模电课件第六章(模拟电子技术基础第四版童诗白华成英).ppt

第六章放大电路中的反馈6.1 负反馈的概念负反馈的概念凡是将放大电路输出端的信号（电压或电流）凡是将放大电路输出端的信号（电压或电流）的一部分或全部引回到输入端，与输入信号的一部分或全部引回到输入端，与输入信号迭加，就称为迭加，就称为反馈反馈。若引回的信号削弱了输入信号，就称为若引回的信号削弱了输入信号，就称为负反馈负反馈。若引回的信号增强了输入信号，就称为若引回的信号增强了输入信号，就称为正反馈正反馈。这里所说的信号一般是指交流信号，这里所说的信号一般是指交流信号，所以判断正负反馈，就要判断反馈信号与所以判断正负反馈，就要判断反馈信号与输入信号的相位关系，同相是输入信号的相位关系，同相是正反馈正反馈，反，反相是相是负反馈负反馈。放大器放大器输出输出输入输入取取+加强输入信号加强输入信号 正反馈正反馈 用于振荡器用于振荡器取取-削弱输入信号削弱输入信号 负反馈负反馈 用于放大器用于放大器开环开环闭环闭环负反馈的作用：负反馈的作用：稳定静态工作点；稳定放大倍数；提稳定静态工作点；稳定放大倍数；提高输入电阻；降低输出电阻；扩展通频带。高输入电阻；降低输出电阻；扩展通频带。反馈网络反馈网络叠加叠加反馈反馈信号信号实际被放大信号实际被放大信号反馈框图：反馈框图：ufud例：例：Rf、RE1组成反馈网组成反馈网络，反馈系数：络，反馈系数：+C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2RE1CEC3C2+ECuoui+T1T2Rf6.2 负反馈的类型及分析方法负反馈的类型及分析方法6.2.1 负反馈的类型负反馈的类型一、电压反馈和电流反馈一、电压反馈和电流反馈电压反馈：电压反馈：反馈信号取自输出电压信号。反馈信号取自输出电压信号。电流反馈：电流反馈：反馈信号取自输出电流信号。反馈信号取自输出电流信号。电压负反馈：电压负反馈：可以稳定输出电压、减小输出电阻。可以稳定输出电压、减小输出电阻。电流负反馈：电流负反馈：可以稳定输出电流、增大输出电阻。可以稳定输出电流、增大输出电阻。根据反馈所采样的信号不同，可以分为电压根据反馈所采样的信号不同，可以分为电压反馈和电流反馈。反馈和电流反馈。RLuoRLuo电压反馈采样的两种形式：电压反馈采样的两种形式：采样电阻很大采样电阻很大电流反馈采样的两种形式：电流反馈采样的两种形式：RLioiERLioiERf采样电阻很小采样电阻很小根据反馈信号在输入端与输入信号比较形式根据反馈信号在输入端与输入信号比较形式的不同，可以分为串联反馈和并联反馈。的不同，可以分为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串联，即反馈反馈信号与输入信号串联，即反馈电压信号与输入信号电压比较。电压信号与输入信号电压比较。并联反馈：并联反馈：反馈信号与输入信号并联，即反馈反馈信号与输入信号并联，即反馈信号电流与输入信号电流比较。信号电流与输入信号电流比较。串联反馈使电路的输入电阻增大；串联反馈使电路的输入电阻增大；并联反馈使电路的输入电阻减小。并联反馈使电路的输入电阻减小。二、串联反馈和并联反馈二、串联反馈和并联反馈iifibib=i-if并联反馈并联反馈ufuiubeube=ui-uf串联反馈串联反馈三、交流反馈与直流反馈三、交流反馈与直流反馈交流反馈：交流反馈：反馈只对交流信号起作用。反馈只对交流信号起作用。直流反馈：直流反馈：反馈只对直流起作用。反馈只对直流起作用。若在反馈网络中若在反馈网络中串接隔直电容串接隔直电容，则可以隔断，则可以隔断直流，此时反馈只对交流起作用。直流，此时反馈只对交流起作用。在起反馈作用的电阻两端在起反馈作用的电阻两端并联旁路电容并联旁路电容，可，可以使其只对直流起作用。以使其只对直流起作用。