放大电路中的负反馈.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,谁若游戏人生，他就一事无成；,谁不能主宰自己，便永远是一个奴隶。,歌德,1,第四章 放大电路中的负反馈,本章教学要求,1,掌握负反馈的概念和四种基本类型负反馈放大器的电路结构、工作原理、基本分析方法。,2,掌握四种负反馈放大器类型的判断。,3,掌握负反馈对放大器性能的影响，并能根据需要引入适当的负反馈。,4,掌握在深度负反馈条件下放大器电压增益的近似计算。,5,掌握利用波特图进行负反馈放大器稳定性分析的方法。了解相位补偿的原理。,2,4-1,负反馈的基本概念,所谓反馈，就是将,输出信号,进行,检测,，以某种形式,反馈,到放大器的,输入端,，与输入信号相比较，对放大器的,输入信号进行调整,，达到减小输出误差，改善放大器性能指标的要求。,4-1-1,放大器的反馈,反馈网络,B,基本放大器,A,由图可知，基本放大器的净输入信号为,若基本放大器的增益为,A,，反馈网络的反馈系数为,B,，则有,因此可得反馈放大器的增益（又称,闭环增益,）,A,f,为,通常定义为,反馈深度,，这是一个很重要的指标,3,放大器,输出,输入,取,+,加强输入信号 正反馈 用于振荡器,取,-,削弱输入信号 负反馈 用于放大器,开环,闭环,负反馈的作用：,稳定静态工作点；稳定放大倍数；改善输入电阻和输出电阻；扩展通频带，改善输出信号波形。,反馈网络,叠加,反馈信号,实际被放大信号,反馈电路框图,4,反馈电路的三个环节：,放大,：,反馈：,叠加：,基本放大,电路,A,o,反馈回路,F,+,输出信号,输入信号,反馈信号,差值信号,5,基本放大,电路,A,o,反馈回路,F,+,开环放大倍数,闭环放大倍数,反馈系数,6,负反馈放大电路放大倍数的一般表达式：,基本放大,电路,A,o,反馈回路,F,+,反馈深度,定义：,7,负反馈放大器的闭环放大倍数,当,AB,1,时，,结论：,当,AB,1,很大时，负反馈放大器的闭环放大倍数与晶体管无关，只与反馈网络有关。即负反馈可以稳定放大倍数。,8,下面是具有反馈的放大器的一个实例,U,f,U,R,1,R,f,U,i,U,O,基本放大器,反馈网络,反馈网络,R,f,和,R,1,对输出电压信号,U,o,取样得到反馈信号,U,f,在与输入信号,U,i,进行比较后得到放大器的净输入信号。然后送入放大器进行放大。,根据反馈深度，我们可以,判断反馈的性质,和,反馈的强弱,这时放大器增益减小，为负反馈；,这时放大器增益增加，为正反馈；,这时放大器增益为无穷大，放大器自激振荡。,对于负反馈，总是,大于,1,，而且，此值,越大,，说明,负反馈越强,，放大器的闭环增益下降得越多。,9,4-1-2,负反馈的类型,根据反馈信号是对输出电压信号取样还是对输出电流信号,取样,，以及取样信号反馈到输入端后是与输入信号是串联,比较,还是并联比较可以对负反馈放大器进行分类。,在,输出端,，如果反馈信号是,对输出电压取样,，也就是说反馈信号与输出电压有关，则称为,电压反馈,；如果反馈信号是,对输出电流取样,，也就是说反馈信号与输出电流有关，则称为,电流反馈,。,在输入端，如果反馈到输入端的信号是以,电压,形式出现，与输入电压,串联比较,，则称为,串联反馈,；如果反馈到输入端的信号是以,电流,形式出现，与输入电流,并联比较,，则称为,并联反馈,。,因此，一共可分为四种不同类型的负反馈，即：,（,1,）电压串联负反馈,（,2,）电压并联负反馈,（,3,）电流并联负反馈,（,4,）电流串联负反馈。,10,四种不同类型的负反馈的方框图,U,f,U,R,L,U,o,a,b,U,i,A,u,B,u,电压串联,电流串联,R,L,U,o,I,o,a,b,U,i,U,U,f,A,g,B,r,R,L,I,I,f,U,o,a,b,I,i,A,u,B,u,电压并联,b,I,o,R,L,I,I,f,U,o,a,I,i,A,u,B,u,电流并联,11,U,o,各类反馈在电路连接形式上的一般区别。