1、华中科技大学华中科技大学 张林张林2华中科技大学 张林电子技术电子技术基础模拟部分基础模拟部分1 1 绪论绪论2 2 运算放大器运算放大器3 3 二极管及其基本电路二极管及其基本电路4 4 场效应三极管及其放大电路场效应三极管及其放大电路5 5 双极结型三极管及其放大电路双极结型三极管及其放大电路6 6 频率响应频率响应7 7 模拟集成电路模拟集成电路8 8 反馈放大电路反馈放大电路9 9 功率放大电路功率放大电路10 10 信号处理与信号产生电路信号处理与信号产生电路11 11 直流稳压电源直流稳压电源华中科技大学 张林38 8 反馈放大反馈放大电路电路8.1 8.1 反馈的基本概念与分类反
2、馈的基本概念与分类8.2 8.2 负反馈放大电路增益的一般表达式负反馈放大电路增益的一般表达式8.3 8.3 负反馈对放大电路性能的影响负反馈对放大电路性能的影响8.4 8.4 深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈条件下的近似计算8.5 8.5 负反馈放大电路设计负反馈放大电路设计8.6 8.6 负反馈放大电路的稳定性负反馈放大电路的稳定性华中科技大学 张林48.1 反馈的基本概念与分类反馈的基本概念与分类8.1.1 什么是反馈什么是反馈8.1.2 直流反馈与交流反馈直流反馈与交流反馈8.1.3 正反馈与负反馈正反馈与负反馈8.1.4 串联反馈与并联反馈串联反馈与并联反馈8.1.5 电压反馈与
3、电流反馈电压反馈与电流反馈8.1.6 负反馈放大电路的四种组态负反馈放大电路的四种组态5华中科技大学 张林8.1.1 什么是反馈什么是反馈 Rb1 vi + Cb2 Rb2 Re Rc Cb1 vo + RL T i1 iB iC iE= iC+iB VCC b c e VB 图图射极偏置电路射极偏置电路 将电子系统输出回路的电量（电压或电流），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。送回到输入回路的过程。内部反馈内部反馈外部反馈外部反馈6华中科技大学 张林8.1.1 什么是反馈什么是反馈输出信号输出信号反馈放大电路反馈放大电路的输入信号的输入信号反馈信号反馈信号基本放大
4、电路的输入基本放大电路的输入信号（净输入信号）信号（净输入信号）框图框图7华中科技大学 张林8.1.1 什么是反馈什么是反馈vIvO+- -RLvIvO+- -RLR2R1反馈通路反馈通路信号反向传输的渠道信号反向传输的渠道开环开环 无反馈通路无反馈通路闭环闭环 有反馈通路有反馈通路反馈通路反馈通路（反馈网络）（反馈网络）信号的正向传输信号的正向传输8华中科技大学 张林8.1.1 什么是反馈什么是反馈判断电路是否存在反馈通路判断电路是否存在反馈通路反馈通路反馈通路（本级）（本级）反馈通路反馈通路（本级）（本级）反馈通路反馈通路（级间）（级间）9华中科技大学 张林8.1.1 什么是反馈什么是反馈
5、理论上电源线和地线不能作为反馈通路理论上电源线和地线不能作为反馈通路反馈通路反馈通路（级间）（级间）10华中科技大学 张林8.1.2 直流反馈与交流反馈直流反馈与交流反馈 根据反馈到输入端的信号是交流，还是直流，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。或同时存在，来进行判别。 vI vO - - + C R1 R2 交、直流反馈交、直流反馈交流反馈交流反馈11华中科技大学 张林8.1.2 直流反馈与交流反馈直流反馈与交流反馈直流反馈直流反馈交、直流反馈交、直流反馈12华中科技大学 张林8.1.3 正反馈与负反馈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。
6、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。负反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变小了。从输出端看从输出端看从输入端看从输入端看正反馈：引入反馈后，使净输入量变大了。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。负反馈：引入反馈后，使净输入量变小了。 + - - 净输入量净输入量 （压差）（压差） 净输入量净输入量 （压差）（压差） 净输入量净输入量 （压差）（压差） 净输入量可以是电压，也可以是电流。净输入量可以是电压，也可以是电流。13华中科技大学 张林8.1.3 正反馈与负反馈正反馈与负反馈判别方法：判别方法
