第六章 反馈放大电路及其稳定性
电路中的反馈放大器与稳定性设计

电路中的反馈放大器与稳定性设计在电子领域中,反馈放大器是一种常见且重要的电路结构。
它通过反馈回路将一部分输出信号重新引入到输入端,以增强性能和稳定性。
本文将探讨反馈放大器的工作原理,并介绍如何设计稳定的反馈放大器。
反馈放大器的工作原理可以通过负反馈和正反馈两种方式实现。
负反馈放大器是最常见的类型,其基本原理是将部分输出信号反向输入端,与输入信号进行比较后产生误差信号,并通过放大器对误差信号进行放大,最终减小误差。
这种方式能够提高放大器的增益稳定性和线性度,同时也减小了非线性失真和噪声。
反馈放大器的稳定性设计是一项重要的工作。
稳定性问题主要来自于放大器的相位延迟特性。
当相位延迟引起的相移达到或超过180度时,反馈放大器将产生自激振荡,从而导致不稳定的输出。
为了解决这个问题,可以采用相位裕度的概念来评估系统的稳定性。
相位裕度是指系统相位差和相位移除180度之外的差距。
通常,要求相位裕度大于40度,以确保系统的稳定性。
为了设计稳定的反馈放大器,我们可以采取以下几个步骤。
首先,确定要设计的放大器的增益和带宽要求。
然后,选择适当的放大器类型和反馈结构。
负反馈结构通常用于增加增益稳定性和线性度。
接下来,确定放大器的开环增益和相位特性。
通过这些参数,可以计算放大器的相位裕度,并评估系统的稳定性。
为了进一步提高放大器的稳定性,我们可以采用一些补偿技术。
一种常见的补偿方法是引入补偿电路来改变放大器的相位和频率特性。
补偿电路可以通过增加补偿电容或者改变极点位置来调整系统的相位裕度。
另一种方法是使用阻抗匹配技术来减小反馈放大器的输出阻抗,提高系统的稳定性。
除了稳定性设计,反馈放大器还有其他一些常见的设计问题需要考虑。
例如,输入和输出阻抗匹配、噪声和失真控制等。
为了实现最佳性能,需要综合考虑这些因素,并进行合适的设计。
总结起来,反馈放大器是一种重要的电路结构,可以提高放大器的性能和稳定性。
稳定性设计是反馈放大器设计中的关键问题之一,通过选择合适的放大器类型和反馈结构,计算相位裕度并采用补偿技术,可以实现稳定的放大器设计。
电路中的反馈放大器与稳定性

电路中的反馈放大器与稳定性反馈放大器是现代电子电路中常见的一种电路结构,其使用反馈网络将一部分输出信号馈回输入端,从而达到放大器性能的稳定和改进的目的。
在电子系统设计中,反馈放大器的稳定性是一个至关重要的问题,对于放大器的性能和可靠性都有着重要的影响。
首先,让我们了解一下反馈放大器的基本原理。
反馈放大器通常由放大器本身和反馈网络两部分组成。
放大器负责放大输入信号,而反馈网络则将一部分输出信号馈回放大器的输入端。
通过适当的设计和调整反馈网络,可以改变放大器的增益、频率响应以及非线性失真等特性。
反馈放大器的稳定性是保证其正常工作的关键因素之一。
稳定性问题主要涉及放大器的振荡和震荡。
振荡指的是放大器在特定频率下产生不受控制的正反馈导致输出信号失真或者失去响应的现象。
而震荡则是放大器在特定频率范围内产生自激振荡的现象。
这些问题都会导致放大器无法正常工作,并且可能对整个电路系统产生不可预测的影响。
要提高反馈放大器的稳定性,一个常见的方法是通过相位裕度来确保系统的稳定性。
相位裕度是指放大器的相移和增益之间的余度。
当相位裕度足够大时,放大器系统将具有稳定的工作性能。
相位裕度可以通过适当选择反馈网络的参数来实现。
此外,频率补偿技术也是提高反馈放大器稳定性的一种重要手段。
频率补偿可以通过改变反馈网络或放大器本身的频率特性,从而增加放大器系统的相位裕度。
