第6章放大电路中的反馈.pptx

一、判断有无反馈无反馈有反馈无反馈第1页/共91页二、正反馈与负反馈若引回的信号削弱了输入信号，就称为负反馈。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输入信号的相位关系，同相是正反馈，反相是负反馈。若引回的信号增强了输入信号，就称为正反馈。第2页/共91页取+加强输入信号 正反馈 用于振荡器取-削弱输入信号 负反馈 用于放大器负反馈的作用：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。放大器输出输入开环闭环反馈网络叠加反馈信号实际被放大信号第3页/共91页二、反馈极性的判断+-负反馈+正反馈+-负反馈+-负反馈第4页/共91页三、直流反馈与交流反馈如果反馈量只含有直流量，则称为直流反馈。如果反馈量只含有交流量，则称为交流反馈。如果反馈量同时既有直流量又有交流量，则称为交、直流反馈。直流负反馈主要用于稳定放大电路的静态工作点，本章重点研究交流负反馈。第5页/共91页三、直流反馈与交流反馈的判断直流反馈交、直流反馈无反馈交流反馈第6页/共91页 解：根据反馈到输入端的信号是交流还是直流还是同时存在，来进行判别。例：判断下图中有哪些反馈回路，是交流反馈还是直流反馈。交、直流反馈交流反馈 注意电容的“隔直通交”作用！第7页/共91页几个基本概念1.开环与闭环电路中只有正向传输，没有反向传输，称为开环状态。正向传输信号从输入端到输出端的传输反向传输信号从输出端到输入端的传输既有正向传输，又有反馈 称为闭环状态。信号的正向传输信号的正向传输反馈传输(通路)（反馈网络）第8页/共91页本级反馈反馈只存在于某一级放大器中 级间反馈反馈存在于两级以上的放大器中例2.本级反馈与级间反馈级间反馈本级反馈本级反馈第9页/共91页本级反馈级间反馈例+-第10页/共91页6.2 负反馈放大器的四种类型负反馈类型有四种组态:电压串联负反馈 电压并联负反馈 电流串联负反馈 电流并联负反馈第11页/共91页一.电压串联负反馈根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电压串联负反馈从输入端看，有：uD=ui-uf故为串联负反馈。反馈电压：因为反馈量与输出电压成比例，所以称电压反馈。第12页/共91页分立电路电压串联负反馈RLuOufud(ube)uO电压负反馈的特性稳定输出电压稳定过程：负载变化时，输出电压稳定输出电阻ui一定第13页/共91页 二二.电流串联负反馈电流串联负反馈 反馈电压：uf=ioR1根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电流串联负反馈ud=ui-uf又因为在输入端有因为反馈量与输出电流成比例，所以是电流反馈。故为串联负反馈。第14页/共91页分立电路组成的电流串联负反馈电路io uf uD io 引入电流负反馈的目的稳定输出电流稳定过程：负载变化时，输出电流稳定输出电阻RL第15页/共91页三三.电压并联负反馈电压并联负反馈根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电压并联负反馈。id=ii-if从输入端看有：因为反馈量与输出电压成比例，所以是电压反馈。反馈电流：故为并联负反馈。第16页/共91页分立电路电压并联负反馈反馈量与输出电压成比例，所以是电压反馈。根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电压串联负反馈id=ii-if在输入端有故为并联负反馈。因为反馈电流：第17页/共91页四.电流并联负反馈根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电流串联负反馈。又因为在输入端有:iD=ii-if 反馈电流：因为反馈量与输出电流成比例，所以是电流反馈。故为并联负反馈。第18页/共91页分立元件电路组成的电流并联负反馈引入电流负反馈的目的稳定输出电流稳定过程：负载变化时，输出电流稳定输出电阻RL io(ic2)ifid（ib）io(ic2)第19页/共91页 五.