7、：瞬时极性法瞬时极性法。即在电路中，从输入端开始，沿着。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（正斜率或负斜率，用“+”+”、“-”-”号表示）。号表示）。vIvO- -+RLR2R1(+)(+)(-)(-)(-)净输入量减小净输入量减小vIvO- -+RLR2R1(+)(+)(-)(-)净输入量增大净输入量增大负反馈负反馈正反馈正反馈反馈通路反馈通路反馈通路反馈通路14华中科技大学 张林vO- -+R4R5R3- -+vIR1R2(+)(+)(+)(+)(-)(-)8.1.3 正反馈与负反
8、馈正反馈与负反馈级间反馈通路级间反馈通路净输入量减小净输入量减小级间负反馈级间负反馈反馈通路反馈通路本级反馈通路本级反馈通路15华中科技大学 张林(+)(-)(+)(+)8.1.3 正反馈与负反馈正反馈与负反馈级间反馈通路级间反馈通路净输入量减小净输入量减小级间负反馈级间负反馈16华中科技大学 张林 Rb1 vi + Cb2 Rb2 Re Rc Cb1 vo + RL T VCC (+)(+)(+)8.1.3 正反馈与负反馈正反馈与负反馈反馈通路反馈通路净输入量减小净输入量减小本级负反馈本级负反馈17华中科技大学 张林8.1.4 串联反馈与并联反馈串联反馈与并联反馈由反馈网络在放大电路输入端的
9、连接方式判定由反馈网络在放大电路输入端的连接方式判定串联串联串联：串联：输入以电压形式求和输入以电压形式求和（KVL） -vi+vid+vf=0 即即 vid=vi- vf并联：并联：输入以电流形式求和输入以电流形式求和（KCL） ii-iid-if=0 即即 iid=ii-if并联并联18华中科技大学 张林8.1.4 串联反馈与并联反馈串联反馈与并联反馈并联：反馈量并联：反馈量xf和输入量和输入量xi接于同一输入端。接于同一输入端。串联：反馈量串联：反馈量xf和输入量和输入量xi接于不同的输入端。接于不同的输入端。 xf xi xf xi xf xi xf xi 由信号在输入端的连接方式判定
10、由信号在输入端的连接方式判定 xf xi xf xi 19华中科技大学 张林8.1.4 串联反馈与并联反馈串联反馈与并联反馈判断电路中的级间交流反馈是串联反馈还是并联反馈判断电路中的级间交流反馈是串联反馈还是并联反馈并联反馈并联反馈级间反馈通路级间反馈通路xf (if)20华中科技大学 张林8.1.4 串联反馈与并联反馈串联反馈与并联反馈串联反馈串联反馈级间反馈通路级间反馈通路xf (vf)判断电路中的级间交流反馈是串联反馈还是并联反馈判断电路中的级间交流反馈是串联反馈还是并联反馈21华中科技大学 张林8.1.4 串联反馈与并联反馈串联反馈与并联反馈信号源对反馈效果的影响信号源对反馈效果的影响
11、串联负反馈串联负反馈vid = vi -vf 则则vi最好为恒压源，即最好为恒压源，即信号源内阻信号源内阻Rs越小越好。越小越好。 要想反馈效果明显，就要想反馈效果明显，就要求要求vf变化能有效引起变化能有效引起vid的的变化。变化。22华中科技大学 张林8.1.4 串联反馈与并联反馈串联反馈与并联反馈信号源对反馈效果的影响信号源对反馈效果的影响并联负反馈并联负反馈iid = ii -if 则则ii最好为恒最好为恒流流源，即信源，即信号源内阻号源内阻Rs越大越好。越大越好。 要想反馈效果明显，就要想反馈效果明显，就要求要求if变化能有效引起变化能有效引起iid的的变化。变化。23华中科技大学
12、张林8.1.5 电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈 电压反馈与电流反馈由反馈网络在放大电路输出端的取样电压反馈与电流反馈由反馈网络在放大电路输出端的取样对象决定对象决定电压反馈：反馈信号电压反馈：反馈信号xf和输出电压成比例，即和输出电压成比例，即xf=Fvo并联结构并联结构串联结构串联结构电流反馈：反馈信号电流反馈：反馈信号xf与输出电流成比例，即与输出电流成比例，即xf=Fio 24华中科技大学 张林8.1.5 电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈电压负反馈电压负反馈RL vo o xf xid vo 电压负反馈稳定输出电压电压负反馈稳定输出电压xf=Fvo ， xid= xixf25华
