负反馈放大电路分析方法及其稳定性.ppt

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1、7.2.1 负反馈放大电路的方框图负反馈放大电路的方框图信号源信号源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）信号的正向传输信号的正向传输单向化单向化信号的反向传输信号的反向传输7.2.2 负反馈放大电路增益的一般表达式负反馈放大电路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闭环增益的一般表达式闭环增益的一般表达式注意：在计算时，必须考虑反馈网络和外界负载的影响。注意：在计算时，必须考虑反馈网络和外界负载的影响。1.表达式推导表达式推导2.反馈深度的讨论反馈深度的讨论

2、一般负反馈一般负反馈7.2.2 负反馈放大电路增益的一般表达式负反馈放大电路增益的一般表达式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7.3 负反馈对放大电路性能的改善负反馈对放大电路性能的改善 提高增益的稳定性提高增益的稳定性 减少非线性失真减少非线性失真 扩展频带扩展频带 对输入电阻的影响对输入电阻的影响 为改善性能引入负反馈的一般原则为改善性能引入负反馈的一般原则 对输出电阻的影响对输出电阻的影响为改善性能引入负反馈的一般原则为改善性能引入负反馈的一般原则 要稳定直流量要稳定直流量 引入直流负反馈引入直流负反馈要稳定交流量要稳定交流量 引入交流负反馈引入交流

3、负反馈要稳定输出电压要稳定输出电压 引入电压负反馈引入电压负反馈要稳定输出电流要稳定输出电流 引入电流负反馈引入电流负反馈要增大输入电阻要增大输入电阻 引入串联负反馈引入串联负反馈要减小输入电阻要减小输入电阻 引入并联负反馈引入并联负反馈要增大输出电阻要增大输出电阻 要减小输出电阻要减小输出电阻 引入电流负反馈引入电流负反馈引入电压负反馈引入电压负反馈7.4 深度负反馈条件下放大深度负反馈条件下放大电路的分析方法电路的分析方法(1)找出信号放大通路和反馈通路找出信号放大通路和反馈通路(2)用瞬时极性法判断正、负反馈用瞬时极性法判断正、负反馈(3)判断交、直流反馈判断交、直流反馈(4)判断反馈组

4、态判断反馈组态(5)标出输入量、输出量及反馈量标出输入量、输出量及反馈量(6)估算深度负反馈条件下电路的估算深度负反馈条件下电路的分析负反馈放大电路的一般步骤分析负反馈放大电路的一般步骤1.1.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，有代入上式，有得得输入量近似等于反馈量输入量近似等于反馈量净输入量近似等于零净输入量近似等于零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”的概念的概念深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈条件下的近似计算1

5、.1.深度负反馈的特点深度负反馈的特点串联负反馈串联负反馈，输入端电压求和。，输入端电压求和。深度负反馈条件下深度负反馈条件下虚短虚短虚断虚断虚短虚短虚断虚断并联负反馈并联负反馈，输入端电流求和。，输入端电流求和。深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈条件下的近似计算2.2.各种反馈阻态的近似计算各种反馈阻态的近似计算（1 1）电压串联负反馈）电压串联负反馈 利利用用虚虚短短和和虚虚断断的概念得知的概念得知则反馈系数为则反馈系数为闭环电压增益闭环电压增益深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈条件下的近似计算2.2.各种反馈阻态的近似计算各种反馈阻态的近似计算（2 2）电流并联负反馈）电流并联负反馈

6、利用利用虚短虚短和和虚断虚断可知可知反馈系数为反馈系数为闭环增益闭环增益闭环电压增益闭环电压增益则则深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈条件下的近似计算2.2.各种反馈阻态的近似计算各种反馈阻态的近似计算（3 3）电压并联负反馈）电压并联负反馈则反馈系数为则反馈系数为闭环增益闭环增益闭环电压增益闭环电压增益利用利用虚短虚短和和虚断虚断可知可知深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈条件下的近似计算2.2.各种反馈阻态的近似计算各种反馈阻态的近似计算（4 4）电流串联负反馈）电流串联负反馈则反馈系数为则反馈系数为闭环增益闭环增益闭环电压增益闭环电压增益利用利用虚短虚短和和虚断虚断可知可知深度负反馈条

7、件下的近似计算深度负反馈条件下的近似计算例例电电路路如如图图所所示示，近近似似计计算算它它的的电电压增益。压增益。闭环增益闭环增益闭环电压增益闭环电压增益解：解：交流通路如下图所示。交流通路如下图所示。电路为电路为电流串联负反馈电流串联负反馈则反馈系数为则反馈系数为注：电路必须满足深度负反馈条件才有此结论注：电路必须满足深度负反馈条件才有此结论注：电路必须满足深度负反馈条件才有此结论注：电路必须满足深度负反馈条件才有此结论 在在深深度度负负反反馈馈条条件件下下，利利用用虚虚短短和和虚断虚断可知可知例例求：求：(1)大环组态；大环组态；(2)二、三级局部组态；二、三级局部组态；闭环增益闭环增益闭

