电子技术基础模拟部分反馈放大电路.pptx

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1、7.1 反馈的基本概念与分类反馈的基本概念与分类直流反馈与交流反馈直流反馈与交流反馈正反馈与负反馈正反馈与负反馈串联反馈与并联反馈串联反馈与并联反馈什么是反馈什么是反馈电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈第1页/共70页什么是反馈什么是反馈 将电子系统输出回路的电量（电压或电流）送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第2页/共70页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）什么是反馈什么是反馈框图反馈通路 信号反向传输的

2、渠道开环 无反馈通路闭环 有反馈通路第3页/共70页判断电路是否存在反馈通路什么是反馈什么是反馈反馈通路反馈通路（本级）（本级）反馈通路反馈通路（本级）（本级）反馈通路反馈通路（级间）（级间）第4页/共70页直流反馈与交流反馈直流反馈与交流反馈 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、直流反馈第5页/共70页直流反馈与交流反馈直流反馈与交流反馈(a)直流通路 (b)交流通路第6页/共70页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。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

3、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。第7页/共70页正反馈与负反馈正反馈与负反馈判别方法：瞬时极性法。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 （正斜率或负斜率，用“+”+”、“-”-”号表示）。净输入量减小净输入量减小净输入量增大净输入量增大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第8页/共70页级间反馈通路级间反馈通路净输入量减小净输入量减小级间负反馈正反馈与负反馈正反馈与负反馈第9页/共70页正反馈与负反馈正反馈与负反馈反馈通路反馈通路净输入量减小净输入量减小本级负反馈第10页/共70页串联反馈

4、与并联反馈串联反馈与并联反馈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（KVLKVL） - -vi i+vidid+vf f= =0 即 vidid= =vi i- - vf f并联：输入以电流形式求和（KCLKCL） ii i- -iidid- -if f= =0 即 iidid= =ii i- -if f串联并联第11页/共70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与并联反馈串联反馈与并联反馈并联反馈级间反馈通路级间反馈通路xf (if)第12页/共70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与并联反馈串联反馈与并联反馈串联反馈级间反

5、馈通路级间反馈通路xf (vf)第13页/共70页电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈 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电流反馈：反馈信号xf与输出电流成比例，即xf=Fio 并联结构串联结构第14页/共70页电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈电压负反馈RL vo o xf xid vo 电压负反馈稳定输出电压xf=Fvo ， xid= xixf第15页/共70页电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈电流负反馈RL io o xf xid io 电流负反馈稳定输出电流xf=Fio ， xid= xixf第16页/共

6、70页电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈判断方法：负载短路法 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反馈通路反馈通路第17页/共70页电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈电压反馈反馈通路反馈通路end第18页/共70页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电压并联负反馈放大电路电压并联负反馈放大电路电流串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流并联负反馈放大电路电压串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）反馈组态判断举例（交流） 信号源

7、对反馈效果的影响信号源对反馈效果的影响第19页/共70页电压串联负反馈放大电路电压串联负反馈放大电路 输入以电压形式求和（KVLKVL）： vidid= =vi i- - vf f 稳定输出电压特点： 电压控制的电压源RLvovfvid(=vivf) vo 第20页/共70页电压并联负反馈放大电路电压并联负反馈放大电路 输入以电流形式求和（KCLKCL）： iidid= =ii i- -if f 稳定输出电压 电流控制的电压源特点：第21页/共70页电流串联负反馈放大电路电流串联负反馈放大电路 输入以电压形式求和（KVLKVL）： vidid= =vi i- - vf f 稳定输出电流 电压控

8、制的电流源特点： RL io vf (=ioRf ) vi一定时 vi d io 第22页/共70页电流并联负反馈放大电路电流并联负反馈放大电路 输入以电流形式求和（KCLKCL）： iidid= =ii i- -if f 稳定输出电流 电流控制的电流源特点：第23页/共70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（KVLKVL）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（KCLKCL）特点小结：第24页/共70页反馈组态判断举例（交流）反馈组态判断举例（交流）(+)(-)(+)(+)级间电压串联负反馈(+)第25页/共70页反馈组态判断举例（交流）