,R,L,b,X,f,X,X,i,A,u,B,u,电压反馈,在输出端,反馈网络的输入端与放大器的输出端是并联连接,将放大电路输出端短路，反馈网络输入端被短路，反馈网络取样信号为零。,电流反馈,R,L,U,o,I,o,b,X,i,X,X,f,A,g,B,r,反馈网络的输入端与放大器的输出端是并联连接,将放大电路输出端短路，反馈网络输入端仍可获得输出电流信号。,将放大电路,输出端短路,，反馈信号,消失,为,电压反馈,，否则为电流反馈,12,各类反馈在电路连接形式上的一般区别。,在输入端,串联反馈,U,f,U,a,U,i,A,u,B,u,反馈信号与输入信号是串联电压比较,将放大电路输入端对地短路，反馈信号仍能输入到基本放大器中,并联反馈,I,I,f,a,I,i,A,u,B,u,反馈信号与输入信号是并联电流比较,将放大电路输入端对地短路，网络输出端被短路，反馈信号不能输入到基本放大器中,将放大电路,输入端短路,，反馈信号,仍能输入,到基本放大电路中为,串联,反馈，否则为,并联,反馈,如果反馈回来的信号输入到基本放大电路的份量越多，则反馈效果就越好。对于,串联,反馈，电源内阻越,小,，反馈效果就,越好,；对于,并联,反馈，电源内阻越大，反馈效果就越,好,。,13,4-1-3,负反馈的判别,1.,反馈类型的判别,在输出端，将,输出端短路,，使,输出电压为,0,，若,反馈网络输入端接地,，反馈消失，即为,电压,反馈；否为电流反馈。,在输入端，将放大器,输入端对地短路,，,反馈网络输出端接地,，即为,并联,反馈；否则为串联反馈。,R,1,R,L,R,f,U,i,U,o,R,s,I,o,U,i,U,s,R,R,L,R,f,U,o,R,s,U,i,U,s,R,L,R,f,U,o,R,R,f,I,o,U,o,R,1,R,L,U,i,电压串联反馈,电流并联反馈,电压并联反馈,电流串联反馈,只要,反馈网络连接,在,基本放大器的信号输入端就是并联反馈,，否则就是串联反馈。,只要,反馈网络直接连接,在,放大电路输出,端,就是电压反馈,，否则就是电流反馈。,也可从电路连接形式上来判别反馈类型,14,b,U,CC,U,o,U,i2,U,i,1,C,2,C,1,R,B,R,C,R,L,e,2.,正、负反馈的判别,1,）等效放大器,一个放大电路，不论是单级放大电路（包括单级运放电路）还是多级放大电路（包括多级运放电路）都可以等效为一个有两个输入端和一个输出端的放大器。这两个输入端也是一个同相输入端和一个反相输入端。,单级晶体管放大电路,A,u,R,L,U,i2,U,i1,U,o,b,e,信号电压从,集电极输出,时，当信号从,基极输入,时，输出电压与输入电压,反相,；当信号从,发射极输入,时，输出电压与输入电压,同相,。所以，,基极,为反相输入端，,发射极,为,同相,输入端。,15,多级晶体管放大电路,e,1,c,2,U,CC,R,B1,R,E2,R,C2,R,C1,U,o,R,L,V,2,V,1,C,2,b,1,C,1,U,i,c,2,b,1,A,u,e,1,R,L,U,i,U,o,信号从第二极集电极输出，当信号从第一级晶体管基极输入时，经过两次反相，输出电压与输入电压同相；当信号从第一级晶体管发射极输入时，则输出电压与输入电压同相。所以,b,1,为同相输入端,，,e,1,为反相输入端,。,16,2,）正、负反馈的判别,在得到等效放大器后，,正、负反馈的判别,一般采用,瞬时极性判别法,。,I,f,I,I,i,U,i,R,s,U,s,R,L,R,f,U,o,设在某一瞬间,U,I,为正极性，即反相端电位比地高,这时，电流,I,i,流向放大器,放大器输出端电位为负，即比地低,R,f,两端电位左高右低，,I,F,向上流,所以，流进放大器的净输入电流为,I,=I,i,-I,f,反馈使净输入信号减小,。故为负反馈,从电路连接形式上也可进行正、负反馈的判别,对于,电压反馈,，如果反馈网络是无源网络（如电阻网络），反馈信号只有连接到放大电路的反相输入端才能使净输入信号减小，才是负反馈。