例如,使用补偿电容或者电感元件可以改变放大器的频率响应曲线,从而提高系统的稳定性。
除了相位裕度和频率补偿之外,还有一些其他的技术可以用于提高反馈放大器的稳定性。
例如,引入多级反馈、采用合适的放大器类型以及使用负补偿技术等。
这些技术都可以有效地改善放大器的稳定性,并且在实际应用中已经得到广泛地应用。
综上所述,反馈放大器的稳定性是保证电子系统正常工作的关键因素之一。
通过合理的设计和采用适当的稳定性改进技术,可以有效提高反馈放大器的稳定性,确保其在各种工作条件下的可靠性和性能。
6-4负反馈放大电路的稳定性分析及频率补偿

上节课内容摘要
1、负反馈对放大电路性能的影响
对增益的影响:稳定增益(或稳定输出) 对输入电阻的影响:串联负反馈使输入电阻增大;
并联负反馈使输入电阻减小 对输出电阻的影响:电压负反馈使输出电阻减小;
电流负反馈是输出电阻增大 对通频带的影响:展宽通频带 对非线性失真、噪声、温漂的影响:减小。
2020/12/14
Au
Uo Ui
1
j
f 104
105
1
j
f 106
1
j
f 107
(动画10附,加放相大移电路A。
在当高A频=-段1有80三时个,极即点
频1图0率中5代的fp表1、S中点fp频对2和电应fp压的3。放频 大率倍称数 为(临1界0频0d率B)fc。,
电路的性能。 3、熟练掌握负反馈对放大电路性能的影响。 4、了解负反馈放大电路产生自激的原因、判
别、稳定裕度及补偿方法。
n=0,1,2,3…
4、负反馈放大电路产生自激的原因
在其它频段,电路中的容抗将引起附加相移 。如果附加相移满足相位条件,负反馈变为 正反馈。如果幅度条件也满足要求,放大电 路产生自激。
2.自激的判断 有效地判断放大电路是否能自激的方法,是用波
特图。波特图的Y 轴坐标是20lgA,单位是分贝,X
轴是对数坐标,单位是赫兹。有一个放大电路的开 环放大倍数的频率特性方程式如下
Af
=
A 1 A F
将1 A F = 0 改写为 A F 1
又可写为 幅度条件 相位条件
| A F | 1 AF= A+ F=(2n+1)
n=0,1,2,3…
AF是放大电路和反馈电路的总附加相移,
在许多情况下反馈电路是由电阻构成的,所
6反馈放大电路及其稳定性

Rx
A Uo Io Uo RL 反馈网络 Fg
(b)
Ii R1
(3)电流串联负反馈
Ui
+
Ui' A
+
Io RL
放大倍数为
I o A g U i
Ii Ri
(a)
基本放大器 Ag Io Ag Ui' Ro
Ui' RS US Ui Uf
反馈网络的反馈 系数为
U Fr f Io
U X o o
将输出电流的一部分或全部引回到输入回路来影响净 输入量的为电流反馈,即
I X o o
(3)电压反馈和电流反馈
可采用短路法来判断: 将输出电压‘短路’, 若反馈信号为零,则为 电压反馈;若反馈信号 仍然存在,则为电流反 馈 (a)为电流反馈, (b)为电压反馈。
(a)
。
6.5
负反馈对放大电路性能的影响
稳定放大倍数
6.5.1
6.5.2
6.5.3
改变输入电阻和输出电阻
扩展通频带
6.5.4
6.5.5
减小非线性失真
负反馈的正确引入原则
6.5.1 提高放大倍数的稳定性
闭环放大倍数的一般表达式可表示为:
即:
A Af 1 AF
(1 AF ) d A AF d A dA d Af 2 2 (1 AF ) (1 AF ) 可得: d Af 1 dA Af 1 AF A
.
O
. . _. X' =X X . X ' 基本放大器
i i f i
A
.
XO
.
