚断 虚短 的概念得知
& Ii ≈ 0
+ Rs + Vi + – – Vf – R1 Vo R2 – Ii + Vid – – RL + AVO Vid ri – ro + +
& & 即该点满足 AF = 1
& 关键作出 A 的幅频响应和相频响应波特图
7.5.1 自激及稳定工作条件
+ + +
+ + +
解：(1)电压串联负反馈 电压串联负反馈 在深度负反馈条件下， (2) 在深度负反馈条件下 ， 利用虚短 虚断可知 虚短和 利用虚短和虚断可知
& & Vi = Vf
R8 & ⋅ Vo3 R7 + R8 R5 & & VN = ⋅ Vo3 R5 + R6 & = R4 ⋅ V & Vp o R3 + R4
1 & & & 环路增益的幅频响应写为 20 lg AF = 20 lg A − 20 lg & F F
& 与频率无关， 一般 F 与频率无关，则 20 lg 1 的幅频响应是一条水平线 &
1 & & 水平线 20 lg 与 20 lg A 的交点为 20 lg = 20 lg A & & F F 1
例
+i i
ib1
-
+
-
(2) T2 电流串联负反馈 T3 电流串联负反馈 T2和T3级间电流串联正反馈
& & = If 则反馈系数为 FG & Vo & Vo & 闭环增益 ARF = ≈ & I
iF
在深度负反馈条件下，利用虚短 虚断可知 & 虚短和 (3) 在深度负反馈条件下，利用虚短和虚断可知 I b1 ≈ 0
利用虚短和虚断可知 利用虚短和虚断可知 虚短
& & IN = IP = 0
P
& Vs
+ –
+
& & Vi –Vid –
N
+
+ – +
iO
则反馈系数为
& Vf & FR = & = Rf Io
& Vo
-
R L
+
闭环增益
& & = Io ≈ 1 = 1 AGF & & Rf FR Vi
& Vf
–
R f
& 闭环电压增益 AVF
1 =− Rf 1 & = − Rf FG i & & & Vo Vo I i & ⋅ 1 = − Rf & 闭环电压增益 AVF = = ARF & = I ⋅V & & Rs Vs Rs
i s
例
判断反馈阻态； 求：(1)判断反馈阻态； 判断反馈阻态 • (2)深度负反馈下大环 深度负反馈下大环 的闭环电压增益 。
例
Rb2
& & Vf Vf & 则反馈系数为 FR = ≈ & = Re & Ie Io & & = Io ≈ 1 = 1 闭环增益 AGF & & Re FR Vi & & & & = Vo = I o ⋅ Vo 闭环电压增益 AVF & & & Vi Vi I o β ⋅ Rc − & ⋅ ( − R ) = − Rc = AGF c rbe + (1 + β ) Re R
& Vf =
则反馈系数为
& R5 + R6 R8 R4 Vf & = = ⋅ ⋅ FV & R3 + R4 R5 R7 + R8 Vo & ( R + R4 ) R5 ( R7 + R8 ) 1 Vo = & ≈ & = 3 R4 ( R5 + R6 ) R8 FV Vi
闭环电压增益
& AVF
7.5 负反馈放大电路的稳定问题
7.2.2 负反馈放大电路增益的一般表达式
2. 反馈深度的讨论 & A & AF = && 1 + AF
& & 1 + AF 称为反馈深度
& & & & (1) 1 + AF > 1 时， AF < A ， 一般负反馈 & & ( 2) 1 + AF >> 1 时， 深度负反馈 & & & & ( 3) 1 + AF < 1 时， AF > A ， 正反馈 & & & (4) 1 + AF = 0 时， AF → ∞ ， 自激振荡
7.3 负反馈对放大电路性能的改善
• 提高增益的稳定性 • 减少非线性失真 • 扩展频带 • 对输入电阻的影响 • 对输出电阻的影响 • 为改善性能引入负反馈的一般原则
为改善性能引入负反馈的一般原则
要稳定直流量 —— 要稳定交流量 —— 引入直流负反馈 引入交流负反馈
要稳定输出电压 —— 引入电压负反馈 要稳定输出电流 —— 引入电流负反馈 要增大输入电阻 —— 引入串联负反馈 要减小输入电阻 —— 引入并联负反馈 要增大输出电阻 —— 引入电流负反馈 要减小输出电阻 —— 引入电压负反馈
则反馈系数为
& & = Vf = R1 FV & Vo R1 + R2
Vs
闭环电压增益
& & = Vo ≈ 1 = 1 + R2 AVF & & FV Vi R1
深度负反馈条件下的近似计算
2. 各种反馈阻态的近似计算 （2）电流并联负反馈
利用虚短和虚断可知 利用虚短和虚断可知 虚短
& & VN = VP = 0 & & & 则 − I f Rf = ( I f − I o ) R
& Xf & F= & Xo
& & Xo Xo 代入上式，有 代入上式， ≈ & & Xi Xf
& & X f ≈ X i 输入量近似等于反馈量
& & & X id = X i − X f ≈ 0 净输入量近似等于零
由此可得深度负反馈条件下，基本放大电路“两虚” 由此可得深度负反馈条件下，基本放大电路“两虚”的概念
4.稳定工作条件 4.稳定工作条件 破坏自激振荡条件
& & AF < 1 & & AF = 1
或
ω180 ω0
ϕm相位裕度
Gm幅值裕度
ϕ a + ϕ f = 180°
ϕ a + ϕ f < 180°
或写为
& & AF + G m = 1
& & AF = 1
ϕ a + ϕ f = 180°
ϕ a + ϕ f + ϕ m = 180°
7.5.1 自激及稳定工作条件
3.自激振荡条件 3.自激振荡条件
& A & 闭环增益 AF = & & 1 + AF & & 反馈深度 1 + AF = 0 时，
–1 Vf Vid 基本放大电路 A Vo
自激振荡 & & 即 AF = −1 − AF 为环路增益） （ & & 为环路增益）
& & & & 又 AF = A(ω ) ⋅ F (ω ) ∠ϕ a (ω ) + ϕ f (ω )
Rs +
& Ii
& I id
N P
– + +
& I&s V s
-
Rs
反馈系数为
& R If & = FI & = R + Rf Io
& If
Rf R
& Io
& RL V o
-
闭环增益
& 1 Io R & = ≈ & = 1+ f AIF & FI Ii R & & Vo − I o RL & ⋅ RL = − (1 + Rf ) RL & 闭环电压增益 AVF = = = − AIF & &R Rs Vs R Rs Ii s
深度负反馈条件下的近似计算
2. 各种反馈阻态的近似计算 （3）电压并联负反馈
利用虚短和虚断可知 利用虚短和虚断可知 虚短
& & VN = VP = 0
RS +
& If & Ii
& Iid
N
R f – +
P
则反馈系数为
& 1 If & = =− FG & Rf V
o
&& VIs s
-
R S
+ R L
反馈网络 F
得自激振荡条件
& & A(ω k ) ⋅ F (ω k ) = 1
幅值条件
相位条件（附加相移） ϕ a (ω k ) + ϕ f (ω k ) = ( 2n + 1) × 180° 相位条件（附加相移） 注：输入端求和的相位（-1）不包含在内 输入端求和的相位（
7.5.1 自激及稳定工作条件
深度负反馈条件下的近似计算
1.深度负反馈的特点 1.深度负反馈的特点
由于
& & 1 + AF >> 1
& 则 AF = & & A A 1 & F ≈ AF = F & & & 1+ A &
即，深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈网络有关 深度负反馈条件下，
& Xo & 又因为 AF = & Xi
得