第八章 反馈放大电路 2018年5月14日.

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模拟电子技术基础 信息科学与工程学院·基础电子教研室.
信阳师范学院 物理电子工程学院 实验室 马建忠
Analog Electronic Technology
Fundamental of Electronic Technology
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处在十字路口的中日关系.
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Chapter 7 單載子場效電晶體(FET)
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第二章 基本放大电路 2.1 基本放大电路的组成 放大电路的组成原则 (1) 晶体管必须工作在放大区。发射结正偏,集 电结反偏。
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——2016年5月语音答疑—— 模拟电子技术基础 ——多级放大电路 时 间: :00 — 20:30.
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实验三 电流串联负反馈放大器的焊接与测试 一、实验目的 1.学会测量放大器输入输出阻抗的方法。 2.了解电流串联对负反馈放大器性能的影响。
8.3集成运算放大电路 运算放大器大多被制作成集成电路,所以常称为集成运算放大电器,简称为集成运放。在一个集成电路中,可以含有一个运算放大器,也可以含有多个(两个或四个)运算放大器,集成运算放大器既可作直流放大器又可作交流放大器,其主要特征是电压放大倍数高,功率放大很大,输入电阻非常大和输出电阻较小。由于集成运算放大器具有体积小、重量轻、价格低、使用可靠、灵活方便、通用性强等优点,在检测、自动控制、信号产生与信号处理等许多方面得到了广泛应用。
9.3 静态工作点的稳定 放大电路不仅要有合适的静态工作点,而且要保持静态工作点的稳定。由于某种原因,例如温度的变化,将使集电极电流的静态值 IC 发生变化,从而影响静态工作点的稳定。 上一节所讨论的基本放大电路偏置电流 +UCC RC C1 C2 T RL RE + CE RB1 RB2 RS ui.
第7章 波形产生与信号变换电路 7.1 正弦波产生电路 7.2 电压比较器 7.3 非正弦波产生电路 7.4 信号变换电路 7.5 辅修内容
第六章 電晶體放大電路 6-1 電晶體放大器工作原理 6-2 電晶體交流等效電路 6-3 共射極放大電路 6-4 共集極放大電路
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模拟电子技术基础 多媒体课件 主编:马永兵.
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第八章 反馈放大电路 2018年5月14日

§8-1反馈的基本概念与分类 反馈就是在电子系统中把输出 回路的电压或电流馈送到输入 回路的过程。在电子技术领域 里,反馈现象是普遍存在的。 通过外接电路元件来实现反馈, 称为外部反馈。 如果Re两端并联有大容量的C,则Re两端的压降只反映集电极电流直流分量Ic的变化,称为直流反馈. 当Re两端不并联C时, Re两端的压降同时反映了集电极电流交/直流分量,对交流信号亦起反馈作用,称为交流反馈。

反馈放大器基本框图

电压反馈与电流反馈 按反馈网络与基本放大器输出端的连接方式 不同,反馈分为电压反馈和电流反馈两种类 型。 如图所示,反馈网络与基本放大器输出端并 联连接,反馈信号直接取自于输出电压,且 与输出电压成正比。若令Uo=0 ,则反馈信号 XF 立即为零,我们将这种反馈称之为电压反 馈。 输出短路法

电压反馈和电流反馈

串联反馈与并联反馈 根据反馈网络和基本放大器输入端的连接方 式不同,反馈有串联反馈和并联反馈之分。 如图(a)所示,反馈网络串联在基本放大器的 输入回路中,输入信号支路与反馈支路不接 在同一节点上,控制端的净输入电压 Ui’等 于输入电压 Ui 和反馈电压UF 的矢量和。如 果是负反馈,则有 Ui’ = Ui - UF

串联反馈和并联反馈框图 (a)串联反馈;(b)并联反馈

图 (b)所示电路中,反馈网络直接并联 在基本放大器的输入端,输入信号支路 与反馈信号支路接到基本放大器的同一 节点上。在这种反馈方式中,用节点电 流描述较为方便、直观,即放大器的净 输入电流 Ii’等于输入电流 Ii 和反馈 电流IF的矢量和。如果是负反馈,则有 Ii’ = Ii – IF