,R,1,R,L,R,f,U,i,U,o,17,对于,电流反馈,，则要分两种情况讨论,（,1,）反馈网络是接入到,输出回路的负载侧,R,s,I,o,U,i,U,s,R,R,L,R,f,U,o,R,R,f,I,o,U,o,R,1,R,L,U,i,反馈信号连接到放大电路的反相端为负反馈放大电路。,一般来说，由集成运放组成的放大器，其反馈支路只能接入到放大器输出回路的负载侧，所以其电流反馈放大电路，反馈信号必须接入到放大器的反相输入端才是负反馈。,（,1,）反馈网络,没有接入到输出回路的负载侧,I,o,U,RE3,I,o,V,3,R,f,R,C3,R,E3,U,CC,R,B1,R,E2,R,C2,R,C1,U,o,R,L,V,2,V,1,C,2,R,E1,C,1,U,i,由图可知，信号从,V,1,基极输入，经过三次反相从,V,3,集电极输出，所以,V,1,基极为反相输入端，射极为同相输入端。反馈电路连接到同相输入端，根据瞬时极性判别法可知，该电路为负反馈。,对于,电压,反馈，反馈信号接入到放大器,反相端,为,负,反馈，否则为正反馈。,对于电流反馈，如果反馈网络接到输出回路的,负载侧,，则反馈信号接入放大器,反相端,为,负,反馈，否则为正反馈；如果反馈网络,没有接到,输出回路的,负载侧,，则反馈信号接入放大器,同相端,为负反馈，否则为正反馈；,18,4.1.4,交流反馈与直流反馈,交流反馈,：,反馈只对交流信号起作用。,直流反馈：,反馈只对直流起作用。,若在反馈网络中,串接隔直电容,，则可以隔断直流，此时反馈只对交流起作用。,在起反馈作用的电阻两端,并联旁路电容,，可以使其只对直流起作用。,有的反馈只对交流信号起作用；有的反馈只对直流信号起作用；有的反馈对交、直流信号均起作用。,19,增加隔直电容,C,后，,R,f,只对交流起反馈作用。,注：本电路中,C,1,、,C,2,也起到隔直作用。,+,C,1,R,B,1,R,C,1,R,B,21,R,B,22,R,C,2,R,E,2,C,E,C,3,C,2,+,E,C,u,o,u,i,+,T,1,T,2,R,f,R,E,1,C,20,增加旁路电容,C,后，,R,f,只对直流起反馈作用。,C,+,C,1,R,B,1,R,C,1,R,B,21,R,B,22,R,C,2,R,E,2,C,E,C,3,C,2,+,E,C,u,o,u,i,+,T,1,T,2,R,f,R,E,1,21,负反馈,交流反馈,直流反馈,电压串联负反馈,电压并联负反馈,电流串联负反馈,电流并联负反馈,稳定静态工作点,4.1.5,负反馈的分类,用于改善放大电路性能,22,4.1.6,反馈类型的判别方法,分析步骤：,3.,是否负反馈？,4.,是负反馈！那么是何种类型的负反馈？（判断反馈的组态）,1.,找出反馈网络（电阻）。,2.,是交流反馈还是直流反馈？,23,一、电压反馈与电流反馈判别方法：,电压反馈,一般从后级放大器的集电极采样。,电流反馈,一般从后级放大器的发射极采样。,二、并联反馈与串联反馈判别方法：,并联反馈,的反馈信号接于晶体管基极。,串联反馈,的反馈信号接于晶体管发射极。,注意：,直流反馈中，输出电压指,U,CE,，,输出电流指,I,E,或,I,C,。,从,输出端,看：按电路结构、采样形式、输出端短路法分析。,从,输入端,看：按电路结构、反馈信号性质、比较形式分析。,24,三、正反馈与负反馈的判别方法,瞬时极性法,假设输出端信号有一定极性的瞬时变化，依次经过反馈、比较、放大后，再回到输出端，若输出信号与原输出信号的变化极性相反，则为负反馈。反之为正反馈。,如果是电压反馈，则要从输出电压的微小变化开始。,如果是电流反馈，则要从输出电流的微小变化开始。,判断时在输入端也要反映出反馈信号与输入信号的比较关系。,25,例,1,：判断,R,f,是否负反馈，若是，判断反馈的组态。