第五章 反馈放大电路及其稳定性分析
§ 5.1 反馈的基本概念与分类
§ 5.4 负反馈放大电路的稳定性分析及频率补偿
§ 5.2 负反馈对放大电路性能的改善
§ 5.3 深度负反馈放大电路的分析计算
(1-2)
1,反馈 — 将电路的输出量 (电压或电流 )的部分或全部,通过一定的元件,以一定的方式回送到输入回路并影响输入量 (电压或电流 )和 输出量的过程 。
2.信号的两种流向正向传输,输入? 输出反向传输,输 出? 输入
— 开环 — 闭环输入 输出放大电路反馈网络
§ 5.1 反馈的基本概念与分类一、反馈的基本概念
(1-3)
Aidx oxix +–
比较环节 基本放大电路fx
F反馈网络
xi — 输入信号 (ii 或 ui )
xid — 净输入信号 (iid 或 uid)
xo — 输出信号 (io 或 uo )
xf — 反馈信号 (if 或 uf )
§ 5.1 反馈的基本概念与分类
3,反馈的组成和基本关系式
(1-4)
二、反馈的分类
1,正反馈和负反馈正反馈 — 反馈使净输入电量增加，
从而使输出量增大。
负反馈 — 反馈使净输入电量减小，
从而使输出量减小。
判断法：瞬时极性法
2,直流反馈和交流反馈直流反馈 — 直流信号的反馈。
交流反馈 — 交流信号的反馈。
§ 5.1 反馈的基本概念与分类
(1-5)
3,电压反馈和电流反馈
§ 5.1 反馈的基本概念与分类电压反馈 — 反馈信号取自输出电压的部分或全部。
判别法,使 uo = 0 (RL 短路 )，
若 反馈消失则为电压反馈 。
电流反馈 — 反馈信号取自输出电流。
判别法,使 io = 0(RL 开路 )，
若反馈消失则为电流反馈。
A
F
RL uo
电压反馈 电流反馈
io
uo
F
A RL
io
(1-6)
4,串联反馈和并联反馈
§ 5.1 反馈的基本概念与分类串联反馈,反馈信号与输入信号以电压相加减的形式在输入端出现 。
uid = ui? uf
特点,信号源内阻越小,
反馈效果越明显 。
并联反馈,反馈信号与输入信号以电流相加减的形式在输入端出现 。
iid = ii? if
特点,信号源内阻越大,
反馈效果越明显 。
A
F
ii
ifi
s
iid
RS
RS A
F
ui
uid
ufus
(1-7)
例输入回路输出回路判断电路是否存在反馈。是正反馈还是负反馈？
直流反馈还是交流反馈？电压反馈还是电流反馈？
串联反馈还是并联反馈？
RE 介于输入输出回路，有反馈。
反馈使 uid 减小，为负反馈。
既有直流反馈，又有交流反馈。
§ 5.1 反馈的基本概念与分类解：
负载交流短路后，无交流反馈量，电压反馈。
在输入端是电压信号求和，串联反馈。
(1-8)
三、负反馈的四种基本组态
A
F
ui
uid
ufus
RS RL uo
A
F
ui
uid
ufus
RS
io
uoRL
io
电压串联负反馈电流串联负反馈
§ 5.1 反馈的基本概念与分类
(1-9)
F
A
ii
ifi
s
iid
RS RL uo
F
A
ii
ifi
s
iid
RS
io
uoRL
io
电压并联负反馈电流并联负反馈
§ 5.1 反馈的基本概念与分类
(1-10)
1.电压串联 负 反馈
§ 5.1 反馈的基本概念与分类
(+) (+)
(+)
uo 经 Rf 与 R1 分压反馈到输入回路，故有反馈。
反馈使净输入电压 uid 减小，为负反馈。
RL = 0，无反馈，故为电压反馈。
uid = ui? uf 故为串联反馈。
