模电运算放大电路讲解

iF
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱiID
电流负反馈：稳定输出电流 并联反馈：输入端电流求和（KCL）
其他两种组态有类似的结论
21
7.3 负反馈放大电路增益的 一般表达式
7.3.1 负反馈放大电路的方框图
• 构成 • 信号的单向化传输
7.3.2 负反馈放大电路增益的一般表达式
• 表达式推导 • 反馈深度的讨论 • 环路增益
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掌握负反馈放大器的类型及组态分析； 掌握负反馈对放大器性能的影响；
掌握深度负反馈放大器的近似估算法；
3
7.1 反馈的基本概念与分类
7.1.1 基本概念
反馈 电路中的反馈形式
7.1.2 四种类型的反馈组态
类型 四种组态的判断方法
各种反馈类型的特点
信号源对反馈效果的影响
Xi
+ – Xf
Xid
基本放大 电路 A
Xo
单向化
反馈网络 F
信号的反向传输
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7.3.2 负反馈放大电路增益的一般表达式
1. 表达式推导
已知
X A o X id X f F X o X o A F X
i
Xs
K
Xi
+ – Xf
Xid
A
Xo
开环增益（考 虑反馈网络的 负载效应） 反馈系数 即
4
7.1.1 基本概念
1. 反馈 将电子系统输出回路的电量（电压或电流），送 回到输入回路的过程。
内部反馈
Ib hie
ic
vbe
hrevce
hfeib
hoe
vce
外部反馈
5
7.1.1 基本概念
1. 反馈
反馈通路——信号反向传输的渠道
vI
+ R2
反馈通路 （反馈网络）
vO
RL
vI
R1 + -
vO
RL
i
+ Rs + Vs – – Vi
+ Vid –
+
AVO Vid ri –
ro + + RL
– R2 Vo –
Rif 当负载开路，且忽略反 A 馈网络的负载效应时 A V VO
V F V V A A F V V V V id o V id id V id FV id VO id V Rif ( 1 A F ) V V I I I I i i i i F F (1 A 比无反馈时增加了 1 A V V ) ri V V 倍
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7.4.1 提高增益的稳定性
闭环时 A F A F 1 A
只考虑幅值有 AF
A 1 AF
则
dAF 1 dA (1 AF ) 2
dAF 1 dA AF 1 AF A
即闭环增益相对变化量比开环减小了1+AF倍
另一方面
1 在深度负反馈条件下 A F F
开环 ——无反馈通路
闭环 ——有反馈通路
信号的正向传输
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2. 电路中的反馈形式 （1）交流反馈与直流反馈
根据反馈到输入端的信号是交流，还是直流，或同时 存在，来进行判别。 取决于反馈通路。
例
(+)
交、直流负反馈
C1 vI
(+) (+)
+
(+) (+)
vO
R1 R2
C2
交流正反馈
7
2. 电路中的反馈形式
X X o o A 所以 A K FS F /K X X i s
对信号源的增益
25
7.3.2 负反馈放大电路增益的一般表达式
1. 表达式推导
Xs K Xi + – Xf F Xid A Xo
在四种反馈组态中的具体形式 信号 X
电压串联
电压并联
电流串联 电流并联
A. 电压串联 RL vO vO
输入端有 -vI+ vID + vF =0 即 vID = vI -vF
vF
vID
电压负反馈：稳定输出电压 串联反馈：输入端电压求和（KVL）
20
7. 2 负反馈放大电路的四种组态
各种反馈类型的特点
B. 电流并联 RL iO iO
输入端有 iI - iID - iF =0 即 iID = iI -iF
+ V - id
I i I f
I id
+ V id -
I f
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2. 各种反馈组态的近似计算
（1）电压串联负反馈 利用虚短和虚 断的概念得知
0 I i
+ Rs + Vs – – Vi + Vf –
Ii + Vid –
+
AVO Vid ri –
ro + + RL
则反馈系数为
F
闭环增益
A A F F 1 A
闭环增益的 一般表达式
X X 因为 X id i f
K X 又因为 X i s
X X o 所以 AF o Xi X id X f X o X /A F X o o
8
例
负反馈
vI R1
(+) (+) (-)
反馈通路
R2
(-)
净输入量
R1
(+) (+) (-)
正反馈
+ R2
(-)
vI
+
(-)
vO RL
vO RL
净输入量
本级反馈通路 反馈通路 净输入量
R1
(+) (+) (-)
反馈通路
R5 R3
(+)
+ R4
(-)
+
vO
vI
(+)
R2
级间负反馈 级间反馈通路
9
2. 电路中的反馈形式
• 要减小输入电阻—— 引并联负反馈
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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 (3) 判断交、直流反馈 (4) 判断反馈阻态 (5) 标出输入量、输出量及反馈量
、A 、A (6) 估算深度负反馈条件下电路的 F F VF
35
7.5 深度负反馈条件下的近似计算
X id X
i
V id V
i
I id I
i
V id V
i
I id I
i
X f X
o
V f V
o
I f V
o
V f I
o
I f I
o
26
7.3.2 负反馈放大电路增益的一般表达式
2. 反馈深度的讨论
A F A F 1 A
比无反馈时减小了
F 1 A V V 倍
R1
–
Rof
41
2. 各种反馈组态的近似计算
（2）电流并联负反馈 利用虚短和虚断可知
V 0 V N P R (I I )R 则 I f f f o
Rs
I i
I id
N P
I V s
+
– + +
Rs
-
反馈系数为
F 称为反馈深度 1 A
F A ， 一般负反馈 1 时， A (1) 1 A F F 1 时 ， 深度负反馈 ( 2) 1 A F A ， 正反馈 1 时， A ( 3) 1 A F F ， 自激振荡 0 时， A ( 4) 1 A F
