【模电】第八章.反馈放大电路(吐血整理版)

8.反馈放大电路

8.1 反馈的基本概念与分类

图8.1.1 反馈放大电路的组成框图

1. \(x_1\)是反馈放大电路的输入信号;
2. \(x_0\)是输出信号；
3. \(x_F\)是反馈信号;
4. \(x_{ID}\)是基本放大电路的净输入信号;

对于负反馈放大电路而言;

5. \(z_m\)是输入信号\(x_1\)与反馈信号\(x_F\)相减后的差值信号。
   以上这些信号可以是电压，也可以是电流，但\(x_1\)、\(x_ID\)和\(x_F\)肯定是同一种电量。

6. 反馈系数:
   $$F=\frac{x_F}{x_0}$$

List item

写在前面
当考虑信号频率的影响时，A、A_F和 F分别用 \dot{A}，\dot{A_F}和\dot{F}表示

一、各量的关系

• $\dot{X_o}$=$\dot{A}$ $\dot{X_{ID}}$         $\dot{A}$–>开环放大倍数

• $\dot{X_f}$=$\dot{F}$ $\dot{X_o}$          $\dot{F}$–>反馈系数

• 注意：输出量=输入量×放大环节

• $\dot{X_{ID}}$=$\dot{X_i}$-$\dot{X_F}$

二.闭环放大倍数

$$\dot{A_F}=\frac{\dot{X_o}}{\dot{X_i}}$$
$$\dot{A_F}=\frac{\dot{A}\dot{X_{ID}}}{\dot{X_{ID}}+\dot{F}\dot{A}\dot{X_{ID}}}$$
$$\dot{A_F}=\frac{\dot{A}}{1+\dot{F}\dot{A}}$$

三.环路放大系数

$$\dot{A}\dot{F}=\frac{\dot{X_F}}{\dot{X_{ID}}}$$

四.深度负反馈（A很大）

A很大时候
|1+ AF|

五.深度负反馈下的 \(\dot{A_F}\)

$$(\dot{A_F})=\frac{\dot{A}}{1+\dot{A}\dot{F}}=\frac{1}{\dot{F}}$$

在深度负反馈条件下，闭环增益几乎只取决于反馈系数。

8.1.2直流反馈和交流反馈

1. 直流反馈

    反馈信号是直流
   

2. 交流反馈

    反馈信号是交流
   

8.1.3正反馈和负反馈

1. 正反馈：

      是使净输人信号量比没有引人反馈时增加了

2. 负反馈：

    是使净输人信号量比没有引人反馈时减小了
 注意：没有严格意义上的增加和减小

3. 判断方法：

   瞬时极性法  

具体做法是：先假设输入信号 \(v_i\)在某一瞬时的极性为正（相对于共同端"地"而言），用（+）号标出，并设\(v_i\)的频率在放大电路的通带内（即中频区），然后沿着信号正向传输的路径，根据各种基本放大电路的输出信号与输入信号间的相位关系，从输人到输出逐级标出放大电路中各相关点电位的瞬时极性。或相关支路电流的舜时流向，再经过反馈通路，确定从输出回路到输人 回路的反馈信号的瞬时极性，最后判断反馈信号是削弱还是增强了净输入信号，如果是削弱，则为
负反馈，反之则为正反馈。

这里不容易看懂，移步郑益惠网课 31-反馈的判断方法。

8.1.4串联反馈和并联反馈

判断方法

反馈量和输入量是否在同一个端子上，；
在同一个端子上为并联反馈;反之

8.1.5电压反馈和电流反馈

一.从输出端判断电压负反馈和电流负反馈

1. 电压负反馈

反馈信号取自于电压（与电压成比例）

2. 电流负反馈

反馈信号取自于电流

3. 判断方法

把输出电压$u_0$置0，看看反馈信号是否存在，不存在则为电压负反馈（说明反馈信号和电压成比例），反着则为电流负反馈；
反馈网络直接与输出端相连必为电压反馈，不相连为电流反馈。

8.1.6负反馈放大电路的四种组态

1. 电压串联负反馈

• 串联反馈时，反馈网络的输出端口与基本放大电路的输入端口串联连接。
• 电压反馈时，反馈网络的输入端口与基本放大电路的输出端口并联连接。
• 电压串联负反馈放大电路是一个电压控制的电压源，可以实现电压-电压变换。

2. 电流串联负反馈

• 电流负反馈造就电流信号源； 电压型的信号变成电流源输出
• 以电流串联负反馈放大电路也可称为电压控制的电流源。可以实现电压-电流变换

3. 电压并联负反馈

• 电压并联负反馈放大电路是一个电流控制的电压源，可以实现电流-电压变换

4. 电流并联负反馈

• 电流控制的电流源，可以实现电流-电流变换

  • 四种组态表明了四种信号的转换方式，
  • 并联负反馈输入信号是电流型信号；
  • 串联负反馈输入信号是电压型信号；
  • 串并联表明叠加方式和叠加的量纲，电压电流表明反馈取自于谁和稳定谁

