模擬電子學(xué)基礎(chǔ)課件第七章第一頁，共七十頁，2022年，8月28日7反饋放大電路7.1反饋的基本概念與分類7.3負(fù)反饋放大電路增益的一般表達式7.4負(fù)反饋對放大電路性能的影響7.5深度負(fù)反饋條件下的近似計算7.2負(fù)反饋放大電路的四種組態(tài)7.6負(fù)反饋放大電路設(shè)計7.7負(fù)反饋放大電路的頻率響應(yīng)7.8負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定性第二頁，共七十頁，2022年，8月28日7.1反饋的基本概念與分類7.1.2直流反饋與交流反饋7.1.3正反饋與負(fù)反饋7.1.4串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋7.1.1什么是反饋7.1.5電壓反饋與電流反饋第三頁，共七十頁，2022年，8月28日7.1.1什么是反饋反饋：將電路輸出電量(電壓或電流)的一部分或全部通過反饋回路，用一定的方式送回到輸入回路，以影響輸入電量(電壓或電流)的過程。電路中的反饋又可分為：內(nèi)部反饋或寄生反饋外部反饋第四頁，共七十頁，2022年，8月28日反饋放大電路：引入反饋的放大電路，由基本放大電路A和反饋網(wǎng)絡(luò)F組成的閉環(huán)回路。如圖7.1.1所示為反饋放大電路的組成框圖。反饋放大電路的輸入信號基本放大電路的輸入信號(凈輸入信號)輸出信號反饋信號反饋通路信號反向傳輸?shù)那篱_環(huán)無反饋通路閉環(huán)有反饋通路反饋系數(shù)第五頁，共七十頁，2022年，8月28日判斷一個放大電路是否存在反饋，就是看電路的輸出回路和輸入回路間是否存在反饋通路。例7.1.1試判斷圖7.1.2所示電路中是否存在反饋。該電路中，雖然輸出端通過電阻RL與反相輸入端相連，但由于反相端接地，因而無反饋信號，從而不存在反饋。該電路為兩級放大電路，A1構(gòu)成電壓跟隨器，A2構(gòu)成反相比例運算電路。每級放大都存在反饋——局部反饋反饋通路(本級)反饋通路(本級)反饋通路(級間)兩級放大間也存在反饋——級間反饋第六頁，共七十頁，2022年，8月28日7.1.2直流反饋與交流反饋直流反饋存在于放大電路的直流通路中的反饋。交流反饋存在于放大電路的交流通路中的反饋。直流反饋影響放大電路的直流性能，交流反饋影響交流性能。判斷方法：根據(jù)反饋到輸入端的信號是交流，還是直流，或同時存在，來進行判別。例7.1.2試判斷圖7.1.3所示電路中，哪些元件引入了級間直流反饋？哪些元件引入了級間交流反饋？解：首先畫出該電路的直流通路和交流通路，如圖7.1.4a、b所示。第七頁，共七十頁，2022年，8月28日在直流通路中，Rf1、Rf2組成了級間直流反饋通路。電阻Re1也能引入級間直流反饋。在交流通路中，Re1還能引入級間交流反饋。第八頁，共七十頁，2022年，8月28日7.1.3正反饋與負(fù)反饋正反饋：輸入量不變時，引入反饋后輸出量xO變大了。引入反饋后，使凈輸入量xID變大了。引入反饋后，使凈輸入量xID變小了。負(fù)反饋：輸入量不變時，引入反饋后輸出量xO變小了。凈輸入量可以是電壓，也可以是電流。第九頁，共七十頁，2022年，8月28日正負(fù)反饋判別方法：瞬時極性法在電路中先假設(shè)輸入信號vi在某一瞬時變化的極性為正(相對于共同端)，用(+)號標(biāo)出；假設(shè)信號頻率在該電路的通頻帶內(nèi)，根據(jù)各種基本放大電路輸入與輸出信號間的相位關(guān)系，從輸入到輸出逐級標(biāo)出放大電路中各有關(guān)點電位的瞬時極性，或有關(guān)支路電流的瞬時流向，從而確定反饋信號的瞬時極性；最后，判斷反饋信號使凈輸入信號是削弱還是增強，若削弱則為負(fù)反饋，若增強則為正反饋。第十頁，共七十頁，2022年，8月28日例7.1.3試判斷圖7.1.5所示各電路中級間交流反饋的極性。該電路為基極分壓式射極偏置連接，通帶內(nèi)其輸出與輸入反相，因而集電極電位相對于基極電位反相。顯然發(fā)射極電位ve(vf)為正，即未加反饋凈輸入電壓信號vbe=vi，加入反饋后變?yōu)関be=vi-vf，因而Re1引入交流負(fù)反饋。