模电放大电路中的反馈.pptx

2023/2/15 净输入量净输入量uD=uP uN，反馈信号使，反馈信号使净输入量减小，引入的是负反馈。输出净输入量减小，引入的是负反馈。输出量部分反馈。量部分反馈。净输入量净输入量uD=uP uN，反馈信号使，反馈信号使净输入量增大，引入的是正反馈。净输入量增大，引入的是正反馈。净输入量净输入量iN=iI iF，反馈信号使净，反馈信号使净输入量减小，引入的是负反馈。输入量减小，引入的是负反馈。第1页/共46页2023/2/152、直流反馈与交流反馈 净输入量净输入量uD=uP uN，反馈信号使，反馈信号使净输入量减小，引入的是负反馈。输出净输入量减小，引入的是负反馈。输出量全部反馈。量全部反馈。净输入量净输入量uBE=uI uF，反馈信号使，反馈信号使净输入量减小，引入的是负反馈。净输入量减小，引入的是负反馈。通过反馈是存在于放大电路的通过反馈是存在于放大电路的直流通路直流通路之中还是之中还是交流通路交流通路之之中，来判断电路引入的是中，来判断电路引入的是直流直流反馈还是反馈还是交流交流反馈。反馈。第2页/共46页2023/2/15引入直流反馈，没有交流反馈。引入直流反馈，没有交流反馈。引入交流反馈，没有直流反馈。引入交流反馈，没有直流反馈。引入负反馈，既有直流引入负反馈，既有直流反馈，又有交流反馈。反馈，又有交流反馈。第3页/共46页2023/2/153、电压反馈与电流反馈按按取样取样方式划分，反馈可分为方式划分，反馈可分为电压反馈电压反馈和和电流反馈电流反馈。（1）电压反馈：对交流信号而言，若反馈网络、负载在）电压反馈：对交流信号而言，若反馈网络、负载在取样取样端是端是并联连接并联连接，则称为并联取样。由于在这种取样方式下，则称为并联取样。由于在这种取样方式下，Xf正比于输出电压，正比于输出电压，所以又称为电压反馈。所以又称为电压反馈。（2）电流反馈：对交流信号而言，若反馈网络、负载在）电流反馈：对交流信号而言，若反馈网络、负载在取样取样端是端是串联连接串联连接，则称为串联取样。由于在这种取样方式下，则称为串联取样。由于在这种取样方式下，Xf正比于输出电流，正比于输出电流，所以又称为电流反馈。所以又称为电流反馈。第4页/共46页2023/2/15 R3、R6反馈回路构成的是反馈回路构成的是电压反馈，电压反馈，R5构成的是电流反构成的是电流反馈。馈。判定方法2按电路结构判定。在交流通路中，若放大电路的输出端和反馈网络的取样端处在同一个放大器件的同一电极上，则为电压反馈，否则为电流反馈。（3）电压反馈与电流反馈的判定）电压反馈与电流反馈的判定 判定方法判定方法1输出短路法输出短路法。假设基本放大电路的输出电压。假设基本放大电路的输出电压 ，若其反馈信号消失，则为电压反馈，否则为电流反馈。，若其反馈信号消失，则为电压反馈，否则为电流反馈。第5页/共46页2023/2/154、串联反馈与并联反馈 按比较方式划分，可以分为按比较方式划分，可以分为串联反馈串联反馈和和并联反馈并联反馈。（1）串联反馈：对交流信号而言，信号源、基本放大电路、反）串联反馈：对交流信号而言，信号源、基本放大电路、反馈网络在比较端是馈网络在比较端是串联连接串联连接，则为串联反馈，反馈信号和输入信，则为串联反馈，反馈信号和输入信号以号以电压电压的形式进行叠加，产生净输入量，的形式进行叠加，产生净输入量，。（2）并联反馈：对交流信号而言，信号源、基本放大电路、反）并联反馈：对交流信号而言，信号源、基本放大电路、反馈网络在比较端是馈网络在比较端是并联连接并联连接，则为并联反馈，反馈信号和输入信，则为并联反馈，反馈信号和输入信号以号以电流电流的形式进行叠加，产生净输入量，的形式进行叠加，产生净输入量，。第6页/共46页2023/2/155、负反馈的四种组态对于交流分量而言，若对于交流分量而言，若信号的输入端和反馈网络的比较端接于同信号的输入端和反馈网络的比较端接于同一点一点，则为并联反馈，否则为串联反馈。，则为并联反馈，否则为串联反馈。