Fuu =Uf/ Uo=R1/(R1 + Rf) 为反馈网络的反馈系数。
(1-11)
iO
§ 5.1 反馈的基本概念与分类
(+)
(+)
(+)
2.电流串联负反馈
Rf 为输入回路和输出回路的公共电阻，故有反馈。
反馈使净输入电压 uid 减小，为负反馈。
RL = 0，反馈存在，故为电流反馈。
uid = ui – uf 故为串联反馈。
Fui =Uf/ Io=Rf为反馈网络的反馈系数。
(1-12)
iS iI iID
i
F
iid = ii? if,故为并联反馈。
3.电压并联 负 反馈
§ 5.1 反馈的基本概念与分类
(+)
(-)R
f 为输入回路和输出回路的公共电阻，故有反馈。
反馈使净输入电压 iid 减小，为负反馈。
RL = 0，反馈不存在，故为电压反馈。
Fiu=If/ Uo=-1/Rf为反馈网络的反馈系数。
(1-13)
iid = ii? if,故为并联反馈。
4.电流并联 负 反馈
§ 5.1 反馈的基本概念与分类
Rf 为输入回路和输出回路的公共电阻，故有反馈。
反馈使净输入电压 iid 减小，为负反馈。
RL = 0，反馈存在，故为电流反馈。
Fii=If/ Io=-R/(R+Rf)为反馈网络的反馈系数。
iS
iI iID
iOi
F
(+) (-)
(-)
(1-14)
电流串联负反馈 电压串联负反馈
[例 ]反馈组态的判断
§ 5.1 反馈的基本概念与分类
(1-15)
§ 5.1 反馈的基本概念与分类
+UCC
T1
T2
T3RB1
RC1 RB2 R
C2
RB3 RC3
RE3
ui ube1 u
f
ie3
ie3 uf ube1=ui–uf uc1
uc2ib3ie3
电流串联负反馈。
(1-16)
RE ----引入本级电流串联负反馈；
Rf ----引入级间电流并联负反馈。
反馈信号 与输入信号 在不同节点为串联反馈，在 同一个节点为并联反馈。
反馈取自输出端或输出分压端为电压反馈，反馈取自非输出端为电流反馈。
规 律：
§ 5.1 反馈的基本概念与分类
(1-17)
§ 5.1 反馈的基本概念与分类四、反馈放大电路的方框图表示及其一般表达式
1.反馈放大电路的方框图表示反馈放大电路由基本放大电路和反馈网络组成 ;假定 基本放大电路只有单方向的信号正向传输通路,
反馈网络仅有单方向的信号反向传输通路 。 可以把一个反馈放大电路表示为如图所示 。
fi
o
id
o
XX
X
X
XA
==
Aidx oxix +–
比较环节 基本放大电路fx
F反馈网络开环增益,
反馈系数,
o
f
X
XF
=
(1-18)
开环增益 （ 考虑反馈网络的负载效应 ）
id
o
X
XA
=
o
f
X
XF
=
反馈系数
i
o
F X
XA
= 闭环增益因为
=idX?
iX? fX
所以
i
o
F X
XA
=
fid
o
XX
X
= FXAX
X
oo
o
/?=
已知
FA
AA
= 1F
即 闭环增益的一般表达式
§ 5.1 反馈的基本概念与分类
2.反馈放大电路放大倍数的一般表达式
(1-19)
§ 5.1 反馈的基本概念与分类
FA
AA
= 1F
称为反馈深度
FA1
一般负反馈时,11 )1( FA,F AA
时,11 )2( FA
深度负反馈正反馈时,11 )3( FA,F AA
自激振荡时,01 )4( =? FA,
FA?
F
1
AF1
AA
f=
特例,深度负反馈时
(1-20)
★ 环路增益
FAVV=
a
b
环路电压增益 =
0i =X?