io第十一頁，共七十頁，2022年，8月28日該電路中，T1和T2組成第一級單端輸入﹣單端輸出的差分放大電路，且輸入與輸出信號分別在T1的基極和集電極，且相位相反。T3組成第二級共射放大電路，其輸出與輸入信號也反相。電阻Rf和Rb2組成級間反饋網(wǎng)絡(luò)，顯然反饋信號也為正。接入反饋前，凈輸入信號為vid=vb1，接入后為vid=vb1-vb2(vf)，Rf與Rb2引入負(fù)反饋。第十二頁，共七十頁，2022年，8月28日7.1.4串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋串并聯(lián)反饋判別：由反饋網(wǎng)絡(luò)在放大電路輸入端的連接方式判定。串聯(lián)反饋：反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大電路串聯(lián)連接，實現(xiàn)電壓比較。并聯(lián)反饋：反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大電路并聯(lián)連接，實現(xiàn)電流比較。凈輸入信號凈輸入信號第十三頁，共七十頁，2022年，8月28日對串聯(lián)反饋而言，要使其反饋效果好即使反饋信號vf對vid的調(diào)節(jié)作用最強，則vi最好固定不變。顯然只有當(dāng)信號源內(nèi)阻Rs=0時才能實現(xiàn)，因此串聯(lián)反饋要求信號源內(nèi)阻越小越好。而對并聯(lián)反饋則相反，要求信號源內(nèi)阻越大越好。例7.1.4試判斷圖7.1.2d和圖7.1.5b所示電路中的級間交流反饋是串聯(lián)反饋還是并聯(lián)反饋。解：如前所述，R2引入級間交流負(fù)反饋。由于反饋信號和輸入信號均接在同一節(jié)點，即運放A1的同相輸入端，顯然是以電流形式比較，因而為并聯(lián)反饋。第十四頁，共七十頁，2022年，8月28日7.1.5電壓反饋與電流反饋電壓反饋與電流反饋由反饋網(wǎng)絡(luò)在放大電路輸出端的取樣對象決定。電壓反饋：反饋信號xf和輸出電壓成比例，即xf=Fvo電流反饋：反饋信號xf與輸出電流成比例，即xf=Fio電壓負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電壓電流負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電流第十五頁，共七十頁，2022年，8月28日電壓電流反饋判別方法：“輸出短路法”假設(shè)輸出電壓vo=0或令負(fù)載電阻RL=0，若反饋信號消失，則說明反饋信號與輸出電壓成比列，即為電壓反饋；若反饋信號仍然存在，則為電流反饋。例7.1.5試判斷7.1.8所示各電路中的交流反饋是電壓反饋還是電流反饋。解：顯然，該電路中，電阻Re、RL組成反饋通路，且交流反饋信號為電壓vf=vo。按照輸出短路法，令vo=0，則即反饋信號不再存在，因此該交流反饋為電壓反饋。第十六頁，共七十頁，2022年，8月28日該電路中，Re構(gòu)成反饋回路，交流反饋信號為Re上的電壓信號。按照輸出短路法，令vo=0，但由于ic受ib的控制而不為零，因而反饋信號vf≠0，所以該交流反饋為電流反饋。該電路中，Rf構(gòu)成反饋回路，且反饋信號為電流if，根據(jù)“虛地”，vn≈0，且有按照輸出短路法，令vo=0，則有該交流反饋為電壓反饋第十七頁，共七十頁，2022年，8月28日7.2負(fù)反饋放大電路的四種組態(tài)7.2.2電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路7.2.3電流串聯(lián)負(fù)反饋放大電路7.2.4電流并聯(lián)負(fù)反饋放大電路7.2.1電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路第十八頁，共七十頁，2022年，8月28日7.2.1電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路圖7.2.1a所示為電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路。