模电教学第四章负反馈放大电路.ppt

第四章 负反馈放大电路4.1 反馈的概念反馈的概念1.反馈反馈 将将电电子子系系统统输输出出回回路路的的电电量量（电电压压或或电电流流），送送回到输入回路的过程。回到输入回路的过程。hfeibicvceIbvbehrevcehiehoe内部反馈内部反馈外部反馈外部反馈4.1 反馈的概念反馈的概念1.反馈反馈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2.反馈放大电路的方框图反馈放大电路的方框图信号源信号源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）基本放大电路基本放大电路A反馈网络反馈网络F放大放大：迭加：迭加：信号关系：信号关系：A称为开环称为开环放大倍数放大倍数+反馈反馈：AF称为闭环放大倍数称为闭环放大倍数AF=Xo/Xi输出信号输出信号输入信号输入信号反馈信号反馈信号差值信号差值信号负反馈放大器负反馈放大器F称为反馈系数称为反馈系数设设Xf与与Xi同相同相二二.负反馈放大电路的方框图负反馈放大电路的方框图三、三、负反馈放大电路的一般表达式负反馈放大电路的一般表达式开开环环增增益益（考考虑虑反反馈馈网网络络的的负载效应）负载效应）反馈系数反馈系数闭环增益闭环增益因为因为所以所以已知已知即即闭闭环环增增益益的的一般表达式一般表达式又因为又因为所以所以对信号源的增益对信号源的增益三、三、负反馈放大电路的一般表达式负反馈放大电路的一般表达式 信号信号 在四种反馈阻态中的具体形式在四种反馈阻态中的具体形式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并联电流并联四四.关于反馈深度的讨关于反馈深度的讨论论一般负反馈一般负反馈称为反馈深度称为反馈深度深度负反馈深度负反馈正反馈正反馈自激振荡自激振荡4.2 反馈的分类与判别反馈的分类与判别1.电路中的反馈分类电路中的反馈分类（1）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。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。另一角度另一角度正反馈：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。判别方法：判别方法：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）。例例(+)(+)(-)(-)(-)净输入量净输入量(+)(+)(-)(-)净输入量净输入量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级间反馈通路级间反馈通路(+)(+)(+)(+)(-)(-)净输入量净输入量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（2）交流反馈与直流反馈）交流反馈与直流反馈 根根据据反反馈馈到到输输入入端端的的信信号号是是交交流流，还还是是直直流流，或或同同时时存在，来进行判别。存在，来进行判别。取决于反馈通路。取决于反馈通路。例例(+)(+)(+)(+)交、直流负反馈交、直流负反馈(+)交流正反馈交流正反馈（3）电压反馈与电流反馈）电压反馈与电流反馈反馈信号是由输出电压引起的，称为电压反馈；反馈信号是由输出电压引起的，称为电压反馈；反馈信号是由输出电流引起的，称为电流反馈。反馈信号是由输出电流引起的，称为电流反馈。（4）串联反馈与并联反馈串联反馈与并联反馈反反馈馈信信号号与与输输入入信信号号以以串串联联方方式式连连接接的的（电电压压相相加加减减），称为称为串联反馈串联反馈；反反馈馈信信号号与与输输入入信信号号以以并并联联方方式式连连接接的的（电电流流相相加加减减），称为称为并联反馈并联反馈。2、四种类型的反馈组态四种类型的反馈组态1）类型类型由此可组成四种阻态：由此可组成四种阻态：输入端：反馈信号在输入端的联接分为输入端：反馈信号在输入端的联接分为串联串联和和并联并联两种方式。两种方式。输出端：反馈信号在输出端分为取输出端：反馈信号在输出端分为取电压电压和取和取电流电流两种方式。两种方式。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并联电流并联2）四种阻态的判断方法四种阻态的判断方法并联：反馈量并联：反馈量输入量输入量接于同一输入端。接于同一输入端。接于不同的输入端。接于不同的输入端。串联：反馈量串联：反馈量输入量输入量电流：将电流：将负载负载短路，反馈量仍然存在。短路，反馈量仍然存在。电压：将电压：将负载负载短路，反馈量为零。短路，反馈量为零。一一.电压串联负反馈电压串联负反馈因为反馈电压：因为反馈电压：从输入端看，有：从输入端看，有：根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电压串联负电压串联负反馈反馈vd=vi-vF故为串联负反馈。故为串联负反馈。用用“瞬时极性法瞬时极性法”判断反馈极性：判断反馈极性：假设某一瞬时，在放大电路的输入端加入一个正极性的输入信假设某一瞬时，在放大电路的输入端加入一个正极性的输入信号，按信号传输方向依次判断相关点的瞬时极性，直至判断出反号，按信号传输方向依次判断相关点的瞬时极性，直至判断出反馈信号的瞬时极性。如果反馈信号的瞬时极性使净输入减小，则馈信号的瞬时极性。如果反馈信号的瞬时极性使净输入减小，则为负反馈；反之为正反馈。为负反馈；反之为正反馈。