有的反馈只对交流信号起作用；有的反有的反馈只对交流信号起作用；有的反馈只对直流信号起作用；有的反馈对交、馈只对直流信号起作用；有的反馈对交、直流信号均起作用。直流信号均起作用。增加隔直电容增加隔直电容C后，后，Rf只对交流起反馈作用。只对交流起反馈作用。注：本电路中注：本电路中C1、C2也起到隔直作用。也起到隔直作用。+C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2CEC3C2+ECuoui+T1T2RfRE1C增加旁路电容增加旁路电容C后，后，Rf只对直流起反馈作用。只对直流起反馈作用。C+C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2CEC3C2+ECuoui+T1T2RfRE1负负反反馈馈交流反馈交流反馈直流反馈直流反馈电压串联负反馈电压串联负反馈电压并联负反馈电压并联负反馈电流串联负反馈电流串联负反馈电流并联负反馈电流并联负反馈稳定静态工作点稳定静态工作点负反馈的分类小结负反馈的分类小结6.2.2 负反馈的分析方法负反馈的分析方法分析步骤：分析步骤：3.是否负反馈？是否负反馈？4.是负反馈！那么是何种类型的负反馈？是负反馈！那么是何种类型的负反馈？（判断反馈的组态）（判断反馈的组态）1.找出反馈网络（电阻）。找出反馈网络（电阻）。2.是交流反馈还是直流反馈？是交流反馈还是直流反馈？一、反馈类型的判断一、反馈类型的判断正反馈正反馈和和负反馈负反馈的判断的判断 在放大电路的输入端，假设一个输入信号对地的极性，用“+”、“-”表示。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，则为负反馈负反馈；反之为正反馈正反馈。反馈信号和输入信号加于输入回路一点一点时，瞬时极性相同的为正反馈正反馈，瞬时极性相反的是负反馈负反馈。反馈信号和输入信号加于输入回路两点两点时，瞬时极性相同的为负反馈负反馈，瞬时极性相反的是正反馈正反馈。以上输入信号和反馈信号的瞬时极性都是指对地以上输入信号和反馈信号的瞬时极性都是指对地而言，这样才有可比性。而言，这样才有可比性。瞬瞬时时极极性性法法 对三极管来说这两点是基极和发射极，对运算放大器来说是同相输入端和反相 输入端。电压串联负反馈电压串联负反馈瞬时极性法当vi一定时：若若 RL vovfvidvo 电压串联负反馈电压串联负反馈电压负反馈电压负反馈串联负反馈串联负反馈输出输出回路回路输入输入回路回路基本放大器反馈网络.AFAF vividvfvo反馈信号和输入信号加于输入回路两点两点时，瞬时极性相同相同为负反馈。电压负反馈稳定输出电压电压负反馈稳定输出电压反馈信号与电压成比例，是电压反馈。反馈电压Vf与输入电压Vid是串联关系，故为串联负反馈。例例1 1：试分析该电路存在的反馈，并判断其反馈组态。试分析该电路存在的反馈，并判断其反馈组态。经Rf加在发射极E1上的反馈电压Vf与输入电压Vi是串联关系，故为串联负反馈。+vf-解：根据瞬时极性法判断该电路为负反馈。输出回路反馈信号与电压成比例，是电压反馈。输入回路反馈信号和输入信号加于输入回路两点两点时，瞬时极性相同相同为负反馈。电压串联负反馈电压串联负反馈例例2 2：试分析该电路存在的反馈，并判断其反馈组态。试分析该电路存在的反馈，并判断其反馈组态。解:根据瞬时极性法电路是负反馈。反馈信号vf和输入信号vi加在运放A1的两个输入端，故为串联反馈。反馈信号与输出电压成比例，故为电压反馈。反馈信号和输入信号加于输入回路两点两点时，瞬时极性相同相同为负反馈。交直流串联电压负反馈交直流串联电压负反馈AF.电压并联负反馈电压并联负反馈AF voIiIidIf反馈信号和输入信号加于输入回路同一点同一点时，瞬时极性相反相反为负反馈。电压负反馈电压负反馈输出输出端的取样是电压端的取样是电压并联负反馈并联负反馈输入端输入端Ii和和If以并联的方式进行比较以并联的方式进行比较电流电流并联并联负反馈负反馈AF.iiiidifAF反馈信号和输入信号加于输入回路同一点同一点时，瞬时极性相反相反为负反馈。