反饋網(wǎng)絡(luò)輸入端口放大電路輸出端口并聯(lián)反饋網(wǎng)絡(luò)輸出端口放大電路輸入端口串聯(lián)圖7.2.1a所示為電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路的一個實際電路。電阻Rf與R1構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)，R1上的電壓vf為反饋信號，且當(dāng)為電壓反饋第十九頁，共七十頁，2022年，8月28日利用瞬時極性法可判定該反饋為負(fù)反饋，其反饋系數(shù)為電壓反饋系數(shù)Fv，即電壓負(fù)反饋的重要特點具有穩(wěn)定輸出電壓的作用當(dāng)vi一定，由負(fù)載電阻RL減小引起vo下降，該電路能自動進行如下調(diào)節(jié)過程：可見，電壓負(fù)反饋能減小vo受RL等變化的影響。電壓負(fù)反饋放大電路具有較好的恒壓輸出特性，因而電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路可看成一個電壓控制的電壓源。第二十頁，共七十頁，2022年，8月28日7.2.2電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路圖7.2.2a所示為電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路。由于是并聯(lián)反饋，因而為電流比較，凈輸入信號為圖7.2.2b所示為電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路的一個實際電路。反饋網(wǎng)絡(luò)輸入端口放大電路輸出端口并聯(lián)反饋網(wǎng)絡(luò)輸出端口放大電路輸入端口并聯(lián)電阻Rf構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)，通過Rf的電流if為反饋信號，且反饋系數(shù)稱為互導(dǎo)反饋系數(shù)第二十一頁，共七十頁，2022年，8月28日電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路同樣具有穩(wěn)定輸出電壓的功能：但與前者不同之處在于，電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路可看成一個電流控制的電壓源。第二十二頁，共七十頁，2022年，8月28日7.2.3電流串聯(lián)負(fù)反饋放大電路圖7.2.3a所示為電流串聯(lián)負(fù)反饋放大電路。由于是串聯(lián)反饋，因而為電壓比較，凈輸入信號為反饋網(wǎng)絡(luò)輸入端口放大電路輸出端口串聯(lián)反饋網(wǎng)絡(luò)輸出端口放大電路輸入端口串聯(lián)圖7.2.3b所示為電流串聯(lián)負(fù)反饋放大電路的一個實際電路。電阻RL、Rf構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)，Rf上的電壓vf為反饋信號，且第二十三頁，共七十頁，2022年，8月28日由“輸出短路法”可以判斷出，Rf引入的是電流反饋，即反饋信號vf與輸出電流成比列，即反饋系數(shù)為互阻反饋系數(shù)電流負(fù)反饋的特點是維持輸出電流的基本恒定：當(dāng)輸入電壓vi一定時，若電流負(fù)反饋放大電路具有近似的恒流輸出特性，因而電流串聯(lián)負(fù)反饋放大電路可看成一個電壓控制的電流源。第二十四頁，共七十頁，2022年，8月28日7.2.4電流并聯(lián)負(fù)反饋放大電路圖7.2.3a所示為電流并聯(lián)負(fù)反饋放大電路框圖。由于是并聯(lián)反饋，因而為電流比較，凈輸入信號為反饋網(wǎng)絡(luò)輸入端口放大電路輸出端口串聯(lián)反饋網(wǎng)絡(luò)輸出端口放大電路輸入端口并聯(lián)圖7.2.4b所示為電流并聯(lián)負(fù)反饋放大電路的一個實際電路。