13、中科技大学 张林8.1.5 电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈电流负反馈电流负反馈RL io o xf xid io 电流负反馈稳定输出电流电流负反馈稳定输出电流xf=Fio ， xid= xixf26华中科技大学 张林8.1.5 电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈判断方法：负载短路法判断方法：负载短路法 将将负载负载短路，反馈量仍然存在短路，反馈量仍然存在电流反馈。电流反馈。 将将负载负载短路（未接负载时输出对地短路），反馈量为零短路（未接负载时输出对地短路），反馈量为零电压反馈。电压反馈。电压反馈电压反馈电流反馈电流反馈反馈通路反馈通路反馈通路反馈通路27华中科技大学 张林8.1.5
14、电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈电压反馈电压反馈反馈通路反馈通路28华中科技大学 张林8.1.5 电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈 Rc Re RL rbe + - + - vo vf ib ib io Rc Re rbe + - vf ib ib io Rb1 vi + Cb2 Rb2 Re Rc Cb1 vo + RL T VCC vf + io 电流反馈电流反馈反馈通路反馈通路29华中科技大学 张林8.1.6 负反馈放大电路的四种组态负反馈放大电路的四种组态由此可组成四种组态：由此可组成四种组态：输入端：输入端：输出端：输出端：电压串联电压串联电压并联电压并联电流串联电流串联电流
15、并联电流并联四种组态四种组态反馈网络在放大电路输入端的连接分为反馈网络在放大电路输入端的连接分为串串联联和和并联并联两种方式。两种方式。反馈信号在输出端分为反馈信号在输出端分为电压取样电压取样和和电流取电流取样样两种方式。两种方式。30华中科技大学 张林8.1.6 负反馈放大电路的四种组态负反馈放大电路的四种组态1. 电压串联负反馈放大电路电压串联负反馈放大电路 输入以电压形式求和输入以电压形式求和（KVLKVL）： vidid= =vi i- - vf f 稳定输出电压稳定输出电压特点：特点： 电压控制的电压源电压控制的电压源（VCVSVCVS），电压，电压/电压转换电压转换31华中科技大学
16、 张林8.1.6 负反馈放大电路的四种组态负反馈放大电路的四种组态 输入以电流形式求和输入以电流形式求和（KCLKCL）： iidid= =ii i- -if f 稳定输出电压稳定输出电压 电流控制的电压源电流控制的电压源（CCVSCCVS），电流），电流/ /电压转换电压转换特点：特点：2. 电压并联负反馈放大电路电压并联负反馈放大电路32华中科技大学 张林8.1.6 负反馈放大电路的四种组态负反馈放大电路的四种组态 输入以电压形式求和输入以电压形式求和（KVLKVL）： vidid= =vi i- - vf f 稳定输出电流稳定输出电流 电压控制的电流源电压控制的电流源（VCCSVCCS）
17、，电压，电压/电流转换电流转换特点：特点：3. 电流串联负反馈放大电路电流串联负反馈放大电路33华中科技大学 张林8.1.6 负反馈放大电路的四种组态负反馈放大电路的四种组态 输入以电流形式求和输入以电流形式求和（KCLKCL）： iidid= =ii i- -if f 稳定输出电流稳定输出电流 电流控制的电流源电流控制的电流源（CCCSCCCS），电流，电流/电流转换电流转换特点：特点：4. 电流并联负反馈放大电路电流并联负反馈放大电路34华中科技大学 张林8.1.6 负反馈放大电路的四种组态负反馈放大电路的四种组态电压负反馈：电压负反馈：稳定输出电压，具有恒压特性稳定输出电压，具有恒压特性
18、串联反馈：串联反馈：输入端电压求和（输入端电压求和（KVLKVL）电流负反馈：电流负反馈：稳定输出电流，具有恒流特性稳定输出电流，具有恒流特性并联反馈：并联反馈：输入端电流求和（输入端电流求和（KCLKCL）不同组态的特点：不同组态的特点：35华中科技大学 张林8.1.6 负反馈放大电路的四种组态负反馈放大电路的四种组态反馈组态判断举例（交流）反馈组态判断举例（交流）(+)(-)(-)(-)级间电流并联负反馈级间电流并联负反馈36华中科技大学 张林8.1.6 负反馈放大电路的四种组态负反馈放大电路的四种组态(+)(+)(-)(-)电压并联负反馈电压并联负反馈反馈组态判断举例（交流）反馈组态判断