反馈输入端 信号输入端 信号输入端 反馈输入端 放大器输入回路中引入串联反馈和并联反馈 (a)串联反馈;(b)并联反馈

差分放大器中引入串联反馈和并联反馈 (a)串联反馈;(b)并联反馈

四种类型的反馈组态 放大电路有四种类型,即电压放大、电流放大、互 阻放大和互导放大等四种。 将这四种基本放大电路与适当的反馈网络相结合, 根据输出取样和输入比较方式的不同,可以构成四 种类型的反馈组态,即: (1)电压串联负反馈; (2)电流并联负反馈; (3)电压并联负反馈; (4)电流串联负反馈。

(a)电压串联负反馈 (b)电流串联负反馈 (c)电压并联负反馈 (d)电流并联负反馈 四种典型的负反馈组态电路 (a)电压串联负反馈 (b)电流串联负反馈 (c)电压并联负反馈 (d)电流并联负反馈

电压串联负反馈 基本放大电路为一个集成 运放A,反馈网络是Rl和R2 组成的分压器,用F表示。 设想在放大电路的同相输 入端接入一变化的信号电 压vs, vo与vs同极性。 由于vo经反馈网络产生的反馈电压vF与vo亦同极性,即与vI同极性, vF抵消了vI的一部分,致使运放两输入端之间的净输入电压vid= vI-vF比无反馈时减小了,输出电压vo亦减小,整个放大电路的电压增益将降低,因此,反馈是负反馈。 由于vF和vI在输入回路中彼此串联,所以是串联反馈。

电压串联负反馈 反馈电压vF是经Rl和R2组成的分压器由输出电压vo取 样得来,反馈电压vF是vo的一部分,即反馈电压与输 出电压成比例,故是电压反馈。综上,电路是电压串 联负反馈电路。 在判断电压反馈时,根据反馈信号与输出电压所成的 比例关系,设想将放大电路的负载RL两端短路,短路 后如vF =0 (或iF=0),就是电压反馈。 电压负反馈的重要特点是电路的输出电压趋向于维持 恒定,因为无论反馈信号以何种方式引回到输入端, 都是利用输出电压vo本身通过反馈网络对放大电路起 自动调整作用,这就是电压反馈的实质。

电压串联负反馈 当vI一定时,若负载电阻RL 减小而使输出电压vo下降, 则电路将进行如下的自动调 整过程: 反馈的结果牵制了vo的下降,从而使vo基本维持恒定。 电压串联负反馈电路中,信号源内阻vs愈小,反馈效果愈好。

例8.1.1 由三只硅BJT T1、T2和T3所 组成的反馈放大电路,试分 析该电路所存在的反馈,并 判断其反馈组态。 解:(1) 为两级直接耦合放大 电路。第一级为带恒流源I0的 差分式放大电路,既作为电 路的输入级,又作为引入反 馈的比较环节。 第二级由T3组成共射极放大电路,直接从T1的集电极输入,由集电极输出。由R5、R6组成的分压器就是反馈网络[(R5十R6)>>R3],从它们的抽头端联接到T2的基极输入端。

解答-静态情况分析 由于电路为直接耦合放大电路,而且通过反馈网络形 成闭环系统。可从分析电路在静态情况下的直流反馈 入手,了解反馈能否稳定电路的Q点。 当vs =0时,各节点电压和支路电流均为静态值。假 设由于温度的升高致使IC1升高,则VC1下降, VC3上 升,通过反馈网络使VF亦上升,相当于在T2的基极输 入端加一正值的信号电压。 此信号电压作用于T1和T2的be结,而T1的be结所加 的是反向信号电压,故IC1减小,使T1的Q点得到稳 定。 温度的变化,对于差分式放大电路来说,其影响相当 于共模信号,而差分式放大电路对共模信号具有较强 的抑制能力,因而它对稳定电路的Q点亦有很好的作 用,这也是一种直流负反馈作用。

解答-反馈组态的判断 用瞬时极性法可以判断该电路的反馈极性。假设在电 路的输入端加一信号电压vs ,其瞬时变化极性如图中 的vs上端的(+)号所示,由它所引起的电路各节点的电 位的瞬时极性亦如图中(+)、(-)号所示。 在差分式放大电路的两输入端所加入的是同极性的信 号。反馈信号vF削弱了输入信号vI ,使电路的电压增 益下降,故该电路所引入的是负反馈。 反馈信号vF通过T1、T2两管的发射结与vI在输入回路 中彼此串联,因此属串联反馈。所以电路的反馈组态 为电压串联负反馈。

