ch8反馈详解.ppt

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1、Chap.8 Feedback8.1GeneralConsideration反馈系统的普遍表达方法如图8.1所示。图8.1反馈系统框图图中，为输入函数，为输出函数，为前馈函数（正向开环传输函数,开环增益），为反馈函数。：反馈网络的输出反馈量,(feedbackoutput)：反馈误差，(feedbackerror)：环路增益，(loopgain)由系统可得到：即（8.2）8.2式为反馈系统闭环增益表达式。对于一般研究对象，可视为益与频率无关得量。此时可记为反馈系数。8.1.1PropertiesofFeedbackCircuits增益去敏(GainDesensitization)，带宽改进(B

2、andwidthModification)，端口阻抗改变(TerminalImpedenceModification)等.8.1.2TypesofAmplifiers根据放大器输入和输出特性得不同，放大器可分为电压放大器，电流放大器，跨导放大器和跨阻放大器。图8.2给出了这四种放大器的图示，等效电路及特性。图8.2四种类型放大器讨论：1，我们常见的放大器，根据其输入输出特性，大致可归于四类放大器中的一种，但任何一个放大器电路都不是某种类型的理想结构。2,负反馈可以使放大器的输入输出阻抗得到大幅度的改变，因此要获得接近理想的某类型放大器，负反馈是有效的措施。8.1.3SenseandReturn

3、Mechanics输出电压与输出电流的检测：最常见的检测电压和电流的电路如图8.3所示。图8.3输出电压与输出电流检测电路其中为电压检测电路，为电流检测电路。检测信号的返回：检测信号返回的方式分串联（电压）反馈方式和并联（电流）反馈方式，如图8.4所示。其中，,为串联（电压）反馈方式，为并联（电流）反馈方式。讨论:(1)信号的检测与返回一定要有正确的相位关系才能形成负反馈。例如,图8.4中反馈电压必须馈至差分放大图8.4检测信号的返回电路器的反相输入端，图8.4中与必须是同相的，否则为正反馈。（2）根据检测信号取自输出电压还是输出电流，返回信号在输入口与输入信号是电压相加减还是电流相加减，反馈

4、分为电压电压，电压电流，电流电压及电流电流负反馈，又分别称为电压串联，电压并联，电流串联及电流并联负反馈。8.2FeedbackTopologies反馈拓扑8.2.1电压电压（电压串联）负反馈电压放大器电压电压负反馈放大器拓扑如图8.5所示。图8.5电压电压放大器图中，由,有，其中为环路增益。例：如图8.6所示的同相输入式运算放大器是电压电压放大器的一个典型代表。图8.5电压电压放大器举例反馈系数：,电压增益：输出阻抗：，输入阻抗：上面，,分别为的输出阻抗和输入阻抗。8.2.2电流电压（电流串联）负反馈跨导放大器电流电压放大器拓扑如图8.7所示。图8.7电流电压放大器该负反馈放大器具有高的输出

5、阻抗和高的输入阻抗，它通常作为跨导放大器，跨导放大器传输特性用其跨导来表征。反馈回路将电流转化为电压，反馈函数为跨阻，且有，单位为。类似于电压电压放器，电流电压（电流串联）负反馈放大器的闭环跨导，闭环输入，输出电阻分别为：8.2.3电压电流（电压并联）负反馈跨阻放大器电压电流放大器拓扑如图8.8所示。图8.8电压电流放大器该负反馈放大器具有低的输出阻抗和低的输入阻抗，它通常作为跨阻放大器，跨阻放大器传输特性用其跨阻来表征。反馈回路将电压转化为电流，反馈函数为跨导，且有，单位为。类似地，电压电流负反馈放大器的闭环跨阻和闭环输入，输出电阻分别为：例：如图8.9所示的反相输入式运算放大器是电压电流负