R3、R6反馈回路构成的反馈回路构成的是串联电压负反馈，是串联电压负反馈，R5构成构成的是串联电流负反馈。的是串联电流负反馈。交流负反馈有四种组态：交流负反馈有四种组态：电压串联、电压并联、电流串联和电压串联、电压并联、电流串联和电流并联电流并联。（正反馈也是这四种组态）。（正反馈也是这四种组态）（3）串联反馈和并联反馈的判定方法第7页/共46页2023/2/15例题：判断电路中引入的是哪种组态的交流负反馈。判断电路中引入的是哪种组态的交流负反馈。第8页/共46页2023/2/15第9页/共46页2023/2/156.2 负反馈放大电路的四种基本组态6.3 负反馈放大电路的方块图及一般表达式一、负反馈放大电路的方块图表示法近似分析时近似分析时,认为方块图中的信号是认为方块图中的信号是单向流通单向流通的的.第10页/共46页2023/2/15二、负反馈放大电路的四种基本组态1、电压串联负反馈2、电流串联负反馈第11页/共46页2023/2/153、电压并联负反馈第12页/共46页2023/2/154、电流并联负反馈6.4 深度负反馈放大电路放大倍数的分析一、深度负反馈的实质第13页/共46页2023/2/15讨论：讨论：若若1+AF1时，时，Af 1，可认为引入，可认为引入深度负反馈深度负反馈 ，放大放大倍数几乎仅仅决定于反馈网络倍数几乎仅仅决定于反馈网络。用集成运放组成的负反馈放大电路，。用集成运放组成的负反馈放大电路，都是都是深度负反馈。深度负反馈。若若1+AFA，引入，引入正反馈（正反馈（A、F 异号异号）；若若1+AF=0，Af，引起放大器产生，引起放大器产生自激振荡自激振荡。中频时：中频时：深度负反馈的实质：深度负反馈的实质：深度负反馈的实质是净输入量近似等于零，深度负反馈的实质是净输入量近似等于零，在近似分析时在近似分析时忽略净输入量。但不同组态，忽略的净输入量不同。忽略净输入量。但不同组态，忽略的净输入量不同。第14页/共46页2023/2/15u0=Aod(uP uN)，由于，由于u0为有限值，而理想运放为有限值，而理想运放Aod=，所以所以uP uN=0，即，即uP=uN，称为，称为虚短虚短；理想运放的虚短与虚断:当理想运放工作在线性区时:因为净输入电压为零，而理想运放的输入电阻为无穷大，所以两个输入电流为零，即iP=iN=0，称为虚断。补充iPiN线性虚断，虚短负反馈第15页/共46页2023/2/15二、深度负反馈放大电路的计算1、电压串联负反馈 电路引入电压串联负反馈后，一旦电路引入电压串联负反馈后，一旦R1和和R2的取值确定，的取值确定，u0就就仅仅取决于仅仅取决于ui，而与负载电阻，而与负载电阻RL无关，所以无关，所以电压反馈可以稳定电压反馈可以稳定输出电压输出电压。虚断虚短第16页/共46页2023/2/152、电流串联负反馈 电路引入电流串联负反馈后，一旦电路引入电流串联负反馈后，一旦R的取值确定，的取值确定，i0就仅仅就仅仅取决于取决于ui。在负载电阻。在负载电阻RL变化时，变化时，i0基本保持不变，所以基本保持不变，所以电流电流反馈可以稳定输出电流反馈可以稳定输出电流。虚断虚短虚短第17页/共46页2023/2/153、电压并联负反馈 实际上，实际上，并联并联负反负反馈的输入量通常不是馈的输入量通常不是理想的恒流信号。绝大多数情理想的恒流信号。绝大多数情况下，有内阻，可将信号源变况下，有内阻，可将信号源变换成有内阻的电压源。由于并换成有内阻的电压源。由于并联反馈使输入电阻联反馈使输入电阻Rif变小，在深度负反馈时可近似认为变小，在深度负反馈时可近似认为Rif 0，几乎全部降落在内阻上，即几乎全部降落在内阻上，即 。虚断虚断虚短第18页/共46页2023/2/154、电流并联负反馈 放大电路中应引入电压负反馈还是电流负反馈，取决于负载放大电路中应引入电压负反馈还是电流负反馈，取决于负载欲得到欲得到稳定电压稳定电压还是还是稳定电流稳定电流；放大电路中应引入串联负反馈还；放大电路中应引入串联负反馈还是并联负反馈，取决于输入信号源是是并联负反馈，取决于输入信号源是恒压源（或近似恒压源）恒压源（或近似恒压源）还还是是恒流源（或近似恒流源）恒流源（或近似恒流源）。