反馈类型及判别方法总结1.直流反馈与交流反馈注意电容的“隔直通交”作用 例题1: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？第20页/共91页2.反馈极性：正反馈与负反馈判定方法“瞬时极性法”例题2:试判断下列电路中反馈支路的反馈极性。+-负反馈负反馈第21页/共91页+-+-+-第22页/共91页3.电压反馈与电流反馈的判断 假设输出端交流短路（RL=0），即uo=0，若反馈信号消失了，则为电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为电流反馈。电压反馈：反馈信号的大小与输出电压成比 例。判断方法输出短路法：电流反馈：反馈信号的大小与输出电流成比 例。第23页/共91页例题3:试判断下列电路中引入的反馈是电压反馈还是电流反馈。电流反馈电压反馈第24页/共91页第25页/共91页4.串联反馈和并联反馈串联反馈：反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的两个电极。有：ud=ui-uf 并联反馈：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：id=ii-if 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。第26页/共91页 对于三极管电路：若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。若反馈信号与输入信号一个加在基极一个加在发射极则为串联反馈。第27页/共91页 对于运放电路：若反馈信号与输入信号同时加在同相端或反相端为并联反馈。若反馈信号与输入信号一个加在同相端一个加在反相端则为串联反馈。结论：若反馈信号反馈到信号输入端则为并联反馈，否则为串联反馈。第28页/共91页例题4:试判断下列电路中引入的反馈是串联反馈还是并联反馈。第29页/共91页第30页/共91页例题5:试判断下列电路中的反馈组态。解:电压串联负反馈。+-第31页/共91页解:电压并联负反馈。例题6:试判断下列电路中的反馈组态。+-第32页/共91页（1）串联反馈 5.信号源对反馈效果的影响ud=ui-uf 所以us应为恒压源，即信号源内阻RS越小越好。要想反馈效果明显，就要求uf变化能有效引起ud的变化。第33页/共91页（2）并联反馈id=ii-if 所以is应为恒流源，即信号源内阻RS越大越好。要想反馈效果明显，就要求if变化能有效引起id的变化。第34页/共91页6.3 负反馈放大电路的方框图及一般表达式6.3.1 负反馈放大电路的方框图表示法称为闭环放大倍数称为环路放大倍数称为开环放大倍数F为反馈系数第35页/共91页6.3.2 负反馈放大电路的一般表达式称为反馈深度第36页/共91页关于反馈深度的讨论一般负反馈深度负反馈正反馈自激振荡p262第37页/共91页图四种反馈组态方框图第38页/共91页6.4 深度负反馈放大电路放大倍数的计算深度负反馈的实质对串联负反馈：对并联负反馈：第39页/共91页1.估算的依据即，深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈系数有关。由得 方法一：一.估算电压放大倍数第40页/共91页u+=u-（运放电路）ue=ub（三极管电路）ii+=ii-=0（运放电路）ib=0（三极管电路）由此可得深度负反馈条件下，基本放大电路“虚短”、“虚断”的概念(1)“虚短”(2)“虚断”-u-R+fu+R-+1fA+i+-u+fui+-TfR+-第41页/共91页（1 1）电压串联负反馈 例1.分立电路电压串联负反馈2.举例 解：电压放大倍数：第42页/共91页例2 2.运放组成的运放组成的电压串联负反馈电路 解：利用虚短和虚断的概念得知闭环电压增益则第43页/共91页例3.解：闭环电压增益第44页/共91页（2）电流并联负反馈放大器 例1.