第5章 放大电路中的反馈精选文档.ppt

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1、第5章 放大电路中的反馈本讲稿第一页，共四十七页5.1 反馈的基本概念反馈的基本概念 5.1.1 反馈概念的建立反馈概念的建立 反馈是为改善放大电路的性能而引入的一项技术措施。反馈的示意图如图5-1。X.XiX.i df放大电路正向传输反向传输+X.O反馈网络 图5-1 反馈方框图 第第5 5章章 放放 大大 电电 路路 中中 的的 反反 馈馈返回章本讲稿第二页，共四十七页反馈反馈放大器放大器输出输出XO输入输入Xi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反馈网络反馈网络迭加迭加反馈信反

2、馈信号号Xf实际被放大信号实际被放大信号净输入净输入Xid第第5 5章章 放放 大大 电电 路路 中中 的的 反反 馈馈本讲稿第三页，共四十七页 反馈是指将放大电路输出量（电压或电流）的一部分或全部，通过一定的方式，返回到放大电路的输入端，对输入端产生作用。引入反馈后，整个系统构成了一个闭环系统。在图5-1中，分别表示放大器的输入、输出和反馈信号,表示 与 两个信号的比较，是比较后的净输入信号。引入反馈后，放大器的输入端同时受输入信号和反馈信号的作用。引入反馈后，电路中增加了反馈网络。为了区别，把未接反馈网络的放大器叫基本放大器，而把包括反馈网络在内的整个系统称为反馈放大器。第第5 5章章 放

3、放 大大 电电 路路 中中 的的 反反 馈馈本讲稿第四页，共四十七页 5.1.2 反馈的分类与判断反馈的分类与判断 1 1反馈的分类反馈的分类 1 1）正反馈与负反馈）正反馈与负反馈 根据反馈极性的不同，可将反馈分为正反馈和负反馈。如果反馈信号使净输入信号增强，则称为正反馈；反之，若反馈信号使净输入信号减小，则称为负反馈。放大电路中一般都采用负反馈。2 2）直流反馈与交流反馈）直流反馈与交流反馈 反馈信号中只有直流成分，即反馈只能反映直流量的变化，则称直流反馈；反馈信号中只有交流成分，即反馈只能反映交流量的变化，则称交流反馈。有时反馈信号中既有直流成分，又有交流成分，这种反馈则称为交直流反馈。

4、第第5 5章章 放放 大大 电电 路路 中中 的的 反反 馈馈本讲稿第五页，共四十七页 3 3）电压反馈与电流反馈）电压反馈与电流反馈 如果反馈信号取自输出电压，即反馈信号与输出电压成正比，称为电压反馈。如果反馈信号取自输出电流，即反馈信号与输出电流成正比，称为电流反馈。4 4）串联反馈与并联反馈）串联反馈与并联反馈 如果反馈信号在放大电路的输入回路以电压的形式出现，那么从放大电路的净输入端向外看，反馈信号必然与外加输入信号是串联关系，称串联反馈。如果反馈信号在放大电路的输入回路以电流形式出现，那么从放大电路的净输入端向外看，反馈信号必然与外加输入信号是并联关系，称并联反馈。第第5 5章章 放

5、放 大大 电电 路路 中中 的的 反反 馈馈本讲稿第六页，共四十七页 反馈信号在输入回路的不同叠加方式如图5-3所示。注意：反馈信号在输入回路是以电压形式还是电流形式出现，仅仅由其在放大电路输入端的叠加方式是串联还是并联来决定，而与输出回路的取样方式无关。idid图5-3 反馈信号在输入回路的叠加方式第第5 5章章 放放 大大 电电 路路 中中 的的 反反 馈馈本讲稿第七页，共四十七页 2.2.反馈类型的判断反馈类型的判断 1 1）正、负反馈的判断）正、负反馈的判断 正反馈和负反馈的判断法：瞬时极性法瞬时极性法 在放大电路的输入端，假设输入信号对地为+。按信号正向传输方向依次判断各点的瞬时极性

