模拟集成电路基础三.ppt
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1、第第6 6章章 负反馈放大电路负反馈放大电路一、一、反反馈的定的定义6.1 反馈的基本概念反馈的基本概念二、二、单环反馈放大器的理想模型单环反馈放大器的理想模型三、三、基本反馈方程式基本反馈方程式 反馈反馈是将输出信号的一部分或全部通过一定的电路馈是将输出信号的一部分或全部通过一定的电路馈送回到放大电路的输入端,并对输入信号产生影响。送回到放大电路的输入端,并对输入信号产生影响。开环开环放大电路无反馈也称放大电路无反馈也称开环开环。闭环闭环放大电路有反馈也称放大电路有反馈也称闭环闭环。6.1 反馈的基本概念反馈的基本概念一、反馈的定义一、反馈的定义XO基本放大器基本放大器A反馈网络反馈网络B-
2、XfXdiXi正向传输正向传输反向传输反向传输反馈概念方框图反馈概念方框图图中:图中:Xi是输入信号;是输入信号;Xf是反馈信号;是反馈信号;Xdi为净输入信号;为净输入信号;所以负反馈有所以负反馈有 Xdi=XiXf(一)(一)负反反馈和正反和正反馈负反馈负反馈加入反加入反馈后,后,净输入信号入信号|Xdi|Xi|,输出幅度增加,输出幅度增加 。形形成振荡电路和比较电路。成振荡电路和比较电路。XO基本放大器基本放大器A反馈网络反馈网络B-XfXdiXi(二)(二)电压反反馈和和电流反流反馈ABRLuo电压电压反馈反馈电压反馈:电压反馈:反馈信号的大小与输出电压成比例的反反馈信号的大小与输出电
3、压成比例的反馈馈称为电压反馈。称为电压反馈。电压负反馈稳定电压负反馈稳定输出电压。输出电压。电流反馈:电流反馈:反馈信号的大小与输出电流成比例的反反馈信号的大小与输出电流成比例的反馈馈称为电流反馈。称为电流反馈。电流负反馈稳定输电流负反馈稳定输出电流。出电流。电流电流反馈反馈iouoBARLio(三)串联反馈和并联反馈串联反馈和并联反馈 反反馈信号与信号与输入信号加在放大入信号加在放大电路路输入回路的同一个入回路的同一个电极,极,则为并并联反反馈;否;否则,为串串联反反馈。uid=ui ufiid=ii ifABiiifisiidRSRSABuiuidufus并联反馈并联反馈串联反馈串联反馈串
4、联负反馈:提高输入电阻。串联负反馈:提高输入电阻。并联负反馈:减小输入电阻。并联负反馈:减小输入电阻。(四)交流反馈和直流反馈1.1.反馈信号中只有交流成分时为反馈信号中只有交流成分时为交流反馈交流反馈。交流负反馈改交流负反馈改善电路性能指标。善电路性能指标。2.2.反馈信号只有直流成分时为反馈信号只有直流成分时为直流反馈。直流反馈。直流负反馈稳定直流负反馈稳定静态工作点。静态工作点。3.3.反馈信号中既有交流成分又有直流成分时为反馈信号中既有交流成分又有直流成分时为交直流反馈交直流反馈。二、单环反馈放大器的理想模型UiReRcUfUdiUo如图所示反馈电路可分为两部分如图所示反馈电路可分为两
5、部分:简化的反馈电路简化的反馈电路1.基本放大器基本放大器A:可由单级或多级放大器组成。可由单级或多级放大器组成。2.反馈网络反馈网络B:一般由无源网络组成。一般由无源网络组成。上述反馈放大器的一般形式可由方框图来概括上述反馈放大器的一般形式可由方框图来概括反馈电路的方框图反馈电路的方框图反馈环反馈环由基本放大器由基本放大器A和反馈网络和反馈网络B构成的闭合环路。构成的闭合环路。所示图为一单环反馈放大器的方框图:所示图为一单环反馈放大器的方框图:XO基本放大器基本放大器A反馈网络反馈网络B-XfXdiXiB反馈网络;反馈网络;比较器(相加点)比较器(相加点)Xi是输入信号;是输入信号;Xf是反
6、馈信号;是反馈信号;Xdi(=XiXf)为净输入信号;为净输入信号;X广义信号量广义信号量(电流或电压电流或电压);带传输方向的支路;带传输方向的支路;A基本放大器;基本放大器;反馈环反馈环反馈电路的方框图反馈电路的方框图反馈环反馈环由基本放大器由基本放大器A和反馈网络和反馈网络B构成的闭合环路。构成的闭合环路。所示图为一单环反馈放大器的方框图:所示图为一单环反馈放大器的方框图:B反馈网络;反馈网络;比较器(相加点)比较器(相加点)Xi是输入信号;是输入信号;Xf是反馈信号;是反馈信号;Xdi(=XiXf)为净输入信号;为净输入信号;X广义信号量广义信号量(电流或电压电流或电压);带传输方向的