反馈量与输出电压成比例，反馈量与输出电压成比例，所以是电压反馈。所以是电压反馈。分立电路电压串联负反馈分立电路电压串联负反馈RL vO vF vd(vbe)vO 电压负反馈的特性电压负反馈的特性稳定输出电压稳定输出电压稳定过程：稳定过程：负载变化时，负载变化时，输出电压稳定输出电压稳定输出电阻输出电阻二二.电压并联负反馈电压并联负反馈 因为反馈电流：因为反馈电流：根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电压串联负电压串联负反馈反馈id=ii-iF从输入端看有：从输入端看有：反馈量与输出电压成比例，反馈量与输出电压成比例，所以是电压反馈。所以是电压反馈。故为并联负反馈。故为并联负反馈。分立电路电压并联负反馈分立电路电压并联负反馈+UCCRCC2C1Rfuiuoibifii反馈量与输出电压成比例，反馈量与输出电压成比例，所以是电压反馈。所以是电压反馈。根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电压串联负电压串联负反馈反馈id=ii-iF在输入端有在输入端有故为并联负反馈。故为并联负反馈。因为反馈电流：因为反馈电流：三三.电流并联负反馈电流并联负反馈 因为反馈电流：因为反馈电流：根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电流串联负电流串联负反馈反馈又因为又因为在输入端有在输入端有:id=iI-iF反馈量与输出电流成比例，反馈量与输出电流成比例，所以是电流反馈。所以是电流反馈。故为并联负反馈。故为并联负反馈。分立电路组成的电流并联负反馈分立电路组成的电流并联负反馈引入电流负反馈的目的引入电流负反馈的目的稳定输出电流稳定输出电流稳定过程：稳定过程：负载变化时，负载变化时，输出电流稳定输出电流稳定输出电阻输出电阻RL iO iF id iO 四四.电流串联负反馈电流串联负反馈 因为反馈电压：因为反馈电压：Uf=ioRf根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电流串联负电流串联负反馈反馈vd=vi-vF又因为又因为在输入端有在输入端有反馈量与输出电流成比例，反馈量与输出电流成比例，所以是电流反馈。所以是电流反馈。故为串联负反馈。故为串联负反馈。分立电路组成的电流串联负反馈分立电路组成的电流串联负反馈IO vF vd IO 引入电流负反馈的目的引入电流负反馈的目的稳定输出电流稳定输出电流稳定过程：稳定过程：负载变化时，负载变化时，输出电流稳定输出电流稳定输出电阻输出电阻RL 反馈类型及判别方法总结1.1.直流反馈与交流反馈直流反馈与交流反馈注意电容的注意电容的“隔直通交隔直通交”作用作用 例题例题1:试判断下图电路中有哪些反馈支路，各是直流反试判断下图电路中有哪些反馈支路，各是直流反馈还是交流反馈？馈还是交流反馈？2.2.反馈极性：正反馈与负反馈反馈极性：正反馈与负反馈判定方法判定方法“瞬时极性法瞬时极性法”例题例题2:试判断下列电路中反馈支路的反馈极性。试判断下列电路中反馈支路的反馈极性。对于串联反馈：对于串联反馈：输入量与反馈量作用在不同的两点上，若瞬时极性输入量与反馈量作用在不同的两点上，若瞬时极性相同为负反馈，瞬时极性相反为正反馈。相同为负反馈，瞬时极性相反为正反馈。对于并联反馈：对于并联反馈：输入量与反馈量作用在同一点上，若反馈元件两端输入量与反馈量作用在同一点上，若反馈元件两端瞬时极性相反为负反馈，瞬时极性相同为正反馈。瞬时极性相反为负反馈，瞬时极性相同为正反馈。动画演示动画演示3.取样方式取样方式电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈 假设输出端交流短路（假设输出端交流短路（RL=0），即），即UO=0，若，若反馈信号消失了，则为电压反馈；若反馈信号仍反馈信号消失了，则为电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为电流反馈。然存在，则为电流反馈。电压反馈：反馈信号的大小与输出电压成比电压反馈：反馈信号的大小与输出电压成比 例。例。判断方法判断方法输出短路法：输出短路法：电流反馈：反馈信号的大小与输出电流成比电流反馈：反馈信号的大小与输出电流成比 例。例。例题例题3:试判断下列电路中引入的反馈是电试判断下列电路中引入的反馈是电压反馈还是电流反馈。压反馈还是电流反馈。4.比较方式比较方式串联反馈和并联反馈串联反馈和并联反馈串联反馈：串联反馈：反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的两个电极。有：的两个电极。有：此时反馈信号与输入信号是电流相加减的关系。此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。对于运算放大器来说，反馈信号与输入信号同时加对于运算放大器来说，反馈信号与输入信号同时加在同相输入端或反相输入端，则为并联反馈；一个加在在同相输入端或反相输入端，则为并联反馈；一个加在同相输入端一个加在反相输入端则为串联反馈。同相输入端一个加在反相输入端则为串联反馈。对于三极管来说，反馈信号与输入信号同时加在三极对于三极管来说，反馈信号与输入信号同时加在三极管的基极或发射极，则为并联反馈；一个加在基极一个加管的基极或发射极，则为并联反馈；一个加在基极一个加在发射极则为串联反馈。在发射极则为串联反馈。并联反馈：并联反馈：反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的同一个电极。