,u,o,u,f,u,be,=,u,i,-u,f,u,c,1,u,b,2,u,c,2,u,o,u,f,u,be,u,c,1,u,b,2,u,c,2,+,C,1,R,B,1,R,C,1,R,B,21,R,B,22,R,C2,R,E,2,R,E,1,C,E,C,3,C,2,+,E,C,u,o,u,i,+,T,1,T,2,R,f,此电路是电压串联负反馈，对直流不起作用。,26,分析中用到了三极管的集电极与基极相位相反这一性质。,+,C,1,R,B,1,R,C,1,R,B,21,R,B,22,R,C,2,R,E,2,R,E,1,C,E,C,3,C,2,+,E,C,u,o,u,i,+,T,1,T,2,R,f,u,be,u,be,27,这里分析的是交流信号，不要与直流信号混淆。,分析中用到的电压、电流要在电路中标出。并且注意符号的使用规则。,如果反馈对交直流均起作用，可以用全量。,当为,交流反馈时，瞬时极性法所判断的也是,相位的关系,。电路中两个信号的相位,不是同相就是反相,，因此若两个信号都上升，它们一定同相；若另一个信号下降而另一个上升，它们一定反相。,28,例,2,：判断,R,f,是否负反馈，若是，判断反馈的组态。,+U,CC,R,C,C,2,C,1,R,f,u,i,u,o,i,i,b,i,f,电压反馈,并联反馈,u,o,i,f,i,b,=i+i,f,u,o,此电路是电压并联负反馈，对直流也起作用。,29,+U,CC,R,C,C,2,C,1,R,f,u,i,u,o,i,i,b,i,f,问题：,三极管的静态工作点如何提供？能否在反馈回路加隔直电容？,不能！,R,f,为三极管提供静态电流！,R,f,的,作用：,1.,提供静态工作点。,2.,直流负反馈，稳定静态工作点。,3.,交流负反馈，稳定放大倍数。,30,例,3,：判断,R,f,是否负反馈，若是，判断反馈的组态。,电流反馈,并联反馈,i,E,2,u,F,i,F,i,B,u,C,1,u,B,2,u,C,1,u,B,2,i,B,2,i,E,2,u,o,u,i,i,i,B,i,F,u,F,R,E,2,R,f,R,E,1,R,C,1,R,C,2,+U,CC,i,E,2,31,例,4,：判断,R,f,是否负反馈，若是，判断反馈的组态。,电流并联负反馈。对直流也起作用，可以稳定静态工作点。,u,o,u,i,i,i,B,i,F,u,F,R,E,2,R,f,R,E,1,R,C,1,R,C,2,+U,CC,i,E,2,u,C,1,u,B,2,32,例,5,：判断如图电路中,R,E,1,、,R,E,2,的负反馈作用。,R,C,R,B,1,R,B,2,R,E,1,R,E,2,C,E,C,2,C,1,+,U,CC,u,o,u,i,u,be,i,e,电流串联反馈,R,E,2,对交流反馈不起作用,1.,对交流信号：,i,e,u,e,u,be,=,u,i,-,u,e,i,b,i,e,R,E,1,：,电流串联负反馈。,33,2.,对直流信号：,R,E,1,、,R,E,2,对直流均起作用，通过反馈稳定静态工作点。,反馈过程：,I,E,R,C,R,B,1,R,B,2,R,E,1,R,E,2,C,E,C,2,C,1,+,U,CC,u,o,u,i,U,BE,I,E,U,B,U,E,U,E,=,I,E,(,R,E,1,+,R,E,2,),U,BE,=,U,B,U,E,I,B,I,E,34,例,6,：判断如图电路中,R,E,3,的负反馈作用。,+U,CC,T,1,T,2,T,3,R,B,1,R,C,1,R,B,2,R,C,2,R,B,3,R,C,3,R,E,3,u,i,u,be,1,u,f,i,e,3,i,e,3,u,f,u,be,1,=,u,i,u,f,u,c,1,u,c,2,i,b,3,i,e,3,电流串联负反馈。,35,小结：,1,、,反馈类型,：正反馈与负反馈；电压反馈与电流反馈；串联反馈与并联反馈；直流反馈与交流反馈。,2,、负反馈放大电路的,四种基本组态,：电压串联负反馈；电压并联负反馈；电流串联负反馈；电流并联负反馈；,3,、用,瞬时极性法,判别正反馈和负反馈。