电流并联负反馈 设在电路的输入端外 加一信号电流is,其 瞬时流向如图中的箭 头所示,由此而引起 电路中各支路的电流 iI、iID及iF的流向亦如 图中的箭头所示。 反馈电阻Rf与取样电阻R的联接点亦处于负电位,故输入电流iI中的绝大部分iF流向反馈网络。 因is(或iI)是接到运放的反相输入端,运放输出端对地的电位为负极性(-),输出电流iO的流向如图中的箭头所示。

电流并联负反馈 流进反相输入端的电流iID= iI - iF,与未接反馈网络相 比, iID减小,电路的输出电流iO亦减小,电流增益下 降,所以是负反馈。因反馈信号iF是从输出电流iO取 样,所以是电流反馈。 比较简便的判断方法就是将负载RL开路,致使iO=0, 从而使iF =0,即由输出引起的反馈信号消失了,从而 确定为电流反馈。 反馈电流iF与输入电流iI是以并联的方式进行比较,从 而以差值电流iID供给运放,所以是并联反馈。 电流负反馈的重要特点是趋向于维持输出电流iO恒定, 在 iI一定的条件下,不论何种原因,使iO减小时,负 反馈的作用将引起如下的自动调整过程:

例8.1.3 由硅BJT T1和T2组成的反馈 电路如图,试分析电路结构 和其中存在的反馈,并判断 其反馈组态。 解: (1)电路结构分析: 电路为两级直接耦合放大电路,输入信号为电流源is ,内阻Rs的值很高而被忽略;输出量为电流io。因而它是电流放大电路。

解答 (2)直流反馈分析: 当输入信号电流is=0(开路)时,电路处于直流工作 状态。电路中的节点电位和支路电流均为静态值。 若T1和T2以及电路各元件参数选择恰当,两管均可 得到合适的Q点。由于整个电路处于闭环状态,电路 中任何节点的电位或任一支路的电流发生变化,必将 相互影响而达到自稳平衡。 当温度升高时, T1的集电极电流IC1增加,VC1下 降,从而引起IB2减小,随之IC2(IE2)和VE2亦减小,显然 IB1 也减小,结果牵制了IC1的增加。 由于反馈网络(R和Rf组成)的接入,形成闭环自动调 整作用,导致两管的Q点均能趋于稳定。

解答 (3)交流反馈组态判断: 当电路的输入端接入电流 信号is时,其瞬时流向如图中 的箭头所示,则由它而引起的 电路中各支路电流iB1、 iF和 iO(iE2)的瞬时流向和节点电位 的瞬时极性分别如图中的箭头 和(+)、(-)号所示。 电路由两只分立的BJT构成 的基本放大电路,属电流并联 负反馈电路。 电压串联和电流并联两种负反馈电路是从它们的取样对象(电压vO或电流iO)和反馈信号(电压vF和电流iF)与输入信号的比较方式来看。

电压并联负反馈 假设在输入端所加的信 号电流is的瞬时流向如 图中箭头所示,则由于 运放的反相作用,得vO 的极性为(-),此时iID、 iI、iF的流向如图中的箭 头所示。 在相同is值的作用下,因iF的分流而使流入运放的电流iID减小, vO亦减小,互阻增益下降,故为负反馈. 输出端的取样对象为vO,故是电压反馈。又因在输入端iI和iF以并联的方式进行比较,并以差值电流iID供给运放,所以是并联反馈。

例8.1.3 由NPN型硅BJT组成一反相电压放 大电路(通常称为集电极-基极偏置 电路),集电极与基极之间用电阻Rf 联接,一方面可以给电路提供合适 的Q点,同时亦有反馈作用。 试分析它能稳定Q点的原理,并判 断它的交流反馈组态。 解:(1) 信号为电流源is ,假设内阻Rs很高,故略去。在静态情况下,is =0(开路)。此时电路中的节点电位和支路电流均为静态值:

解答 当Rf(反馈电阻)选定后,IB与VCE 成正比。 该电路能稳定Q点的原理可分析 如下:当温度升高时,IC增加, VCE减小, IB相应地减小,从而 牵制了IC的增加。 该电路能够稳定Q点的实质在于,利用VCE的变化,通过反馈电阻Rf回送到输入回路控制IB来克服IC的变化。 RC的值越大, Rf越小,稳定性能则愈好。但Rf数值的选择还须考虑电路有一合适的Q点。

解答 (2)关于该电路的反馈组态 可以用分析前面电路同样的方 法来判断。本电路亦属电压并 联负反馈电路。 电压并联负反馈电路常用于输 入为高内阻的电流源信号,而 要求输出为低内阻的电压信号 的场合,常称之为电流-电压变 换器,其增益的量钢为V/A,故 称为互阻放大电路。 低噪声放大电路即属这种反馈 组态。

电流串联负反馈 当在输入端施加一信号电 压vs , 瞬时极性如图中的 (+)号所示,输出电流iO的 瞬时流向如图中所示。当 iO流过RL和Rf时,在Rf两 端产生反馈电压vF。 在输入回路中, vF抵消了vs(或vI)的一部分,所以基本放大电路的净输入电压vID减小, iO亦减小,其互导增益下降,故所引入的是负反馈。 由于在电路中采取输出电流取样、输入串联比较,故电路为电流串联负反馈电路。电流负反馈电路的特点是能维持输出电流基本恒定。

例8.1.4 由JFET组成的互导放大电路,试分 析该电路中存在的反馈,并判断其 反馈组态。 解:(1)该电路实际上是源极偏置电路。在vs=0时,由于源极电阻Rf的直流电流负反馈作用,能建立并稳定电路的Q点。 (2)当输入端接入信号电压vs ,其瞬时变化极性为(+)时,引起的漏极电位为(-),源极电位为(+)。在输入回路中,作用于g、s两极间的信号电压vGS=vG-vF,即净输入信号电压被削弱,互导增益下降,属负反馈。互导放大电路的反馈组态是电流串联负反馈。

§8-2负反馈放大电路的方框图及增益的一般表达式 负反馈放大电路的 方框图由基本放大 电路和反馈网络组 成。 闭合环路叫做反馈 环,由一个反馈环 组成的放大电路叫 做单环反馈放大电 路。 基本放大电路的信号传输方向为自左至右,而反馈网络则相反,实际情况略有出入。

负反馈放大电路增益的一般表达式 由一般方框图可知,各信号量之间有如下的关系: 其中, 为基本放大电路的增益, 为反馈网络的反馈系数, 为变换网络的变换系数,它们可能是正负实数,但一般来说,它们都是信号频率的复函数。 负反馈放大电路的基本方程式

说明 若 即引入反馈后, 增益减小了,这种反馈一般称为负反馈。 若 即引入反馈后,增益增大了,这种反馈一般称为正反馈。 若 即引入反馈后, 增益减小了,这种反馈一般称为负反馈。 若 即引入反馈后,增益增大了,这种反馈一般称为正反馈。 若 放大电路在没有输入信号时,也有输出信号,叫做放大电路的自激。

反馈深度 负反馈放大电路的 愈大,放大电路的增益 减小愈多,因此, 的值是衡量负反馈程度的 一个重要指标,称为反馈深度。 负反馈放大电路的 愈大,放大电路的增益 减小愈多,因此, 的值是衡量负反馈程度的 一个重要指标,称为反馈深度。 负反馈对放大电路性能的改善与反馈深度有关。

环路增益 将输入信号短接,即 将反馈环在某一点处断开, 例如在比较环节与基本放大 电路输入端之间断开,则可 得到开环方框图,其中符号-1 表示反相的意思,因为当 时, 信号从基本放大电路输入端 (a点)输入,按箭头方向绕行 一周到b点,则得

§8-3负反馈对放大电路性能的改善 负反馈虽然使放大电路的增益下降,但能从多方面 改善放大电路的性能。 提高增益的恒定性 减少非线性失真 抑制反馈环内噪声 扩展频带 对输入电阻和输出电阻的影响

提高增益的恒定性 当反馈很深,即 时 即,引入深度负反馈后,放大电路增益只决定于反馈网络,而与基本放大电路几乎无关。反馈网络一般是由一些性能比较稳定的无源线性元件(如R、C等)所组成,因此引入负反馈后增益恒定。 若不考虑相位