電阻Rf與R1構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)，Rf上的電流if為反饋信號，且第二十五頁，共七十頁，2022年，8月28日該電路的反饋系數(shù)為電流反饋系數(shù)，即為電流并聯(lián)負(fù)反饋放大電路同樣具有穩(wěn)定輸出電流的功能：但與前者不同之處在于，電流并聯(lián)負(fù)反饋放大電路可看成一個電流控制的電流源。第二十六頁，共七十頁，2022年，8月28日負(fù)反饋放大電路四種組態(tài)特點總結(jié)：串聯(lián)反饋輸入端電壓比較并聯(lián)反饋輸入端電流比較電壓負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電壓，具有恒壓特性電流負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電流，具有恒流特性正確判斷反饋放大電路的組態(tài)十分重要，因為反饋組態(tài)不同，放大電路的性能就不同。第二十七頁，共七十頁，2022年，8月28日經(jīng)T1倒相放大例7.2.1試判斷圖7.2.5所示各電路中級間交流反饋的類型。解：(a)該電路為兩級放大，第一級為耗盡型JFET管T1組成的共源放大，第二級為PNP型BJT管T2構(gòu)成的共射放大。交流通路如圖所示。顯然，電阻R構(gòu)成級間交流反饋通路。從電阻R與vi和輸入端口(g、s極)間的連接關(guān)系，可判斷該反饋為串聯(lián)反饋，即進行電壓比較，反饋信號為電壓反饋用“瞬時極性法”判斷反饋極性：(+)vi為(+)(+)T2基極為(﹣)(-)經(jīng)T2倒相放大vo、vf為(+)(+)(+)從而使vid=vi﹣vf比無反饋時減小，因而為負(fù)反饋。電壓串聯(lián)負(fù)反饋第二十八頁，共七十頁，2022年，8月28日(b)該電路為兩級放大，第一級為T1、T2組成的單端輸入﹣雙端輸出差分放大電路，第二級為運放構(gòu)成的放大電路。很容易看出電阻Rf構(gòu)成級間交流反饋通路，且反饋信號與輸入信號均接至同一節(jié)點(T1管的基極)，因而為并聯(lián)反饋。第二十九頁，共七十頁，2022年，8月28日因而輸入與反饋信號應(yīng)進行電流比較，即反饋信號為：經(jīng)過放大后，有vo>>vb1采用“輸出短路法”，令RL=0，vo=0，則顯然if=0，因此該反饋為電壓反饋。利用瞬時極性法，可以確定該反饋為負(fù)反饋，因而最后可確定為電壓并聯(lián)負(fù)反饋。第三十頁，共七十頁，2022年，8月28日7.3負(fù)反饋放大電路增益的一般表達式1.閉環(huán)增益的一般表達式2.反饋深度討論3.環(huán)路增益第三十一頁，共七十頁，2022年，8月28日1.閉環(huán)增益的一般表達式圖7.3.1所示為負(fù)反饋放大電路的組成框圖?；痉糯箅娐返膬糨斎胄盘枮椋夯痉糯箅娐返脑鲆?開環(huán)增益)：反饋網(wǎng)絡(luò)系數(shù)為：負(fù)反饋放大電路增益(閉環(huán)增益)為：將前三個式子代入閉環(huán)增益表達式可得：閉環(huán)增益的一般表達式第三十二頁，共七十頁，2022年，8月28日由閉環(huán)增益的一般表達式可見，引入負(fù)反饋后，放大電路的增益由開環(huán)增益A，變?yōu)殚]環(huán)增益Af，其大小與(1+AF)這一因數(shù)有關(guān)。(1+AF)通常稱為反饋深度，是衡量反饋程度的重要指標(biāo)。AF稱為環(huán)路增益。由于A和F一般都與頻率有關(guān)，因而可對進行如下討論：當(dāng)時，則，即引入負(fù)反饋后，增益下降；當(dāng)說明深度負(fù)反饋時，Af幾乎只取決于F。當(dāng)時，則，即負(fù)反饋后變?yōu)檎答仯划?dāng)時，則，即在無輸入信號時，也會有有輸出信號，產(chǎn)生自激振蕩，放大電路無法正常工作；第三十三頁，共七十頁，2022年，8月28日負(fù)反饋放大電路中各種信號量的含義第三十四頁，共七十頁，2022年，8月28日例7.3.1已知某電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路在中頻區(qū)的反饋系數(shù)Fv=0.01，輸入信號vi=10mV，開環(huán)電壓增益Av=104，試求該電路的閉環(huán)電壓增益Avf、反饋電壓vf和凈輸入電壓vid。