负反馈放大电路(1).ppt

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1、第第6 6章章 负反反馈放大器放大器6.1 反馈的概念及判断 方法6.2 负反馈放大电路的四种基本组态6.3 负反馈放大电路的方框图及一般表达式6.4 深度负反馈放大电路放大倍数的分析 6.5负反馈对放大电路性能的影响6.6 负反馈放大器自激振荡及消除方法16.1.1 6.1.1 反反馈的基本概念的基本概念 一、一、反反馈的定的定义 二、二、负反反馈和正反和正反馈 三、三、交流反交流反馈和直流反和直流反馈四、四、电压反反馈和和电流反流反馈五、五、串串联反反馈和并和并联反反馈6 6.1 反反馈的的基本概念与判断方法的的基本概念与判断方法2反馈概念方框图一、反反馈的定的定义 在放大在放大电路中信号

2、的路中信号的传输是是从从输入端到入端到输出端，出端，这个方向称个方向称为正向正向传输。反反馈就是将就是将输出信出信号取出一部分或全部送回到放大号取出一部分或全部送回到放大电路的路的输入回路，与原入回路，与原输入信号入信号相加或相减后再作用到放大相加或相减后再作用到放大电路路的的输入端。入端。反反馈信号的信号的传输是反是反向向传输。所以放大。所以放大电路无反路无反馈也也称称开环开环，放大放大电路有反路有反馈也称也称闭闭环环。反。反馈的示意的示意图见图。3 图中：是输入信号，是反馈信号，称为净输入信号。图09.01 反馈概念方框图 所以有 返回返回4二、二、负反反馈和正反和正反馈负反馈加入反馈后，

3、净输入信号入信号|Xi|Xi|，输出幅度增加。反馈概念方框图返回返回5三、交流反交流反馈和直流反和直流反馈 反馈信号只有交流成分时为交流反交流反馈，反馈信号只有直流成分时为直流反直流反馈，既有交流成分又有直流成分时为交直流反交直流反馈。返回返回6四、电压反馈和电流反馈四、电压反馈和电流反馈电压反反馈：反反馈信号信号取自取自电压的的称称为电压反反馈；电流反流反馈：反反馈信号信号取自电流的取自电流的称称为电流流反反馈；返回返回五、串联反馈和并联反馈五、串联反馈和并联反馈串联串联反反馈：反反馈信号信号与信号源串联的与信号源串联的称称为串联串联反反馈；并并流反流反馈：反反馈信号信号与信号源并联的与信号

4、源并联的称称为并联并联反反馈；76.1.2 反反馈的判断的判断一一.有无反有无反馈的判断的判断图6.1.2 有无反馈的判断（a)没有引入反馈(b)引入了电压并联负反馈（c)没有引入反馈89 图6.1.3 反馈极性的判断(a)电压串联负反馈(b)电压串联正反馈(c)电压并联负反馈10例例：判断：判断Rf是否负反馈是否负反馈+UCCRCC2C1Rfuiuoiibif是负反馈是负反馈 11例例：判断：判断Rf是否负反馈是否负反馈uC1uB2uouiiiBiFuFRE2RfRE1RC1RC2+UCCiE2 是负反馈是负反馈1213电路直流通道交流通道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

5、，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。14图示电路为:交流交流电压并并联负反反馈15例6.1.1 判断6.1.7所示电路中是否引入了反馈;若引入反馈,是直流反馈还是交流反馈?是正反馈还是负反馈?图6.1.7 例6.1.1 电路图 级间反馈和第二级反馈均为负反馈交直流反馈16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。+C1RB1RC

6、1RB21RB22RC2RE2CEC3C2+ECuoui+T1T2RfRE1C17图2.4.2 静态工作点稳定电路在图（b)所示电路中射极电阻上的电压为直流电压，因而电路中引入的是直流负反馈。在图(a)所示电路中 既有引入了直流负反馈，又引入了交流负反馈。18 将将输出出电压短路短路，若反，若反馈信号信号为零，零，则为电压反反馈；若反；若反馈信号仍然存在，信号仍然存在，则为电流反流反馈。四、电压反馈和电流反馈四、电压反馈和电流反馈电压反反馈与与电流反流反馈的判断：的判断：电压反反馈：反反馈信号信号取自取自电压的的称称为电压反反馈；电流反流反馈：反反馈信号信号取自电流的取自电流的称称为电流流反反

