第7章负反馈放大器.pptx

《第7章负反馈放大器.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第7章负反馈放大器.pptx（69页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、2023/2/171什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。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1页/共69页2023/2/172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）框图框图反馈通路反馈通路信号反向传输的渠道信号反向传输的渠道开环开环 无反馈通路无反馈通路闭环闭环 有反馈通路有反馈通路什么是反馈什么是反馈第2页/共69页2023

2、/2/173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）判断电路是否存在反馈通路判断电路是否存在反馈通路什么是反馈什么是反馈第3页/共69页2023/2/174直流反馈与交流反馈直流反馈与交流反馈直流反馈直流反馈交、直流反馈交、直流反馈根根据据反反馈馈到到输输入入端端的的信信号号是是交交流流，还还是是直直流流，或或同同时时存存在在，来来进进行判别。行判别。第4页/共69页2023/2/175(a)直流通路直流通路 (b)交流通路交流通路直流反馈与交流反馈直流反馈与交流反馈第5页/共69页2023/2/176正反馈与负反馈正反馈与负反馈正反馈：

3、输入量不变时，引入反馈后输出量变大了。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。负反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变小了。从输出端看从输出端看从输入端看从输入端看正反馈：引入反馈后，使净输入量变大了。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。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。净输入量可以是电压，也可以是电流。第6页/共69页2023/2/177判判别别方方法法：瞬瞬时时极极性性法法。即即在在电电路路中中，从从输输入入端端开开始始，沿沿着着信信号号流流向向，标标出出某一时

4、刻有关节点电压变化的斜率。正、负斜率，用某一时刻有关节点电压变化的斜率。正、负斜率，用“+”+”、“-”-”号表示。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正反馈反馈通路反馈通路反馈通路反馈通路正反馈与负反馈正反馈与负反馈第7页/共69页2023/2/178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级间负反馈正反馈与负反馈正反馈与负反馈第8页/共69页2023/2/179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本级负反馈正反馈与负反馈正反馈与负反馈第9页/共69页2023/2/1710串联反馈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

5、的连接方式判定。由反馈网络在放大电路输入端的连接方式判定。串联串联串联：串联：输入以电压形式求和输入以电压形式求和（KVLKVL）-vi i+vidid+vf f=0 即即 vidid=vi i-vf f并联：并联：输入以电流形式求和输入以电流形式求和（KCLKCL）ii i-iidid-if f=0 即即 iidid=ii i-if f并联并联第10页/共69页2023/2/1711判断电路中的级间交流反馈是串联反馈还是并联反馈。判断电路中的级间交流反馈是串联反馈还是并联反馈。并联反馈并联反馈级间反馈通路级间反馈通路xf(if)串联反馈与并联反馈串联反馈与并联反馈第11页/共69页2023/

6、2/1712判断电路中的级间交流反馈是串联反馈还是并联反馈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串联反馈级间反馈通路级间反馈通路xf(vf)串联反馈与并联反馈串联反馈与并联反馈第12页/共69页2023/2/1713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。决定。电压反馈：反馈信号电压反馈：反馈信号xf和输出电压成比例，即和输出电压成比例，即xf=Fvo电流反馈：反馈信号电流反馈：反馈信号xf与输出电流成比例，即与输出电流成比例，即xf=Fio 并联结构并联结构串联结构串

7、联结构第13页/共69页2023/2/1714电压负反馈电压负反馈RL vo o xf xid vo 电压负反馈稳定输出电压电压负反馈稳定输出电压xf=Fvo，xid=xixf电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈第14页/共69页2023/2/1715电流负反馈电流负反馈RL io o xf xid io 电流负反馈稳定输出电流电流负反馈稳定输出电流xf=Fio，xid=xixf电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈第15页/共69页2023/2/1716判断方法：负载短路法判断方法：负载短路法 将将负载负载短路，反馈量仍然存在短路，反馈量仍然存在电流反馈。电流反馈。将将负载负载短路，反馈量为零