ffiid XXXX=?=
§ 5.1 反馈的基本概念与分类
(1-21)
AF
AA
= 1f )1(
dd
2f AF
AA
=
A
A
AFA
A d
1
1d
f
f
=
Af 的相对变化量 A 的相对变化量放大倍数稳定性提高
A
A
A
AAF dd 11
f
f负反馈，
§ 5.2负反馈对放大电路性能的改善一、提高放大倍数的稳定性
(1-22)
例,A = 103,负反馈使放大倍数稳定性提高
100倍,求 F,Af,A 变化?10% 时的 A?f，
以及 dAf /Af 。
解,1) 1 + AF = 100,则 F = (100 – 1) / A = 0.099
2)
AF
AA
= 1f
= 103 / 100 = 10
3)
%1.0)1.01 0 01d1 1d
f
f=
= （A
A
AFA
A
此时的 A?f =
%)1.01(10d1 )
f
f (
f =A
AA
负反馈以牺牲放大倍数,换取了放大倍数稳定性的提高 。
§ 5.2负反馈对放大电路性能的改善
(1-23)
二、减少 非线性 失真
uf
加入负反馈无负反馈
F
uf
Aui uo
+
–
uid uo
大小略大略小略小略大u
i A
接近正弦波改善了波形失真
§ 5.2负反馈对放大电路性能的改善
(1-24)
三、扩展通频带 BW
无反馈时,BW = fH? fL? fH
引入反馈后,
1f,AF
AA
=
FA
AA
FA
AA
FA
AA
L
L
Lf
m
m
mf
H
H
Hf 1,1 1?=?=?=,
f
A(f)
O
Am
0.707Am
fL fH
BW
Af(f)
Amf
0.707Amf
fLf fHf
BWf
可证明,fHf = (1 + AF) fH
fLf = fL / (1 + AF)
= (1 + AF) fH
fHf
= (1 + AF) BW
BWf = fHf? fLf
§ 5.2负反馈对放大电路性能的改善
(1-25)
四、改变放大电路的输入和输出电阻
（一）对输入电阻的影响
1,串联负反馈使输入电阻增大
Rif
i
idid
i
fid
i
i
if i
AFuu
i
uu
i
uR?=?==
)1( i if RAFR?=
深度负反馈,ifR
ii
A
F
ui uid
uf
Ri
AFuid
§ 5.2负反馈对放大电路性能的改善
(1-26)
2,并联负反馈使输入电阻减小
Rif
idid
id
f id
id
i
i
if AFii
u
ii
u
i
uR
=?==
AF
RR
= 1
i
if
深度负反馈,0if?R
if
iidii
A
F
ui Ri
AFiid
§ 5.2负反馈对放大电路性能的改善
(1-27)
（二）对输出电阻的影响
1.电压负反馈 F 与 A 并联，使输出电阻减小。
A
F
Ro Rof FA
RR
= 1
o
of
A?为负载开路时的源电压放大倍数。
深度负反馈,0
of?R
2,电流负反馈 F 与 A 串联，使输出电阻增大
A
F
Ro Rof
)1( o of RFAR=
A?为负载短路时的源电压放大倍数。
深度负反馈,ofR
§ 5.2负反馈对放大电路性能的改善
(1-28)
★ 放大电路引入负反馈的一般原则一、欲稳定某个量，则引该量的负反馈稳定直流,引直流反馈； 稳定交流,引交流反馈；
稳定输出电压,引电压反馈； 稳定输出电流,引电流反馈。
二、根据对输入、输出电阻的要求选择反馈类型欲提高输入电阻,采用串联反馈；
欲降低输入电阻,采用并联反馈；
§ 5.2负反馈对放大电路性能的改善
(1-29)
要求高内阻输出,采用电流反馈；
要求低内阻输出,采用电压反馈。
三、为使反馈效果强，根据信号源及负载确定反馈类型信号源为恒压源,采用串联反馈；
信号源为恒流源,采用并联反馈；
要求负载能力强,采用电压反馈；
要求恒流源输出,采用电流反馈。
§ 5.2负反馈对放大电路性能的改善
(1-30)
一、深度负反馈的特点
Aidx oxix
fx
F
Axid
AFxid
(1 + AF)xid
时：当 11 AF
AFAF1
即,0id fi xxx
fi uu?
串联负反馈：
0id?u
虚短并联负反馈：
fi i i?
0id?i
虚断
§ 5.3深度负反馈放大电路的分析计算
(1-31)
二,深度负反馈电路性能的估算：
(1)电压串联负反馈
0id?u 虚短
fi uu?
f1
1o
f RR
Ruu
=
f
L
f
o
i
o
f 1 R
R
u
u
u
uA
u?===
Rif
,ifR
R?if
,2if RR =?
Rof
0of =R
[例 1]
§ 5.3深度负反馈放大电路的分析计算
8
ui
C1
R1
uoR2
Rf
uid
uf
(1-32)
[例 2]
0id?u fi uu?
1
f
o
i
o
f= u
u
u
uA
u
R?if
,ifR
Rif
,Bif RR =?R
0f
0of?R
[例 3]
fi uu?
1E
f
f
o
i
o
f 1 R
R
u
u
u
uA
u?=?=
§ 5.3深度负反馈放大电路的分析计算
(1-33)
(2)电压并联负反馈运算放大器在线性应用时同时存在虚短和虚断
0 ii 虚断 f i ii?