反馈环
. . . X = FX
模拟电子技术基础第六章课程教案授课题目第六章放大电路中的

模拟电子技术基础第六章课程教案
授课题目:第六章 放大电路中的反馈
课时安排
7学时
授课时间
教学目的和要求(分掌握、熟悉、了解三个层次):
1.掌握:(1)能够正确判断电路中是否引入了反馈以及反馈的性质,例如是直流反馈还是交流反馈,是正反馈还是负反馈;如为交流反馈,是哪种组态;并能够估算深度负反馈条件下的放大倍数。(2)负反馈四种组态对放大电路性能的影响,并能够根据需要在放大电路中引入合适的交流负反馈。
2.重点:反馈的概念、反馈性质的判断方法、深度负反馈条件下放大倍数的估算、引入负反馈的方法和负反馈放大电路稳定性的判断方法和消振方法。
3.难点:反馈概念的建立、反馈的判断、反馈网络的确定、稳定性判断。
讲课进程和时间分配:
3学时:反馈的基本概念及判断方法;负反馈放大电路的四种基本组态。
2学时:负反馈放大电路的方块图及一般表达式;深度负反馈放大电路放大倍数的分析。
2.重点:引入负反馈的方法和负反馈放大电路稳定性的判断方法和消振方法。
3.难点:负反馈放大电路稳定性判断。
讲课进程和时间分配:
1学时:稳定放大倍数;改变输入输出电阻:对输入电阻的影响,对输出电阻的影响;展宽频带;减小非线性失真;放大电路中引人负反馈的一般原则。
1学时:负反馈放大电路自激振荡产生的原因和条件:自激振荡产生的原因,自激振荡的平衡条件;负反馈放大电路稳定性的判断:判断方法,稳定裕度;负反馈放大电路自激振荡的消除方法:滞后补偿,超前补偿。
填表说明:每项页面大小可自行添减;
模拟电子技术基础第六章课程教案
授课题目:第六章 放大电路中的反馈
模电第六章放大电路中的反馈

(a)
(b)
图 2 例2电路图
解 图2是两个由分立元件组成的反馈放大电路。连接输入输
出回路的反馈元件是Rf。
在图2(a)中,假设加在V1管基极的输入信号 U i 在某一瞬 时极性为 + ,由于第一级是共射电路,输出电压与输入电压反相,
- 因此V1管集电极瞬时电位为 ,经第二级后V2管集电极瞬时电位
模电第六章放大电路中 的反馈
6.1 反馈的基本概念及判断方法
6.1.1 反馈的基本概念 一、 什么是反馈
将放大电路的输出量(电
压或电流)的一部分或全
部通过一定的方式回送到 通常将连接输入回路与输出回路的反馈元 放大电路的输入回路,并 件,称为反馈网络(Feedback Network); 对输入量(电压或电流) 把没有引入反馈的放大电路,称为基本放大
表6.3.1 四种组态负反馈放大电路的比较
6.3.3 负反馈放大电路的一般表达式
A
xo
x
' i
F xf xo
Af
xo xi
xi' xi xf
Af xxo i xi' xoxf xi' AAi'xF i' x1A AF1(A+mAFo称un为t o反f F馈ee深db度ack)
放大电路引入反馈后的放大倍数Af,与反馈深度有关。 (1)当 (1+AF) >1时,Af<A,即引入反馈后,放大倍数减小了, 说明放大电路引入的是负反馈; (1+AF) >>1时为深度负反馈, Af≈1/F,放大倍数仅决定于反馈网络,与基本放大电路无关。 (2)当(1+AF)<1时,Af>A,即引入反馈后,放大倍数比原来增大 了,说明放大电路引入的是正反馈; (3)当(1+AF)=0,即AF=-1时, Af→∞,说明放大电路在没有输 入信号时,也有输出信号,放大电路产生了自激振荡, 这种情况 应避免发生。
第六章放大电路中的反馈

6-22
电压负反馈的输出电阻
由以上分析可以看 出,负反馈能改善 和影响放大电路多 方面的性能,改善 与影响的程度均与 反馈深度 (1 Ao F ) 有 关。
图6-23
电流负反馈的输出电阻
22
6.5 正确引入负反馈的原则 负反馈能改善放大电路和的多方面性能。为了提高放 大电路某方面的性能,可按以下原则进行。 1.欲稳定直流量(如静态工作点),应引入直流负反馈。
.
Ui Ui U f
'
.
.
.
知,希望 U 恒定,即 RS 0 ,则 U f 的变化全部体现在 i
.
.
U i ' 上,其反馈效果显著,否则反馈作用无从体现。因此,对于串联负反
馈,信号源近似为恒压源处理。
二、电流串联负反馈
.
图6-9为电流串联负反馈组态的方块图。其中 Aiu 的含义为输出的电流 I o . (假设方向由上而下流经 RL )与静输入电压 U i' 的比值。 12
4
(a)负反馈 图6-3 正、负反馈
(b)正反馈
5
6.2
反馈放大电路的方块图及闭环放大倍数的 一般表达
一、定义:
图6-5 负反馈放大电路的方块图表示法
6
X 图中, 表示一般信号量,可能是电压,也可能是电流。 表示输入量, 表示输出量, 表示净输入量, 表 Xf Xo Xi X i' 示反馈量。 表示基本放大电路的传输系数,称开环增益,即不 A 考虑反馈作用时的增益, 定义为输出量 与净输入量 X i' Xo A 的比值。 定义为输出量 与总输入量 的比值。 表示反馈 Xi Xo F Af 网络的传输系数,称反馈系数,它定义为反馈量 与 Xf 反馈网络的输入量 的比值。
线性电子线路(戴蓓蒨)第六、七章答案

12
Vi1 Vi2
Rw
题 7.28
已知一个集成运放的低频增益为 ,以及它的三个转折频率分别为
,
,
,产生第一个转折频率的电路
的输出等效电阻
。若要求闭环增益
,并保证放大器能稳定工
作且有 的相位裕量,采用简单的电容补偿,则所需的最小补偿电容时多少?