8、短路，反馈量为零电压反馈。电压反馈。电压反馈电压反馈电流反馈电流反馈反馈通路反馈通路反馈通路反馈通路电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈第16页/共69页2023/2/1717反馈通路反馈通路电压反馈电压反馈电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈第17页/共69页2023/2/17187.2 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）信号源对反馈效果的影响信号源对反馈效果的影响第18页/共6

9、9页2023/2/1719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输入以电压形式求和（KVLKVL）：vidid=vi i-vf f 稳定输出电压稳定输出电压特点：特点：电压控制的电压源电压控制的电压源第19页/共69页2023/2/1720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输入以电流形式求和（KCLKCL）：iidid=ii i-if f稳定输出电压稳定输出电压电流控制的电压源电流控制的电压源特点：特点：第20页/共69页2023/2/1721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输入以电压形式求和（KVLKVL）：v

10、idid=vi i-vf f 稳定输出电流稳定输出电流电压控制的电流源电压控制的电流源特点：特点：第21页/共69页2023/2/1722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输入以电流形式求和（KCLKCL）：iidid=ii i-if f稳定输出电流稳定输出电流电流控制的电流源电流控制的电流源特点：特点：第22页/共69页2023/2/1723电压负反馈：电压负反馈：稳定输出电压，具有恒压特性稳定输出电压，具有恒压特性;串联反馈：串联反馈：输入端电压求和（输入端电压求和（KVLKVL）;电流负反馈：电流负反馈：稳定输出电流，具有恒流特性。稳定输出电流，具有恒流特性。

11、并联反馈：并联反馈：输入端电流求和（输入端电流求和（KCLKCL）;特点小结：特点小结：特点小结：特点小结：第23页/共69页2023/2/1724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级间电压串联负反馈(+)第24页/共69页2023/2/1725反馈组态判断举例（交流）反馈组态判断举例（交流）电压并联负反馈电压并联负反馈第25页/共69页2023/2/1726直流反馈直流反馈交、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）(+)(+)(-)(+)(+)(+)电流串联电流串联负反馈负反馈第26页/共69页2023/2

12、/1727串联负反馈串联负反馈信号源对反馈效果的影响vID=vI-vF 则则vI最好为恒压源，即信号源内阻最好为恒压源，即信号源内阻RS越小越好。越小越好。要想反馈效果明显，就要求要想反馈效果明显，就要求vF变化能有效引起变化能有效引起vID的变化。的变化。第27页/共69页2023/2/1728信号源对反馈效果的影响并联负反馈并联负反馈iID=iI-iF则则iI最好为恒最好为恒流流源，即信号源内阻源，即信号源内阻RS越大越好。越大越好。要想反馈效果明显，就要求要想反馈效果明显，就要求iF变化能有效引起变化能有效引起iID的变化。的变化。第28页/共69页2023/2/17297.3 负反馈放

13、大电路增益的一般表达式闭环增益的一般表达式闭环增益的一般表达式反馈深度讨论反馈深度讨论环路增益环路增益第29页/共69页2023/2/1730闭环增益的一般表达式闭环增益的一般表达式开环增益开环增益反馈系数反馈系数闭环增益闭环增益因为因为所以所以已知已知闭环增益的一般表达式闭环增益的一般表达式即即第30页/共69页2023/2/1731负反馈放大电路中各种信号量的含义负反馈放大电路中各种信号量的含义闭环增益的一般表达式闭环增益的一般表达式第31页/共69页2023/2/1732反馈深度讨论反馈深度讨论一般负反馈一般负反馈称为反馈深度称为反馈深度深度负反馈深度负反馈正反馈正反馈自激振荡自激振荡

14、一般情况下，一般情况下，A和和F都是频率的函数，当考虑信号频率的影都是频率的函数，当考虑信号频率的影响时，响时，Af、A和和F分别用分别用 、和和 表示。表示。即即第32页/共69页2023/2/17337.4 负反馈对放大电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33页/共69页2023/2/1734提高增益的稳定性提高增益的稳定性闭环时闭环时对对A求导得求导得只考虑幅值有只考虑幅值有即闭环增益相对变化量比开环减小了即闭环增益相对变化量比开环减小了1+AF另一方面另一方面,在