,4,、按采样形式、电路结构、输出短路法判别,电压反馈和电流反馈,。,5,、按电路结构、比较形式、反馈信号性质判别,串联反馈和并联反馈,。,36,4-2,负反馈对放大器性能的影响,4-2-1,提高放大倍数的稳定,放大倍数的稳定性是放大器的一个重要指标。我们一般用放大倍数的相对变化量来定义放大倍数的稳定性。,根据,有,由于负反馈时,F1,，所以，闭环增益的相对变化量小于开环增益相对变化量。放大倍数的稳定性得以提高，而且，反馈越深，放大倍数的稳定性越好。对于深度负反馈，,F1,，则有,可见，在深度负反馈下，,闭环增益,几乎与,开环增益无关,，也就是说，闭环增益几乎不受开环增益变化的影响，因而，增益稳定性得到了极大的提高。,37,应当指出，对于不同类型的负反馈，由于取样信号、反馈信号不同，,A,、,B,、,A,f,所表示的含义是不同的，它所稳定的对象也是不同的，,串联,电压,负反馈,，开环增益、反馈系数和闭环增益分别为,A,u,、,B,u,、,A,uf,。当负载电阻增大造成输出电压增大时，反馈电压也增加，而反馈电压的增加将使得净输入电压减小，最终使输出,电压,下降而保持基本稳定。,串联,电流,负反馈,，开环增益、反馈系数和闭环增益分别为,A,g,、,B,r,、,A,gf,。当负载电阻增大造成输出电流减小时，反馈电压也减小，而反馈电压的减小将使得净输入电压增加，最终使输出,电流,增加而保持基本稳定。,并联,电压,负反馈,，开环增益、反馈系数和闭环增益分别为,A,r,、,B,g,、,A,rf,。当负载电阻增大造成输出电压增大时，反馈电流也增加，而反馈电流的增加将使得净输入电流减小，最终使输出,电压,下降而保持基本稳定。,并联,电流,负反馈,，开环增益、反馈系数和闭环增益分别为,A,i,、,B,i,、,A,if,。当负载电阻增大造成输出电流减小时，反馈电流也减小，而反馈电流的减小将使得净输入电流增加，最终使输出,电流,增加而保持基本稳定。,由此可见，,电压负反馈可以使输出电压稳定，,电流负反馈可以使输出电流稳定。,38,4-2-2,减小放大器非线性失真,放大器在大信号工作时，不可避免地要产生非线性失真，引入负反馈以后，可以使这种非线性失真得到改善。,基本放大器,反馈网络,基本放大器,基本放大器产生失真,基本放大器对信号负半周放大能力较小,负反馈减小失真,反馈信号与输入信号比较后产生预失真信号,使输出信号较少了失真,负反馈改善非线性失真实际上是通过负反馈先,产生一个预失真信号,来实现的，这种预失真信号来自于输出信号的失真，因此负反馈,只能改善,放大器的非线性失真，而,不能消除,失真。,负反馈改善非线性失真的效果与反馈深度有关，,反馈越深改善效果越好,。在深度负反馈时，放大电路的输出几乎与基本放大电路无关，基本放大电路的非线性失真也就得到了抑制。,39,4-2-3,扩展放大电路的通频带,放大电路的通频带也是衡量放大电路性能的一个重要指标。引入负反馈以后，可以使放大电路的通频带得到展宽,下面以低通滤波器为例,低通滤波器的开环频率特性为,引入负反馈以后，并假设反馈网络为纯电阻网络，,B,为实数，则闭环增益的频率特性为,式中,为闭环增益,引入负反馈后闭环放大电路的带宽为,应该指出，通频带的扩展是以放大器增益减小为代价的，实际上引入负反馈后，放大电路的带宽增益积是不变的。即,40,4-2-4,改变输入、输出电阻,1.,对输入电阻的影响,对于负反馈，输入信号与净输入信号的关系为,所以，对于串联负反馈有,并联负反馈有,1,）串联负反馈提高输入电阻,A,B,根据输入电阻的定义有,式中,所以，串联负反馈使输入电阻提高了,F,倍,41,2,）并联负反馈降低输入电阻,A,B,同样根据输入电阻的定义有,式中,所以，并联负反馈使闭环输入电阻减小,到基本方大器输入电阻的,1/F,由此可见，串联负反馈可以使输入电阻增大，而并联负反馈可以使输入电阻减小。所以,引入负反馈,是,改变输入电阻,的一个重要手段。