若要求
,则电路稳定工作所需最小补偿电容时多少?
解: (1)
35
t/ms
-5V
8
vo / V
2.5 0-2.5源自51015
题 7.3
图 7.2(a)电路的输出电压的初始值 压波形。 解:根据 7.2 的结论,作图如下
vo / V
4.5
2
0
5
15
-0.5
t/ms
,画出图 b 输入波形时的输出电 t/ms
题 7.13
图为运放组成的绝对值运算电路,试分析工作原理,并画出
解: (b)如图,有
(c)如图,有
Vo
R3 R2
(Vi 2
Vi1 )
Vo
R2 R4 R1R3
Vi1
R4 R5
Vi 2
题 7.2
图(a)中运放电路的输入电压波形如图(b)所示,设 t=0 时的输出 路的输出电压波形,标出相关值。
0.1 F
100k
Vi
Vo
,试画该电
vi
5V
0
5
15
25
解: 电压并联负反馈 (1)根据例 6.4 的结论,有 解得 Rf 10.64k 。
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1.产生自激振荡的原因与条件 负反馈放大器将可能产生自激振荡 根本原因之一: 附加相移。
. , . X X =0 1 , x . X
xf
0
f
i
i
. A
基本放大器
.
. X
o
i
xo t
0
t
. F
反馈网络
t
当负反馈放大电路发生自激振荡时,必然有:
F 1 A
该式可以分别用模和相角表示为:
F 1 A
(1)电压串联负反馈
1
ui uid
+
VCC
A
uo2Leabharlann 1Rc2+
T1
F
RS
CF RE 2
+
T2
B11
RC
+
2
uS
B12
uf RE
+
uf
uo
3
RL
ui
放大倍数为
Ii
基本放大器 Au Io Ro Ui' Ri Au Ui' Uo RL
A u
U o U i
这种反馈网络 RS 的反馈系数是 U US f Fu U
. 20lg A
BW0.7
mf
(BW0.7)f
0
fLf
fL
fH
fHf
f
6.2.4抑制内部噪声与干扰
信噪比愈大,噪声对放大器的有害影响就愈小。
信噪比:放大器有用输出信号与噪声的相对比值。
6.2.5 对输入电阻和输出电阻的影响
1.负反馈对输入电阻的影响 (1)串联负反馈使输入电阻增大
. I
i
. I
o i
AF A F (2n 1)
,
(n 0,1,2,)
上面两个式子分别表示负反馈放大电路产生 自激振荡的幅度条件和相位条件。
20lg|A|/dB
.
100 80 60 40
-20dB
/十倍频
-40dB
/十倍频
-60 dB 20 0
/十倍频
0.01
0.1 0.2
1 2
5 10 5
(b)
放大倍数为
A i
反馈网络的反馈系数为
I o I i
I Fi f
I o
6.1.3 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
. X
i
. X' + . . . X = FX
i f O
基本放大电路
. A
.
. X
o
反馈网络
. F
反馈系数定义为:
6.1
反馈的基本概念与分类
反馈的基本概念 反馈的分类与判断 反馈放大电路的方框图表示 及其一般表达式
6.1.1 6.1.2 6.1.3
6.1.1
反馈的基本概念
Xi
.