19、举例（交流）37华中科技大学 张林(+)(+)(-)(+)(+)(+)8.1.6 负反馈放大电路的四种组态负反馈放大电路的四种组态直流反馈直流反馈交、直流反馈交、直流反馈电流串联电流串联负反馈负反馈反馈组态判断举例（交流）反馈组态判断举例（交流）38华中科技大学 张林(+)(+)(-)(+)(+)8.1.6 负反馈放大电路的四种组态负反馈放大电路的四种组态电压串联电压串联负反馈负反馈反馈组态判断举例（交流）反馈组态判断举例（交流）39华中科技大学 张林8.2 负反馈放大电路增益的一般表达式负反馈放大电路增益的一般表达式 xo 基本放大基本放大 A 电路电路 xid 反馈网络反馈网络 F xf
20、+ xi 输输入入输输出出1. 信号的单向化传输信号的单向化传输信号的正向传输信号的正向传输信号的反向传输信号的反向传输信号在反馈网络信号在反馈网络中的正向传输中的正向传输信号在基本放大电信号在基本放大电路中的反向传输路中的反向传输正向传输：正向传输： 信号由输入到信号由输入到输出的传输输出的传输反向传输：反向传输： 信号由输出到信号由输出到输入的传输输入的传输40华中科技大学 张林8.2 负反馈放大电路增益的一般表达式负反馈放大电路增益的一般表达式 xo 基本放大基本放大 A 电路电路 xid 反馈网络反馈网络 F xf + xi 输输入入输输出出信号的正向传输信号的正向传输信号的反向传输信
21、号的反向传输正向传输：正向传输： 信号由输入到信号由输入到输出的传输输出的传输反向传输：反向传输： 信号由输出到信号由输出到输入的传输输入的传输1. 信号的单向化传输信号的单向化传输41华中科技大学 张林8.2 负反馈放大电路增益的一般表达式负反馈放大电路增益的一般表达式开环增益开环增益idoxxA ofxxF 反馈系数反馈系数iofxxA 闭环增益闭环增益因为因为fiidxxx 所以所以iofxxA fidoxxx FxAxxooo/ 已知已知AFA 1 xo 基本放大基本放大 A 电路电路 xid 反馈网络反馈网络 F xf + xi fidixxx 闭环增益的一般表达式闭环增益的一般表达
22、式即即AFAA 1f2. 闭环增益的一般表达式闭环增益的一般表达式42华中科技大学 张林iiiiAAiiAF1/iof 信 号 量 或信 号 量 或信号传递比信号传递比反馈组态反馈组态电压串联电压串联电流并联电流并联电压并联电压并联电流串联电流串联Av=vo/vidAi=io/iidF=xf/xoFv=vf/voFi=if/iovvvFAA 1Avf=vo/vi功能功能vi控制控制vo，电，电压放大压放大ii控制控制io，电，电流放大流放大xoxi、xf、xidAf=xo/xiAFA 1负反馈放大电路中各种信号量的含义负反馈放大电路中各种信号量的含义A=xo/xidvoiovi、vf、vidi
23、i、if、iidido/iArv ido/viAg of/viFg of/iFrv grrrFAAiA 1/iofvrgggFAAiA 1/iofvii控制控制vo，电流，电流转换为电压转换为电压vi控制控制io，电压，电压转换为电流转换为电流voiovi、vf、vidii、if、iid43华中科技大学 张林8.2 负反馈放大电路增益的一般表达式负反馈放大电路增益的一般表达式一般负反馈一般负反馈称为反馈深度称为反馈深度)1(FA 时，时， 11 )1( FA， fAA 时，时， 11 )2( FA深度负反馈深度负反馈正反馈正反馈时，时， 11 )3( FA， fAA 自激振荡自激振荡时，时，
24、01 )4( FA， f A 一般情况下，一般情况下，A和和F都是频率的函数，当考虑信号频率的影都是频率的函数，当考虑信号频率的影响时，响时，Af、A和和F分别用分别用 、 和和 表示。表示。 fAAF即即FAAA 1f3. 反馈深度讨论反馈深度讨论华中科技大学 张林448.3 负反馈对放大电路性能的影响负反馈对放大电路性能的影响8.3.1 提高增益的稳定性提高增益的稳定性8.3.2 减小非线性失真减小非线性失真8.3.3 抑制反馈环内噪声抑制反馈环内噪声8.3.4 对输入电阻和输出电阻的影响对输入电阻和输出电阻的影响8.3.5 扩展频带扩展频带45华中科技大学 张林8.3.1 提高增益的稳定
25、性提高增益的稳定性闭环时闭环时FAAA 1f对对A求导得求导得2f)1(1ddAFAA 只考虑幅值有只考虑幅值有AFAA 1fAAAFAAd11dff 即闭环增益相对变化量比开环减小了即闭环增益相对变化量比开环减小了1+AF另一方面另一方面,在深度负反馈条件下在深度负反馈条件下FA1f 即闭环增益只取决于反馈网络。当反馈网络由稳定的线性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。元件组成时，闭环增益将有很高的稳定性。负反馈的组态不同，稳定的增益不同（负反馈的组态不同，稳定的增益不同（Avf 、Arf 、Agf 、Aif）46华中科技大学 张林8.3.