,42,2.,对输出电阻的影响,1,）电压负反馈,A,B,开路,根据输出电阻的定义，将信号源置零（,X,i,=0,），,X,=,X,f,，,将外接负载电阻断开，外加电压，求出,U,o,与,I,o,的约束关系,设反馈网络输入端开路，则有,所以有,可见，电压负反馈使输出电阻减小,为基本放大器的,1/F,。,43,2,）电流负反馈,A,B,短路,反馈网络只对电流取样，与电压无关，故认为反馈网络输入端短路。,输入信号为零，,X,=,X,f,，则有,所以有,可见，电流负反馈使输出电阻增加,F,倍,由此可见，电流负反馈可以使输入电阻增大，而电压负反馈可以使输出电阻减小。所引入不同的负反馈可以使输出电阻增加或减小。,44,4-3,深度负反馈的工程计算,负反馈放大电路可以采用等效电路的方法进行分析，但是其计算较为复杂。在工程上，对于深度负反馈，,可用,A,f,=1/B,来近似计算,。,但要注意的是，对于不同类型的反馈，,A,f,和,B,的含义是不同的,，对于需要计算电压放大倍数时，要根据不同类型的负反馈进行不同的处理。,1.,串联电压负反馈,例,4-1,串联电压负反馈放大器，在深度负反馈下，试计算其闭环电压增益。,R,1,R,L,R,f,U,i,U,o,解,在深度负反馈条件下，串联电压负反馈的闭环增益为,由于串联负反馈使放大电路输入电阻增大，放大电路输入端可近似为“虚开”，所以有,所以,45,2.,并联电流负反馈,例,4-2,并联电流负反馈放大器，在深度负反馈下，试计算其闭环电压增益。,R,s,I,o,U,i,U,s,R,R,L,R,f,U,o,解,在深度负反馈条件下，并联电流负反馈的闭环增益为,由于并联负反馈使放大电路输入电阻减小，放大器输入端可近似为“虚短”。所以有,所以,在输出端，在输入端，由于可近似为“虚短”，则有 。所以有其放大电路闭环电压增益为,46,3.,并联电压负反馈,例,4-3,并联电压负反馈放大器，在深度负反馈下，试计算其闭环电压增益。,U,i,R,s,U,s,R,L,R,f,U,o,解,在深度负反馈条件下，并联电压负反馈的闭环增益为,由于并联负反馈使放大电路输入电阻减小，放大器输入端可近似为“虚短”。有,所以,在输入端，由于可近似为“虚短”，则有 。所以其放大电路闭环电压增益为,47,4.,串联电流负反馈,例,4-4,串联电流负反馈放大器，在深度负反馈下，试计算其闭环电压增益。,R,R,f,I,o,U,o,R,1,R,L,U,i,解,在深度负反馈条件下，串联电流负反馈的闭环增益为,由于串联负反馈使放大电路输入电阻增大，放大电路输入端可近似为“虚开”，有,所以,在输出端，所以有,48,例,4-5,由分立元件组成的带有反馈的放大电路，试判断其反馈类型，并近似计算其电压增益。,U,CC,V,1,V,2,R,s,R,C1,R,C2,R,f,R,E2,I,o,I,f,I,i,u,s,u,o,解,根据三极管基极与集电极电压相位关系知，,V,1,基极与放大电路输出端电压同相，故,V,1,基极是同相输入端，而发射极则是反向输入端。,（,2,）确定反馈类型。,在输入端由于反馈电阻接于放大器信号输入端，故为,并联,反馈；在输出端，由于反馈电阻没有接于放大电路输出端，故为,电流,反馈；,由于反馈网络没有接到输出回路负载侧，而反馈网络接入到放大器的同相输入端，故为负反馈。所以该电路为,并联电流负反馈,电路,（,1,）确定等效放大器同相输入端和反相输入端,图一,49,（,3,）按深度负反馈计算电压增益,放大器输入端可近似为“虚短”。所以有,并联电流负反馈，其闭环增益为,所以,在输出端，在输入端，由于可近似为“虚短”，所以 。所以其放大电路闭环电压增益为,U,CC,V,1,V,2,R,s,R,C1,R,C2,R,f,R,E2,I,o,I,f,I,i,u,s,u,o,50,I,o,R,E,R,B1,U,CC,R,C,U,o,V,C,2,C,1,U,i,R,B2,U,f,图二,对于图二电路,（,1,）确定等效放大器同相输入端和反相输入端,显然基极是反相输入端，,发射极是同相输入端,（,2,）确定反馈类型,可见反馈网络没有接到信号输入端，为,串联反馈,；同样反馈网络也没有接到信号输出端，为,电流反馈,。