Xf
反馈 :将放大电路 输出信号(输出电压或 电流 ) 的一部分或全 部,通过反馈网络(反 馈通路)回送到放大电 路输入端(或输入回路) 的一种工作方式。 反馈网络动画
6.2.3
Am
扩展通频带
假定无反馈时基本放大电路在高频段的放大倍数为:
A A 引入负反馈后: A f F F 1 A 1 A
f Am 1 j fH 1 Am F Amf Af Am f f 1 F 1 j 1 j f (1 Am F ) f H (1 Am F ) f H 1 j fH
iF RC ii iB1 T1 Rc2
E F
R E2 iE2 T2 iC2
2
VCC
+
+
RS uS ui
1
io uo RL
(a) VCC
Rc 2
1
+
(a)为电流反馈, (b)为电压反馈。
T1
F
RS uS ui
B12
CF RE2
+
T2
B11
RC
2
+
uo
RL
uf
RE
+
3
(4)串联反馈和并联反馈
根据反馈网络与基 本放大器输入端的连 接方式不同,可以分 为串联反馈和并联反 馈。
i
U 串联负反馈: U f i
并联负反馈 :
可利用上述特点来分析估算具有深度负反 馈的电路。
I I f i
6.3.2
深度负反馈放大电路的计算
在估算闭环电压放大倍数时,
(1) 判断负反馈的组态是串联负反馈还是并联负反
I 中的一个, U 、 I 馈,以便选择式 U f i f i
+
+
uid
+
2
uf
3
(a)
左边是正反馈,右边是负反馈。
1)当要求稳定放大电路的输出信号(输入信号不变)时,应 采用负反馈的方式。
2)引入正反馈可构成各种波形产生电路 。
-
A uo
+
ui
1
1
ui uid
A
uo
2
uf
(b)
(2)直流反馈和交流反馈
根据电路中反馈信 号本身的交、直流性 质,可以分为直流反 馈和交流反馈。 (a)图为直流反馈 (b)图为交流反馈
和 (2) 根据放大电路的实际情况,列出 U f
(或
I f
和
I i
)的表达式,
U i
(3)直接估算闭环电压放大倍数。
6.4
6.4.1
负反馈放大电路的稳定性分析
负反馈放大电路的自激振荡与稳 定工作条件分析 常用的频率补偿方法
6.4.2
6.4.1
负反馈放大电路的自激振荡与稳定工 作条件分析
f 1 j fH
Am
得:
f Hf 1 Am F f H
可得:
f Hf 1 Am F f H
对于只有单个下限截止频率的无反馈放大器,在引入 负反馈后可得: fL
f Lf
1 Am F
无反馈时的通频带为:
BW0.7 f H f L f H
o
Ui Uf
Rx Fu Uo Ry
反馈网络 Fu
(2)电压并联负反馈 R
F
If
Ui R2
+
放大倍数为
(a)
Ar
U o I i
基本放大器 Ar IS US RS Ii RS U i If Fg Uo Ry Ii' Ro Ri
' Ar Ii
+
Ii'
反馈网络的反馈系数 为 I f F g Uo
100
f/MHz
0.01 (0 ) -180
O O O O
0.1
1
10
100
f/MHz
(-90 ) -270 (-180 )-360
O
O
(-270 )-450
O
O
3.负反馈放大电路的稳定裕度
. 稳定裕度:放大器远离自激的程度。 . 20lg|AF|/dB 衡量指标:增益裕度、相位裕度
增益裕度Gm
0
Rx F r Io Ry
反馈网络 Fr
(b)
-
Uo
Uf
RF
Uo
RL
(4)电流并联负反馈
R1
. I
f i
RF US RS A
IS
Ii RS Ui
Ii'
基本放大器 Ai Io Ri Ai Ii' Ro
. I.' . I U
i i
+
RL
R2
.. I U
o
O
+
If Fi Io Ry
Uo
RL
R3
(a)
Rx
反馈网络 Fi
1 环放大倍数相对变化量的 倍。 1 AF
负反馈使闭环放大倍数的相对变化量减小为开
6.2.2 减小非线性失真
引入负反馈可以减小放大电路引起的非线性失真。
大
xi
A
(a)
xo
小
改善失真动画
小
xi +
xf 大
小
大
xi'
A
.
大
xo
小
F
(b)
负反馈只能减小放大电路本身引起的非线性失真。如果 放大器输入信号波形本身就已失真,这时,即使引入负 反馈也无济于事。
i
.
. I' . I
i
f
. I
o
Ri
. A . F
RL
. U
O
Ri Rif
. I
f
U U i Rif i = I I Ii I i f i
U Ri i F F I 1 A A i
2.负反馈对输出电阻的影响
(1)电压负反馈使输出电阻减小
.
O
. . _. X' =X X . X ' 基本放大器
i i f i
A
.
XO
.
反馈环
. . . X = FX
f
反馈网络
F
(a)
大
环
前
向
大
. X
i
输入
部分输入被抵消 反馈输出的一部分
. X
O
环 反
(b)
馈
6.1.2 反馈的分类与判断
1、 反馈的分类
(1)正反馈和负反馈 根据反馈极性的不同,可以分为正反馈和负 反馈。 判断电路中引入的是正反馈还是负反馈,常 采用瞬时极性法。