7、支路;带传输方向的支路;A基本放大器;基本放大器;XO基本放大器基本放大器A反馈网络反馈网络B-XfXdiXi反馈环反馈环XO基本放大器基本放大器A反馈网络反馈网络B-XfXdiXi正向传输正向传输反向传输反向传输理想模型的假定:理想模型的假定:(1)正向传输)正向传输信号只经过基本放大器,信号只经过基本放大器,而不经过反馈网络。而不经过反馈网络。(2)反向传输)反向传输信号只经过反馈网络,而不经过基本放大器。信号只经过反馈网络,而不经过基本放大器。三、基本反馈方程式三、基本反馈方程式基本反馈方程式:为分析反馈放大器的基本公式基本反馈方程式:为分析反馈放大器的基本公式1.放大电路的开环增益:2
8、.反馈网络的反馈系数:3.基本反馈方程式:A=Xo/XdiB=Xf/XoAf=A/(1+AB)=A/FXO基本放大器基本放大器A反馈网络反馈网络B-XfXdiXi推导过程推导过程根据信号的不同物理意义不同。根据信号的不同物理意义不同。Xi=Xdi+Xf =Xdi+ABXd i =(1+AB)Xdi所以所以 Af=Xo/Xi=AXdi/(1+AB)Xdi =A/(1+AB)=A/FXf=BX0=ABXdi因为因为 A=X0/Xdi推导过程推导过程XO基本放大器基本放大器A反馈网络反馈网络B-XfXdiXi4.反馈深度:深负反馈下,深负反馈下,F1(或(或AB 1),此时反馈方程式可简化为:),此
9、时反馈方程式可简化为:因为因为F=1+AB反映了反馈对放大电路影响的程度反映了反馈对放大电路影响的程度,所以所以F称称为为反馈深度反馈深度。其中其中,AB称为称为环路增益环路增益。三、基本反馈方程式三、基本反馈方程式F越大,反馈深度越深;越大,反馈深度越深;Af=1/(1+AB)1/AB=1/B当当 F1时时.使使Afri。并联负反馈输入端的形式如图:并联负反馈对输入电阻的影响并联负反馈对输入电阻的影响(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有反馈的输入电阻:有反馈的输入电阻:无反馈的输入电阻:无反馈的输入电阻:五、负反馈对输出电阻的影响求输出电阻的等效电路:求输出电阻的等
10、效电路:1.将输入信号源短路。将输入信号源短路。2.将负载电阻将负载电阻RL开路,在输出端加一个测试电压开路,在输出端加一个测试电压 Uot(产生测试电流(产生测试电流Iot)。)。(一)电压负反馈对输出电阻的影响USUfRcRLAUOUdiUdi+-1.电压串联负反馈电压串联负反馈RLRcRofRofRof=Rof/Rc画求画求Ro的等效电路的等效电路称开路电压增益称开路电压增益.2.2.电压并联负反馈电压并联负反馈求输出电阻的等效电路如图求输出电阻的等效电路如图RSIfRiR0IdiAR0IdiU0UotIot+-称开路互阻增益称开路互阻增益.Rof=Rof/RcRof结论:结论:电压电压
11、负反馈使输出电阻减小。与输入端的连接方式无关负反馈使输出电阻减小。与输入端的连接方式无关(二二)电流负反馈对输出电阻的影响电流负反馈对输出电阻的影响1.电流并联负反馈电流并联负反馈称短路电流增益称短路电流增益.Rof=Rof/RcAI0IdiRof求输出电阻的等效电路如图求输出电阻的等效电路如图1.电流串联负反馈电流串联负反馈:Rof=Rof/Rc同理可以推得:同理可以推得:考虑考虑RC的影响的影响:结论:电流负反馈使输出电阻增大。与输入端的连接方式无关结论:电流负反馈使输出电阻增大。与输入端的连接方式无关其中其中(3)电压电压负反馈使输出电阻减小。与输入端的连接负反馈使输出电阻减小。与输入端
12、的连接方式无关。方式无关。(4)电流电流负反馈使输出电阻增大。与输入端的连接负反馈使输出电阻增大。与输入端的连接方式无关。方式无关。(2)(2)并联并联负反馈使输入电阻减小,负反馈使输入电阻减小,与取样内容无关。与取样内容无关。(1)(1)串联串联负反馈使输入电阻增加,负反馈使输入电阻增加,与取样内容无关。与取样内容无关。结论:负反馈对输入、输出电阻的影响:结论:负反馈对输入、输出电阻的影响:六、信号源内阻对反馈放大器的影响(1 1)串联反馈:)串联反馈:信号源须采用低内阻信号源须采用低内阻Rs,Rs,才能得到反馈效果。才能得到反馈效果。(2 2)并联反馈:)并联反馈:信号源须采用高内阻信号源