有：的同一个电极。有：vd=vi-vFid=iI-iF例题例题4:试判断下列电路中引入的反馈是串试判断下列电路中引入的反馈是串联反馈还是并联反馈。联反馈还是并联反馈。4.3 负反馈对放大电路的影响负反馈对放大电路的影响 提高放大倍数的稳定性提高放大倍数的稳定性 减少非线性失真减少非线性失真 扩展通频带扩展通频带 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1、提高增益的稳定性提高增益的稳定性闭环时闭环时则则只考虑幅值有只考虑幅值有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倍倍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 即即闭闭环环增增益益只只取取决决于于反反馈馈网网络络。当当反反馈馈网网络络由由稳稳定定的的线性元件组成时，闭环增益将有很高的稳定性。线性元件组成时，闭环增益将有很高的稳定性。开环幅频响应开环幅频响应2、扩展通频带扩展通频带上限频率扩展上限频率扩展1+AF倍倍下限频率降低下限频率降低1+AF倍倍闭环幅频响应闭环幅频响应3、减少非线性失真减少非线性失真 闭环时增益减小，线性度变好。闭环时增益减小，线性度变好。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 增大输入电阻增大输入电阻并联负反馈并联负反馈 减小输入电阻减小输入电阻电压负反馈电压负反馈 减小输出电阻，稳定输出电压减小输出电阻，稳定输出电压电流负反馈电流负反馈 增大输出电阻，稳定输出电流增大输出电阻，稳定输出电流为改善性能引入负反馈的一般原则为改善性能引入负反馈的一般原则 要稳定直流量要稳定直流量引直流负反馈引直流负反馈 要稳定交流量要稳定交流量引交流负反馈引交流负反馈 要稳定输出电压要稳定输出电压 引电压负反馈引电压负反馈 要稳定输出电流要稳定输出电流 引电流负反馈引电流负反馈 要增大输入电阻要增大输入电阻 引串联负反馈引串联负反馈 要减小输入电阻要减小输入电阻 引并联负反馈引并联负反馈4.4 深度负反馈对放大倍数的影响深度负反馈对放大倍数的影响 深度负反馈的特点深度负反馈的特点 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4.4.1 深度负反馈的特点深度负反馈的特点 深度负反馈的特点深度负反馈的特点虚断和虚短虚断和虚短即，深度负反馈条件下，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由于由于则则又因为又因为代入上式代入上式得得输入量近似等于反馈量输入量近似等于反馈量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4.4.1 深度负反馈的特点深度负反馈的特点串联负反馈，输入端电压求和。串联负反馈，输入端电压求和。深度负反馈条件下深度负反馈条件下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。4.4.2 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各种反馈阻态的近似计算各种反馈阻态的近似计算（1）电压串联负反馈）电压串联负反馈 利利用用虚虚短短和和虚虚断断的概念得知的概念得知则反馈系数为则反馈系数为闭环电压增益闭环电压增益4.4.2 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）电压串联负反馈）电压串联负反馈*闭环输入电阻闭环输入电阻当当负负载载开开路路，且且忽忽略略反反馈网络的负载效应时馈网络的负载效应时比无反馈时增加了比无反馈时增加了Rif4.4.2 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）电压串联负反馈）电压串联负反馈*闭环输出电阻闭环输出电阻比无反馈时减小了比无反馈时减小了Rof4.4.2 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（2）电流并联负反馈）电流并联负反馈利用利用虚短虚短和和虚断虚断可知可知反馈系数为反馈系数为闭环增益闭环增益闭环电压增益闭环电压增益则则4.4.2 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（3）电压并联负反馈）电压并联负反馈则反馈系数为则反馈系数为闭环增益闭环增益闭环电压增益闭环电压增益利用利用虚短虚短和和虚断虚断可知可知4.4.2 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（4）电流串联负反馈）电流串联负反馈则反馈系数为则反馈系数为闭环增益闭环增益闭环电压增益闭环电压增益利用利用虚短虚短和和虚断虚断可知可知例例电电路路如如图图所所示示，近近似似计计算算它它的的电电压增益。压增益。闭环增益闭环增益闭环电压增益闭环电压增益解：解：忽忽略略基基极极直直流流偏偏置置电电路路后后的的交交流流通路如下图所示。通路如下图所示。电路为电路为电流串联负反馈电流串联负反馈则反馈系数为则反馈系数为注：电路必须满足深度负反馈条件才有此结论注：电路必须满足深度负反馈条件才有此结论注：电路必须满足深度负反馈条件才有此结论注：电路必须满足深度负反馈条件才有此结论 在在深深度度负负反反馈馈条条件件下下，利利用用虚虚短短和和虚断虚断可知可知