6、,一直达到反馈信号在输出端的点。反馈支路两端信号的极性不变，由此得到反馈信号在输入回路点的极性。第第5 5章章 放放 大大 电电 路路 中中 的的 反反 馈馈 反馈信号和输入信号加于输入回路同一点时，输入信号和反馈信号的极性相同的为正反馈，极性相反的是负反馈。反馈信号和输入信号加于放大电路输入回路两点时(不同点)，极性相同的为负反馈，极性相反的是正反馈。本讲稿第八页，共四十七页例例5-1:5-1:图5-4(a)中，假设在输入端瞬时极性为正(+),则输出电压的瞬时极性为负(-)，而反馈电压由输出端经电阻引回到运放的同相端，则反馈电压的瞬时极性也为负(-)，从净输入端看，引入反馈后使净输入增大，因

7、此该电路为正反馈。(反馈信号和输入信号加于放大电路输入回路两点,且瞬时极性相反，故为正反馈。）第第5 5章章 放放 大大 电电 路路 中中 的的 反反 馈馈本讲稿第九页，共四十七页例例5-2:5-2:图5.4(b)中，假设在输入端瞬时极性为正(+)，则输出电压的瞬时极性为负(-)，而反馈信号经电阻反馈后引到运放的反相端，从净输入端看，引入反馈后使净输入减小，因此该电路为负反馈。(反馈信号和输入信号加于放大电路输入回路一点,且瞬时极性相反，故为负反馈。)第第5 5章章 放放 大大 电电 路路 中中 的的 反反 馈馈本讲稿第十页，共四十七页 2 2）直流反馈与交流反馈的判断）直流反馈与交流反馈的判

8、断 若出现在交流通路中，则为交流反馈；若出现在直流通路中，则为直流反馈；若在交流通路和直流通路中同时出现，则为交直流反馈。图图5-5 5-5 直流反馈与交流反馈直流反馈与交流反馈第第5 5章章 放放 大大 电电 路路 中中 的的 反反 馈馈图5.5(a)中，电阻RF是反馈元件，电容Ce短路交流信号，故两级之间只存在直流反馈。图5.5(b)中，RF与CF串联支路是反馈元件，电容CF具有隔直流通交流的作用，故两级之间只存在交流反馈。一般来讲，反馈支路中电阻与电容串联存在交流反馈，反馈支路一般来讲，反馈支路中电阻与电容串联存在交流反馈，反馈支路与电容并联存在直流反馈。与电容并联存在直流反馈。本讲稿第

9、十一页，共四十七页3)电压反馈与电流反馈的判断电压反馈与电流反馈的判断 电压反馈与电流反馈的判断法：电压反馈与电流反馈的判断法：方法方法1:1:将输出电压短路，若反馈信号为零，则为电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为电流反馈。方法2:找到反馈信号在输出端的点A。若反馈信号取自输出电压（A点与输出电压点是同一点），则为电压反馈；反之（A点与输出电压点不是同一点）为电流反馈 第第5 5章章 放放 大大 电电 路路 中中 的的 反反 馈馈本讲稿第十二页，共四十七页例例5-3:5-3:共射组态的基本放大电路如图5-6所示，电阻Re上的电压，就是反馈电压。A点输出电压点（集电极C）不是同一点，因此是电流反

10、馈。图图5-6 5-6 共射组态的基本放大电路共射组态的基本放大电路第第5 5章章 放放 大大 电电 路路 中中 的的 反反 馈馈A本讲稿第十三页，共四十七页 4)4)串联反馈与并联反馈的判断串联反馈与并联反馈的判断 串联反馈与并联反馈的判断法：串联反馈与并联反馈的判断法：反馈信号与输入信号加在输入回路的同一点 并联反馈。反馈信号与输入信号加在回路的不同的两点 串联反馈。如图5-7所示。(a)并联反馈 (b)串联反馈 图5-7 并联和串联反馈的判断第第5 5章章 放放 大大 电电 路路 中中 的的 反反 馈馈本讲稿第十四页，共四十七页反馈类型判别总结反馈类型判别总结1.找到反馈支路的两个端点即