0 = uu 虚地
1
f
1i
ff
i
o
f R
R
Ri
Ri
u
uA
u?=
=
[例 1]
§ 5.3深度负反馈放大电路的分析计算
(1-34)
0 id?i 虚断 f 1 ii?
b 0 =u 虚地
s
f
si
ff
s
o
sf R
R
Ri
Ri
u
uA
u?=
=
[例 2]
§ 5.3深度负反馈放大电路的分析计算
(1-35)
(3)电流串联负反馈
0id?u 虚短 0i 虚断
fi uu? fo Ri?
f
L
o R
R
u=
f
L
i
o
f R
R
u
uA
u ==
[例 1]
§ 5.3深度负反馈放大电路的分析计算
(1-36)
0be id?= uu 虚短
fi uu? E1o Ri=
Loo Riu=
E1
L
i
o
f R
R
u
uA
u
== 94.2
51.0
3//3?==
[例 2]
§ 5.3深度负反馈放大电路的分析计算
(1-37)
(4)电流并联负反馈
[例 1]
0 = uu 虚地
1
i
f i R
uii =?
L
3
ff
fLoo )( RR
RiiRiu==
L
31
f3
i
o
f
)( R
RR
RR
u
uA
u
==
§ 5.3深度负反馈放大电路的分析计算
(1-38)
1,自激振荡现象
X o基本放大
A电路
X id
X f
–
+X i
反馈网络
F
在不加任何输入信号的情况下,
放大电路仍会产生一定频率的信号输出 。
2,产生原因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,当满足了一定的幅值条件时,便产生自激振荡 。
FA和
§ 5.2负反馈放大电路的稳定性分析一、负反馈放大电路的稳定性分析
(1-39)
3,自激振荡条件自激振荡反馈深度时,01 =? FA
即 1?=FA 为环路增益）（ FA
V f
反馈网络
F
基本放大电路
A
V o
–1
V id
又
)()()()( fa= FAFA
得自激振荡条件
1)()( kk = FA
=? 180)12()()( kfka n
幅值条件相位条件 （ 附加相移 ）
注：输入端求和的相位 （ -1） 不包含在内
FA
AA
= 1F
闭环增益
§ 5.2负反馈放大电路的稳定性分析
(1-40)
4,稳定工作条件破坏自激振荡条件
1?FA
=? 1 8 0fa
1=FA
1 8 0fa
或
1m =? GFA
=? 1 8 0fa
1=FA
= 180mfa
或写为其中 Gm——幅值裕度,一般要求 Gm? -10dB
m——相位裕度,一般要求?m? 45?
保证可靠稳定,
留有余地 。
§ 5.2负反馈放大电路的稳定性分析
(1-41)
5,负反馈放大电路稳定性分析
FAFA?
1lg20lg20lg20?=
环路增益的幅频响应写为一般 与频率无关,F? 则
F?
1lg20 的幅频响应是一条水平线利用波特图分析关键作出 A? 的幅频响应和相频响应波特图
F?
1lg20水平线 A?lg20 与 的交点为
F?
1lg20 A?lg20 =
1=FA
即该点满足
§ 5.2负反馈放大电路的稳定性分析
(1-42)
(2) 作
F?
1lg20
水平线判断稳定性方法
(1) 作出 A? 的幅频响应和相频响应波特图
F?
1lg20
在水平线
A?lg20 与的交点作垂线交相频响应曲线的一点
(3) 判断是否满足相位裕度?m? 45?
若该点
135 a?
满足相位裕度,稳定；否则不稳定 。
在相频响应的 点处作垂线交 于 P点?= 135
a? A?lg20
若 P点在 水平线之下,稳定；否则不稳定 。
F?
1lg20
或
§ 5.2负反馈放大电路的稳定性分析
(1-43)
基本放大电 1 点=FA
基本放大 增大 F?
反馈深度越深,
越容易自激 。
F?
越大,水平线下移,越
F?
1lg20
容易自激
F?