7、馈；19RLuoRLuo电压反馈采样的两种形式：电压反馈采样的两种形式：采样电阻采样电阻20uouiiiBiFuFRE2RfRE1RC1RC2+UCCiE221四、串串联反反馈和并和并联反反馈 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，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。此时反馈信号与输入信号是电流相加的关系。此时反馈信号与输入信号 是电压相加减的关系。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。对于三极管来说，反馈信号与输入信号同时加在输入三极管的基极，则为并联反

8、馈；一个加在基极一个加在发射极则为串联反馈。22 例题09.1:试判断图09.03所示电路 的反馈组态。解:根据瞬时极性法，见图中的红色“+”、“-”号，可知是负反馈。因反馈信号和输入信号加在运放A1的两个输入端，故为串联反馈。图09.03 例题09.02图 因反馈信号取自输出电压，故为电压反馈。结论：交直流电压串联负反馈。23例例：判断反馈的类型：判断反馈的类型+UCCRCC2C1Rfuiuoiibif电压反馈电压反馈并联反馈并联反馈此电路是电压并联负反馈此电路是电压并联负反馈24电压反馈与电流反馈判别方法：电压反馈与电流反馈判别方法：电压反馈电压反馈一般从后级放大器的集电极采样。一般从后级

9、放大器的集电极采样。电流反馈电流反馈一般从后级放大器的发射极采样。一般从后级放大器的发射极采样。并联反馈与串联反馈判别方法：并联反馈与串联反馈判别方法：并联反馈并联反馈的反馈信号接于晶体管基极。的反馈信号接于晶体管基极。串联反馈串联反馈的反馈信号接于晶体管发射极。的反馈信号接于晶体管发射极。总结总结25例例：判断反馈的类型：判断反馈的类型电流反馈电流反馈并联反馈并联反馈uC1uB2uouiiiBiFuFRE2RfRE1RC1RC2+UCCiE2此电路是电流并联负反馈此电路是电流并联负反馈26负反馈的分析步骤负反馈的分析步骤3.是否负反馈？是否负反馈？4.是负反馈！那么是何种是负反馈！那么是何种

10、类型的负反馈？（判断反馈的组态）类型的负反馈？（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？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276.2 四种负反馈类型的分析一、一、电压串联负反馈电压串联负反馈 二、二、电压并联负反馈电压并联负反馈 三、三、电流串联负反馈电流串联负反馈 四、四、电流并联负反馈电流并联负反馈28一、一、电压串串联负反反馈 串联电压负反馈(a)分立元件放大电路

11、串联电压负反馈(b)集成运放放大电路29对于图09.02(a)：对于图09.02(b)：闭环放大倍数09.02(a)09.02(b)反馈电压：反馈电压：30 二、电流串联负反馈31三、电压并联负反馈32四、电流并联负反馈图09.08 并联电流负反馈(a)(b)33返回返回346.3 6.3 负反馈放大电路的方块图及一般表达式负反馈放大电路的方块图及一般表达式 6.3.1 6.3.1 负反馈放大电路的方框图表示负反馈放大电路的方框图表示 6.3.2 6.3.2 四种四种组态电路的方路的方块图 6.3.3 6.3.3 反馈深度反馈深度356.3.1 负反馈放大电路的方框图表示反反馈网网络的反的反馈

12、系数系数：闭环放大放大电路的放大倍数路的放大倍数：放大电路的放大电路的放大倍数放大倍数：开环开环放大倍数放大倍数36电压串联负反馈电流串联负反馈电压并联负反馈电流并联负反馈37电压串联负反馈电流串联负反馈电压并联负反馈电流并联负反馈386.3.3 反馈深度 称为反馈深度 它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，相当负反馈 (2)当 1时，相当正反馈 (3)当 =0 时，=，相当于输入为零时仍有输出，故称为“自激状态”。39 1+1时称称为深度深度负反反馈。于是。于是闭环放大倍数放大倍数 也就是也就是说在深度在深度负反反馈条件下，条件下，闭环放大放大倍数近似等于反倍