io当ii一定时：若若 RL变化变化 ioifiidio 通过R、Rf电流负反馈稳定输出电流电流负反馈稳定输出电流电流负反馈电流负反馈输出输出端的取端的取样是电流样是电流并联负反馈并联负反馈输入端输入端Ii和和If以并联的方以并联的方式进行比较式进行比较例3：试分析该电路存在的反馈，并判断其反馈组态。试分析该电路存在的反馈，并判断其反馈组态。电流并联负反馈电流并联负反馈解：解：根据瞬时极性法判断 输入信号与反馈信号是并联的形式，所以是并联负反馈。反馈信号和输入信号加于输入回路同同一点一点时，瞬时极性相反相反是负反馈。反馈信号取自与输出电流，所以是电流负反馈。例4：反馈信号和输入信号加于输入回路同同一点一点时，瞬时极性相反相反是负反馈。试分析该电路存在的反馈，并判断其反馈组态。试分析该电路存在的反馈，并判断其反馈组态。电流并联负反馈电流并联负反馈输入信号与反馈信号是并联的形式，所以是并联负反馈。反馈信号取自与输出电流，所以是电流负反馈。解：根据瞬时极性法判断电流串联负反馈电流串联负反馈AFAF vividvf 反馈信号和输入信号加于输入回路两点两点时，瞬时极性相同相同为负反馈。io输出输出端的取样是电流，端的取样是电流，所以是电流负反馈。输入端输入端Vid和和Vf以串联的方式进行比较，以串联的方式进行比较，所以是串联负反馈。例5：电流串联负反馈试分析该电路存在的反馈，并判断其反馈组态。试分析该电路存在的反馈，并判断其反馈组态。反馈信号和输入信号加于输入回路两点两点时，瞬时极性相同相同为负反馈。解：根据瞬时极性法判断例6：试判断电路的反馈组态。解:根据瞬时极性法 经Rf 加在E1上是交流负反馈。反馈信号和输入信号加在T1两个输入电极，故为串联反馈。交流电压串联负反馈交流电压串联负反馈。经电阻R1加在基极B1上的是直流电流并联负反馈直流电流并联负反馈。电压反馈和电流反馈 将输出电压将输出电压短路短路，若反馈信号为零，若反馈信号为零，则为电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为则为电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为电流反馈。电流反馈。电压反馈：电压反馈：反馈信号的大小与输出电压成比反馈信号的大小与输出电压成比 例的反馈称为电压反馈；例的反馈称为电压反馈；电压反馈与电流反馈的判断：电压反馈与电流反馈的判断：电流反馈：电流反馈：反馈信号的大小与输出电流成比反馈信号的大小与输出电流成比 例的反馈称为电流反馈。例的反馈称为电流反馈。串联反馈和并联反馈串联反馈和并联反馈 反馈信号与输入信号加在输入回路的同一个电极上，则为并联反馈；反之，加在放大电路输入回路的两个电极，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管的基极或发射极，为并联反馈；一个加在基极一个加在发射极则为串联反馈。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；一个加在同相输入端一个加在反相输入端则为串联反馈。此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。此时反馈信号与输入信号是电流相加减的关系。例例7：判断：判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态。是否负反馈，若是，判断反馈的组态。uoufube=ui-ufuc1ub2uc2uoufubeuc1ub2uc2+C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2RE1CEC3C2+ECuoui+T1T2Rf此电路是电压串联负反馈，此电路是电压串联负反馈，对直流不起作用。