电子技术负反馈放大电路.pptx

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1、直流反馈与交流反馈正反馈与负反馈串联反馈与并联反馈什么是反馈电压反馈与电流反馈7.1 反馈的基本概念与分类反馈的基本概念与分类第1页/共72页 将电路输出回路的输出量（电压vo或电流io）送回到输入回路的过程，叫做反馈。hfeibicvceibvbehrevcehiehoe内部反馈外部反馈什么是反馈什么是反馈IBIC（IO）VE（ICRe）VB固定IB反馈第2页/共72页输出信号反馈放大电路的输入信号反馈信号基本放大电路的输入信号（净输入信号）什么是反馈负反馈电路框图反馈通路 信号反向传输的渠道开环 无反馈通路闭环 有反馈通路xID=xI - xF第3页/共72页反馈通路（本级）反馈通路（本级

2、）反馈通路（级间）判断电路是否存在反馈通路第4页/共72页 根据反馈到输入端的信号是交流，还是直流，或同时存在，来进行判别。直流反馈交、直流反馈直流反馈与交流反馈直流反馈与交流反馈第5页/共72页直流反馈与交流反馈(a)直流通路(b)交流通路第6页/共72页正反馈：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。从输出端看从输入端看正反馈：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。净输入量可以是电压，也可以是电流。正反馈与负反馈正反馈与负反馈第7页/共72页判别方法：净输入量减小净输入量增大负反馈正反馈反馈通路反馈通路 即在电路中，

3、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趋势。 正趋势用“+”号表示，负趋势用“-”号表示。瞬时极性法瞬时极性瞬时极性法法第8页/共72页例题例题试分析该电路存在的反馈，并判断其反馈极性。+vf-解： 根据瞬时极性法判断该电路为负反馈。第9页/共72页级间反馈通路净输入量减小级间负反馈例题例题第10页/共72页反馈通路净输入量减小本级负反馈例题例题第11页/共72页由反馈网络在放大电路输入端的连接方式判定串联：输入以电压形式求和（KVL） -vi+vid+vf=0 即 vid=vi- vf并联：输入以电流形式求和（KCL） ii-iid-if=0 即 iid=ii-if串联并

4、联串联反馈与并联反馈串联反馈与并联反馈第12页/共72页判断电路中的级间交流反馈是串联反馈还是并联反馈级间反馈通路xf (if)iiiid = ii if，输入以电流形式求和，并联反馈例题例题第13页/共72页判断电路中的级间交流反馈是串联反馈还是并联反馈串联反馈级间反馈通路xf (vf)vid=vi-vf ，输入以电压形式求和。例题第14页/共72页 电压反馈与电流反馈由反馈网络在放大电路输出端的取样对象决定电压反馈：反馈信号xf和输出电压成比例，即xf=Fvo并联结构串联结构电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈电流反馈：反馈信号xf与输出电流成比例，即xf=Fio 第15页/共72页电压反

5、馈与电流反馈电压负反馈RLvoxf xid vo 电压负反馈稳定输出电压xf=Fvo ， xid= xixf第16页/共72页电压反馈与电流反馈电流负反馈RL ioxf xid io 电流负反馈稳定输出电流xf=Fio ， xid= xixf第17页/共72页 将负载短路，反馈量仍然存在电流反馈。 将负载短路（未接负载时输出对地短路），反馈量为零电压反馈。电压反馈电流反馈反馈通路反馈通路判断方法：负载短路法第18页/共72页反馈通路end电压反馈例题第19页/共72页电压并联负反馈放大电路电流串联负反馈放大电路电流并联负反馈放大电路电压串联负反馈放大电路 反馈组态判断举例（交流） 信号源对反馈

6、效果的影响7.2 负反馈放大电路的四种组态负反馈放大电路的四种组态第20页/共72页电压串联负反馈放大电路 输入以电压形式求和（KVL）： vid=vi- vf 稳定输出电压特点： 电压控制的电压源RLvovfvid(=vivf) vo 第21页/共72页例第22页/共72页vf例第23页/共72页电压并联负反馈放大电路 输入以电流形式求和（KCL）： iid=ii-if 稳定输出电压 电流控制的电压源特点：第24页/共72页判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态。+UCCRCC2C1Rfuiuoiibif电压反馈并联反馈uoifib=i+ifuo此电路是电压并联负反馈，对直流也起作用。例：