11、在输入及输出回路的交点A和B2.使用瞬时极性法：输入对地为正，判断各点极性，反馈支路两个端点A和B的电压极性相同。3.在输出端：反馈与输出在同一点 电压反馈反馈与输出不在同一点 电流反馈 4.在输入端：反馈与输入在同一点 并联反馈 反馈与输入不在同一点 串联反馈 5.在输 入端：反馈与输入不在同一点 反馈与输入在同一点极性相同 正反馈 极性相反 负反馈极性相同 负反馈 极性相反 正反馈本讲稿第十五页，共四十七页 5.1.3 交流负反馈的四种组态交流负反馈的四种组态 交流负反馈有四种组态，即：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。1）电压串联负反馈电压串联负反馈 例例5

12、-4:5-4:如图5-8所示判断电路的反馈组态。第第5 5章章 放放 大大 电电 路路 中中 的的 反反 馈馈(a)a)分立元件放大电路分立元件放大电路 (b)b)集成运放放大电路集成运放放大电路图图5-8 5-8 电压串联负反馈电压串联负反馈本讲稿第十六页，共四十七页 2 2）电压并联负反馈）电压并联负反馈 例例5-5:5-5:如图5-9所示判断电路的反馈组态。根据瞬时极性法，易判断为负反馈，且为电压负反馈。又因反馈信号与输入信号在一点相加，为并联反馈。故为交流电压并联负反馈。图图5-9 5-9 电压并联负反馈电压并联负反馈第第5 5章章 放放 大大 电电 路路 中中 的的 反反 馈馈本讲稿

13、第十七页，共四十七页 3 3）电流串联负反馈）电流串联负反馈 例例5-6:5-6:如图5-10所示判断电路的反馈组态。(a)(b)a)(b)图图5-10 5-10 电流串联负反馈电流串联负反馈第第5 5章章 放放 大大 电电 路路 中中 的的 反反 馈馈本讲稿第十八页，共四十七页 4)电流并联负反馈电流并联负反馈 例例5-7:5-7:如图5-11所示判断电路的反馈组态。(a)(b)a)(b)图图5-10 5-10 电流并联负反馈电流并联负反馈第第5 5章章 放放 大大 电电 路路 中中 的的 反反 馈馈本讲稿第十九页，共四十七页例例58+UCCRCC2C1RfuSuoibifii+-RS电压并

14、联负反馈电压并联负反馈本讲稿第二十页，共四十七页基本放大电路基本放大电路A反馈网络反馈网络F放大放大：迭加：迭加：5.1.4 反馈的一般表达式反馈的一般表达式A称为开环放称为开环放大倍数大倍数+反馈反馈：AF称为闭环称为闭环放大倍数放大倍数AF=Xo/Xi输出信号输出信号输入信号输入信号反馈信号反馈信号净输入净输入信号信号F称为反馈系数称为反馈系数本讲稿第二十一页，共四十七页 整理上式可得放大电路引入反馈的一般表达式：第第5 5章章 放放 大大 电电 路路 中中 的的 反反 馈馈放大放大：反馈反馈：迭加：迭加：本讲稿第二十二页，共四十七页 有关符号的名称和含义说明：有关符号的名称和含义说明：回

15、路增益。表示在反馈放大电路中，信号沿着放大电路和反馈网络组成的环路传递一周以后所得到的放大倍数。反馈深度。反映了反馈对放大电路影响的程度。可分为下列三种情况：(1)当 1时，电压增益下降，相当负反馈。(2)当 1时，电压增益上升，相当正反馈。(3)当 =0 时，=，相当于输入为零时仍有输出，称为“自激状态”第第5 5章章 放放 大大 电电 路路 中中 的的 反反 馈馈本讲稿第二十三页，共四十七页 当 1时称为深度负反馈，与 1相当。深度负反馈的闭环放大倍数为：在深度负反馈条件下，闭环放大倍数基本上等于反馈系数的倒数。也就是说，深度负反馈放大电路的放大倍数几乎与基本放大电路的放大倍数无关，而主要

16、决定于反馈网络的反馈系数。注意：Xi、Xf 和Xo可以是电压信号，也可以是电流信号。它们取不同信号时，可影响A、Af、F的量纲。第第5 5章章 放放 大大 电电 路路 中中 的的 反反 馈馈本讲稿第二十四页，共四十七页 （1）当它们都是电压信号时，A、Af、F无量纲，A和Af是电压放大倍数。（2）当它们都是电流信号时，A、Af、F无量纲，A和Af是电流放大倍数。（3）当它们既有电压信号也有电流信号时，A、Af、F有量纲，A和Af也有专门的放大倍数称谓。具体参见表5-1所示。第第5 5章章 放放 大大 电电 路路 中中 的的 反反 馈馈本讲稿第二十五页，共四十七页5.2 负反馈对放大电路性能的影