越大,表明反馈深度越深
P点交在 的 -20dB/十倍频程处,放大电路是稳定的 。
A?lg20
§ 5.2负反馈放大电路的稳定性分析
(1-44)
二,消除自激的方法 — 相位补偿在电路中加入 C,或 R,C 元件进行相位补偿,
改变电路的高频特性,从而破坏自激条件 。
相位补偿形式 滞后补偿电容滞后
RC 滞后超前补偿,密勒效应补偿电容滞后补偿 RC 滞后补偿 密勒效应补偿
R
§ 5.2负反馈放大电路的稳定性分析电子技术第五章结束模拟电路部分
§ 5.1 反馈的基本概念与分类
§ 5.4 负反馈放大电路的稳定性分析及频率补偿
§ 5.2 负反馈对放大电路性能的改善
§ 5.3 深度负反馈放大电路的分析计算
(1-2)
1,反馈 — 将电路的输出量 (电压或电流 )的部分或全部,通过一定的元件,以一定的方式回送到输入回路并影响输入量 (电压或电流 )和 输出量的过程 。
2.信号的两种流向正向传输,输入? 输出反向传输,输 出? 输入
— 开环 — 闭环输入 输出放大电路反馈网络
§ 5.1 反馈的基本概念与分类一、反馈的基本概念
(1-3)
Aidx oxix +–
比较环节 基本放大电路fx
F反馈网络
xi — 输入信号 (ii 或 ui )
xid — 净输入信号 (iid 或 uid)
xo — 输出信号 (io 或 uo )
xf — 反馈信号 (if 或 uf )
§ 5.1 反馈的基本概念与分类
3,反馈的组成和基本关系式
(1-4)
二、反馈的分类
1,正反馈和负反馈正反馈 — 反馈使净输入电量增加，
从而使输出量增大。
负反馈 — 反馈使净输入电量减小，
从而使输出量减小。
判断法：瞬时极性法
2,直流反馈和交流反馈直流反馈 — 直流信号的反馈。
交流反馈 — 交流信号的反馈。
§ 5.1 反馈的基本概念与分类
(1-5)
3,电压反馈和电流反馈
§ 5.1 反馈的基本概念与分类电压反馈 — 反馈信号取自输出电压的部分或全部。
判别法,使 uo = 0 (RL 短路 )，
若 反馈消失则为电压反馈 。
电流反馈 — 反馈信号取自输出电流。
判别法,使 io = 0(RL 开路 )，
若反馈消失则为电流反馈。
A
F
RL uo
电压反馈 电流反馈
io
uo
F
A RL
io
(1-6)
4,串联反馈和并联反馈
§ 5.1 反馈的基本概念与分类串联反馈,反馈信号与输入信号以电压相加减的形式在输入端出现 。
uid = ui? uf
特点,信号源内阻越小,
反馈效果越明显 。
并联反馈,反馈信号与输入信号以电流相加减的形式在输入端出现 。
iid = ii? if
特点,信号源内阻越大,
反馈效果越明显 。
A
F
ii
ifi
s
iid
RS
RS A
F
ui
uid
ufus
(1-7)
例输入回路输出回路判断电路是否存在反馈。是正反馈还是负反馈？
直流反馈还是交流反馈？电压反馈还是电流反馈？
串联反馈还是并联反馈？
RE 介于输入输出回路，有反馈。
反馈使 uid 减小，为负反馈。
既有直流反馈，又有交流反馈。
§ 5.1 反馈的基本概念与分类解：
负载交流短路后，无交流反馈量，电压反馈。
在输入端是电压信号求和，串联反馈。
(1-8)
三、负反馈的四种基本组态
A
F
ui
uid
ufus
RS RL uo
A
F
ui
uid
ufus
RS
io
uoRL
io
电压串联负反馈电流串联负反馈
§ 5.1 反馈的基本概念与分类
(1-9)
F
A
ii
ifi
s
iid
RS RL uo
F
A
ii
ifi
s
iid
RS
io
uoRL
io
电压并联负反馈电流并联负反馈
§ 5.1 反馈的基本概念与分类
(1-10)
1.电压串联 负 反馈
§ 5.1 反馈的基本概念与分类