7、第25页/共72页电流串联负反馈放大电路 输入以电压形式求和（KVL）： vid=vi- vf 稳定输出电流 电压控制的电流源特点： RL io vf (=ioRf ) vi一定时 vi d io 第26页/共72页例：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。反馈信号和输入信号加于输入回路两点时，瞬时极性相同为负反馈。解：根据瞬时极性法判断第27页/共72页电流并联负反馈放大电路 输入以电流形式求和（KCL）： iid=ii-if 稳定输出电流 电流控制的电流源特点：第28页/共72页判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态。电流反馈并联反馈iE2uFiFiBuC1uB2uC1

8、uB2iB2iE2uouiiiBiFuFRE2RfRE1RC1RC2+UCCiE2例：反馈信号和输入信号加于输入回路同一点，瞬极性相反是负反馈。电流并联负反馈。对直流也起作用，可以稳定静态工作点。判断反馈的组态判断反馈的极性第29页/共72页电压负反馈：稳定输出电压，具有恒压特性串联反馈：输入端电压求和（KVL）电流负反馈：稳定输出电流，具有恒流特性并联反馈：输入端电流求和（KCL）特点小结：特点小结：第30页/共72页(+)(-)(+)(+)级间电压串联负反馈(+)反馈组态判断举例（交流）反馈组态判断举例（交流）第31页/共72页反馈组态判断举例（交流）电压并联负反馈第32页/共72页直流反

9、馈交、直流反馈反馈组态判断举例（交流）(+)(+)(-)(+)(+)(+)电流串联负反馈第33页/共72页串联负反馈vid = vi -vf 则vi最好为恒压源，即信号源内阻Rs越小越好。 要想反馈效果明显，就要求vf变化能有效引起vid的变化。信号源对反馈效果的影信号源对反馈效果的影响响第34页/共72页信号源对反馈效果的影响并联负反馈iid = ii -if 则ii最好为恒流源，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iid的变化。end第35页/共72页1. 闭环增益的一般表达式2. 反馈深度讨论7.3 负反馈放大电路增益的一般表达式负反馈放大电路增益的一般

10、表达式第36页/共72页1. 闭环增益的一般表达式开环增益idoxxA ofxxF 反馈系数iofxxA 闭环增益因为fiidxxx 所以iofxxA fidoxxx FxAxxooo/ 已知AFA 1fidixxx 闭环增益的一般表达式即AFAA 1f7.3 负反馈放大电路增益的一般表达式第37页/共72页负反馈放大电路中各种信号量的含义7.3 负反馈放大电路增益的一般表达式第38页/共72页2. 反馈深度讨论一般负反馈称为反馈深度)1(FA 时，时， 11 )1( FA， FAA 时，时， 11 )2( FA深度负反馈正反馈时，时， 11 )3( FA， FAA 自激振荡时，时， 01 )

11、4( FA， F A 一般情况下，A和F都是频率的函数，当考虑信号频率的影响时，Af、A和F分别用 、 和 表示。 fAAF即FAAA 1fend7.3 负反馈放大电路增益的一般表达式第39页/共72页减小非线性失真抑制反馈环内噪声对输入电阻和输出电阻的影响提高增益的稳定性7.4 负反馈对放大电路性能的负反馈对放大电路性能的影响影响第40页/共72页提高增益的稳定性闭环时FAAA 1f对A求导得2f)1(1ddAFAA 只考虑幅值有AFAA 1fAAAFAAd11dff 另一方面,在深度负反馈条件下FA1f 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

12、。负反馈的组态不同，稳定的增益不同（Avf 、Arf 、Agf 、Aif）即闭环增益相对变化量是开环时的AF 11第41页/共72页减小非线性失真 闭环时增益减小，线性度变好。 只能减少环内放大电路产生的失真，如果输入波形本身就是失真的，即使引入负反馈，也无济于事。 1开环特性2闭环特性 第42页/共72页抑制反馈环内噪声nsVVNS VVVVVVVVFAAAVFAAAAVV211n2121so1 1 V比原有的信噪比提高了 倍2VA电压的信噪比 2VA增加一前置级 并认为该级为无噪声的 2nsVAVVNS 新的信噪比 第43页/共72页对输入电阻和输出电阻的影响 串联负反馈1. 对输入电阻的