17、响负反馈对放大电路性能的影响 负反馈是改善放大电路性能的重要技术措施，广泛应用于放大电路和反馈控制系统之中。5.2.1 提高放大倍数的稳定性提高放大倍数的稳定性 引入负反馈以后，放大电路的闭环放大倍数为 放大电路工作在中频范围，且反馈网络为纯电阻性，则 和 均为实数，上式可表示为 第第5 5章章 放放 大大 电电 路路 中中 的的 反反 馈馈返回章本讲稿第二十六页，共四十七页 推导可得下式：上式表明：负反馈放大电路闭环放大倍数的相对变化量 ，等于开环放大倍数相对变化量 的 。也就是说，虽然负反馈的引入使放大倍数下降了 倍，但放大倍数的稳定性提高了 倍。第第5 5章章 放放 大大 电电 路路 中

18、中 的的 反反 馈馈本讲稿第二十七页，共四十七页5.2.2 减小非线性失真减小非线性失真Aouiufuiuoud加反馈前加反馈前加反馈后加反馈后AoF+失真失真改善改善uouo本讲稿第二十八页，共四十七页注意：注意：负反馈可以改善放大电路的非线性失真，但是只能改善反馈环内产生的非线性失真。负反馈对非线性失真的改善是有限度的，非线性失真太大，加入负反馈也不会消除。负反馈加入不当还会带来自激。负反馈对放大电路的噪声、干扰和温度漂移也有抑制作用。负反馈改善非线性失真的示波器波形如图5-13所示。第第5 5章章 放放 大大 电电 路路 中中 的的 反反 馈馈本讲稿第二十九页，共四十七页(a)输出无失真

19、输出无失真 (b)输出幅度增加产生失真输出幅度增加产生失真（c）负反馈失真消失负反馈失真消失 图图5-13 负反馈对非线性失真的改善负反馈对非线性失真的改善 第第5 5章章 放放 大大 电电 路路 中中 的的 反反 馈馈本讲稿第三十页，共四十七页5.2.3 展宽频带展宽频带 由于放大电路中存在电抗性元件及三极管本身的结电容，造成了放大倍数随频率而变化。即中频段放大倍数较大，高频段和低频段放大倍数随频率的升高和降低而减小，导致放大电路的通频带较窄。定义：定义：放大电路能够比较均匀的放大信号的频段为通频带BW。设中频段放大倍数均匀处的增益为A0，当增益下降到A0的70%处对应的频率为截止频率。低频

20、段的截止频率用fL表示；高频段的截止频率用fH表示。通频带如图5-14所示。第第5 5章章 放放 大大 电电 路路 中中 的的 反反 馈馈本讲稿第三十一页，共四十七页引入负反馈使电路的增益下降，通频引入负反馈使电路的增益下降，通频带宽度增加：带宽度增加：fABWo Ao AF BWf本讲稿第三十二页，共四十七页5.2.4 改变输入电阻和输出电阻改变输入电阻和输出电阻负反馈对输入电阻的影响与反馈在输入端的加入方式（串联还是并联反馈）有关。串联负反馈使输入电阻增加 图图5-15 5-15 串联负反馈输入电阻影响串联负反馈输入电阻影响 图5-15中，反馈电压削弱输入电压的作用，使净输入电压减小。可见

21、，在同样的外加输入电压之下，输入电流将比无反馈时小，因此，输入电阻将增大。第第5 5章章 放放 大大 电电 路路 中中 的的 反反 馈馈 结论：引入串联负反馈，放大电路的输入电阻将增大，成为无反馈时的 倍。本讲稿第三十三页，共四十七页并联负反馈使输入电阻减小 图5-16中，并联负反馈放大电路的输入端，输入信号与反馈信号加在同一个点，由于反馈极性为负，反馈电路将分流一部分输入电流，使输入电流增大，因此，输入电阻减小。图图5-16 5-16 并联负反馈输入电阻影响并联负反馈输入电阻影响 第第5 5章章 放放 大大 电电 路路 中中 的的 反反 馈馈 结论：引入并联负反馈，放大电路的输入电阻将减小，