即闭环增益只取决于反馈网络。当反馈网络由稳定的 线性元件组成时，闭环增益将有很高的稳定性。
30
7.4.2 减少非线性失真
闭环时增益减小，线性度变好。
31
7.4.4 扩展频带
上限频率扩展1+AF倍
开环幅频响应
HF H (1 AF )
下限频率降低1+AF倍
A
AF
LF
L
1 AF
（2）正反馈与负反馈
正反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变大了。 负反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变小了。
另一角度 正反馈：引入反馈后，使净输入量变大了。
负反馈：引入反馈后，使净输入量变小了。 判别方法：瞬时极性法。即在电路中，从输入端开始，沿着 信号流向，标出某一时刻有关节点电压变化的斜率 （正斜率或负斜率，用“+”、“-”号表示）。
27
7.3.2 负反馈放大电路增益的一般表达式
3. 环路增益
0 X i X X X X id i f f
V F 环路电压增益= b A Va
end
28
7.4 负反馈对放大电路性能的影响
• 提高增益的稳定性 • 减少非线性失真 • 扩展频带 • 对输入电阻和输出电阻的影响 • 为改善性能引入负反馈的一般原则 • 分析负反馈放大电路的一般步骤
例
14
7. 2 负反馈放大电路的四种组态
例
电流并联负反馈
15
7. 2 负反馈放大电路的四种组态
例
16
7. 2 负反馈放大电路的四种组态
例
电压并联负反馈
17
7. 2 负反馈放大电路的四种组态
例
18
7. 2 负反馈放大电路的四种组态
例
电流串联负反馈
19
7. 2 负反馈放大电路的四种组态
各种反馈类型的特点
10
2. 电路中的反馈形式
（4）电压反馈与电流反馈
输出端：反馈信号在输出端分为取电压和取电流两种方式。
判断方法
电压：将负载短路，反馈量为零。 电流：将负载短路，反馈量仍然存在。
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7. 2 负反馈放大电路的四种组态
例
12
7. 2 负反馈放大电路的四种组态
例
13
7. 2 负反馈放大电路的四种组态
深度负反馈的特点 各种反馈组态的近似计算 举例
36
1. 深度负反馈的特点
由于
F 1 1 A
A A 1 则 AF F 1 AF AF
即，深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈网络有关
X 又因为 AF o X i X f F X o
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V F V id o V I i
+ Vf –
R1
2. 各种反馈组态的近似计算
（1）电压串联负反馈
Ii
*闭环输出电阻
ro Rof F 1 A V V
Rs + Vs –
+
+ Vid –
+
AVO Vid ri –
ro + + RL
Vi + Vf –
– R2 Vo –
R1 V f FV Vo R1 R2
– R2 Vo –
R1
闭环电压增益
A VF 1 V R o 1 2 FV Vi R1
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2. 各种反馈组态的近似计算
（1）电压串联负反馈
Ii
*闭环输入电阻
V V V i id f Rif Ii I
H
闭环幅频响应
HF

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7.4.5 对输入电阻和输出电阻的影响
串联负反馈 —— 增大输入电阻 并联负反馈 —— 减小输入电阻 电压负反馈 —— 减小输出电阻，稳定输出电压 电流负反馈 —— 增大输出电阻，稳定输出电流
表7.4.1 （自看）
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为改善性能引入负反馈的一般原则
• 要稳定直流量—— 引直流负反馈 • 要稳定交流量—— 引交流负反馈 • 要稳定输出电压—— 引电压负反馈 • 要稳定输出电流—— 引电流负反馈 • 要增大输入电阻—— 引串联负反馈
CTGU
Fundamental of Electronic Technology
1
7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8
反馈的基本概念与分类 负反馈放大电路的四种组态 负反馈放大电路增益的一般表达式 负反馈对放大电路性能的影响 深度负反馈条件下的近似计算 负反馈放大电路设计 负反馈放大电路的频率响应 负反馈放大电路的稳定性
代入上式
得
X X f i
输入量近似等于反馈量
净输入量近似等于零
X X 0 X id i f
由此可得深度负反馈条件下，基本放大电路“两虚”的概念
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1. 深度负反馈的特点
X X 0 深度负反馈条件下 X id i f
串联负反馈，输入端电压求和。
V V 0 V id i f
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7.3.1 负反馈放大电路的方框图
1. 构成
反馈放大电路 的输入信号 基本放大电路的输入 信号（净输入信号） 输出信号
Xs 变换网络 K
Xi
+ – Xf
Xid
基本放大 电路 A
Xo
信号源 反馈信号
反馈网络 F
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7.3.1 负反馈放大电路的方框图
2. 信号的单向化传输
信号的正向传输
Xs
变换网络 K
（3）串联反馈与并联反馈
输入端：反馈信号在输入端的联接分为串联和并联两种方式。
判断方法
和 输入量 X 并联：反馈量 X f i 接于同一输入端。
X i X f
X i X f
和 输入量 X 串联：反馈量 X f i 接于不同的输入端。
X i
X i
X f
X f
虚短
虚断
I id V i
+ V - id
V id 0 I id ri
V i
I id
+ V id -
V f
V f
并联负反馈，输入端电流求和。
I I 0 I id i f I r 0 V id id i
虚断 虚短
I i
I id