13、影响开环输入电阻 Ri=vid/ii因为 vf=Fxo xo=Avid闭环输入电阻 Rif=vi/ii所以 vi=vid+vf=(1+AF )vid闭环输入电阻 Rif=vi/iiiiid)1()1(RAFiAF v引入串联负反馈后，输入电阻增加了。第44页/共72页对输入电阻和输出电阻的影响 并联负反馈1. 对输入电阻的影响闭环输入电阻AFRR 1iif 引入并联负反馈后，输入电阻减小了。注意: 反馈对输入电阻的影响仅限于环内，对环外不产生影响。第45页/共72页例如图中R1不在环内AFRR 1iif但是if1ifRRR 当R1 时，反馈对Rif几乎没有影响。ifR 第46页/共72页对输入

14、电阻和输出电阻的影响2. 对输出电阻的影响 电压负反馈第47页/共72页2. 对输出电阻的影响闭环输出电阻ttofiRv 电压负反馈而 Xid= - Xf= -Fvt idoottXARi v忽略反馈网络对it的分流FARiRoottof1 vtoottvvFARi 所以 引入电压负反馈后，输出电阻减小了。第48页/共72页对输入电阻和输出电阻的影响2. 对输出电阻的影响 电流负反馈闭环输出电阻osttof)1(RFAiR v 引入电流负反馈后，输出电阻增大了。注意: 反馈对输出电阻的影响仅限于环内，对环外不产生影响。第49页/共72页 负反馈对放大电路性能的改善，是以牺牲增益为代价的，且仅对

15、环内的性能产生影响。串联负反馈 并联负反馈 电压负反馈 电流负反馈 特别注意表的内容增大输入电阻减小输入电阻减小输出电阻，稳定输出电压增大输出电阻，稳定输出电流对输入电阻和输出电阻的影响end第50页/共72页1. 深度负反馈的特点2. 举例7.5 深度负反馈条件下的近似深度负反馈条件下的近似计算计算第51页/共72页1. 深度负反馈的特点即，深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈网络有关 11 FA由于FAAA 1f则FFAA1 又因为iofXXA ofXXF 代入上式ifXX 得（也常写为 xf xi）0fiid XXX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“两虚”的概念输入

16、量近似等于反馈量（xid 0 ）第52页/共72页1. 深度负反馈的特点串联负反馈，输入端电压求和0iidid riv深度负反馈条件下 xid= xi - xf 0 虚短虚断虚短虚断并联负反馈，输入端电流求和vid= vi - vf 0iid= ii - if 0vid= iid ri 0第53页/共72页2. 举例 电压串联负反馈 设电路满足深度负反馈条件，试写出该电路的闭环电压增益表达式。 解： 根据虚短、虚断ofRRRvvf11 闭环增益（就是闭环电压增益）iofvvv Afovv 1f1RR 第54页/共72页2. 举例 (例 电压串联负反馈 设电路满足深度负反馈条件，试写出该电路的闭

17、环电压增益表达式。 解： 根据虚短、虚断ofb2b2fvvRRR 闭环电压增益iofvvv Ab2f1RR ifvv 第55页/共72页2. 举例 (例 电流并联负反馈 设电路满足深度负反馈条件，试写出该电路的闭环增益和闭环源电压增益表达式。 解： 根据虚短、虚断RRRii ff- -闭环增益iofii iA)1(fRR ifii 所以闭环电压增益sofvvv AsisRiv ）虚地虚地(0pn vvLooRiv sLf)1(RRRR siLoRiRi- 注意：若io参考方向不同，将影响闭环增益的结果 ofiii R又因为iR第56页/共72页解:（3） 闭环增益fiofRiv rAifii