(+) (+)
(+)
uo 经 Rf 与 R1 分压反馈到输入回路，故有反馈。
反馈使净输入电压 uid 减小，为负反馈。
RL = 0，无反馈，故为电压反馈。
uid = ui? uf 故为串联反馈。
Fuu =Uf/ Uo=R1/(R1 + Rf) 为反馈网络的反馈系数。
(1-11)
iO
§ 5.1 反馈的基本概念与分类
(+)
(+)
(+)
2.电流串联负反馈
Rf 为输入回路和输出回路的公共电阻，故有反馈。
反馈使净输入电压 uid 减小，为负反馈。
RL = 0，反馈存在，故为电流反馈。
uid = ui – uf 故为串联反馈。
Fui =Uf/ Io=Rf为反馈网络的反馈系数。
(1-12)
iS iI iID
i
F
iid = ii? if,故为并联反馈。
3.电压并联 负 反馈
§ 5.1 反馈的基本概念与分类
(+)
(-)R
f 为输入回路和输出回路的公共电阻，故有反馈。
反馈使净输入电压 iid 减小，为负反馈。
RL = 0，反馈不存在，故为电压反馈。
Fiu=If/ Uo=-1/Rf为反馈网络的反馈系数。
(1-13)
iid = ii? if,故为并联反馈。
4.电流并联 负 反馈
§ 5.1 反馈的基本概念与分类
Rf 为输入回路和输出回路的公共电阻，故有反馈。
反馈使净输入电压 iid 减小，为负反馈。
RL = 0，反馈存在，故为电流反馈。
Fii=If/ Io=-R/(R+Rf)为反馈网络的反馈系数。
iS
iI iID
iOi
F
(+) (-)
(-)
(1-14)
电流串联负反馈 电压串联负反馈
[例 ]反馈组态的判断
§ 5.1 反馈的基本概念与分类
(1-15)
§ 5.1 反馈的基本概念与分类
+UCC
T1
T2
T3RB1
RC1 RB2 R
C2
RB3 RC3
RE3
ui ube1 u
f
ie3
ie3 uf ube1=ui–uf uc1
uc2ib3ie3
电流串联负反馈。
(1-16)
RE ----引入本级电流串联负反馈；
Rf ----引入级间电流并联负反馈。
反馈信号 与输入信号 在不同节点为串联反馈，在 同一个节点为并联反馈。
反馈取自输出端或输出分压端为电压反馈，反馈取自非输出端为电流反馈。
规 律：
§ 5.1 反馈的基本概念与分类
(1-17)
§ 5.1 反馈的基本概念与分类四、反馈放大电路的方框图表示及其一般表达式
1.反馈放大电路的方框图表示反馈放大电路由基本放大电路和反馈网络组成 ;假定 基本放大电路只有单方向的信号正向传输通路,
反馈网络仅有单方向的信号反向传输通路 。 可以把一个反馈放大电路表示为如图所示 。
fi
o
id
o
XX
X
X
XA
==
Aidx oxix +–
比较环节 基本放大电路fx
F反馈网络开环增益,
反馈系数,
o
f
X
XF
=
(1-18)
开环增益 （ 考虑反馈网络的负载效应 ）
id
o
X
XA
=
o
f
X
XF
=
反馈系数
i
o
F X
XA
= 闭环增益因为
=idX?
iX? fX
所以
i
o
F X
XA
=
fid
o
XX
X
= FXAX
X
oo
o
/?=
已知
FA
AA
= 1F
即 闭环增益的一般表达式
§ 5.1 反馈的基本概念与分类
2.反馈放大电路放大倍数的一般表达式
(1-19)
§ 5.1 反馈的基本概念与分类
FA
AA
= 1F
称为反馈深度
FA1
一般负反馈时,11 )1( FA,F AA
时,11 )2( FA
深度负反馈正反馈时,11 )3( FA,F AA
自激振荡时,01 )4( =? FA,
FA?
F
1
AF1
AA
f=
特例,深度负反馈时
(1-20)
★ 环路增益
FAVV=
a
b
环路电压增益 =
0i =X?