9、反馈组态判断举例（交流）电压并联负反馈第26页/共70页直流反馈交、直流反馈反馈组态判断举例（交流）反馈组态判断举例（交流）(+)(+)(-)(+)(+)(+)电流串联负反馈第27页/共70页串联负反馈信号源对反馈效果的影响信号源对反馈效果的影响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。第28页/共70页信号源对反馈效果的影响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29页/共70

10、页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表达式1. 闭环增益的一般表达式闭环增益的一般表达式2. 反馈深度讨论反馈深度讨论第30页/共70页1. 闭环增益的一般表达式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负反馈放大电路增益的一般表达式第31页/共70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负反馈放大电路增益的一般表达式

11、第32页/共70页2. 反馈深度讨论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 )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负反馈放大电路增益的一般表达式第33页/共70页7.4 负反馈对放大电负反馈对放大电路性能的影响路性能的影响减小非线性失真减小非线性失真抑制反馈环内噪声抑制反馈环内噪声对输入电阻和输出

12、电阻的影响对输入电阻和输出电阻的影响提高增益的稳定性提高增益的稳定性第34页/共70页提高增益的稳定性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。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35页/共70页减小非线性失真减小非线性失真 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

13、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36页/共70页抑制反馈环内噪声抑制反馈环内噪声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37页/共70页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1. 对输入电阻的影响开环输入电阻 Ri i= =vidid/ /ii i因为 vf f= =Fxo o xo o= =Avidid闭环输入电阻 Rifif= =vi i/ /ii i所以 vi i= =vi

14、did+ +vf f=(1+=(1+AF ) )vidid闭环输入电阻 Rifif= =vi i/ /ii iiiid)1()1(RAFiAF v引入串联负反馈后，输入电阻增加了。第38页/共70页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 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39页/共70页例如例如图中R1 1不在环内AFRR 1iif但是if1ifRRR 当R1 1 时，反馈对Rif几乎没有影响。ifR 第40页/共70页对输入电阻和输出电阻的影响对输入电

15、阻和输出电阻的影响2. 对输出电阻的影响 电压负反馈第41页/共70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42页/共70页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43页/共70页 负反馈对放大电路性能的改

16、善，是以牺牲增益为代价的，且仅对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对输入电阻和输出电阻的影响end第44页/共70页7.5 深度负反馈条件下深度负反馈条件下的近似计算的近似计算1. 深度负反馈的特点深度负反馈的特点2. 举例举例第45页/共70页1. 深度负反馈的特点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 f

17、xi i）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”的概念输入量近似等于反馈量（xid id 0 ）第46页/共70页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0iidid riv深度负反馈条件下 xidid= = xi i - - xf f 0 虚短虚断虚短虚断并联负反馈，输入端电流求和vidid= = vi i - - vf f 0iidid= = ii i - - if f 0vidid= = iid id ri i 0第47页/共70页2. 举例举例 电压串联负反馈反馈系数ofvvv F 实际上该电路就是第2 2章介绍的同相

18、比例放大电路，该结果与第2 2章所得结果相同 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f11RRR 闭环增益（就是闭环电压增益）iofvvv AvF1 1f1RR 第48页/共70页2. 举例举例 (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49页/共70页2. 举例举例 (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

19、环增益iofii iA)1(fRR ifii 所以闭环电压增益sofvvv AsisRiv 0pn vvLooRiv sLf)1(RRRR siLoRiRi- 注意：若io o参考方向不同，将影响闭环增益的结果 ofiii R又因为iR第50页/共70页解: :（3 3） 闭环增益fiofRiv rAifii 例例（3 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 0V0V2. 举例举例end第51页/共70页7.6 负反馈放大电路设计负反馈放大电路设计设计负反馈放大电路的一般步骤设计负反馈放大电路的一般步骤设计举例设计举例第52页/共70页

20、设计负反馈放大电路的一般步骤设计负反馈放大电路的一般步骤1. 1. 选定需要的反馈类型2. 2. 确定反馈系数的大小3. 3. 适当选择反馈网络中的电阻阻值4. 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-VV-V、V-IV-I、I-VI-V、I-II-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53页/共70页设计举例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。