18、例（3）求大环反馈的闭环增益以及对信号源的闭环电压增益； 电压并联负反馈根据虚短、虚断ffoR-iv 0V2. 举例end第57页/共72页本章习题；第58页/共72页设计负反馈放大电路的一般步骤设计举例7.6 负反馈放大电路设计负反馈放大电路设计第59页/共72页设计负反馈放大电路的一般步骤1. 选定需要的反馈类型2. 确定反馈系数的大小3. 适当选择反馈网络中的电阻阻值4. 通过仿真分析，检验设计是否满足要求信号源性质对输出信号的要求对输入、输出电阻的要求对信号变换的要求（V-V、V-I、I-V、I-I ）FA1f 深度负反馈时尽量减小反馈网络对基本放大电路的负载效应第60页/共72页设计

19、举例例设计一个带负反馈的光电隔离器的驱动电路。设vs的变化范围为05V，内阻Rs=500。要求LED的io1=10-3vs(A)。已知运放的Avo=104，Ri=5k，Ro=100。设计后仿真检验发光二极管的电流。 解:驱动电路需要将电压vs转换为电流io1已知LED的光强度流过LED的电流io1线性电压信号vs线性选用电流串联负反馈电路光电隔离器第61页/共72页解:选用电流串联负反馈电路 k110001fsgrAF所以 Rf=1kS 103so1fs viAg又因为根据虚断有FA1f 深度负反馈时fo1fRiFr v设计举例例设计一个带负反馈的光电隔离器的驱动电路。设vs的变化范围为05V

20、，内阻Rs=500。要求LED的io1=10-3vs(A)。已知运放的Avo=104，Ri=5k，Ro=100。设计后仿真检验发光二极管的电流。 第62页/共72页解: 仿真电路io1与vs的呈线性关系， io1=10-3vs，放大电路满足设计要求。end设计举例例设计一个带负反馈的光电隔离器的驱动电路。设vs的变化范围为05V，内阻Rs=500。要求LED的io1=10-3vs(A)。已知运放的Avo=104，Ri=5k，Ro=100。设计后仿真检验发光二极管的电流。 第63页/共72页增益-带宽积频率响应的一般表达式7.7 7.7 负反馈放大电路的频率响负反馈放大电路的频率响应应第64页/

21、共72页频率响应的一般表达式基本放大电路的高频响应比开环时增加了HMHj1ffAA 为基本放大电路通带增益MAHfMfHHHfj11ffAFAAA 根据闭环增益表达式有（设反馈网络为纯阻网络）通带闭环增益MfA其中同理可得闭环上限频率HMHf)1 (fFAf 比开环时减小了闭环下限频率FAffMLLf1 引入负反馈后，放大电路的通频带展宽了f HLfHfffffBW 第65页/共72页增益-带宽积放大电路的增益-带宽积为常数 HHHff11AffAFAFAfA 闭环增益-带宽积开环增益-带宽积end第66页/共72页频率补偿负反馈放大电路的自激振荡及 稳定工作的条件7.8 负反馈放大电路的稳定

22、性负反馈放大电路的稳定性第67页/共72页负反馈放大电路的自激振荡及稳定工作的条件1. 自激振荡现象 在不加任何输入信号的情况下，放大电路仍会产生一定频率的信号输出。2. 产生原因 在高频区或低频区产生的附加相移达到180，使中频区的负反馈在高频区或低频区变成了正反馈，当满足了一定的幅值条件时，便产生自激振荡。FA和和第68页/共72页3. 自激振荡条件自激振荡反馈深度时，时， 01 FA即1 FA为为环环路路增增益益）（ FA又)()()()(fa FAFA得自激振荡条件1)()(kk FA 180)12()()(kfkan 幅值条件相位条件（附加相移）FAAA 1f闭环增益负反馈放大电路的

23、自激振荡及稳定工作的条件第69页/共72页4. 稳定工作条件破坏自激振荡条件1 FA 180)12(fan 1 FA 180fa 或0lg20m GFA 180)12(fan 0lg20 FA 180mfa 当反馈网络为纯电阻网络时， f = 0。其中 Gm幅值裕度，一般要求Gm -10dBm相位裕度，一般要求m 45（保证可靠稳定，留有余地）写成等式，且幅值用分贝数表示时负反馈放大电路的自激振荡及稳定工作的条件第70页/共72页用波特图表示或Gm -10dB 或 m 454. 稳定工作条件0lg20m GFA 180)12(fan 0lg20 FA 180mfa 负反馈放大电路的自激振荡及稳定工作的条件第71页/共72页感谢您的观看！第72页/共72页