,根据正负反馈判断规则，由于电流反馈的反馈网络没有接到输出回路的负载侧，而在放大器输入端，反馈网络接入到放大器同相端，故为,负反馈,。,所以该电路为串联电流负反馈电路。,51,（,3,）按深度负反馈计算电压增益,串联电流负反馈，有,在输出端，在输入端，由于可近似为“虚短”，所以 。故其放大电路闭环电压增益为,I,o,R,E,R,B1,U,CC,R,C,U,o,V,C,2,C,1,U,i,R,B2,U,f,在利用深度负反馈对电路进行近似计算中，在运用“虚短”“虚开”时要注意：,（,1,）,计算反馈电流,I,f,时，将输入端,短路,，,计算反馈电压,U,f,时,，将输入端,开路,；,（,2,）在,并联,反馈中，如果输入信号时,电流源,，在将,U,i,（,U,s,）用,I,i,表示时，应将放大电路输入端,开路,；如果输入信号时,电压源,，在,U,i,（,U,s,）用,I,i,表示时，应将放大电路输入端,短路,；,52,4-4,反馈放大电路的稳定性分析,引入负反馈以后，放大电路的许多性能都得以改善，而且反馈越深，性能改善越明显。但是,负反馈的引入,有可能使放大电路,不能稳定地工作,，即有可能引起放大电路自激振荡，而且,反馈越深，这种可能性越大,。,4-4-1,反馈放大电路稳定性判据,判别稳定性的方法有,根轨迹法,、,奈奎斯特图,和,波特图法,。波特图法因操作方便而得到广泛应用。,1.,自激条件,一个系统在中频段是负反馈。但电路中存在的储能元件（,L,、,C,）会使电路产生附加相移，如果一个反馈电路，在中频时是负反馈，但在某一个频点上产生的相移为,180,o,，这样就变为正反馈，一旦反馈又足够强，就会产生自激振荡。,负反馈,电路的传输函数为,所以频率响应表达式为,53,幅度平衡条件和相位平衡条件,当,时,闭环放大倍数为无穷大。这意味着，没有信号输入，仍然有信号输出，亦即电路产生自激振荡。所以电路自激的幅度平衡条件和相位平衡条件为,幅度平衡条件,相位平衡条件,一个负反馈系统，必须,同时,满足幅度平衡和相位平衡条件时，才可能自激。,表示反馈电路的附加相移达到,180,O,，变负反馈为正反馈。,表示反馈量恰恰等于净输入量，也就是维持自激振荡的最小量。,负反馈电路不自激的条件,或,或者,或,用波特图判断负反馈电路稳定的依据,54,2.,稳定性判别,下面的讨论基于：,反馈网络为纯电路网络，反馈系数相移为零,将负反馈电路不自激条件作一改写,利用波特图的判别过程如下：,第一步，画出基本放大器的幅频波特图和相频波特图,第二步，将反馈系数 的幅频特性画在同一坐标系中，并得到两条曲线的交点处的频率,c,第三步，稳定性判断。如果 ，则系统稳定，否则，系统是不稳定的,稳定,不稳定,55,3.,反馈放大电路的稳定裕度,对于一个稳定的负反馈系统，不仅要求不进入自激状态，而且要求远离自激状态，以保证在外界条件变化时也能使系统稳定地工作。稳定裕度是衡量稳定性能的好坏的质量指标。,1,）,相位裕度,。相位裕度定义为：当时 ，在,-180,o,线上面与,-180,o,线的距离。即：,越大，系统稳定性越好。通常,要求,2,）,增益裕度,。增益裕度定义为：,当 时，在 线之下与 的距离；或 在,0dB,线之下与,0dB,线的距离。即：,对于稳定的系统，,为负值，,越负，系统越稳定,通常要求,56,例,4-6,一个负反馈电路，其基本放大器的频率特性为,试判断反馈系数为,B,1,=,0.0001,和,B,2,=,0.01,时，负反馈是否稳定，如果系统稳定，试求稳定裕度。,解,先画出基本放大器的幅频特性和相频特性波特图，并画出,B,1,=,0.01,和,B,2,=,0.0001,时的幅频特性波特图于同一坐标系,进而求得,f,c1,、,f,c2,和,可见，当,B,1,=0.0001,时，系统稳定,；当,B,2,=0.01,时，系统不稳定,。