ffiid XXXX=?=
§ 5.1 反馈的基本概念与分类
(1-21)
AF
AA
= 1f )1(
dd
2f AF
AA
=
A
A
AFA
A d
1
1d
f
f
=
Af 的相对变化量 A 的相对变化量放大倍数稳定性提高
A
A
A
AAF dd 11
f
f负反馈，
§ 5.2负反馈对放大电路性能的改善一、提高放大倍数的稳定性
(1-22)
例,A = 103,负反馈使放大倍数稳定性提高
100倍,求 F,Af,A 变化?10% 时的 A?f，
以及 dAf /Af 。
解,1) 1 + AF = 100,则 F = (100 – 1) / A = 0.099
2)
AF
AA
= 1f
= 103 / 100 = 10
3)
%1.0)1.01 0 01d1 1d
f
f=
= （A
A
AFA
A
此时的 A?f =
%)1.01(10d1 )
f
f (
f =A
AA
负反馈以牺牲放大倍数,换取了放大倍数稳定性的提高 。
§ 5.2负反馈对放大电路性能的改善
(1-23)
二、减少 非线性 失真
uf
加入负反馈无负反馈
F
uf
Aui uo
+
–
uid uo
大小略大略小略小略大u
i A
接近正弦波改善了波形失真
§ 5.2负反馈对放大电路性能的改善
(1-24)
三、扩展通频带 BW
无反馈时,BW = fH? fL? fH
引入反馈后,
1f,AF
AA
=
FA
AA
FA
AA
FA
AA
L
L
Lf
m
m
mf
H
H
Hf 1,1 1?=?=?=,
f
A(f)
O
Am
0.707Am
fL fH
BW
Af(f)
Amf
0.707Amf
fLf fHf
BWf
可证明,fHf = (1 + AF) fH
fLf = fL / (1 + AF)
= (1 + AF) fH
fHf
= (1 + AF) BW
BWf = fHf? fLf
§ 5.2负反馈对放大电路性能的改善
(1-25)
四、改变放大电路的输入和输出电阻
（一）对输入电阻的影响
1,串联负反馈使输入电阻增大
Rif
i
idid
i
fid
i
i
if i
AFuu
i
uu
i
uR?=?==
)1( i if RAFR?=
深度负反馈,ifR
ii
A
F
ui uid
uf
Ri
AFuid
§ 5.2负反馈对放大电路性能的改善
(1-26)
2,并联负反馈使输入电阻减小
Rif
idid
id
f id
id
i
i
if AFii
u
ii
u
i
uR
=?==
AF
RR
= 1
i
if
深度负反馈,0if?R
if
iidii
A
F
ui Ri
AFiid
§ 5.2负反馈对放大电路性能的改善
(1-27)
（二）对输出电阻的影响
1.电压负反馈 F 与 A 并联，使输出电阻减小。
A
F
Ro Rof FA
RR
= 1
o
of
A?为负载开路时的源电压放大倍数。
深度负反馈,0
of?R
2,电流负反馈 F 与 A 串联，使输出电阻增大
A
F
Ro Rof
)1( o of RFAR=
A?为负载短路时的源电压放大倍数。
深度负反馈,ofR
§ 5.2负反馈对放大电路性能的改善
(1-28)
★ 放大电路引入负反馈的一般原则一、欲稳定某个量，则引该量的负反馈稳定直流,引直流反馈； 稳定交流,引交流反馈；
稳定输出电压,引电压反馈； 稳定输出电流,引电流反馈。
二、根据对输入、输出电阻的要求选择反馈类型欲提高输入电阻,采用串联反馈；
欲降低输入电阻,采用并联反馈；
§ 5.2负反馈对放大电路性能的改善
(1-29)
要求高内阻输出,采用电流反馈；
要求低内阻输出,采用电压反馈。
三、为使反馈效果强，根据信号源及负载确定反馈类型信号源为恒压源,采用串联反馈；
信号源为恒流源,采用并联反馈；
要求负载能力强,采用电压反馈；
要求恒流源输出,采用电流反馈。
§ 5.2负反馈对放大电路性能的改善
(1-30)
一、深度负反馈的特点
Aidx oxix
fx
F
Axid
AFxid
(1 + AF)xid
时：当 11 AF
AFAF1
即,0id fi xxx
fi uu?
串联负反馈：
0id?u
虚短并联负反馈：
fi i i?
0id?i
虚断
§ 5.3深度负反馈放大电路的分析计算
(1-31)
二,深度负反馈电路性能的估算：
(1)电压串联负反馈
0id?u 虚短
fi uu?
f1
1o
f RR
Ruu
=
f
L
f
o
i
o
f 1 R
R
u
u
u
uA
u?===
Rif
,ifR
R?if
,2if RR =?
Rof
0of =R
[例 1]
§ 5.3深度负反馈放大电路的分析计算
8
ui
C1
R1
uoR2
Rf
uid
uf
(1-32)
[例 2]
0id?u fi uu?
1
f
o
i
o
f= u
u
u
uA
u
R?if
,ifR
Rif
,Bif RR =?R
0f
0of?R
[例 3]
fi uu?
1E
f
f
o
i
o
f 1 R
R
u
u
u
uA
u?=?=
§ 5.3深度负反馈放大电路的分析计算
(1-33)
(2)电压并联负反馈运算放大器在线性应用时同时存在虚短和虚断
0 ii 虚断 f i ii?