21、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 s转换为电流io1o1已知LED的光强度流过LED的电流io1o1线性电压信号vs s线性选用电流串联负反馈电路光电隔离器第54页/共70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5

22、5页/共70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56页/共70页7.7 负反馈放大电路的频率响应负反馈放大电路的频率响应增益增益- -带宽积带宽积频率响应的一般表达式频率响应的一般表达式第57页/共70页频率响应的一般表达式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

23、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58页/共70页频率响应的一般表达式频率响应的一般表达式例的波特图 开环增益反馈系数为0.01时反馈系数为0.1时反馈系数为1时第59页/共70页增益增益- -带宽积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60页/共70页7.8 负反馈放大

24、电路的稳定性负反馈放大电路的稳定性频率补偿频率补偿负反馈放大电路的自激振荡及负反馈放大电路的自激振荡及 稳定工作的条件稳定工作的条件第61页/共70页负反馈放大电路的自激振荡及稳定工作的条件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. 产生原因产生原因 在高频区或低频区产生的附加相移达到180180 ，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62页/共70页3. 自激振荡条件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

25、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自激振荡及稳定工作的条件负反馈放大电路的自激振荡及稳定工作的条件第63页/共70页4. 稳定工作条件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 - -10dB m相位裕度，一般要求 m 45 （保证可靠稳定，留有余地）写成

26、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负反馈放大电路的自激振荡及稳定工作的条件第64页/共70页用波特图表示或Gm -10dB 或 m 45 4. 稳定工作条件稳定工作条件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负反馈放大电路的自激振荡及稳定工作的条件第65页/共70页5. 负反馈放大电路稳定性分析负反馈放大电路稳定性分析FAFA1lg20lg20lg20 环路增益的幅频响应写为环路增益的幅频响应写为一般一般与频率无关，与频率无关，F则则F1lg20的幅频响应是一条水平线的幅频响应是一条水平

27、线利用波特图分析利用波特图分析关键是作出关键是作出A的幅频响应和相频响应波特图的幅频响应和相频响应波特图F1lg20水平线水平线Alg20 与与的交点为的交点为F1lg20Alg20 1 FA即该点满足即该点满足负反馈放大电路的自激振荡及稳定工作的条件负反馈放大电路的自激振荡及稳定工作的条件第66页/共70页(2) 作作F1lg20水平线水平线判断稳定性方法判断稳定性方法(1) 作出作出A的幅频响应和相频响应波特图的幅频响应和相频响应波特图(3) 判断是否满足相位裕度判断是否满足相位裕度 m 45 在相频响应的在相频响应的点处作垂线与点处作垂线与 交于交于P点点 135 a Alg20 若若P

28、点在点在 水平线之下，稳定；否则不稳定。水平线之下，稳定；否则不稳定。F1lg20或或5. 负反馈放大电路稳定性分析负反馈放大电路稳定性分析负反馈放大电路的自激振荡及稳定工作的条件负反馈放大电路的自激振荡及稳定工作的条件F1lg20在水平线在水平线Alg20 与与的交点作垂线交于相频响应曲线的交点作垂线交于相频响应曲线的一点。若该点的一点。若该点| a|135 ，满足相位裕度，稳定；否则不稳定。满足相位裕度，稳定；否则不稳定。第67页/共70页基本放大电基本放大电 1点点 FA基本放大基本放大增大增大 F 反馈深度越深，越反馈深度越深，越容易自激。容易自激。F越大，水平线越大，水平线下移，越下移，越F1lg20容易自激容易自激F越大，表明越大，表明反馈深度越深反馈深度越深自激振荡及稳定工作的条件自激振荡及稳定工作的条件5. 负反馈放大电路稳定性分析负反馈放大电路稳定性分析P点交在点交在 的的-20dB/十倍频程处，放大电路是稳定的。十倍频程处，放大电路是稳定的。Alg20 第68页/共70页频率补偿频率补偿不作要求end第69页/共70页感谢您的观看！第70页/共70页