分立电路电流并联负反馈 解：第45页/共91页 例2.分立电路电流并联负反馈 解：第46页/共91页（3）电压并联负反馈 例1.分立电路电压并联负反馈 解：第47页/共91页 例2.运放组成的电压并联负反馈 解：第48页/共91页（4）电流串联负反馈例1.分立元件组成的电流串联负反馈 解：第49页/共91页例2.运放组成的电流串联负反馈 解：第50页/共91页二.估算输入输出电阻在深度负反馈条件下：注：表中的输入、输出电阻均指反馈环中的输入、输出电阻。第51页/共91页（1）电压串联负反馈举例 RifRifRb1ROf0第52页/共91页（2）电压并联负反馈Rif0RifRSROf0第53页/共91页（3）电流并联负反馈ROfRC2Rif0RifRSROf第54页/共91页6.5 负反馈对放大电路性能的影响 提高增益的稳定性 减少非线性失真 扩展频带 改变输入电阻和输出电阻 在放大器中引入负反馈 降低了放大倍数 使放大器的性能得以改善：第55页/共91页一.提高放大倍数的稳定性闭环时只考虑幅值有即闭环增益相对变化量比开环减小了1+AF倍另一方面:在深度负反馈条件下 即闭环增益只取决于反馈网络。当反馈网络由稳定的线性元件组成时，闭环增益将有很高的稳定性。第56页/共91页2.改善放大器的非线性失真Auiufuiuoud加反馈前加反馈后AF+失真改善uouo第57页/共91页3.3.扩展放大器的通频带扩展放大器的通频带 放大电路加入负反馈后，增益下降，但通频带却加宽了。无反馈时放大器的通频带：fbw=f HfL f H 有反馈时放大器的通频带：fbwf=f HffLf f Hf可以证明：fbwf=(1+AF)fbw放大器的一个重要特性：增益与通频带之积为常数。即：Amf fbwf=Am fbw020lg|A|（dB）F（Hz）Am fL fH fLf fHf Amf第58页/共91页4.4.负反馈对输入电阻的影响负反馈对输入电阻的影响 (1)(1)串联负反馈使输入电阻增加串联负反馈使输入电阻增加 无反馈时：有反馈时：第59页/共91页(2)(2)并联负反馈使输入电阻减小并联负反馈使输入电阻减小 无反馈时：有反馈时：第60页/共91页 第61页/共91页(1)电压负反馈使输出电阻减小5.负反馈对输出电阻的影响第62页/共91页在基本放大电路中已考虑了反馈网络的负载效应，可认为反馈网络的分流作用为0。电压负反馈稳定输出电压（当负载变化时）恒压源输出电阻小。第63页/共91页(2)电流负反馈使输出电阻提高第64页/共91页在基本放大电路中已考虑了反馈网络的负载效应，可认为反馈网络的分压作用为0。电流负反馈稳定输出电流（当负载变化时）恒流源输出电阻大。第65页/共91页为改善性能引入负反馈的一般原则 要稳定直流量引直流负反馈 要稳定交流量引交流负反馈 要稳定输出电压 引电压负反馈 要稳定输出电流 引电流负反馈 要增大输入电阻 引串联负反馈 要减小输入电阻 引并联负反馈第66页/共91页举例：在下面的放大器中按要求引入适当的反馈。（1）希望加入信号后，ic3的数值基本不受R6改变的影响。VVVV1512T2TR3RC34+VRCCRT1RR76R-u+iuo+-第67页/共91页（2）希望接入负载后，输出电压UO基本稳定。第68页/共91页（3）希望输入端向信号源索取的电流小。第69页/共91页（4）希望稳定静态工作点。解：以上两种反馈都同时具有交、直流反馈，所以能够稳定静态工作点。如果要求只引入直流负反馈，去除交流反馈。怎样接？第70页/共91页一.产生自激振荡的原因及条件1.自激振荡现象 在不加输入信号的情况下，放大电路仍会产生一定频率的信号输出。6.6 负反馈放大电路的稳定性第71页/共91页基本放大电路A反馈网络F+2.产生自激振荡的原因中频时：高频或低频时，放大器产生的附加相移达到180时。为负反馈。变为正反馈。此时，若满足则Xi=0，仍会有输出信号。第72页/共91页3.自激振荡的条件幅值条件相位条件（附加相移）基本放大电路A反馈网络F+自激振荡条件：分解为幅值条件与相位条件：由以上分析知：第73页/共91页二.稳定判椐及稳定裕度方法一：则放大器稳定。