解：方法一方法二由此例可見，在深度負(fù)反饋下，xf與xi相差很小，xid<<xi。第三十五頁，共七十頁，2022年，8月28日7.4負(fù)反饋對放大電路性能的影響7.4.2減小非線性失真7.4.3抑制反饋環(huán)內(nèi)噪聲7.4.4對輸入電阻和輸出電阻的影響7.4.1提高增益的穩(wěn)定性第三十六頁，共七十頁，2022年，8月28日7.4.1提高增益的穩(wěn)定性放大電路的增益會受到元器件參數(shù)變化、環(huán)境溫度變化、電源電壓波動等因素的影響而不穩(wěn)定，引入適當(dāng)?shù)呢?fù)反饋，可提高閉環(huán)增益的穩(wěn)定性。深度負(fù)反饋即(1+AF)>>1時，根據(jù)前面的分析有：說明，引入深度負(fù)反饋后，放大電路的增益決定于反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù)。由于反饋網(wǎng)絡(luò)一般由穩(wěn)定性較好的無源線性元件構(gòu)成，因而閉環(huán)增益比較穩(wěn)定。一般情況下的反饋，增益的穩(wěn)定性常用有和無反饋時增益的相對變化量之比來衡量。將閉環(huán)增益的公式對開環(huán)增益求導(dǎo)數(shù)可得：該式表明，閉環(huán)時增益相對變化量較開環(huán)時減小了1+AF第三十七頁，共七十頁，2022年，8月28日例7.4.1設(shè)某放大電路的A=1000，由于環(huán)境溫度的變化，使增益下降為900，引入負(fù)反饋后，反饋系數(shù)F=0.099，求閉環(huán)增益的相對變化量。解：開環(huán)時的增益相對變化量為閉環(huán)時的反饋深度為閉環(huán)增益的相對變化量為閉環(huán)增益為顯然，引入負(fù)反饋后，增益穩(wěn)定性得到提高，但增益下降。注意：負(fù)反饋的引入會改變開環(huán)輸出的大小，但會使閉環(huán)時新的輸出趨于不變。且只能減小由A變化而引起的Af的變化。不同類型負(fù)反饋能穩(wěn)定的增益也不同。第三十八頁，共七十頁，2022年，8月28日7.4.2減小非線性失真多級放大電路的輸出級的輸入信號較大，在動態(tài)過程中，容易出現(xiàn)輸出波形產(chǎn)生非線性失真。引入負(fù)反饋后，可減小這種非線性失真。圖7.4.1中所示為某電壓放大電路的開環(huán)和閉環(huán)電壓傳輸特性。曲線1為開環(huán)傳輸特性曲線該曲線的斜率反映了增益隨輸入信號的大小而變化。曲線2為引入深度負(fù)反饋后的傳輸特性曲線曲線2與1相比，斜率(增益)變小，但具有近似直線的線性關(guān)系，因而減小了非線性失真。此時Af≈1/F，曲線2近似為一條直線。當(dāng)輸入信號較大時，輸出出現(xiàn)非線性失真。負(fù)反饋減小非線性失真的程度與反饋深度有關(guān)。只能減少環(huán)內(nèi)放大電路產(chǎn)生的失真，如果輸入波形本身就是失真的，即使引入負(fù)反饋，也無濟于事。第三十九頁，共七十頁，2022年，8月28日7.4.3抑制反饋環(huán)內(nèi)噪聲圖7.4.2a所示為信噪比低的開環(huán)放大電路框圖。為放大電路內(nèi)部產(chǎn)生的折算到輸入端的噪聲或干擾電壓。電壓的信噪比為：在圖a電路上增加一前置級，并認(rèn)為該級為無噪聲，再加一個反饋網(wǎng)絡(luò)，如圖b所示。新的信噪比比原有的信噪比提高了倍實際中要盡量減小前置級的噪聲第四十頁，共七十頁，2022年，8月28日7.4.4對輸入電阻和輸出電阻的影響1.對輸入電阻的影響負(fù)反饋對輸入電阻的影響取決于反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大電路在輸入回路的連接方式。(1)串聯(lián)負(fù)反饋開環(huán)輸入電阻閉環(huán)輸入電阻由于vf=Fxo，xo=Avid，因此有因此有可見引入串聯(lián)負(fù)反饋后，輸入電阻增加了。第四十一頁，共七十頁，2022年，8月28日(2)并聯(lián)負(fù)反饋開環(huán)輸入電阻閉環(huán)輸入電阻因而可推得：可見引入并聯(lián)負(fù)反饋后，輸入電阻減小了。