对直流不起作用。例例8：判断：判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态。是否负反馈，若是，判断反馈的组态。+UCCRCC2C1Rfuiuoiibif电压反馈电压反馈并联反馈并联反馈uoifib=i+ifuo此电路是电压并联负反馈，对直流也起作用。此电路是电压并联负反馈，对直流也起作用。例例9：判断：判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态。是否负反馈，若是，判断反馈的组态。电流反馈电流反馈并联反馈并联反馈iE2uFiFiBuC1uB2uC1uB2iB2iE2uouiiiBiFuFRE2RfRE1RC1RC2+UCCiE2例例9：判断：判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态。是否负反馈，若是，判断反馈的组态。电流并联负反馈。对直流也起作用，可以稳电流并联负反馈。对直流也起作用，可以稳定静态工作点。定静态工作点。uouiiiBiFuFRE2RfRE1RC1RC2+UCCiE2uC1uB2二、负反馈放大电路的放大倍数二、负反馈放大电路的放大倍数反馈网络的反馈系数放大电路的闭环放大倍数式中：由于称为环路增益。放大电路的开环放大倍数反馈深度称为反馈深度相当于引入负反馈。相当于引入正反馈。相当于输入为零时仍有输出，故称为“自激状态”。环路增益 环路增益 是指放大电路和反馈网络所形成环路的增益，当 1时称为深度负反馈，相当于 1+1。于是闭环放大倍数二、负反馈放大电路的放大倍数二、负反馈放大电路的放大倍数方法一：方法一：当电路比较简单当电路比较简单时，可直接用微变等时，可直接用微变等效电路分析。效电路分析。RCRB1RB2RE1RE2CEC2C1+UCCuouiUBEIEUBUE例：例：放大倍数稳定性的比较：放大倍数稳定性的比较：=60时时,Ao=-93=50时时,Ao=-77=60时时,AF=-19.4=50时时,AF=-18.6无无负反馈时：负反馈时：有有负反馈时：负反馈时：RB1=100k RB2=33k RE=2.4k RE1=100 RC=5k RL=5k =60EC=15Vrbe=1.62 k 方法二：方法二：从负反馈电路的闭环放大倍数的公式出发。从负反馈电路的闭环放大倍数的公式出发。1.先计算先计算Ao和和F 。2.计算计算AF。RCRB1RB2RE1RE2CEC2C1+UCCuouiUBEIEUBUE例：例：F-0.1/(5/5)=-0.04RB1=100k RB2=33k RE=2.4k RE1=100 RC=5k RL=5k =60EC=15Vrbe=1.62 k 与方法一的计算与方法一的计算结果基本相同。结果基本相同。方法三：方法三：放大倍数的近似计算。放大倍数的近似计算。RCRB1RB2RE1RE2CEC2C1+UCCuouiUBEIEUBUE例：例：若（若（1+）RF rbe,则则与方法一比较：与方法一比较：在在深度负反馈下，两种方法结果一致。深度负反馈下，两种方法结果一致。深度负反馈:根据AF和F的上述关系，可以先找出反馈系数F，再算出AF。实际中需要计算的往往是电压放大倍数。而用上述关系计算出来的AF，除电压串联负反馈电路的AF表示电压放大倍数之外，其它组态电路的AF都不是电压放大倍数。要得到电压放大倍数，还要经过换算。下面从另一角度出发，介绍一种粗略估算深度负反馈电路的电压放大倍数的方法。由于AF 1/F=Xo/Xi，所以Xi=FXo=(Xf/Xo)Xo=Xf。这样，在串联负反馈电路里，UfUi，U i0。而在并联负反馈电路里，IfIi，Ii0。同时，深度并联负反馈电路的输入电阻近似为0，故Ui0，i0。这种假设情况下，用近似方法无法计算放大器本身的电压放大倍 数。