减少非线性失真 在动态过程中,放大器件可能工作到它的传输特性的 非线性部分,因而使输出波形产生非线性失真。引入 负反馈后,可使这种非线性失真减少。 在深度负反馈的条件 下,反馈放大电路的增益近似为 ,与基本放大电路(开环)的增益几乎无关,电压放大电路的闭环传输特性曲线可近似为一条直线,如曲线所示。 负反馈减少非线性失真所指的是反馈环内的失真。

抑制反馈环内噪声 设增益为 的放大电路 的输入端存在输入信号 和噪声或干扰电压 。电 路的信噪比为 设增益为 的放大电路 的输入端存在输入信号 和噪声或干扰电压 。电 路的信噪比为 为了提高电路的信-噪比,增加一无噪声的增益为 的前置级,整体电路加一反馈系数为 的反馈网络,则

扩展频带 频率响应是放大电路的重要特性之一,频带宽度是放 大电路的重要技术指标,引入负反馈是展宽频带的有 效措施之一。 设放大电路的高频响应用下面的单极点函数来表示 式中AM为放大电路的中频增益,H为上限角频率。 当引入负反馈,并假设反馈网络的反馈系数与频率无 关的实数F时,则有

扩展频带 反馈放大电路的中频增益为 上限角频率变为 ,说明引入负反 馈之后,放大电路的上限频率增加了,增加的程度与 反馈深度有关。 上限角频率变为 ,说明引入负反 馈之后,放大电路的上限频率增加了,增加的程度与 反馈深度有关。 同理,若放大电路的开环增益具有下限角频率L , 则引入负反馈之后,其下限角频率变为

负反馈改善放大器频率响应的示意图

对输入电阻的影响 在反馈电路中,不论取样对象( )如何,其输入 电阻取决于反馈网络与基本放大电路输入端的连接方 式。 在反馈电路中,不论取样对象( )如何,其输入 电阻取决于反馈网络与基本放大电路输入端的连接方 式。 在串联负反馈的情况下,由于 在输入回路中 彼此串联,且极性相反,其结果导致输入电流 的 减小,从而引起输入电阻Rif比无反馈时的输入电阻Ri 增加。反馈愈深, Rif增加愈甚。 并联负反馈的情况下,由于输入电流 的增加,致 使Rif减小。反馈愈深, Rif减小愈多。

对输出电阻的影响 电压串联负反馈能维持闭环电压增益 基本恒定, 电压并联负反馈能维持闭环互阻增益 基本恒定。 当输入电压 或电流 一定时,它们的输出电压 都趋向于维持恒定。输出电压恒定与输出电阻低是密 切相关的。输出电阻Rof比无反馈时的输出电阻Ro小。 反馈愈深,输出电阻减小愈多。 电流串联负反馈能维持闭环互导增益 基本恒定; 电流并联负反馈能维持闭环电流增益 基本恒定。 当输入电压 或输入电流 一定时,它们的输出 电流趋向于维持恒定。输出电流恒定与输出电阻高是 密相关的。反馈愈深,输出电阻将增加愈多。

负反馈对放大电路性能的影响

§8-4负反馈放大电路的分析方法 反馈放大电路是一个带反馈回路的有源线性网络。 利用电路理论中的节点电位法、回路电流法或双口 网络理论均可求解。但是,当电路较复杂时,这类 方法使用起来很不方便。 从工程实际出发,先讨论在深度负反馈的条件下, 近似计算反馈电路的增益,然后用小信号模型分析 法分析。 在深度负反馈的条件下,放大电路的增益表达式可 近似为

例8.4.1 试近似计算它的电压增益并 对它的输入电阻和输出电阻 作定性分析。 解:电路为电压串联负反馈 电路,其反馈系数为 试近似计算它的电压增益并 对它的输入电阻和输出电阻 作定性分析。 解:电路为电压串联负反馈 电路,其反馈系数为 在深度负反馈的条件下, 接近相等,致使 减小。故Rif比运放的输入电阻ri 提高很多倍,根据电压反馈的特点,其输出电阻Rof远比运放的输出电阻ro为低。 当 时,有