26、2 减小非线性失真减小非线性失真 vo vi o 开环特性开环特性 闭环特性闭环特性 闭环时增益减小，线性度变好。闭环时增益减小，线性度变好。 只能减少环内放大电只能减少环内放大电路产生的失真，如果输入路产生的失真，如果输入波形本身就是失真的，即波形本身就是失真的，即使引入负反馈，也无济于使引入负反馈，也无济于事。事。 47华中科技大学 张林8.3.3 抑制反馈环内噪声抑制反馈环内噪声自学自学48华中科技大学 张林8.3.4 对输入电阻和输出电阻的影响对输入电阻和输出电阻的影响 串联负反馈串联负反馈1. 对输入电阻的影响对输入电阻的影响开环输入电阻开环输入电阻 Ri = vid/ii因为因为
27、vf = Fxo xo = Avid闭环输入电阻闭环输入电阻 Rif = vi/ii所以所以 vi = vid+vf = (1+AF ) vid闭环输入电阻闭环输入电阻 Rif= vi/iiiiid)1()1(RAFiAF v引入串联负反馈后，输入电阻增加了。引入串联负反馈后，输入电阻增加了。49华中科技大学 张林8.3.4 对输入电阻和输出电阻的影响对输入电阻和输出电阻的影响 并联负反馈并联负反馈闭环输入电阻闭环输入电阻AFRR 1iif 引入并联负反馈后，输引入并联负反馈后，输入电阻减小了。入电阻减小了。 注意注意: : 反馈对输入电阻的影响仅限于环内，对环外不产生反馈对输入电阻的影响仅限
28、于环内，对环外不产生影响。影响。1. 对输入电阻的影响对输入电阻的影响50华中科技大学 张林8.3.4 对输入电阻和输出电阻的影响对输入电阻和输出电阻的影响例如例如 vi ii if R1 iid RL Rf vo + + - - A vid + - - ifR Rif 并联负反馈电路并联负反馈电路 图中图中R1 1不在环内不在环内AFRR 1iif但是但是if1ifRRR 当当R1 时，反馈对时，反馈对Rif几乎没有影响。几乎没有影响。ifR 1. 对输入电阻的影响对输入电阻的影响51华中科技大学 张林8.3.4 对输入电阻和输出电阻的影响对输入电阻和输出电阻的影响 电压负反馈电压负反馈2.
29、 对输出电阻的影响对输出电阻的影响52华中科技大学 张林8.3.4 对输入电阻和输出电阻的影响对输入电阻和输出电阻的影响闭环输出电阻闭环输出电阻ttofiRv 而而 xid= - xf= - Fvt idoottxARi v忽略反馈网络对忽略反馈网络对it的分流的分流FARiRoottof1 vtoottvvFARi 所以所以 引入电压负反馈后，输引入电压负反馈后，输出电阻减小了。出电阻减小了。 电压负反馈电压负反馈2. 对输出电阻的影响对输出电阻的影响53华中科技大学 张林8.3.4 对输入电阻和输出电阻的影响对输入电阻和输出电阻的影响 电流负反馈电流负反馈闭环输出电阻闭环输出电阻ostto
30、f)1(RFAiR v 引入电流负反馈后，输引入电流负反馈后，输出电阻增大了。出电阻增大了。注意注意: : 反馈对输出电阻的影响仅限于环内，对环外不产生影响。反馈对输出电阻的影响仅限于环内，对环外不产生影响。2. 对输出电阻的影响对输出电阻的影响54华中科技大学 张林8.3.4 对输入电阻和输出电阻的影响对输入电阻和输出电阻的影响 负反馈对放大电路性能的改善，是以牺牲增负反馈对放大电路性能的改善，是以牺牲增益为代价的，且仅对环内的性能产生影响。益为代价的，且仅对环内的性能产生影响。串联负反馈串联负反馈 并联负反馈并联负反馈 电压负反馈电压负反馈 电流负反馈电流负反馈 特别注意表特别注意表8.3
31、.1的内容的内容增大输入电阻增大输入电阻减小输入电阻减小输入电阻减小输出电阻，稳定输出电压减小输出电阻，稳定输出电压增大输出电阻，稳定输出电流增大输出电阻，稳定输出电流55华中科技大学 张林8.3.5 扩展频带扩展频带1. 频率响应的一般表达式频率响应的一般表达式基本放大电路的高频响应基本放大电路的高频响应HMHj1ffAA 为基本放大电为基本放大电路通带增益路通带增益MA比开环时增加了比开环时增加了HfMfHHHfj11ffAFAAA 根据闭环增益表达式有根据闭环增益表达式有（设反馈网络为纯阻网络）（设反馈网络为纯阻网络）闭环通带增益闭环通带增益MfA其中其中同理可得同理可得闭环上限频率闭环