注意:反饋對輸入電阻的影響僅限于環(huán)內(nèi)，對環(huán)外不產(chǎn)生影響。第四十二頁，共七十頁，2022年，8月28日2.對輸出電阻的影響負(fù)反饋對輸出電阻的影響取決于反饋網(wǎng)絡(luò)在基本放大電輸出回路的取樣方式，即是電壓還是電流負(fù)反饋。(1)電壓負(fù)反饋對輸出電阻的影響圖中Ro為開環(huán)輸出電阻，Ao為基本放大電路在RL開路時的增益。按照求輸出電阻的方法，有閉環(huán)輸出電阻忽略反饋網(wǎng)絡(luò)對it的分流，由圖中可得可見引入電壓負(fù)反饋后，輸出電阻減小了。為簡化分析而忽略反饋網(wǎng)絡(luò)對輸出端的負(fù)載效應(yīng)。第四十三頁，共七十頁，2022年，8月28日(2)電流負(fù)反饋對輸出電阻的影響圖中Ro為開環(huán)輸出電阻，As為基本放大電路在RL短路時的增益。按照求輸出電阻的方法，有閉環(huán)輸出電阻忽略反饋網(wǎng)絡(luò)對it的分流，由圖中可得可見引入電流負(fù)反饋后，輸出電阻增大了。注意:反饋對輸出電阻的影響僅限于環(huán)內(nèi)，對環(huán)外不產(chǎn)生影響。第四十四頁，共七十頁，2022年，8月28日負(fù)反饋對輸入電阻和輸出電阻的影響：串聯(lián)負(fù)反饋增大輸入電阻并聯(lián)負(fù)反饋減小輸入電阻電壓負(fù)反饋減小輸出電阻，穩(wěn)定輸出電壓電流負(fù)反饋增大輸出電阻，穩(wěn)定輸出電流負(fù)反饋對放大電路性能影響總結(jié)：負(fù)反饋對放大電路性能的改善，是通過將輸出量反饋回輸入端，與輸入量進行比較，從而對輸出量進行自動調(diào)節(jié)；負(fù)反饋程度越深，即(1+AF)值越大，則反饋的調(diào)節(jié)作用越強，對放大電路性能的影響越大。但反饋深度不能無限制增加，原因是在多級放大中易引起自激；負(fù)反饋對放大電路性能的改善，是以犧牲增益為代價的，且僅對環(huán)內(nèi)的性能產(chǎn)生影響。第四十五頁，共七十頁，2022年，8月28日7.5深度負(fù)反饋條件下的近似計算就一般情況而言，大多數(shù)負(fù)反饋放大電路，特別是由集成運放組成的放大電路，都能滿足深度負(fù)反饋的條件。在深度負(fù)反饋下，有這就意味著，當(dāng)(1+AF)>>1時，xf與xi相差很小，即xid=xi﹣xf≈0。因而在深度負(fù)反饋下，由于xid≈0，則有：串聯(lián)負(fù)反饋(電壓比較)虛短虛斷并聯(lián)負(fù)反饋(電流比較)虛斷虛短第四十六頁，共七十頁，2022年，8月28日利用“虛短”和“虛斷”，可以快速方便地估算出在深度負(fù)反饋下，負(fù)反饋放大電路的閉環(huán)增益。例7.5.1設(shè)圖7.5.1所示電路滿足(1+AF)>>1的條件，試寫出該電路的閉環(huán)電壓增益表達式。解：根據(jù)電路圖所示，可以判定電阻Rb2和Rf組成反饋網(wǎng)絡(luò)。輸入和反饋信號分別由差分放大電路的兩個輸入端輸入，因而為串聯(lián)反饋。由輸出短路法，可判定該反饋為電壓反饋。利用瞬時極性法可判定該反饋為負(fù)反饋。虛短虛斷第四十七頁，共七十頁，2022年，8月28日例7.5.2試寫出圖7.5.2所示電路的閉環(huán)電壓增益表達式。解：顯然，Rf組成反饋網(wǎng)絡(luò)。按照瞬時極性法，圖中標(biāo)出了相關(guān)節(jié)點的交流電位的瞬時極性，及各支路交流電流的瞬時流向，可判定為負(fù)反饋。該反饋為電壓并聯(lián)負(fù)反饋，電路中的運放具有較高的開環(huán)增益，因而能夠滿足深度負(fù)反饋的條件。虛斷虛短第四十八頁，共七十頁，2022年，8月28日7.6負(fù)反饋放大電路設(shè)計7.6.1設(shè)計負(fù)反饋放大電路的一般步驟7.6.2設(shè)計舉例第四十九頁，共七十頁，2022年，8月28日7.6.1設(shè)計負(fù)反饋放大電路的一般步驟1.