否则自激。00-90-180满足：同理，为了切实保证稳定，要留有-10dB的余量，称为幅值裕度方法二：满足：则放大器稳定。否则自激。为了切实保证稳定，要留有45余量，称为相位裕度第74页/共91页自激振荡的消除1 电容滞后补偿第75页/共91页2 RC滞后补偿第76页/共91页3 密勒效应补偿第77页/共91页4 超前补偿第78页/共91页本章小结1将电子系统输出回路的电量（电压或电流），以一定的方式送回到输入回路的过程称为反馈。2电路中常用的负反馈有四种组态：电压串联负反馈，电压并联负反馈，电流串联负反馈和电流并联负反馈。可以通过观察法，输出短路法和瞬时极性法等方法判断电路反馈类型。3负反馈电路的四种不同组态可以统一用方框图加以表示，其闭环增益的表达式为：4负反馈可以全面改善放大电路的性能，包括：提高放大倍数的稳定性，减小非线性失真，抑制噪声，扩展频带，改变输入、输出电阻等。5在深负反馈条件下，可用 或“虚短”“虚断”法估算电路的闭环增益。6负反馈电路的反馈深度如果过大，将有可能产生自激振荡。可以采用频率补偿技术消除自激振荡。但这样会使电路的频带变窄。第79页/共91页第80页/共91页三.负反馈放大电路稳定性分析(2)作水平线(1)作出的幅频响应和相频响应波特图在水平线的交点作垂线交相频响应曲线的一点(3)判断是否满足相位裕度m 45若该点满足相位裕度，稳定；否则不稳定。在相频响应的点处作垂线交 于P点若P点在 水平线之下，稳定；否则不稳定。或判断稳定性方法：将 写为：即：第81页/共91页举例：设一基本放大器的增益为：三.负反馈放大电路稳定性分析1.设反馈系数 ，分析其稳定性三个极点频率为：fp1=0.5106Hz，fp2=5106Hz，fp3=5107Hz。其中fp1=0.5106Hz最低，它决定了整个基本放大器的上限频率，称为主极点频率。(1)作出的幅频响应和相频响应波特图解：第82页/共91页(2)作的水平线(3)水平线 相交于E点。与E点相对应的附加相位移为 ，因此，放大器是不稳定的。02040608050k500k5M50M500M0-90-180-135-225-270第83页/共91页2.将反馈系数 改为 ，分析其稳定性解：(1)作的水平线(2)水平线 相交于D点。与D点相对应的附加相位移为 ，因此，放大器是稳定的。且m 02040608050k500k5M50M500M0-90-180-135-225-270第84页/共91页 反馈深度越深，越容易自激。越大，水平线下移，越容易自激越大，表明反馈深度越深结论：02040608050k500k5M50M500M0-90-180-135-225-270基本放大电基本放大相交点交在 的-20dB/十倍频程处，放大电路是稳定的。第85页/共91页四.自激振荡的消除方法思考 如果 在0dB线以上只有一个转折频率，则无论反馈深度如何，电路都能稳定工作，对吗？0dB线以上只有一个转折频率，则在0dB线以上的斜率为-20dB/十倍频程。无论反馈深度如何，相交点都交在 的-20dB/十倍频程处，放大电路是稳定的。因此，消除自激振荡的指导思想是，人为地降低第一个极点的频率，拉大它与第二个极点频率之间的距离，确保相交点出现在第一、二极点频率之间，即相交在-20dB/十倍频程处。第86页/共91页1.电容补偿法 同前例，为了对它进行频率补偿，在产生主极点的电容旁边并联电容C P，这样使fp1发生了改变，令 f p2、fp3不变。第87页/共91页设反馈系数 ，分析可得：放大器是稳定的。在实际应用中，常将电容 跨接在的输入和输出端之间，代替CP。这样就可以减小补偿电容的值。0-90-180-135-225-2705k0204060800.05k50M0.5k50k500k5M第88页/共91页综合举例1：求电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。第89页/共91页综合举例2：求电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。第90页/共91页感谢您的观看！第91页/共91页