求解求解深度负反馈深度负反馈放大电路的一般步骤放大电路的一般步骤：正确判断反馈组态；正确判断反馈组态；求解反馈系数；求解反馈系数；利用利用 求解求解 、（或（或 ）。）。第19页/共46页2023/2/15例题1：在图示电路中，已知在图示电路中，已知R1=10k，R2=100k ，R3=2k ，RL=5k 。求解在深度负反馈条件下的。求解在深度负反馈条件下的 。解：电路中引入了电流串联负解：电路中引入了电流串联负反馈，反馈，R1、R2和和R3组成反馈网组成反馈网络。络。虚短虚断第20页/共46页2023/2/15例题2：在图示电路中，已知在图示电路中，已知R2=10k，R4=100k 。求解在深。求解在深度负反馈条件下的度负反馈条件下的 。解：电路中引入了电压解：电路中引入了电压串联负反馈，串联负反馈，R2和和R4组组成反馈网络。成反馈网络。虚断虚短第21页/共46页2023/2/15例题3：图示电路中（图示电路中（1）判断电路中引入了哪种组态的交流负反）判断电路中引入了哪种组态的交流负反馈；（馈；（2）求出在深度负反馈条件下的）求出在深度负反馈条件下的 和和 。解：（解：（1）电路引入了电压）电路引入了电压串联负反馈。串联负反馈。Rf和和Re1组成组成反馈网络。反馈网络。（2）第22页/共46页2023/2/15例题4：图示电路中（图示电路中（1）判断电路中引入了哪种组态的交流负反）判断电路中引入了哪种组态的交流负反馈；（馈；（2）求出在深度负反馈条件下的）求出在深度负反馈条件下的 和和 。解：（解：（1）电路引入了电流）电路引入了电流并联负反馈。并联负反馈。Rf和和Re2组成组成反馈网络。反馈网络。（2）第23页/共46页2023/2/156.5 负反馈对放大电路性能的影响一、负反馈对放大电路性能的影响1、稳定放大倍数分析中频段：分析中频段：负反馈放大电路放大倍数负反馈放大电路放大倍数Af的相对变化量的相对变化量 仅为其基本放大仅为其基本放大电路放大倍数电路放大倍数A的相对变化量的相对变化量 的的（1+AF）分之一）分之一，也就是，也就是Af的稳定性是的稳定性是A的的（1+AF）倍）倍。第24页/共46页2023/2/152、改变输入电阻和输出电阻（1）对输入电阻的影响串联负反馈对输入电阻的影响 引入串联负反馈，使引入反馈的支路的等效电阻增大到基本引入串联负反馈，使引入反馈的支路的等效电阻增大到基本放大电路输入电阻的（放大电路输入电阻的（1+AF）倍。）倍。（a）（b）第25页/共46页2023/2/15并联负反馈对输入电阻的影响（2）对输出电阻的影响电压负反馈对输出 电阻的影响 引入并联负反馈后，输入电阻仅为基本放大电路输入电阻引入并联负反馈后，输入电阻仅为基本放大电路输入电阻的（的（1+AF）分之一。）分之一。第26页/共46页2023/2/15电流负反馈对输出电阻的影响 引入电压负反馈后输出电阻仅为其基本放大电路输出电阻的引入电压负反馈后输出电阻仅为其基本放大电路输出电阻的（1+AF）分之一。）分之一。第27页/共46页2023/2/153、展宽频带 小结：小结：串联负反馈增大输入电阻，并联负反馈降低输入串联负反馈增大输入电阻，并联负反馈降低输入电阻；电压负反馈降低输出电阻，稳定输出电压电阻；电压负反馈降低输出电阻，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。设反馈网络为纯电阻网络，且在放大电路波特图的低频段和设反馈网络为纯电阻网络，且在放大电路波特图的低频段和高频段各仅有一个拐点；基本放大电路的中频放大倍数为高频段各仅有一个拐点；基本放大电路的中频放大倍数为 ，上限频率为，上限频率为fH，下限频率为，下限频率为fL。引入电流负反馈后，放大电路的输出电阻是其基本放大电路引入电流负反馈后，放大电路的输出电阻是其基本放大电路输出电阻的（输出电阻的（1+AF）倍。）倍。高频段：整理成这种形式。