32、上限频率HMHf)1(fFAf 比开环时减小了比开环时减小了闭环下限频率闭环下限频率FAffMLLf1 f HLfHfffffBW 56华中科技大学 张林8.3.5 扩展频带扩展频带2. 不同负反馈深度下的频带不同负反馈深度下的频带57华中科技大学 张林8.3.5 扩展频带扩展频带放大电路的增益放大电路的增益- -带宽积为常数带宽积为常数 HHHff11AffAFAFAfA 闭环增益闭环增益- -带宽积带宽积开环增益开环增益- -带宽积带宽积3. 增益增益-带宽积带宽积58华中科技大学 张林8.4 深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈条件下的近似计算1. 深度负反馈的特点深度负反馈的特点即，深
33、度负反馈条件下，闭环增益只与反馈网络有关即，深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈网络有关 11 FA由于由于FAAA 1f则则FFAA1 又因为又因为iofXXA ofXXF 代入上式代入上式ifXX 得得（也常写为（也常写为 xf f xi i）0fiid XXX净输入量近似等于零净输入量近似等于零由此可得深度负反馈条件下，基本放大电路由此可得深度负反馈条件下，基本放大电路“两虚两虚”的概念的概念输入量近似等于反馈量输入量近似等于反馈量（xid id 0 ）59华中科技大学 张林8.4 深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈条件下的近似计算串联负反馈，输入端电压求和串联负反馈，输入端电压求和0i
34、idid riv深度负反馈条件下深度负反馈条件下 xidid= = xi i - - xf f 0 虚短虚短虚断虚断虚短虚短虚断虚断并联负反馈，输入端电流求和并联负反馈，输入端电流求和 vf vi + - vid iid vf vi + - vid iid vf vi + - iid vid if ii + - vid iid if ii + - vid iid if ii + - iid vid vidid= = vi i - - vf f 0iidid= = ii i - - if f 0vidid= = iidid ri i 01. 深度负反馈的特点深度负反馈的特点60华中科技大学 张林
35、8.4 深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈条件下的近似计算(1) (1) 找出信号放大通路和反馈通路找出信号放大通路和反馈通路(2) (2) 用瞬时极性法判断正、负反馈用瞬时极性法判断正、负反馈(3) (3) 判断交、直流反馈判断交、直流反馈(4) (4) 判断反馈组态判断反馈组态(5) (5) 标出输入量、输出量及反馈量标出输入量、输出量及反馈量(6) (6) 估算深度负反馈条件下电路的估算深度负反馈条件下电路的 F、Af 、Avf 。（常常利用虚短和虚断直接列表达式求解）（常常利用虚短和虚断直接列表达式求解）2. 分析负反馈放大电路的一般步骤分析负反馈放大电路的一般步骤61华中科技大学
36、张林8.4 深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈条件下的近似计算 电压串联负反馈电压串联负反馈反馈系数反馈系数ofvvv F 实际上该电路就是第实际上该电路就是第2 2章介绍的同相比例放大电路，此章介绍的同相比例放大电路，此处结果与第处结果与第2 2章所得结果相同章所得结果相同 - - + A vi R1 Rf RL vo vid + - - vf 设电路满足深度负反馈条件，试设电路满足深度负反馈条件，试写出该电路的闭环电压增益表达式。写出该电路的闭环电压增益表达式。 解：解： 根据根据虚短虚短、虚断虚断f11RRR 闭环增益闭环增益（就是闭环电压增益）（就是闭环电压增益）iofvvv AvF
37、1 1f1RR 3. 举例举例62华中科技大学 张林8.4 深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈条件下的近似计算 电压串联负反馈电压串联负反馈 设电路满足深度负反设电路满足深度负反馈条件，试写出该电路的馈条件，试写出该电路的闭环电压增益表达式。闭环电压增益表达式。 解：解： 根据根据虚短虚短、虚断虚断ofb2b2fvvRRR 闭环电压增益闭环电压增益iofvvv Ab2f1RR ifvv vivf3. 举例举例63华中科技大学 张林 电流并联负反馈电流并联负反馈 设电路满足深度负反馈条件，设电路满足深度负反馈条件，试写出该电路的闭环增益和闭环试写出该电路的闭环增益和闭环电压增益表达式。电压增益