虚短概念的运用 在深度负反馈的条件下,有 上式表明,在深度负反馈的条件下,反馈信号与输入信号接近相等,或者说基本放大电路净输入信号减小到几乎为零: 称做运放两输入端的虚假短接或称虚短,同时因运放的输入电阻很高(如1M以上),则有Iid0,叫做运放两输入端的虚假断路或称虚断。

例8.4.2 试近似计算它的电压增益 解:(1)电路为射极偏置电路,利用电路中的直流反馈以稳定Q点。放大电路为电流串联负反馈电路。 (2)根据交流通路,利用虚短的概念可直接计算其电压增益。按照图中各电压、电流的假定正向。

例8.4.5 T1、T2和T3组成一个三级直接耦合放大电路,从电路的 电压输出端通过电阻Rf与输入端相联,形成大环反馈。 (1)试判断电路中大环反馈的组态; (2)判断基本放大电路中T2和T3所引入的反馈极性; (3)求大环反馈的闭环增益的近似表达式; (4)定性分析该电路的输入电阻 和输出电阻。

解答 (1)大环反馈的组态:先用瞬时极性法判断电路的极性。 设在电路的输入端加入一电流源信号 ,其瞬时流向 如图中的箭头,而各节点的电位极性如图中的(+)、(-) 号所示,可见输出电压 的极性为(-)。电路为电压并联 负反馈电路。 (2)第二、三级电路局部反馈极性:这里存在两种极性 的反馈,首先是在T2的射极电阻R1上产生本级电流串联 负反馈;其次是由第三级T3的射极电流经电阻R2在R1上 产生的电流串联正反馈,如图中用(+) 号所示。对于T2 的发射结, 得到了加强.说明T2和T3两级之间引入 的是正反馈。所以,反馈电压 是两种极性反馈的综 合效果。

解答 (3)求大环闭环互阻增益 :由于电路的开环互阻增益 很高,较易实现深度负反馈; (4)输入电阻和输出电阻: 输入电阻 由于电压反馈的特点,Rof比基本放大电路的输出电 阻小得多。

例8.4.6 由运放A1、A2和A3组 成的反馈放大电路。试 判断电路中存在何种反 馈组态,导出其闭环电 压增益AVF的表达式。 设运放是理想的。 解:(1)判断电路的反馈组态:由运放A1和A2组成基本放大电路,输入电压为Vi,输出电压为Vo,属电压放大电路。反馈网络则由分压器(R3、R4)、运放A3和R5、R6组成的同相放大电路以及分压器(R7、R8)所组成,属有源反馈网络。

解答 设想在放大电路的输 入端,加入一正极性 的信号电压 ,则 因经两级反相电压放 大,在输出端得 与 同相。 设想在放大电路的输 入端,加入一正极性 的信号电压 ,则 因经两级反相电压放 大,在输出端得 与 同相。 输出电压 反馈网 络得R8上的反馈电压 与 和 同相。 · f V 因而 削弱了输入信号,故电路输负反馈电路。而且 与 在输入回路中彼此串联,所以电路的反馈组态为电压串联负反馈。 · f V · f V

解答 (2)求闭环电压增益AVF:各运放均是理想的,即由运放 组成的电路均处于深度负反馈的情况,大环反馈亦处 在深度负反馈的状态;

§8-5负反馈放大电路的稳定问题 负反馈对放大电路性能的改善取决于反馈深度 或环路增益 的大小, 值越大,放大电路的 性能越优良。 负反馈对放大电路性能的改善取决于反馈深度 或环路增益 的大小, 值越大,放大电路的 性能越优良。 然而反馈过深,有时放大电路也不能稳定地工作,将 产生振荡现象,称为放大电路的自激。这时,即使不 加任何输入信号,放大电路也会产生一定频率的信号 输出。 这种现象破坏了放大电路的正常工作,应该尽量避免 并没法消除。

自激振荡现象 在中频范围内,负反馈放大电路有a+f=2n180, n=0,1,2,…,(a,f分别为 和 的相角),使 与 同相,则 ,所以必有 。这 样,反馈放大电路的输出信号 就减小,使负反馈 作用正常地体现出来。 在高频和低频情况下, 将产生附加相移,使 和 间出现一个相位差, 的大小则由 和 的相量差 来决定。 若在某一频率下, 附加相移达到180  ,则 和 必然会由同相变为反相,使