第28页/共46页2023/2/15整理好了。引入负反馈后上限频率增大到基本放大电路的（引入负反馈后上限频率增大到基本放大电路的（1+AF）倍。）倍。但不同组态的负反馈电路的放大倍数的物理意义不同，因而但不同组态的负反馈电路的放大倍数的物理意义不同，因而上式具有不同的含义。上式具有不同的含义。第29页/共46页2023/2/15低频段：整理成这种形式。整理好了。引入负反馈后下限频率为基本放大电路的（引入负反馈后下限频率为基本放大电路的（1+AF）分之一。）分之一。但不同组态的负反馈电路的放大倍数的物理意义不同，因而上但不同组态的负反馈电路的放大倍数的物理意义不同，因而上式具有不同的含义。式具有不同的含义。第30页/共46页2023/2/154、减小非线性失真 设放大电路输入级放大管的设放大电路输入级放大管的b-e间得到正弦信号，由于晶体间得到正弦信号，由于晶体管输入特性的非线性，管输入特性的非线性，i b将失真，其正半周幅值大，负半周幅将失真，其正半周幅值大，负半周幅值小，则输出电压、电流都会失真。如果使值小，则输出电压、电流都会失真。如果使b-e间的间的电压电压正半周正半周幅值小些，而负半周的幅值大些，则幅值小些，而负半周的幅值大些，则i b将接近于正弦波。将接近于正弦波。第31页/共46页2023/2/15引入负反馈，将使净输入量产生类似变化。引入负反馈，将使净输入量产生类似变化。第32页/共46页2023/2/15二、放大电路中引入负反馈的一般原则（4）在需要进行信号变换时，选择合适的组态。若将电流信号）在需要进行信号变换时，选择合适的组态。若将电流信号转换成电压信号时，应引入转换成电压信号时，应引入电压并联电压并联负反馈；若将电压信号转负反馈；若将电压信号转换成电流信号时，应引入换成电流信号时，应引入电流串联电流串联负反馈。负反馈。（1）为了稳定静态工作点，应引入直流负反馈；为了改善电路的动态性能，应引入交流负反馈；（2）根据信号源的性质决定引入串联负反馈还是并联负反馈。当信号源为恒压源或内阻较小的电压源时，为增大放大电路的输入电阻，以减小信号源的输出电流和内阻上的压降，应引入串联负反馈；当信号源为恒流源或内阻较大的电流源时，为减小放大电路的输入电阻，使电路获得更大的输入电流，应引入并联负反馈；（3）根据负载对放大电路输出量的要求，决定引入电压负反馈还是电流负反馈。当负载需要稳定电压信号时，应引入电压负反馈；当负载需要稳定电流信号时，应引入电流负反馈；第33页/共46页2023/2/15例题1：电路如图所示，为达到下列目的，分别说明应引入哪些组态电路如图所示，为达到下列目的，分别说明应引入哪些组态的负反馈以及电路如何连接。的负反馈以及电路如何连接。（1）减小放大电路从信号源索取的电流并增强带负载能力；）减小放大电路从信号源索取的电流并增强带负载能力；（2）将输入电流）将输入电流i I转换成与之稳定线性关系的输出电流转换成与之稳定线性关系的输出电流i o；（3）将输入电流）将输入电流i I转换成与稳定的输出电压转换成与稳定的输出电压u o。解解：（：（1）引入电压串）引入电压串联负反馈。反馈信号从联负反馈。反馈信号从输出电压采样，输出电压采样，将将与相连接；反馈量为电与相连接；反馈量为电压，将压，将和和连接；为连接；为了保证引入负反馈，将了保证引入负反馈，将和和相连接相连接第34页/共46页2023/2/15（2）引入电流并联负反馈。反馈量从输出电流采样，将）引入电流并联负反馈。反馈量从输出电流采样，将和和连接；反馈量为电流，将连接；反馈量为电流，将和和连接；要保证引入负反馈，连接；要保证引入负反馈，将将和和连接；连接；（3）引入电压并联负反馈。反馈量从输出电压采样，将）引入电压并联负反馈。反馈量从输出电压采样，将和和连接；反馈量为电流，将连接；反馈量为电流，将和和连接；要保证引入负反馈，连接；要保证引入负反馈，将将和和连接。连接。第35页/共46页2023/2/15例题2：电路如图所示电路如图所示。