38、表达式。 解：解： 根据根据虚短虚短、虚断虚断RRRffii- 闭环增益闭环增益iofii iA)1(fRR ifii 所以闭环电压增益所以闭环电压增益iofvvv A1iiRiv 0pn vvLooRiv 1Lf)1(RRRR 1iLoRiRi 注意：若注意：若io o参考方向不同，将影响闭环增益的结果参考方向不同，将影响闭环增益的结果 R1 Rf + R RL + - n p vi vo iiiidifioiRofRiii 又因为又因为 3. 举例举例64华中科技大学 张林 电流并联负反馈电流并联负反馈 设电路满足深度负反馈条件，设电路满足深度负反馈条件，试写出该电路的闭环增益和闭环试写出
39、该电路的闭环增益和闭环电压增益表达式。电压增益表达式。 解：解： 根据根据虚短虚短、虚断虚断RRRffii- 闭环增益闭环增益iofii iA)1(fRR ifii 所以闭环电压增益所以闭环电压增益iofvvv A1iiRiv 0pn vvLooRiv 1Lf)1(RRRR 1iLoRiRi 注意：若注意：若io o参考方向不同，将影响闭环增益的结果参考方向不同，将影响闭环增益的结果 ofRiii 又因为又因为 R1 Rf + R RL + - n p vi vo iiiidifioiR参考方向参考方向不同时不同时)1(fRR ofRiii LooR-iv 3. 举例举例65华中科技大学 张林
40、0V0Viiiidif解解: :闭环增益闭环增益fiofRiv rAifii 例例7.5.5 （3 3）求大环反馈的闭环增益以及对信号源的闭）求大环反馈的闭环增益以及对信号源的闭环电压增益；环电压增益； （3 3）电压并联负反馈）电压并联负反馈根据根据虚短虚短、虚断虚断ffoR-iv 66华中科技大学 张林解解: :闭环增益闭环增益fiofRiv rAifii （3 3）电压并联负反馈）电压并联负反馈根据根据虚短虚短、虚断虚断ffoR-iv vs+-将信号源变将信号源变为电压源为电压源所以闭环源电压增益所以闭环源电压增益sosfvvv AsisRiv 0be vfs1rAR sioRiv sf
41、RR 又因为又因为0V0Viiiidif 例例7.5.5 （3 3）求大环反馈的闭环增益以及对信号源的闭）求大环反馈的闭环增益以及对信号源的闭环电压增益；环电压增益；华中科技大学 张林678.5 负反馈放大电路设计负反馈放大电路设计8.5.1 设计负反馈放大电路的一般步骤设计负反馈放大电路的一般步骤8.5.2 设计举例设计举例68华中科技大学 张林8.5.1 设计负反馈放大电路的一般步骤设计负反馈放大电路的一般步骤1. 1. 选定需要的反馈类型选定需要的反馈类型2. 2. 确定反馈系数的大小确定反馈系数的大小3. 3. 适当选择反馈网络中的电阻阻值适当选择反馈网络中的电阻阻值4. 4. 通过仿
42、真分析，检验设计是否满足要求通过仿真分析，检验设计是否满足要求信号源性质信号源性质对输出信号的要求对输出信号的要求对输入、输出电阻的要求对输入、输出电阻的要求对信号变换的要求（对信号变换的要求（V-VV-V、V-IV-I、I-VI-V、I-II-I ）FA1f 深度负反馈时深度负反馈时尽量减小反馈网络对基本放大电路的负载效应尽量减小反馈网络对基本放大电路的负载效应69华中科技大学 张林8.5.2 设计举例设计举例例例7.6.2 设计一个带负反馈的光电隔离器的驱动电路。设设计一个带负反馈的光电隔离器的驱动电路。设vs的变化范围为的变化范围为05V，内阻，内阻Rs=500。要求。要求LED的的io
43、1=10-3vs(A)。已知运放的。已知运放的Avo=104，Ri=5k，Ro=100。设计后仿真检验发光二极管的电流。设计后仿真检验发光二极管的电流。 解解: :驱动电路需要将电压驱动电路需要将电压vs s转换为电流转换为电流io1o1已知已知LED的光强度的光强度流过流过LED的电流的电流io1线线性性电压信号电压信号vs线线性性选用电流串联负反馈电路选用电流串联负反馈电路光电隔离器光电隔离器70华中科技大学 张林解解: :例例7.6.2 设计一个驱动光电隔离器的放大电路。设设计一个驱动光电隔离器的放大电路。设vs的变化范围的变化范围为为05V，内阻，内阻Rs=500。要求。要求LED的的
44、io1=10-3vs(A)。已知运放的。已知运放的Avo=104，Ri=5k，Ro=100。设计后仿真检验发光二极管的电。设计后仿真检验发光二极管的电流。流。 选用电流串联负反馈电路选用电流串联负反馈电路 k110001gfsAFr所以所以 Rf=1k A/V103so1fs viAg又因为根据又因为根据虚断虚断有有FA1f 深度负反馈时深度负反馈时fo1fRiFr v71华中科技大学 张林例例7.6.2 设计一个驱动光电隔离器的放大电路。设设计一个驱动光电隔离器的放大电路。设vs的变化范围的变化范围为为05V，内阻，内阻Rs=500。要求。要求LED的的io1=10-3vs(A)。已知运放的