6、反馈放大器的一个典型代表。图8.9电压电流放大器举例8.2.4电流电流（电流并联）负反馈电流放大器电流电流放大器拓扑如图8.10所示。图8.10电流电流放大器该负反馈放大器具有高的输出阻抗和低的输入阻抗，它通常作为电流放大器。反馈回路将电流转化为电流，反馈函数为，类似地，电流电流（电流并联）负反馈放大器的闭环电流增益和闭环输入，输出电阻分别为：讨论：关于环路增益，上面有四种表达。即：，及，他们都没有量纲。环路增益的计算方法是，断开环路的某一点，从断开处一端输入一电压信号，求另一端的输出信号，获得比值即环路增益。其中要指出的有两点：从反馈拓扑看，前馈放大器和反馈回路有不同的型式，如前馈放大器是跨

7、导放大器，输入电压，输出电流，而反馈回路与之相反，检测（输入）电流输出电压，这样，从闭环来看，计算环路增益时会涉及到电压和电流之间的转换程，其结果与计算的结果相同，但往往比较麻烦。计算环路增益时要去掉外部输入信号，即短路，开路。环路增益计算举例：图8.11给出了一个跨阻放大器，输入为电流，输出为电压。图8.11电压电流反馈电路其环路增益计算如下：方法（1）环路增益为放大器开环跨阻乘以反馈回路的反馈函数（或跨导），即。在开路的情况下，流过和的电流相等，记为,放大器开环跨阻为，反馈回路反馈函数为，环路增益为。方法（2）从P点断开环路，输入，求输出，通过简单观察直接可得到：。得到的结果与方法（1）相

8、同。很明显，后一种方法比前一种方法简单得多。8.3EffectofLoading8.3.1二端网络模型研究二端网络模型的目的是为了分析各种反馈拓扑中反馈网络对放大器的加载作用。对于前面所述的各反馈回路，理想的情况是它们可用以单纯反馈函数来描述，单任何实际的反馈网络不可能是理想的，实际反馈网络的作用可通过二端网络模型来表征。二端网络有四种模型，即阻抗参数网络，导纳参数网络，混合H参数网络及混合G参数网络。各网络的等效模型及方程描述如图8.12：图8.12四种二端网络的等效模型及方程描述以上各网络模型，左边为信号输入口，右边为输出口。各网络输出对输入的相应分别体现在，及各项上。也就是说，输出对输入

9、的响应表现在角标为“21”的各参数上。其中Z参数网络的项将输入电流转换为输出电压，Y参数网络的项将输入电压转换为输出电流，H参数网络的项将输入电流转换为输出电流，G参数网络的项将输入电压转换为输出电压。可见，电压电压负反馈放大器的反馈网络应具有G参数的特征，电流电压负反馈放大器的反馈网络应具有Z参数的特征,电压电流负反馈放大器的反馈网络应具有Y参数的特征，而电流电流负反馈放大器的反馈网络应具有H参数的特征。相应地在分析这四类不同的负反馈放大器时，反馈网络应采用上述对应的参数。对于理想的反馈网络，应不存在信号的反向作用，也不存在对前馈放大器的加载作用。也就是说仅只存在一个角标为“21”的传输函数

10、。8.3.2加载效应分析所有的反馈网络都不可能是理想的网络，都存在着一定的输入，输出电阻，存在对前馈放大器的加载作用。这种加载作用会使前馈放大器的开环增益，开环输入阻抗，开环输出阻抗发生变化。1，电压电压反馈电路的加载效应分析图8.13考虑加载效应的电压电压负反馈放大器前面已指出，电压电压负反馈电路分析时反馈网络采用G参数模型，如图8.13所示。在忽略反向电流增益作用的情况下可以算得：令，则有。可见，加载作用使前馈放大器的开环增益从变成了。观察一下就知道，之所以变为，是因为乘了两个因子和，很明显，比小，这是因为加载作用对前馈放大器的输入和输出都产生了分压作用。从闭环增益，开环输入输出阻抗的计算