13、数近似等于反馈系数的倒数系数的倒数，与有源器件的，与有源器件的参数基本无关。一般反参数基本无关。一般反馈网网络是无源元件构成是无源元件构成的，其的，其稳定性定性优于有源器件，因此深度于有源器件，因此深度负反反馈时的放大倍数比的放大倍数比较稳定。定。40对于深度于深度负反反馈放大器来放大器来说,因因为AF1,所以所以深度深度负反反馈条件下：条件下：把把Af=Xo/Xi,F=Xf/Xo 代入上式得代入上式得 对于串于串联负反反馈 对于并于并联负反反馈41(a)电压串联负反馈电路(b)电流串联负反馈电路42(c)电压并联负反馈电路(d)电流并联负反馈电路注：反馈量仅决定于输出量，因此反馈系数仅决定于

14、注：反馈量仅决定于输出量，因此反馈系数仅决定于反馈网络，而与放大电路的输入、输出特性及负载电反馈网络，而与放大电路的输入、输出特性及负载电阻无关。阻无关。4344电路的电压放大倍数：电路的电压放大倍数：电电路的路的放大倍数：放大倍数：45电压放大倍数电压放大倍数46电压放大倍数：电压放大倍数：47求解深度负反馈放大电路的一般步骤求解深度负反馈放大电路的一般步骤：1、正确判断反馈组态2、求解反馈系数F3、利用F求解Af、Auf、Ausf48例6.4.1电路如图6.2.8所示:图6.2.8 例图6.4.1 电路图电流串联负反馈49例6.4.3 电路如图6.4.3所示图6.4.3 例6.4.3 电路

15、图50 6.5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措施，广泛应用于放大电路和反馈控制系统 之中。之中。6.4.1 6.4.1 负反馈对增益的影响负反馈对增益的影响6.4.2 6.4.2 负反馈对输入电阻的影响负反馈对输入电阻的影响6.4.3 6.4.3 负反馈对输出电阻的影响负反馈对输出电阻的影响6.4.4 6.4.4 负反馈对通频带的影响负反馈对通频带的影响6.4.5 6.4.5 负反馈对非线性失真的影响负反馈对非线性失真的影响516.5.16.5.1负反馈对增益的影响负反馈对增益的影响 有反

16、馈时增益的稳定性比无反馈时提高了(1+AF)倍。1、深度深度负反反馈2、一般、一般负反反馈 根据负反馈基本方程，不论何种负反馈，都可使反馈放大倍数下降1+AF倍，只不过不同的反馈组态A、F的量纲不同而已，但AF无量纲。526.5.2 6.5.2 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 串串联负反反馈输入端的入端的电路路结构形式如构形式如图09.10所所 示。示。对串串联电压负反反馈和和 串串联电流流负反反馈效果相同。效果相同。有反有反馈的的输入入电阻阻 式中Ri=rid。负反反馈对输入入电阻的影响与反阻的影响与反馈加入的方式有

17、关加入的方式有关，即与串即与串联或并或并联反反馈有关，而与有关，而与电压或或电流反流反馈无关无关。图09.10 串联负反馈对 输入电阻的影响53(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 并联负反馈输入端的电路结构形式如图09.11所 示。对电压并联负 反馈和电流并联负 反馈效果相同，只 要是并联负反馈就 可使输入电阻减小。有反馈的输入电阻 为 图09.11 并联负反馈对 输入电阻的影响546.5.3 负反馈对输出电阻的影响 电压负反馈可以使输出电阻减小，这与电压负反馈可以使输出电压稳定是相一致的。输出电阻小，带负载能力强，输出电压的降落就小，稳定性就好。(1)电压负反馈使输

18、出电阻减小图09.11 电压负反馈对输出电阻的影响图09.12电压负反馈对输出电阻的影响 图09.12为求输出电阻的等效电路，将负载电阻开路，在输出端加入一个等效电压Vo，并将输入端接地。于是有式中 是负载开路时的电压放大倍数。此处用XS=0 是因为考虑到电压并联负反馈时，信号源内阻不能为零，否则反馈信号将被信号源旁路。XS=0，说明信号源内阻还存在。负载开路55(2)电流负反馈使输出电阻增加 电流负反馈可以使输出电阻增加。图09.13 电流负反馈对输出电阻的影响 式中Ais是负载短路时 的开环增益，即将负载短 路，把电压源转换为电流 源，再将负载开路的增益。这与电流负反馈可以使输出 电流稳定