15、深度负反馈条件下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。组成时，闭环增益将有很高的稳定性。负反馈的组态不同，稳定的增益不同负反馈的组态不同，稳定的增益不同（Avf、Arf、Agf、Aif）第34页/共69页2023/2/1735减小非线性失真减小非线性失真 只能减少环内放大电路产生的失真，如果输入波形本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。身就是失真的，即使引入负反馈，也无济于事。1开环特性开环特性2闭环特性闭环特性 闭环时

16、增益减小，闭环时增益减小，线性度变好。线性度变好。第35页/共69页2023/2/1736抑制反馈环内噪声抑制反馈环内噪声比原有的信噪比提高了比原有的信噪比提高了 倍倍电压的信噪比电压的信噪比 增加一前置级增加一前置级 并认为该级为无噪声的并认为该级为无噪声的 新的信噪比新的信噪比 第36页/共69页2023/2/1737 串联负反馈串联负反馈1.对输入电阻的影响对输入电阻的影响开环输入电阻开环输入电阻 Ri i=vidid/ii i因为因为 vf f=Fxo o xo o=Avidid闭环输入电阻闭环输入电阻 Rifif=vi i/ii i所以所以 vi i=vidid+vf f=(1+=(

17、1+AF)vidid闭环输入电阻闭环输入电阻 Rifif=vi i/ii i引入串联负反馈后，输入电阻增加了。引入串联负反馈后，输入电阻增加了。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第37页/共69页2023/2/1738 并联负反馈并联负反馈1.对输入电阻的影响对输入电阻的影响闭环输入电阻闭环输入电阻注意注意:反馈对输入电阻的影响仅限于环内，对环外不产生影响。反馈对输入电阻的影响仅限于环内，对环外不产生影响。引入并联负反馈后，输入电阻减小了。引入并联负反馈后，输入电阻减小了。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第38页/共69页2023/2/1739例如例如例如

18、例如图中图中R1 1不在环内不在环内当当R1 1 时，反馈对时，反馈对Rif几乎没有影响。几乎没有影响。1.对输入电阻的影响对输入电阻的影响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但是但是R1第39页/共69页2023/2/1740闭环输出电阻闭环输出电阻 电压负反馈电压负反馈而而 Xid=-Xf=-FvT 忽略反馈网络对忽略反馈网络对iT的分流的分流所以所以引入电压负反馈后，输出电阻减小了。引入电压负反馈后，输出电阻减小了。2.对输出电阻的影响对输出电阻的影响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第40页/共69页2023/2/1741 电流负反馈电流负反馈闭环输出

19、电阻闭环输出电阻引入电流负反馈后，输出电阻增大了。引入电流负反馈后，输出电阻增大了。注意注意:反馈对输出电阻的影响仅限于环内，反馈对输出电阻的影响仅限于环内，对环外不产生影响。对环外不产生影响。2.对输出电阻的影响对输出电阻的影响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第41页/共69页2023/2/1742 负反馈对放大电路性能的改善，是以牺牲增益为代价的，负反馈对放大电路性能的改善，是以牺牲增益为代价的，且仅对环内的性能产生影响。且仅对环内的性能产生影响。串联负反馈串联负反馈 并联负反馈并联负反馈 电压负反馈电压负反馈 电流负反馈电流负反馈 特别注意表的内容特别注意表的内容增大

20、输入电阻增大输入电阻减小输入电阻减小输入电阻减小输出电阻，稳定输出电压减小输出电阻，稳定输出电压增大输出电阻，稳定输出电流增大输出电阻，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第42页/共69页2023/2/17437.5 深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈的特点深度负反馈的特点举例举例第43页/共69页2023/2/1744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即，深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈网络有关由于由于则则又因为又因为代入上式代入上式得得（也常写为（也常写为 xf f xi i）净输入量近似等于零净输入量近似等于零