二.四种阻态电路的方框图

* 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

求电压放大倍数总结

• 1. 求反馈系数F
• 2. 反馈系数导致的对应的 $A_f$;
• 3. $\dot{A_F}=\frac{\dot{X_o}}{\dot{X_i}}$

8.1.7反馈的判断

一.反馈的存在与否

1. 结构上存在一个通路
2. 关系上净输入端存在一个反馈量影响输入量，是输出量的一个函数

注意：在输入端假设存在一个电源，能否沿着反馈电路在输入端有一个响应（叠加定理）；

二.反馈的极性

1. 净输入量，输入端

例：找输入端子

2. 判断流程（瞬时极性法）

• 输入端加瞬时正
  

注意：绝对不是说反馈回去的是正还是负，而是看对输入量的抑制还是加强；

3. 反馈信号和输入信号

• 在相异端子上极性

  • 相同—>负反馈
  • 相反—>正反馈

• 在相同端子上极性

• 相同—>正反馈

• 相反—>负反馈

4. 运算放大器虚短虚短的概念
   工作在线性区时：
   $$u_0=A_0((U_P-U_N))$$
   $R_{id}$----->无穷 虚断
   $u_p$ = $u_N$ 虚短
   $$((U_P-U_N))=u_0/A_0$$
   例子

三.交直流反馈的判断

1. 直接耦合放大电路只要存在直流反馈，则一定存在交流反馈
2. 直流电路–>支流反馈； 交流电路–>交流反馈；；

8.2 负反馈放大电路增益的一般表达式

见8.1.1

深度负反馈的实质与放大倍数的分析

一.分析步骤

• 1.判别组态，反馈网络

• 2.求反馈系数 $\dot{F}$

• 3.求深度反馈下的闭环反馈系数 $\dot{A_F}$=$\frac{1}{\dot{F}}$

• 4.求电压放大倍数 $\dot{A_{uuf}}$

二.各种组态分析

• 1.电压串联反馈网络
• 2.电流串联反馈网络

  

并联反馈网络下，输入反馈信号是电流信号，求电压放大倍数

做如下变化

也可以直接用虚短虚断做（深度负反馈条件下）

此处只举一例，详见 模拟电子技术基础 上交大 郑益慧主讲

例子

• 注意：把三极管的b端e端与运放的正反相输入端对应，深度负反馈下这两对均为虚短，b和e短路，

8.3负反馈对放大电路性能的影响

除了使闭环增益下降外

一.稳定放大倍数

引人负反馈后，闭环增益的相对变化量为开环增益相对变化量的$\frac{1}{1+AF}$

闭环增益的相对稳定度提高了，（1+AF）越大，即负反馈越深，$\frac{d{A}_f}{A_f}$，越小，闭环增益的稳定性越好
证明略

二.改变输入输出电阻

* 1.对输入电阻

• 串联：

引人串联负反馈后，输入电阻增加了。

闭环输人电阻是开环输人电阻的（1+AF)倍。
当引入电压串联负反馈时，$R_{if}$=（1+$A_v$$F_v$）$R_i$;。
当引人电流串联负反馈时，$R_{if}$=（1+$A_g$$F_r$）$R_i$。

• 并联

  引入并联负反馈后，输人电阻减小了。

  闭环输人电阻是开环输人电阻的1/（1+AF）倍。

引入电压并联负反馈时，闭环输入电阻

引人电流并联负反馈时，

* 2.对输出电阻

负反馈对输出电阻的影响取决于反馈网络输人端口在放大电路输出回路的取样方式，即是电压还是电流负反馈。
* 电压负反馈：
，引人电压负反馈后，输出电阻减小了。

闭环输出电阻是开环输出电阻的

当引入电压串联负反馈时

当引入电压并联负反馈时，

• 电流负反馈

  ，引入电流负反馈后，输出电阻增加

  。闭环输出电阻是开环输出电阻的
  。
  当引入电流串联负反馈时

  。当引入电流并联负反馈时 $R_{of}$=(1+$A_{is}$$F_i$)$R_0$
  

三.扩展带宽

，通带闭环增益是通带开环增益的，

闭环增益的上限频率增加到开环增益上限频率的

四.减小非线性失真

可以理解为:加入负反馈使原系统更加保真

8.4 深度负反馈条件下的近似计算

在深度负反馈条件下，均有v≈0（虚短）和 i≈0（虚断）同时存在

8.5 负反馈放大电路设计

选择反馈类型可参照下面的一些原则。

• 1. 当信号源为恒压源或内阻很小的电流源时----->引入串联负反馈。
     信号源为恒流源或内阻很大的电压源时------>选择并联负反馈
• 2. 要求放大电路输出稳定的电压信号时，------->选择电压负反馈
     要求输出稳定的电流信号时，-------------->选择电流负反馈。

• 3, 根据四种反馈放大电路的功能，选择合适的反馈组态

  • 要求电路接近理想的电压放大电路---->选择电压串联负反馈放大电路

8.6 负反馈放大电路的稳定性

一、自激振荡的原因

前面讨论的负反馈放大电路都是假定其工作在通带内（中频区），这时电路中各个电抗性元
件的影响均可忽略，在高频区或低频区，电路中各种电抗性元件的影响不能再被忽略。

A、F是频率的函数，它们的幅值和相位都会随频率而变化。

• 1.负反馈放大电路产生自激振荡的条件是环路增益(平衡的时候等于1；起振的时候大于1 )
  

它包括幅值条件和相位条件

稳定裕度

为使电路具有足够的稳定性，不仅要避免电路进入自激状态，还要使其远离 自激状态，即要
有一个稳定的裕量

二、8.6.2 频率朴偿

注：这一部分好像不考，这里只写部分结论；

发生在负反馈放大电路中的自激振荡是有害的，必须设法消除。最简单的方法是减小反馈
深度，如减小反馈系数F，但这又不利于改善放大电路的其他性能。

通常采用频率修正的方法，或称频率补偿法。

其指导思想是∶人为地将电路各个极点的间距拉开、特别是使
主极点和其他相近的极点的间距拉大，从而可以按预定目标改变柜频响应并有效地增加环盛增
益。

实施方法是在反馈环路内增加一些电抗性元件，从而改变环路增益 AF 的频率特性，破坏
自激振荡的条件