22、为无反馈时的1/。本讲稿第三十四页，共四十七页电压负反馈使输出电阻减小 电压负反馈可以稳定输出电压，使放大电路接近电压源，输出电压稳定，也就是放大电路带负载能力强，相当输出电阻减小。电压负反馈使输出电压稳定与输出电阻减大是一致的因果关系。理论推导:电压负反馈使输出电阻减少(1+AF)倍。电流负反馈使输出电阻增加 电流负反馈可以稳定输出电流，使放大电路接近电流源，放大电路的输出电阻(内阻)增加。电流负反馈使输出电流稳定与输出电阻增大是一致的因果关系。理论推导:电流负反馈使输出电阻增加(1+AF)倍。第第5 5章章 放放 大大 电电 路路 中中 的的 反反 馈馈本讲稿第三十五页，共四十七页负反馈对

23、放大电路的影响1.1.使放大倍数减小。使放大倍数减小。2.2.提高放大倍数的稳定性。提高放大倍数的稳定性。3.3.展宽频带。展宽频带。4.4.减小非线性失真。减小非线性失真。5.5.改变输入电阻和输出电阻。改变输入电阻和输出电阻。串联负反馈使输入电阻增加，串联负反馈使输入电阻增加，并联负反馈使输入电阻减小，并联负反馈使输入电阻减小，电压负反馈使输出电阻减小，电压负反馈使输出电阻减小，电流负反馈使输出电阻增加。电流负反馈使输出电阻增加。本讲稿第三十六页，共四十七页5.3 负反馈放大电路的分析计算负反馈放大电路的分析计算 5.3.1 利用闭环放大倍数的表达式估算利用闭环放大倍数的表达式估算 在深度

24、负反馈条件下，闭环电压放大倍数表示为 方法1：深度负反馈放大电路的闭环放大倍数 近似等于反馈系数 的倒数，因此，只需求出 ，即可得到 。第第5 5章章 放放 大大 电电 路路 中中 的的 反反 馈馈返回章注意：是广义的放大倍数，其含义和量纲与反馈的组态有关，并非专指电压放大倍数。本讲稿第三十七页，共四十七页5.3.2 利用关系式利用关系式 进行估算进行估算 由定义得：满足深度负反馈条件时：第第5 5章章 放放 大大 电电 路路 中中 的的 反反 馈馈方法2：任何组态的负反馈放大电路，只要满足深度负反馈的条件，都可以利用 的特点，直接估算闭环电压放大倍数注意：对于不同组态的负反馈，式中 和 代表

25、不同的电量。串联负反馈：并联负反馈：本讲稿第三十八页，共四十七页5.3.3 深度负反馈放大电路计算举例深度负反馈放大电路计算举例 例例5-7:5-7:如图5-17所示，满足深度负反馈条件，试估算各电路的闭环电压放大倍数。(a)a)(b)(b)图图5-17 例例5-7电路电路 第第5 5章章 放放 大大 电电 路路 中中 的的 反反 馈馈(a)为电压串联负反馈。闭环电压放大倍数为：(b)为电流并联负反馈。闭环电压放大倍数为：本讲稿第三十九页，共四十七页 负反馈的引入改善放大电路的性能。但反馈深度过深，可能造成放大电路的自激振荡。5.4.1 产生自激振荡的原因产生自激振荡的原因 1）自激振荡的幅度

26、条件和相位条件 负反馈放大电路产生自激振荡的条件：即幅度条件：相位条件：第第5 5章章 放放 大大 电电 路路 中中 的的 反反 馈馈5.4 负反馈放大电路的自激振荡负反馈放大电路的自激振荡 返回章其中：为环路附加相移，为基本放大电路的相移，为反馈网络的相移。当反馈网络为纯电阻时，则 。本讲稿第四十页，共四十七页 自激振荡的实质：负反馈放大电路产生自激时，在原有负反馈电路有180o相移基础上，环路又产生了180o的附加相移，使负反馈变成了正反馈，而环路增益又满足|=1。2）自激振荡产生的原因 第第5 5章章 放放 大大 电电 路路 中中 的的 反反 馈馈 三级放大电路的附加相移可以达到0270