選定需要的反饋類型(1)根據(jù)信號源的性質(zhì)選擇串聯(lián)負(fù)反饋或并聯(lián)負(fù)反饋恒壓源或內(nèi)阻較小的電壓源為了使放大電路獲得盡可能大的輸入電壓，應(yīng)該盡量減小信號源電壓在其內(nèi)阻上的壓降，因而加入負(fù)反饋后，要盡量減小信號輸出電流即ii，即要增大放大電路的輸入電阻應(yīng)采用串聯(lián)負(fù)反饋恒流源或內(nèi)阻較大的電流源同樣通過分析可知，為使放大電路獲得盡可能大的輸入電流，加入負(fù)反饋后，要減小放大電路的輸入電阻應(yīng)采用并聯(lián)負(fù)反饋第五十頁，共七十頁，2022年，8月28日(2)根據(jù)對輸出信號的要求選擇電壓負(fù)反饋或電流負(fù)反饋輸出穩(wěn)定電壓信號電壓負(fù)反饋輸出穩(wěn)定電流信號電流負(fù)反饋(3)根據(jù)信號放大或轉(zhuǎn)換要求選擇合適的反饋組態(tài)電壓信號輸入電流信號輸出電流串聯(lián)負(fù)反饋(4)若要穩(wěn)定靜態(tài)工作點則應(yīng)引入直流負(fù)反饋2.確定反饋系數(shù)的大小引入深度負(fù)反饋第五十一頁，共七十頁，2022年，8月28日3.適當(dāng)選擇反饋網(wǎng)絡(luò)中的電阻阻值盡量減小反饋網(wǎng)絡(luò)對基本放大電路的負(fù)載效應(yīng)串聯(lián)負(fù)反饋反饋網(wǎng)絡(luò)輸出端等效阻抗要小并聯(lián)負(fù)反饋反饋網(wǎng)絡(luò)輸出端等效阻抗要大電壓負(fù)反饋反饋網(wǎng)絡(luò)輸入端等效阻抗要大電流負(fù)反饋反饋網(wǎng)絡(luò)輸入端等效阻抗要小4.通過仿真分析，檢驗設(shè)計是否滿足要求SPICE

Simulationprogramwithintegratedcircuitemphasis一種采用了由美國加州Berkeley大學(xué)開發(fā)的spice模擬算法的最為普遍的電路級仿真程序。第五十二頁，共七十頁，2022年，8月28日7.6.2設(shè)計舉例例7.6.1用集成運放設(shè)計一個負(fù)反饋放大電路，它的輸入信號來自一個內(nèi)阻Rs=2kΩ的電壓源，負(fù)載電阻RL=50Ω

。要求該電路向負(fù)載提供的輸出電壓vo=10vs，且當(dāng)負(fù)載變化時，輸出電壓趨于穩(wěn)定。設(shè)計中所用運算放大器的參數(shù)為Avo=104，Ri=5kΩ，Ro=100Ω。設(shè)計合適的反饋網(wǎng)絡(luò)，并用SPICE檢驗設(shè)計結(jié)果。解：(1)選擇反饋類型內(nèi)阻Rs=2kΩ的電壓源應(yīng)采用串聯(lián)負(fù)反饋負(fù)載變化要求輸出電壓趨于穩(wěn)定應(yīng)采用電壓負(fù)反饋因此，這里需要設(shè)計一個近乎理想的電壓放大電路，采用電壓串聯(lián)負(fù)反饋，其電路結(jié)構(gòu)和小信號等效電路如圖7.6.1所示。第五十三頁，共七十頁，2022年，8月28日(2)確定反饋系數(shù)F要求向負(fù)載提供的輸出電壓vo=10vs深度負(fù)反饋下Avfs≈1/Fv環(huán)路增益第五十四頁，共七十頁，2022年，8月28日(3)確定反饋網(wǎng)絡(luò)中R1、R2的阻值由電路可得，反饋電壓為因此，由Fv=0.1，可得為減小反饋網(wǎng)絡(luò)對放大電路vid和vo的影響，R1和R2的取值應(yīng)滿足以下條件：輸出端：輸入端：綜合考慮以上三個條件，取R1=500Ω，R2=9R1=4.5kΩ。(4)用SPICE檢驗設(shè)計結(jié)果第五十五頁，共七十頁，2022年，8月28日7.7負(fù)反饋放大電路的頻率響應(yīng)7.7.1頻率響應(yīng)的一般表達式7.7.2增益﹣帶寬積第五十六頁，共七十頁，2022年，8月28日由于在反饋網(wǎng)絡(luò)中，有時也會存在電抗性元件，因而反饋系數(shù)也是頻率的函數(shù)，下面簡要討論負(fù)反饋放大電路的頻率響應(yīng)情況：7.7.1頻率響應(yīng)的一般表達式這里先假設(shè)反饋網(wǎng)絡(luò)中有純電阻組成，即F與頻率無關(guān)，且放大電路在高頻區(qū)和低頻區(qū)各有一個極點。