0 = uu 虚地
1
f
1i
ff
i
o
f R
R
Ri
Ri
u
uA
u?=
=
[例 1]
§ 5.3深度负反馈放大电路的分析计算
(1-34)
0 id?i 虚断 f 1 ii?
b 0 =u 虚地
s
f
si
ff
s
o
sf R
R
Ri
Ri
u
uA
u?=
=
[例 2]
§ 5.3深度负反馈放大电路的分析计算
(1-35)
(3)电流串联负反馈
0id?u 虚短 0i 虚断
fi uu? fo Ri?
f
L
o R
R
u=
f
L
i
o
f R
R
u
uA
u ==
[例 1]
§ 5.3深度负反馈放大电路的分析计算
(1-36)
0be id?= uu 虚短
fi uu? E1o Ri=
Loo Riu=
E1
L
i
o
f R
R
u
uA
u
== 94.2
51.0
3//3?==
[例 2]
§ 5.3深度负反馈放大电路的分析计算
(1-37)
(4)电流并联负反馈
[例 1]
0 = uu 虚地
1
i
f i R
uii =?
L
3
ff
fLoo )( RR
RiiRiu==
L
31
f3
i
o
f
)( R
RR
RR
u
uA
u
==
§ 5.3深度负反馈放大电路的分析计算
(1-38)
1,自激振荡现象
X o基本放大
A电路
X id
X f
–
+X i
反馈网络
F
在不加任何输入信号的情况下,
放大电路仍会产生一定频率的信号输出 。
2,产生原因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,当满足了一定的幅值条件时,便产生自激振荡 。
FA和
§ 5.2负反馈放大电路的稳定性分析一、负反馈放大电路的稳定性分析
(1-39)
3,自激振荡条件自激振荡反馈深度时,01 =? FA
即 1?=FA 为环路增益）（ FA
V f
反馈网络
F
基本放大电路
A
V o
–1
V id
又
)()()()( fa= FAFA
得自激振荡条件
1)()( kk = FA
=? 180)12()()( kfka n
幅值条件相位条件 （ 附加相移 ）
注：输入端求和的相位 （ -1） 不包含在内
FA
AA
= 1F
闭环增益
§ 5.2负反馈放大电路的稳定性分析
(1-40)
4,稳定工作条件破坏自激振荡条件
1?FA
=? 1 8 0fa
1=FA
1 8 0fa
或
1m =? GFA
=? 1 8 0fa
1=FA
= 180mfa
或写为其中 Gm——幅值裕度,一般要求 Gm? -10dB
m——相位裕度,一般要求?m? 45?
保证可靠稳定,
留有余地 。
§ 5.2负反馈放大电路的稳定性分析
(1-41)
5,负反馈放大电路稳定性分析
FAFA?
1lg20lg20lg20?=
环路增益的幅频响应写为一般 与频率无关,F? 则
F?
1lg20 的幅频响应是一条水平线利用波特图分析关键作出 A? 的幅频响应和相频响应波特图
F?
1lg20水平线 A?lg20 与 的交点为
F?
1lg20 A?lg20 =
1=FA
即该点满足
§ 5.2负反馈放大电路的稳定性分析
(1-42)
(2) 作
F?
1lg20
水平线判断稳定性方法
(1) 作出 A? 的幅频响应和相频响应波特图
F?
1lg20
在水平线
A?lg20 与的交点作垂线交相频响应曲线的一点
(3) 判断是否满足相位裕度?m? 45?
若该点
135 a?
满足相位裕度,稳定；否则不稳定 。
在相频响应的 点处作垂线交 于 P点?= 135
a? A?lg20
若 P点在 水平线之下,稳定；否则不稳定 。
F?
1lg20
或
§ 5.2负反馈放大电路的稳定性分析
(1-43)
基本放大电 1 点=FA
基本放大 增大 F?
反馈深度越深,
越容易自激 。
F?
越大,水平线下移,越
F?
1lg20
容易自激
F?
越大,表明反馈深度越深
P点交在 的 -20dB/十倍频程处,放大电路是稳定的 。
A?lg20
§ 5.2负反馈放大电路的稳定性分析
(1-44)
二,消除自激的方法 — 相位补偿在电路中加入 C,或 R,C 元件进行相位补偿,
改变电路的高频特性,从而破坏自激条件 。
相位补偿形式 滞后补偿电容滞后
RC 滞后超前补偿,密勒效应补偿电容滞后补偿 RC 滞后补偿 密勒效应补偿
R
§ 5.2负反馈放大电路的稳定性分析电子技术第五章结束模拟电路部分