,由图可见，当,B,1,=0.0001,时，有,相位裕度,增益裕度,57,多极点负反馈电路稳定性讨论,（,1,）多极点的负反馈电路，反馈越深，系统就越不易稳定。,（,2,）当 与 交点于,线的 线段时，系统是稳定的,（,3,）当 与 交点于,线的 线段时，系统是不稳定的,（,4,）当 与 交点于,线的 线段时，系统可能稳定可能不稳定,因此，,单极点和双极点系统是稳定的,，,三极点系统有可能不稳定,。,58,从幅频特性上来看，相位补偿的目标就是要使 与,交点,尽量在 线的 线段,4-4-2,反馈放大器的相位补偿,引入负反馈可以改善放大器的性能，但是过深的负反馈却使系统可能不稳定，增加反馈深度往往受到稳定性的限制。采用相位补偿技术可以较好的解决这一问题。,。,1.,滞后补偿,所谓,滞后补偿,，就是在基本放大电路中插入一个使其频率特性相位滞后的,RC,电路，达到稳定负反馈放大器的目的。,1,）主极点补偿,主极点,就是,在放大器中时间常数,最大的极点,。,主极点补偿,，就是在,时间常数最大的回路里并接电容,，使其时间常数更大，这样主极点变得更低，结果使 与 交点尽量在 线的 线段，,59,60dB/dec,40dB/dec,主极点补偿原理波特图表示,20dB/dec,/(Hz),交点于,60dB/dec,系统不稳定,补偿,1,补偿,2,补偿,1,对于特定的反馈系数,B,可以使系统稳定，,补偿,2,则对于任何反馈系数可以使系统稳定，称为,全补偿,主极点补偿电路,C,A,u,U,i,U,o,C,C,U,CC,V,1,V,2,R,C1,R,C2,R,E2,补偿电容,补偿电容,补偿电容的计算,设补偿后的主极点为,f,c,f,c,这种补偿方法的缺点,在于使系,统通频带降低,60,R,C,2),极零点补偿,主极点补偿是主极点下降太多，系统通频带降低太多。,极零点补偿,是,对主极点补偿的同时，增加一个零点，这个零点的值尽量等于第二极点的值,，如果相等，就相当于将第二个极点抵消了。,极零点补偿原理波特图表示,40dB/dec,20dB/dec,/(Hz),抵消第二个基点,抵消第二个极点后。,三个极点,的系统就变为,双极点,的系统，使系统稳定。,极零点补偿电路,U,CC,R,E,V,1,V,2,R,C1,R,C2,R,C,R,1,C,1,U,i,U,o,C,R,U,i,A,u,U,CC,R,C,C,1,V,1,V,2,R,C1,R,C2,R,E2,补偿等效电路,61,补偿电路参数的计算,R,C,R,1,C,1,U,i,图中补偿电容为,C,，补偿电阻为,R,，,C,1,、,R,1,为主极点回路等效电容和电阻。,适当地选择,C,，使,C,C,1,，则可得,U,o,可见补偿后的主导极点对应的转折频率为,新增的零点的转折频率为,只要使,f,z,等于第二个极点，就可以使三极点系统变为两极点系统，从而使系统稳定,极零点也将使主导极点下降，但比主导极点补偿下降得少，,也就是说在,通频带损失不太多的情况下可使系统稳定,。,62,2.,超前补偿,超前补偿的指导思想是在第二个极点回路里引入一个零点，抵消第二个极点，使系统的稳定性得以改善。这时系统的主极点频率不受影响，故系统的通频带将不发生变化。,补偿电路,R,C,C,i2,U,CC,V,1,V,2,R,C1,R,C2,R,E2,A,R,2,R,f,R,1,C,U,i,U,o,C,i2,C,R,U,o,R,i2,U,i,三极管放大电路,运算放大器放大电路,补偿等效电路,63,补偿电路参数计算,C,i2,C,R,U,o,R,i2,U,i,图示为三极管放大电路第二个极点回路等效电路，可得,当满足 ，上式可以简化为,可见，,A(s,),与频率无关，即,第二个极点被抵消了,对于运算放大器补偿电路,A,R,2,R,f,R,1,C,U,i,U,o,可以得到,可见，选择适合的,就可以抵消第二个极点,由于这种补偿是增加了一个零点，而,零点在相位上是超前,的，所以称为,超前补偿,。通常 ，使得零点转折频率小于极点转折频率，也就是说，零点在前，极点在后，故又称为,零极点补偿,。,64,