27、o，级数愈多附加相移也愈大，当其附加相移达到180o，同时反馈信号的幅值等于或大于净输入信号的幅值时，即|1，负反馈放大电路就会产生自激振荡。本讲稿第四十一页，共四十七页5.4.2 自激振荡的判断方法自激振荡的判断方法 判断负反馈放大电路是否振荡，可综合考察 的幅频特性和相频特性，分析是否同时满足自激振荡的幅度条件和相位条件。第第5 5章章 放放 大大 电电 路路 中中 的的 反反 馈馈例例5-8:负反馈放大电路的波特图如图5.19所示。判断负反馈放大电路是否自激振荡。(a)(b)a)(b)图图5-19 反馈放大电路的波特图反馈放大电路的波特图 图(a)中,由相频特性可见，当 时，的相位移 ，

28、而在此频率处|1，说明电路同时满足自激振荡的相位条件和幅度条件，故负反馈放大电路将产生自激振荡。图(b)中，由相频特性可见，当 时，相应的对数幅频特性位于横坐标轴之下，即|1，说明电路不满足自激振荡的幅度条件，不会产生自激振荡，能够稳定工作。本讲稿第四十二页，共四十七页 5.4.3 消除自激振荡的常用方法消除自激振荡的常用方法 消除自激振荡的基本方法：采用相位补偿网络。补偿的思想：电路中增加适当的阻容元件，改变频率特性，破坏自激条件，使电路工作稳定。补偿网络分为：滞后补偿、超前补偿、相位超前滞后补偿。电容滞后补偿和RC滞后补偿电路如图5-20、5-21所示。第第5 5章章 放放 大大 电电 路

29、路 中中 的的 反反 馈馈本讲稿第四十三页，共四十七页图图5-20 5-20 电容滞后补偿电容滞后补偿 图图5-21 5-21 RC滞后补偿滞后补偿 第第5 5章章 放放 大大 电电 路路 中中 的的 反反 馈馈本讲稿第四十四页，共四十七页一一.反馈类型判别总结反馈类型判别总结1.找到反馈支路的两个端点即在输出及输入回路的交点A和B2.使用瞬时极性法：输入对地为正，判断各点极性，反馈支路两个端点A和B的电压极性相同。3.在输出端：反馈与输出在同一点 电压反馈反馈与输出不在同一点 电流反馈 4.在输入端：反馈与输入在同一点 并联反馈 反馈与输入不在同一点 串联反馈 5.在输 入端：反馈与输入不在

30、同一点 反馈与输入在同一点极性相同 正反馈 极性相反 负反馈极性相同 负反馈 极性相反 正反馈本讲稿第四十五页，共四十七页二二.电压负反馈稳定输出电压，电流负反馈稳定输电压负反馈稳定输出电压，电流负反馈稳定输出电流。出电流。三三.负反馈对放大电路的影响负反馈对放大电路的影响1.1.使放大倍数减小。使放大倍数减小。2.2.提高放大倍数的稳定性。提高放大倍数的稳定性。3.3.展宽频带。展宽频带。4.4.减小非线性失真。减小非线性失真。5.5.改变输入电阻和输出电阻。改变输入电阻和输出电阻。串联负反馈使输入电阻增加，串联负反馈使输入电阻增加，并联负反馈使输入电阻减小，并联负反馈使输入电阻减小，电压负反馈使输出电阻减小，电压负反馈使输出电阻减小，电流负反馈使输出电阻增加。电流负反馈使输出电阻增加。本讲稿第四十六页，共四十七页五.负反馈放大电路的自激振荡负反馈放大电路的自激振荡 1.条件：2.实质：加入负反馈，由于某种原因变为正反馈且幅度满足条件，即产生自激振荡。3.判断：若相位在180时，幅度|AF|1即产生自激振荡。4.消除：在两级放大电路之间加入电容，破坏相位条件。四四.负反馈放大电路的分析计算负反馈放大电路的分析计算 串联负反馈：并联负反馈：幅度条件：相位条件：本讲稿第四十七页，共四十七页