但 是，由 于 整 个 电 路 的 输 入 电 流 IiIi=(US-Ui)/RSUS/RS。US和RS为信号源电压和内阻。利用这个关系，可以粗略计算出输出电压Uo相对于信号源电压US的放大倍数Aufs，Aufs=Uo/US。例例计算图例10所示电压串联负反馈电路的电压 放大倍数。图例10电压串联负反馈电路 图例10电压串联负反馈电路 例例 计算图例1所示电流串联负反馈电路的电压放大倍数。解解 在图（a）中，设输出电流Io为三极管集电极电流，且流出为正,则有 而UiUf=-IoRe1，所以 图例11 电流串联负反馈电路 在图(b)中，负载电阻跨接在反相输入端和输出端之间，Uf=IoR1,Uo=IoRL,Ui=Uf，所以 例例 计算图例12所示电压并联负反馈电路的电压 放大倍数。图例12 电压并联负反馈电路 图例12 电压并联负反馈电路 在图(b)中，由于是电压并联负反馈，基本放大器输入端是集成运放反相输入端。这里的Ui0，If=-Uo/Rf。本电路中的Ui和R1相当于信号电压源及其内阻，Ii=Ui/R1，又由于IiIf，所以-Uo/Rf=Ui/R1，于是得 例例 计算图例13所示电流并联负反馈电路的电压 放大倍数。图例13 电流并联负反馈电路 图例13 电流并联负反馈电路 解解 在图(a)中，设输出电流Io是三极管V2的集 电极电流，且规定流出为正。由于Ui0，在图(b)中，负载电阻跨接在反相输入端和输出端之间。本电路中的Ui和R1相当于信号电压源及其内阻，Uo=-IoRL，Ui0，故Ii=Ui/R1。综合这些条件，可以得到6.3 负反馈对放大电路的影响负反馈对放大电路的影响基本放大基本放大电路电路Ao反馈回电反馈回电路路F+反馈电路的反馈电路的基本方程基本方程一、对放大倍数的影响一、对放大倍数的影响Ao开环放大倍数开环放大倍数AF闭环放大倍数闭环放大倍数反馈深度反馈深度定义：定义：同相，所以同相，所以则有：则有：负反馈使放大倍数下降。负反馈使放大倍数下降。引入负反馈使电路的稳定性提高。引入负反馈使电路的稳定性提高。(2)中，中，(1)(3)若若称为深度负反馈，此时称为深度负反馈，此时在深度负反馈的情况下，放大倍数只与反馈在深度负反馈的情况下，放大倍数只与反馈网络有关。网络有关。二、改善波形的失真二、改善波形的失真Aouiuo加反馈前加反馈前加反馈后加反馈后ufuiudAoF+改善改善uouo三、对输入、输出电阻的影响三、对输入、输出电阻的影响1.串联负反馈使电路的输入电阻增加：串联负反馈使电路的输入电阻增加：2.并联负反馈使电路的输入电阻减小：并联负反馈使电路的输入电阻减小：例如例如:射极输出器射极输出器理解：理解：串联负反馈相当于在输入回路中串联了串联负反馈相当于在输入回路中串联了一个电阻，故输入电阻增加。一个电阻，故输入电阻增加。理解：理解：并联负反馈相当于在输入回路中并联了并联负反馈相当于在输入回路中并联了一条支路，故输入电阻减小。一条支路，故输入电阻减小。3.电压负反馈使电路的输出电阻减小：电压负反馈使电路的输出电阻减小：例如例如:射极输出器射极输出器理解：理解：电压负反馈目的是阻止电压负反馈目的是阻止 uo的变化，稳定的变化，稳定输出电压输出电压。放大电路空载时放大电路空载时可等效右图框中可等效右图框中为电压源：为电压源：输出电阻越小，输出电压越稳定，反之亦然。输出电阻越小，输出电压越稳定，反之亦然。roesouoRL理解：理解：电流负反馈目的是阻止电流负反馈目的是阻止 io的变化，稳定的变化，稳定输出电流输出电流。放大电路空载时放大电路空载时可等效为右图框可等效为右图框中电流源：中电流源：输出电阻越大输出电阻越大，输出电流越稳定，反之亦然。输出电流越稳定，反之亦然。4.电流负反馈使电路的输出电阻增加：电流负反馈使电路的输出电阻增加：roisoioRL四、对通频带的影响四、对通频带的影响引入负反馈使电路的通频带宽度增加：引入负反馈使电路的通频带宽度增加：fABo Ao AF BF