（1）合理连线，接入信号源和反馈，使电路的输入电阻）合理连线，接入信号源和反馈，使电路的输入电阻增大，输出电阻减小；增大，输出电阻减小；（2）若）若 ，则，则RF应取多少千欧？应取多少千欧？第36页/共46页2023/2/15解解：（：（1）使电路的输入电阻增大，输出电阻减小，应引入电）使电路的输入电阻增大，输出电阻减小，应引入电压串联负反馈。压串联负反馈。（2）第37页/共46页2023/2/156.6 负反馈放大电路的稳定性一、负反馈放大电路自激振荡产生的原因和条件1、产生的原因 负反馈一般表达式负反馈一般表达式 在中频时，在中频时，不会产生自激不会产生自激振荡振荡。净输入量、输入量和反馈量之间的关系为：。净输入量、输入量和反馈量之间的关系为：在低频段，因为耦合电容、旁路电容的存在，在低频段，因为耦合电容、旁路电容的存在，将产生超前将产生超前相移；在高频段，因为极间电容的存在，相移；在高频段，因为极间电容的存在，将产生滞后相移；将产生滞后相移；在中频相位的基础所产生的这些相移称为在中频相位的基础所产生的这些相移称为附加相移附加相移，表示，表示为为 。当附加相移当附加相移 时，反馈量与中频段时，反馈量与中频段相比产生超前或滞后相比产生超前或滞后180，因而净输入量为：，因而净输入量为：第38页/共46页2023/2/15起振：起振：第39页/共46页2023/2/15电路产生自激振荡时电路产生自激振荡时,即：即：2、自激振荡的平衡条件自激振荡：放大电路的输入端没有外加输入信号，在输出端自激振荡：放大电路的输入端没有外加输入信号，在输出端仍有一定频率和幅度的信号输出。仍有一定频率和幅度的信号输出。第40页/共46页2023/2/15二、负反馈放大电路稳定性的定性分析 设放大电路采用直接耦合方式，且反馈网络为纯电阻网络，则电路只可能产生高频振荡，且附加相移仅由放大电路产生。在单管放大电路中引入负反馈，因其产生的最大附加相移为90，不满足相位的条件，所以不会产生自激振荡。两级放大电路也不会产生自激振荡两级放大电路也不会产生自激振荡，因为当附加相，因为当附加相移为移为180时，相应的时，相应的 ，幅值条件不满足幅值条件不满足。而。而当出现当出现三级以上反馈电路时，则容易产生自激振荡三级以上反馈电路时，则容易产生自激振荡。在此条件下：第41页/共46页2023/2/151 1、判断的方法三、负反馈放大电路稳定性的判断fcffofO使 的频率为 fo使 的频率为fc 当当 f=fo 时，时，即即 ，满足起振条件，所以此放大，满足起振条件，所以此放大电路闭环后会产生自激振荡，电路闭环后会产生自激振荡，振荡频率为振荡频率为 fo。第42页/共46页2023/2/15 当当 f=fo 时，时，即即 ，不满足起振条件，所以此放，不满足起振条件，所以此放大电路闭环后不会产生自激振大电路闭环后不会产生自激振荡。荡。判断负反馈放大电路是否稳定的方法：（1）若 fo不存在，则电路稳定；（2）若 fo存在，且 fo fc，则电路稳定，不会产生自激振荡。第43页/共46页2023/2/152 2、稳定裕度fcffofOGm 负反馈放大电路，只要负反馈放大电路，只要fo fc，电路就稳定，但为了使电，电路就稳定，但为了使电路具有足够的可靠性，还规定路具有足够的可靠性，还规定电路应具有一定的电路应具有一定的稳定裕度稳定裕度。定义定义f=fo时所对应的时所对应的 的值为的值为幅值裕度幅值裕度Gm：稳定的负反馈电路的稳定的负反馈电路的Gm 0，而且，而且 越大，电路越大，电路越稳定。通常认为越稳定。通常认为Gm 10dB，电路就具有足够的幅，电路就具有足够的幅值稳定裕度。值稳定裕度。第44页/共46页2023/2/15fcffofOGm定义定义f=fc时的时的 与与180的差值为的差值为相位裕度相位裕度 。稳定的负反馈放大电路的稳定的负反馈放大电路的 ，而且，而且 越大，电路越稳定。越大，电路越稳定。通常认为通常认为 电路就具有电路就具有足够的相位稳定裕度。足够的相位稳定裕度。第45页/共46页模电课件2023/2/15感谢您的观看。第46页/共46页