11、来看，只要求得了反馈网络的，及，问题就解决了。要指出的是，加载作用同时改变了前馈放大器的输入和输出阻抗，由图可知，输入阻抗串联了一个，而输出阻抗则并联了一个。，及的求法：由反馈网络方程（）令，则（断开反馈回路输出电流时求）；，（断开反馈回路输出电流时求，是反馈网络的输入电阻）。（）令，则，（短路反馈回路输入电压时求，是反馈回路的输出电阻）2举例例（1）电压电压负反馈电路图8.14是一例电压电压负反馈电路。图8.14电压电压负反馈电路图8.14（）中，构成前馈放大器，构成反馈网络，图8.14（）是计算，的等效电路。观察（）图，令，,求和时，用图8.14（）作为参考。因为，我们可以将（即）对地短接

12、，得到，又因为，那么，并且从图8.14（）也容易得到反馈函数，由于前馈放大器输入电阻为，计入加载效应后仍为。计入加载效应后输出电阻为即，计入加载效应后开环增益为相应地可以算出闭环增益，闭环输入，输出电阻如下：例（2）电压电流负反馈电路图8.15电压电流负反馈电路图8.15是一个最简单的电压电流负反馈电路，这类电路也称为跨阻放大器，它具有低的输入电阻和低的输出电阻。该电路输入电流，输出电压，传输特性用跨阻描述，反馈网络则采用参数，因为将放大器输出电压转变为反馈电流。为分析分便，先将带内阻的信号转化为电流源，如图8.16所示。图8.16图8.15的等效电路图中为反馈网络，其参数模型为其中，为反馈函

13、数。显然，为反馈网络对输出端的加载，为反馈网络对输入端的加载，。考虑加载效应后，放大器开环电路等效如图8.17所示。图8.17考虑加载效应后放大器开环等效电路由图8.17可求得：开环跨阻：环路增益：闭环跨阻：当环路增益大大于1时有转化为电压增益：因为，所以有：开环输入电阻：闭环输入电阻：开环输出电阻：闭环输出电阻：讨论：若将例（2）用等效电路分析，计算出从看入的输入电阻约为，它和上面结果不同，这是因为前面输入电阻是从器件栅极节点看入的。例（3）光纤放大器光纤放大器也是一个跨阻放大器，图8.18给出了其电路结构。图8.18简单的光纤放大器本电路与例（2）是类似的，只不过由互补放大器取代了例（2）

14、的电阻负载放大器。借用例（2）的分析结果，考虑了的加载效应后的开环等效电路如图8.19所示。图8.19考虑了RF的加载效应后的开环等效电路其中两管合并成了一个管。由等效电路可直接写出电路的输出电压为：开环跨阻为：。又由例（2）知道反馈网络反馈函数为，故闭环跨阻为，相应有：，从该电路实现的功能来看，似乎只要让光电流直接流过一个大小为的电阻就可实现。但由于光电二极管存在并联寄生电容，如图8.20所示，在高频下与并联，阻抗变得很低，因而电流电压转换效率变得很低，而对于该负反馈放大器来说，因为放大器具有很低的输入阻抗，光电流不会被寄生电容旁路，而全部流入了。图8.20寄生电容的影响例（4）电流电压反馈

15、最简单的电流电压负反馈放大器电路如图8.21所示。该电路是一个带源极串联电阻的共源放大器，具有较高的输出阻抗和高的输入阻抗，表现为跨导放大器的特征。分析时，可以按带源极串联电阻的共源放大器的分析方法来分析，也可以按跨导放大器的分析方法来分析。这里按照跨导放大器的分析方法来分析。图8.21电流电压反馈电路为此我们先求如图所示电路的有关特性。对于所示电路，首先要确定前馈放大器的跨导和反馈网络的反馈函数。如前所述，对于跨导放大器反馈网络应使用参数等效电路。图8.22给出了该反馈网络的拓扑。图8.22图8.21电路的反馈网络的拓扑图中为反馈网络，表征其特性的方程为：令，立即求出和分为：,，令，求出。于是可求出的环路增益，闭环跨道及输入，输出电阻：，然后，我们可求得的电压增益为：而的输出电阻为的输出电阻与的并联值，即近视为：。