則基本放大電路高頻響應(yīng)表達式為：為開環(huán)中頻增益為開環(huán)上限頻率引入負(fù)反饋后，上式變?yōu)橛缮蟽墒娇赏频闷渲校褐蓄l區(qū)閉環(huán)增益閉環(huán)上限頻率第五十七頁，共七十頁，2022年，8月28日由上式可見：中頻閉環(huán)增益是中頻開環(huán)增益的倍閉環(huán)增益上限頻率增加到開環(huán)增益上限頻率的倍同樣可推導(dǎo)出負(fù)反饋放大電路低頻響應(yīng)表達式：其中：顯然引入負(fù)反饋，使下限頻率降低，其程度與反饋深度有關(guān)。綜上所述，引入負(fù)反饋后，放大電路的通頻帶展寬，即當(dāng)放大電路有多個極點，且反饋網(wǎng)絡(luò)有電抗元件，則情況要復(fù)雜得多，但通頻帶展寬的趨勢不變。第五十八頁，共七十頁，2022年，8月28日例7.7.1設(shè)集成運算放大器電路的增益有一個極點。電路的開環(huán)低頻電壓增益Av=105，開環(huán)上限頻率

fH=10Hz。試作出反饋系數(shù)Fv分別為0.01、0.1、1時，開環(huán)增益和閉環(huán)增益的幅頻響應(yīng)波特圖。解：(1)作開環(huán)增益的波特圖當(dāng)f≥fH=10Hz時，增益以﹣20dB/十倍頻程下降。(2)當(dāng)Fv=0.01時：當(dāng)Fv=0.1時：負(fù)反饋程度越深，閉環(huán)增益下降越多，通頻帶越寬。第五十九頁，共七十頁，2022年，8月28日7.7.2增益﹣帶寬積放大電路的開環(huán)增益﹣帶寬積為AfH(BW≈fH)引入負(fù)反饋后，放大電路的閉環(huán)增益﹣帶寬積為：可見，放大電路的開閉環(huán)增益﹣帶寬積相同，近似為一常量。因而，對于一給定的放大電路，可以減小增益來擴展帶寬，也可減小帶寬來增大增益。第六十頁，共七十頁，2022年，8月28日7.8負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定性*7.8.2頻率補償7.8.1自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件第六十一頁，共七十頁，2022年，8月28日7.8.1自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件1.負(fù)反饋放大電路產(chǎn)生自激振蕩的原因及條件在前面的討論中，已經(jīng)知道引入負(fù)反饋，可以改善放大電路的性能，且反饋深度越深，則放大電路性能越好。但上述結(jié)論，是假設(shè)放大電路工作在中頻區(qū)，即輸入與輸出信號存在著固定的相位關(guān)系。此時負(fù)反饋的引入必然使

減小，即

與

肯定同相。分別為的相角但在放大電路的高頻區(qū)或低頻區(qū)，輸入與輸出信號的幅值和相位會隨著信號頻率的變化而變化，因此和不再同相。即產(chǎn)生附加相移：這時可能在某一頻率下，該附加相移達到180°，從而和變成反相，由減小變?yōu)樵龃螅捶糯箅娐酚韶?fù)反饋變成正反饋。第六十二頁，共七十頁，2022年，8月28日當(dāng)這種正反饋強到使時，即，則有此時在不加任何輸入信號的情況下，放大電路仍會產(chǎn)生一定頻率的信號輸出電路產(chǎn)生自激振蕩由此可得負(fù)反饋放大電路產(chǎn)生自激振蕩的條件為：對應(yīng)的幅值和相位條件分別為：幅值條件相位條件為突出附加相移，常將相位條件寫成：(附加相移)當(dāng)且更易引起自激第六十三頁，共七十頁，2022年，8月28日2.穩(wěn)定工作條件及穩(wěn)定性分析由上面分析可知，環(huán)路增益要同時滿足自己的幅值和相位條件，放大電路才會產(chǎn)生自激振蕩。因此，只要使不能同時滿足這兩個條件，放大電路就能穩(wěn)定地工作，從而得到反饋放大電路穩(wěn)定工作條件為：即即在工程上，常用環(huán)路增益的波特圖，來直觀地分析、判斷負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定性。第六十四頁，共七十頁，2022年，8月28日圖7.8.2為某負(fù)反饋放大電路環(huán)路增益的近似波特圖。由圖中可見：即當(dāng)時，由圖可見：即當(dāng)