21、由此可得深度负反馈条件下，基本放大电路由此可得深度负反馈条件下，基本放大电路“两虚两虚”的概念的概念输入量近似等于反馈量输入量近似等于反馈量（xid id 0）第44页/共69页2023/2/1745串联负反馈，输入端电压求和串联负反馈，输入端电压求和深度负反馈条件下深度负反馈条件下 xidid=xi i-xf f 0 虚短虚短虚断虚断虚短虚短虚断虚断并联负反馈，输入端电流求和并联负反馈，输入端电流求和vidid=vi i-vf f 0iidid=ii i-if f 0vidid=iid id ri i 0深度负反馈的特点深度负反馈的特点第45页/共69页2023/2/1746举例举例 电压串

22、联负反馈电压串联负反馈反馈系数反馈系数 实际上该电路就是第实际上该电路就是第2 2章介绍的同相比例放大电路，该章介绍的同相比例放大电路，该结果与第结果与第2 2章所得结构相同。章所得结构相同。设电路满足深度负反馈条件，试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。写出该电路的闭环电压增益表达式。解：解：根据根据虚短虚短、虚断虚断闭环增益闭环增益（就是闭环电压增益）（就是闭环电压增益）第46页/共69页2023/2/1747举例举例 电压串联负反馈电压串联负反馈解：解：根据根据虚短虚短、虚断虚断闭环电压增益闭环电压增益设电路满足深度负反馈条件，试写设电路满足深度负反馈条件，试写出

23、该电路的闭环电压增益表达式。出该电路的闭环电压增益表达式。例例第47页/共69页2023/2/1748 电流并联负反馈电流并联负反馈解：解：根据根据虚短虚短、虚断虚断闭环增益闭环增益所以闭环电压增益所以闭环电压增益注意：若注意：若io o参考方向不同，参考方向不同，将影响闭环增益的结果。将影响闭环增益的结果。又因为又因为iR 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。压增益表达式。举例举例例例第48页/共69页2023/2/1749解解:（3 3）闭环增益闭环增益（3 3）求大环反馈的闭环增益以及对信号源的

24、闭环电压增益；）求大环反馈的闭环增益以及对信号源的闭环电压增益；电压并联负反馈电压并联负反馈根据根据虚短虚短、虚断虚断0V0V例例举例举例第49页/共69页2023/2/17507.6 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50页/共69页2023/2/1751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选定需要的反馈类型2.2.确定反馈系数的大小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通过仿真分析，检验设计是否满足要求

25、信号源性质信号源性质对输出信号的要求对输出信号的要求对输入、输出电阻的要求对输入、输出电阻的要求对信号变换的要求（对信号变换的要求（V-VV-V、V-IV-I、I-VI-V、I-II-I ）深度负反馈时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尽量减小反馈网络对基本放大电路的负载效应第51页/共69页2023/2/1752例设计一个带负反馈的光电隔离器的驱动电路。设例设计一个带负反馈的光电隔离器的驱动电路。设vs的变化范围为的变化范围为05V，内阻，内阻Rs=500。要求。要求LED的的io1=10-3vs(A)。已知运放的。已知运放的Avo=104，Ri=5k，Ro=100。设计后

26、仿真检验发光二极管的电流。设计后仿真检验发光二极管的电流。解解:驱动电路需要将电压驱动电路需要将电压vs s转换为电流转换为电流io1o1选用电流串联负反馈电路选用电流串联负反馈电路光电隔离器光电隔离器电压信号电压信号vs s线线性性已知已知LED的光强度的光强度流过流过LED的电流的电流io1o1线线性性设计举例设计举例第52页/共69页2023/2/1753解解:选用电流串联负反馈电路选用电流串联负反馈电路所以所以 Rf=1k又因为根据又因为根据虚断虚断有有深度负反馈时深度负反馈时设计举例设计举例第53页/共69页2023/2/1754解解:仿真电路仿真电路io1与与vs的呈线性关系，的呈

27、线性关系，io1=10-3vs，放大电路满足设计要求。放大电路满足设计要求。设计举例设计举例第54页/共69页2023/2/17557.7 负反馈放大电路的频率响应增益一带宽积增益一带宽积频率响应的一般表达式频率响应的一般表达式第55页/共69页2023/2/1756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基本放大电路的高频响应比开环时增加了比开环时增加了 为基本放大为基本放大电路通带增益电路通带增益.根据闭环增益表达式有根据闭环增益表达式有 （设反馈网络为纯阻网络）（设反馈网络为纯阻网络）通带通带闭环增益闭环增益其中其中同理可得同理可得闭环上限频率闭环上限频率比开环时减