45、。已知运放的Avo=104，Ri=5k，Ro=100。设计后仿真检验发光二极管的电。设计后仿真检验发光二极管的电流。流。 解解: :仿真电路仿真电路io1与与vs的呈线性关系，的呈线性关系， io1=10-3vs，放大电路满足设计要求。放大电路满足设计要求。华中科技大学 张林728.6 负反馈放大电路的稳定性负反馈放大电路的稳定性8.6.1 自激振荡及稳定工作的条件自激振荡及稳定工作的条件8.6.2 频率补偿频率补偿73华中科技大学 张林8.6.1 自激振荡及稳定工作的条件自激振荡及稳定工作的条件1. 自激振荡现象自激振荡现象 在不加任何输入在不加任何输入信号的情况下，放大信号的情况下，放大电
46、路仍会产生一定频电路仍会产生一定频率的信号输出。率的信号输出。2. 产生原因产生原因 在高频区或低频区产生的在高频区或低频区产生的附加相移附加相移达到达到180 ，使，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。一定的幅值条件时，便产生自激振荡。FA和和74华中科技大学 张林8.6.1 自激振荡及稳定工作的条件自激振荡及稳定工作的条件3. 自激振荡条件自激振荡条件自激振荡自激振荡反馈深度反馈深度时，时， 01 FA即即1 FA为为环环路路增增益益）（ FAVf反馈网络反馈网络F基本放大电路基本放大电
47、路AVo1Vid又又)()()()(fa FAFA得自激振荡条件得自激振荡条件1)()(kk FA 180)12()()(kfkan 幅值条件幅值条件相位条件相位条件（附加相移）（附加相移）FAAA 1f闭环增益闭环增益注：负反馈放大电路是注：负反馈放大电路是否自激振荡实际上与输否自激振荡实际上与输入信号无关。入信号无关。75华中科技大学 张林8.6.1 自激振荡及稳定工作的条件自激振荡及稳定工作的条件4. 稳定工作条件稳定工作条件破坏自激振荡条件破坏自激振荡条件1 FA 180)12(fan 1 FA 180fa 或dB 10lg20m FAG 180)12(fan 0lg20 FA 180
48、mfa 当反馈网络为纯电阻网络时，当反馈网络为纯电阻网络时， f = 0 。其中其中 Gm幅值裕度幅值裕度，一般要求，一般要求Gm - -10dB m相位裕度相位裕度，一般要求，一般要求 m 45 （保证可靠稳定，（保证可靠稳定，留有余地）留有余地）写成等式，且幅值用分贝数表示时写成等式，且幅值用分贝数表示时76华中科技大学 张林8.6.1 自激振荡及稳定工作的条件自激振荡及稳定工作的条件用波特图表示用波特图表示或或Gm -10dB 或或 m 45 0lg20 FA 180mfa dB 10lg20m FAG 180)12(fan 4. 稳定工作条件稳定工作条件77华中科技大学 张林8.6.1
49、 自激振荡及稳定工作的条件自激振荡及稳定工作的条件5. 负反馈放大电路稳定性分析负反馈放大电路稳定性分析FAFA1lg20lg20lg20 环路增益的幅频响应写为环路增益的幅频响应写为一般一般与频率无关，与频率无关，F则则F1lg20的幅频响应是一条水平线的幅频响应是一条水平线利用波特图分析利用波特图分析关键作出关键作出A的幅频响应和相频响应波特图的幅频响应和相频响应波特图F1lg20水平线水平线Alg20 与与的交点为的交点为F1lg20Alg20 1 FA即该点满足即该点满足78华中科技大学 张林8.6.1 自激振荡及稳定工作的条件自激振荡及稳定工作的条件(2) 作作F1lg20水平线水平
50、线判断稳定性方法判断稳定性方法(1) 作出作出A的幅频响应和相频响应波特图的幅频响应和相频响应波特图F1lg20在水平线在水平线Alg20 与与的交点作垂线交相频响应曲线的一点的交点作垂线交相频响应曲线的一点(3) 判断两线交点对应的相位是否满足相位裕度（判断两线交点对应的相位是否满足相位裕度（ m 45 ）若该点若该点 135 a 满足相位裕度，稳定；否则不稳定。满足相位裕度，稳定；否则不稳定。在相频响应的在相频响应的点处作垂线交点处作垂线交 于于P点点 135 a Alg20 或若若P点在点在 水平线之下（水平线之下（ ），稳定；否则不稳定。），稳定；否则不稳定。F1lg201P FA5.