19、是相一致的。输出电阻大，负反馈放大电路接近电流源的特性，输出电流的稳定性就好。电流并联负反馈为例，图09.13为求输出电阻的等效电路。将负载电阻开路，在输出端加入一个等效的电压Vo，并令输入信号源为零，即VS=0。可得56(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(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（3 3）电压负反馈使输出电阻减小）电压负反馈使输出电阻减小(4(4）电流负反馈使输出电阻增加电流负反馈使输出电阻增加负反馈对输入输出电阻的影响总结：负反馈对输入输出电阻的影响总结：576.5.4 负反馈对通频带的影响 放大放大电路加入路加入负反反馈后，增益

20、下降，但通后，增益下降，但通频带却加却加宽了，如了，如图09.14所示。所示。图09.14 负反馈对通频带的影响 无反馈时的通频带f=f HfL f H 有反馈时的放大电路高频段的增益为58有反馈时的通频带fF=(1+AF)fH 负反馈放大电路扩展通频带有一个重要的 特性，即增益与通频带之积为常数：596.5.5 6.5.5 负反馈对非线性失真的影响负反馈对非线性失真的影响 负反馈可以改善放大电路的非线性失真图09.15 负反馈对非线性 失真的影响 因加入负反馈放大电路的输出幅度下降，不好比对，因此必须要加大输入信号，使加入负反馈以后的输出幅度基本达到原来有失真时的输出幅度才有意义。加入负反馈

21、改善非线性 失真，可通过图09.15来加以说明。失真的反馈信号，使净输入产生相反的失真，从而弥补了放大电路本身的非线性失真。606.5.6为改善交流性能而引入改善交流性能而引入负反反馈的一般原的一般原则：1、要、要稳定直流量（如定直流量（如Q点），点），应引入直流反引入直流反馈；2、要、要稳定交流性能，定交流性能，应引入交流反引入交流反馈；3、要、要稳定定输出出电压，应引入引入电压负反反馈；4、要、要稳定定输出出电流，流，应引入引入电流流负反反馈；5、要提高、要提高输入入电阻，阻，应引入串引入串联负反反馈 要减少要减少输入入电阻，阻，应引入并引入并联负反反馈；。61例6.5.1 电路如图所示:

22、图6.5.8 例6.5.1 电路图626.6 负反馈放大电路自激振荡及消除方法一、产生自激振荡的原因及条件1、自激振荡：无输入信号，有输出。2、产生的原因 （1）定性分析 由波特图可知AF是放大电路和反馈 电路的总附加相移，如果在中频条件下，放大 电路有180的相移。在其它频段电路中如果出 现了附加相移AF，且AF达到180，使总的相 移为360，负反馈变为正反馈。如果幅度条件 满足要求，放大电路产生自激。63（2）定量分析 由于当Af趋于无穷时，产生自激振荡，即有：=0 改写为相位条件相位条件又可写为 幅度条件幅度条件 AF=A+F=(2n+1)n=0,1,2,3起振条件：|AF|16465

23、当f=fo时,20lglAFl0db,即lAFl1,满足起振条件,所以图(a)必然产生振荡当f=fo时,20lglAFl1,满足起振条件,所以图(b)必然产生振荡 66n(2)若存在fo,且fofc,则电路稳定,不会产生自己振荡.67二、二、负反反馈放大器放大器稳定裕度定裕度 为了使所设计的负反馈放大器可靠稳定的 工作，我们引入稳定裕度的概念，包括：1、幅值裕度 Gm Gm=20lg f=fc dB0，一般要求：Gm=45 68 常用的消振方法：n 1、方法原则：破坏幅值或相位条件 n 2、最简便的方法：调整反馈电阻阻值使 F下降 下降，即fo下降，使 fo fc。此法缺点：F减小是有限的。n 3、采用补偿的方法使放大器在高频时，幅值衰减很快，n接入电容C（有时还有R）。69