13、须采用高内阻Rs,Rs,才能得到果。才能得到果。(同理同理)Ausf=Aus/(1+Aus Bu)Aus=Au ri/(Rs+ri)AIsf=AIs/(1+AIs BI)AIs=AI Rs/(Rs+ri)(Rs=,Aus0,F=1失去反馈效果失去反馈效果)2023/2/18七、负反馈对噪声、干扰和温漂的影响七、负反馈对噪声、干扰和温漂的影响负反反馈对噪声、干噪声、干扰和温漂有抑制作用。和温漂有抑制作用。负反反馈只只对反反馈环内的噪声和干内的噪声和干扰有抑制作有抑制作用,且必用,且必须加大加大输入信号才使抑制作用有效入信号才使抑制作用有效。原理同原理同负反反馈对放大放大电路非路非线性失真的改善。
14、性失真的改善。一、等效电路法二、方框图分析法三、负反馈放大器的近似计算四、基于框图法负反馈放大器的分析步骤五、深负反馈条件下的近似计算方法:方法:画交流等效电路,列电流电压方程。画交流等效电路,列电流电压方程。优点:优点:适合任何类型放大电路,能够得到精确结果。适合任何类型放大电路,能够得到精确结果。1.方法:方法:将反馈放大器划分为基本放大器和反馈网络两将反馈放大器划分为基本放大器和反馈网络两部分,分别求出基本放大器的放大增益部分,分别求出基本放大器的放大增益A和反馈网络的和反馈网络的反馈系数反馈系数B,然后利用反馈方程式求,然后利用反馈方程式求Auf。分析流程图。分析流程图。注注意意:求求
15、基基本本放放大大电电路路的的放放大大增增益益时时必必须须考考虑虑反反馈馈网网络络的负载作用。的负载作用。判断电路所属的反馈类型判断电路所属的反馈类型确定输出信号量确定输出信号量电压反馈:电压反馈:X Xo o=U Uo o电流反馈:电流反馈:X Xo o=I Io o 确定输入信号量和反馈信号量确定输入信号量和反馈信号量 串联反馈:串联反馈:X Xi i、X Xf f均为电压信号均为电压信号 并联反馈:并联反馈:X Xi i、X Xf f均为电流信号均为电流信号求基本放大器的放大增益求基本放大器的放大增益A A=X Xo o/X Xi i和反馈系数和反馈系数B B=X Xf f/X Xo o求
16、反馈深度求反馈深度F F=1+=1+ABAB根据反馈方程式求根据反馈方程式求A Af f继续求其他指标如继续求其他指标如rif、rof等等2.方框图分析法流程图方框图分析法流程图方框图分析方法方框图分析方法3.画基本放大电路的原则画基本放大电路的原则 为了考虑反馈网络对基本放大器输入端和输出端的负载为了考虑反馈网络对基本放大器输入端和输出端的负载效应,在画基本放大电路时,应遵循以下两条原则:效应,在画基本放大电路时,应遵循以下两条原则:1)画输入电路原则画输入电路原则如果是电压反馈,则令如果是电压反馈,则令Uo=0,即将输出端对地短路;,即将输出端对地短路;如果是电流反馈,则令如果是电流反馈,
17、则令Io=0,即将输出回路开路。,即将输出回路开路。2)画求输出电路原则)画求输出电路原则如果是并联反馈,则令如果是并联反馈,则令Ui=0,即将输入端对地短路;,即将输入端对地短路;如果是串联反馈,则令如果是串联反馈,则令Ii=0,即将输入回路开路。,即将输入回路开路。三、负反馈放大器的近似计算三、负反馈放大器的近似计算1.电压并联负反馈放大器的计算电压并联负反馈放大器的计算1)判断反馈类型判断反馈类型反馈元件:反馈元件:Rf反馈类型:反馈类型:电压并联负反馈电压并联负反馈2)画基本放大器电路画基本放大器电路反馈网络对输入回路的负载作用反馈网络对输入回路的负载作用If反馈网络对输出回路的负载作
18、用反馈网络对输出回路的负载作用Ifrir0电压并联负反馈放大器计算电压并联负反馈放大器计算1.电压并联负反馈放大器的计算电压并联负反馈放大器的计算(续)续)3)基本放大器的计算(续)基本放大器的计算(续)(3)开环互阻增益的计算)开环互阻增益的计算考虑考虑RS的影响:的影响:(1)输入电阻)输入电阻ri=Rf/hie(2)输出电阻)输出电阻ro=Rfrir0反馈放大器的计算反馈放大器的计算4)反馈系数的计算)反馈系数的计算(3)如考虑如考虑Rs的影响的影响在深度反馈的情况下在深度反馈的情况下AB15)反馈放大器的计算)反馈放大器的计算基本放大器基本放大器电压并联负反馈放大器计算电压并联负反馈放
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