自激振荡现象 假设没有外加信号, 经反馈网络和比较电路 后,得 送到放大电路的输入端 再放大后,得到一个增 强了的信号 如果 假设没有外加信号, 经反馈网络和比较电路 后,得 送到放大电路的输入端 再放大后,得到一个增 强了的信号 如果 放大电路将产生自激振荡。

稳定工作条件 当环路增益等于1时,即 负反馈放大电路产生自激振荡,上面的式子可以改 写为 分别称为自激振荡的幅值条件和相位条件。 为了使负反馈放大电路稳定地工作,必须设法破坏上述两个条件。这个条件也是判别负反馈放大电路稳定性的条件。

稳定工作条件 为了直观地运用这个条件, 通常采用 的频率响应来进 行分析。 为了直观地运用这个条件, 通常采用 的频率响应来进 行分析。 上图为幅频响应,下图为相 频响应。假设反馈网络是电 阻性的, f =0。这时系统的 相频响应仅是放大电路的相 移a。 a为负值表示放大电路具有 典型的多极点传递函数。

稳定裕度 ( ) 增益裕度Gm从数量上表示 相位裕度m从数量上表示 dB F A G m | lg 20 1 180 · - = ( ) 180 w j a m + ° = - 若m为正,表明相移a 到达-180之前,20lg|AF|已衰减为0dB,反馈电路是稳定的;若m为负,表明相移a到达180之后20lg|AF|才衰减为0dB。这意味着在=180时, |AF|>l,因而反馈电路是不稳定的。

负反馈放大电路稳定性分析 在分析反馈放大电路 的稳定性时,往往利 用基本放大电路开环 增益的波特图。假设 反馈网络是电阻性的, 此时 。 在分析反馈放大电路 的稳定性时,往往利 用基本放大电路开环 增益的波特图。假设 反馈网络是电阻性的, 此时 。 在 的同一坐 标平面上,绘出一条 水平线201g1/F,两 曲线之差为

频率补偿技术 可在基本放大电路A或在反馈网络F中,增加一些元 件(如R、C等)以改变反馈放大电路的开环频率响应, 使得在保证一定的增益裕度或相位裕度的前提下获得 较大的环路增益。这种作用称为频率补偿,构成的电 路称为补偿网络。 人为地将电路的各个极点的间距拉开,特别是使主极 点和其相近的极点的间距远大,从而可以按预定的目 标改变相频响应并有效地增加环路增益。

频率补偿技术 上述补偿概念可以在基本放大电路的内部或外部增加 一补偿极点来实现。设基本放大电路的开环传递函数 为: 式中1< 2 < 3 。这个三极点传递函数的相位在1与3之间达到-180  。若在此放大电路的传递函数中增加一补偿极点c ,则在分母中增加一二项式因子:

频率补偿技术 如c选择的比补偿前90 (a为-90时的角频率)为 低,则因补偿极点对附加相移的贡献,使电路在达 到新的180之前使环路增益|AVFV|<1,从而使电路 稳定地工作,并可获得有较高的低频环路增益。

频率补偿技术

例 设计一个负反馈放大器,要求闭环 放大倍数Af=100,当开环放大倍数A变化 ±10%时,Af的相对变化量在±0 例 设计一个负反馈放大器,要求闭环 放大倍数Af=100,当开环放大倍数A变化 ±10%时,Af的相对变化量在±0.5%以内,试 确定开环放大倍数A及反馈系数F值。 解 因为 所以,反馈深度必须满足 因为

因为 所以

电压串联负反馈 为共集放大器,即射极跟随器。

电流串联负反馈

电压并联负反馈

B B 负反馈改善非线性失真的工作原理

集成运算放大器的开环传输特性 集成运算放大器开环传输特性 (a)运算符号;(b)开环传输特性

电压并联负反馈——反相比例放大器 (a)电路;(b)闭环传输特性

电压串联负反馈——同相比例放大器 电压串联负反馈——同相比例放大器 (a) 电路 (b) 闭环传输特性

电压串联负反馈——同相比例放大器 (a) 电路 (b) 闭环传输特性

运放构成的电压跟随器

作业 习题 8.1.1,8.1.3, 8.2.1, 8.2.3, 8.3.1 , 8.3.3,8.4.1,8.4.2