28、小了比开环时减小了闭环下限频率闭环下限频率引入负反馈后，放大电路的通频带展宽了引入负反馈后，放大电路的通频带展宽了第56页/共69页2023/2/1757例的波特图例的波特图 频率响应的一般表达式频率响应的一般表达式第57页/共69页2023/2/1758增益一带宽积增益一带宽积放大电路的增益放大电路的增益-带宽积为常数带宽积为常数 闭环增益闭环增益-带宽积带宽积开环增益开环增益-带宽积带宽积第58页/共69页2023/2/17597.8 负反馈放大电路的稳定性频率补偿频率补偿自激振荡及稳定工作的条件自激振荡及稳定工作的条件第59页/共69页2023/2/17601.自激振荡现象 在在不不加加

29、任任何何输输入入信信号号的的情情况况下下，放放大大电电路路仍仍会会产产生生一一定定频频率的信号输出。率的信号输出。2.产生原因 在在高高频频区区或或低低频频区区产产生生的的附附加加相相移移达达到到180180，使使中中频频区区的的负负反反馈馈在在高高频频区区或或低低频频区区变变成成了了正正反反馈馈，当当满满足足了了一一定定的的幅幅值值条条件件时时，便便产产生自激振荡。生自激振荡。自激振荡及稳定工作的条件自激振荡及稳定工作的条件第60页/共69页2023/2/17613.自激振荡条件自激振荡自激振荡反馈深度反馈深度即即又又得自激振荡条件得自激振荡条件幅值条件幅值条件相位条件相位条件（附加相移）（

30、附加相移）注：输入端求和的相位（注：输入端求和的相位（注：输入端求和的相位（注：输入端求和的相位（-1-1-1-1）不包含在内）不包含在内）不包含在内）不包含在内闭环增益闭环增益自激振荡及稳定工作的条件自激振荡及稳定工作的条件第61页/共69页2023/2/17624.稳定工作条件破坏自激振荡条件破坏自激振荡条件或或 当反馈网络为纯电阻网络时，当反馈网络为纯电阻网络时，f=0。其中其中Gm幅值裕度幅值裕度，一般要求，一般要求Gm -10dB m相位裕度相位裕度，一般要求，一般要求 m 45（保证可靠稳定，（保证可靠稳定，留有余地）留有余地）写成等式，且幅值用分贝数表示时写成等式，且幅值用分贝数

31、表示时自激振荡及稳定工作的条件自激振荡及稳定工作的条件第62页/共69页2023/2/1763用波特图表示用波特图表示或或Gm -10dB 或或 m 45 4.稳定工作条件自激振荡及稳定工作的条件自激振荡及稳定工作的条件第63页/共69页2023/2/1764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环路增益的幅频响应写为一般与频率无关，则的幅频响应是一条水平线利用波特图分析关键作出的幅频响应和相频响应波特图水平线的交点为即该点满足第64页/共69页2023/2/1765(2)(2)作水平线判断稳定性方法(1)(1)作出的幅频响应和相频响应波特图在水平线的交点

32、作垂线交相频响应曲线的一点(3)(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。若P点在 水平线之下，稳定；否则不稳定。点处作垂线交 于P点在相频响应的或5.负反馈放大电路稳定性分析第65页/共69页2023/2/1766基本放大电基本放大电基本放大基本放大反馈深度越深，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5.负反馈放大电路稳定性分析P点交在 的-20dB/十倍频程处，放大电路是稳定的。第66页/共69页2023/2/1767频率补偿频率补偿不作要求不作要求第67页/共69页2023/2/1768*7.8 负反馈放大电路的稳定性本节不做教学要求，有兴趣者自学本节不做教学要求，有兴趣者自学第68页/共69页2023/2/1769感谢您的观看！第69页/共69页