8、环电压增益闭环电压增益在深度负反馈条件下，利用在深度负反馈条件下，利用虚短虚短和和虚断虚断可知可知解：解：(1)电压并联负反馈电压并联负反馈则反馈系数为则反馈系数为(3)深深度度负负反反馈馈下下大大环环的的闭闭环电压增益环电压增益。(2)T2 电流串联负反馈电流串联负反馈T3 电流串联负反馈电流串联负反馈T2和和T3级间电流串联正反馈级间电流串联正反馈(3)+-isib1iF+-ii例例求：求：(1)判断反馈阻态；判断反馈阻态；解：解：(1)电压串联负反馈电压串联负反馈 (2)深深度度负负反反馈馈下下大大环环的闭环电压增益的闭环电压增益。+-+闭环电压增益闭环电压增益则反馈系数为则反馈系数为在

9、在深深度度负负反反馈馈条条件件下下，利用利用虚短虚短和和虚断虚断可知可知(2)7.5.1 自激及稳定工作条件自激及稳定工作条件1.1.自激振荡现象自激振荡现象 在在不不加加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率的的信信号号输输出。出。2.2.产生原因产生原因 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定的幅值条件时，便产生自激振荡。一定的幅值条件时，便产生自激振荡。负反馈放大电路的稳定问题负反馈放

10、大电路的稳定问题自激振荡自激振荡7.5.1 自激及稳定工作条件自激及稳定工作条件3.3.自激振荡条件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（附加相移）相位条件（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）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7.5.1 自激及稳定工作条件自激及稳定工作条件4.4.稳定工作条件稳定工作条件破坏自激振荡条件破坏自激振荡条件或或或写为或写为其中其中 Gm幅值裕度幅值裕度，一般要求，一般要求Gm -10dB m相位裕

11、度相位裕度，一般要求，一般要求 m 45 保保证证可可靠靠稳稳定定，留有余地。留有余地。Gm幅值裕度幅值裕度 m相位裕度相位裕度-7.5.1 自激及稳定工作条件自激及稳定工作条件5.5.负反馈放大电路稳定性分析负反馈放大电路稳定性分析环路增益的幅频响应写为环路增益的幅频响应写为一般一般与频率无关，与频率无关，则则的幅频响应是一条水平线的幅频响应是一条水平线利用波特图分析利用波特图分析关键作出关键作出的幅频响应和相频响应波特图的幅频响应和相频响应波特图水平线水平线的交点为的交点为即该点满足即该点满足7.5.1 自激及稳定工作条件自激及稳定工作条件5.5.负反馈放大电路稳定性分析负反馈放大电路稳定

12、性分析(2)作作水平线水平线判断稳定性方法(1)作出作出的幅频响应和相频响应波特图的幅频响应和相频响应波特图在水平线在水平线的交点作垂线交相频响应曲线的一点的交点作垂线交相频响应曲线的一点(3)判断是否满足相位裕度判断是否满足相位裕度 m 45 若该点若该点满足相位裕度，稳定；否则不稳定。满足相位裕度，稳定；否则不稳定。在相频响应的在相频响应的点处作垂线交点处作垂线交 于于点点若若点在点在 水平线之下，稳定；否则不稳定。水平线之下，稳定；否则不稳定。或或7.5.1 自激及稳定工作条件自激及稳定工作条件5.5.负反馈放大电路稳定性分析负反馈放大电路稳定性分析基本放大电基本放大电基本放大基本放大

13、反反馈馈深深度度越越深深，越容易自激。越容易自激。越大，水平线越大，水平线下移，越下移，越容易自激容易自激越大，表明越大，表明反馈深度越深反馈深度越深P点交在点交在 的的-20dB/十倍频程处，放大电路是稳定的。十倍频程处，放大电路是稳定的。7.5.1 自激及稳定工作条件自激及稳定工作条件思考思考 如如果果 在在0dB线线以以上上只只有有一一个个转转折折频频率率，则则无无论论反反馈馈深深度度如如何何，电电路路都都能能稳稳定定工工作作，对对吗吗？（假假设设 为为无无源源网网络）络）最大为最大为 1，即，即0dB线以上只有一个转折频率，则线以上只有一个转折频率，则在在0dB线以上的线以上的斜率为斜

14、率为-20dB/十倍频程。十倍频程。无无论论反反馈馈深深度度如如何何，P点点都都交交在在 的的-20dB/十十倍倍频频程程处处，放大电路是稳定的。放大电路是稳定的。小小 结结1、几乎所有实用的放大电路中都要引入负反馈几乎所有实用的放大电路中都要引入负反馈。反馈反馈是指把输出电压或输出电流的一部分或全是指把输出电压或输出电流的一部分或全部通过反馈网络，用一定的方式送回到放大电路的部通过反馈网络，用一定的方式送回到放大电路的输入回路，以影响输入电量的过程。输入回路，以影响输入电量的过程。反馈网络与基本放大电路一起组成一个闭合环反馈网络与基本放大电路一起组成一个闭合环路。通常假设反馈环内的信号是单向

15、传输的，即信路。通常假设反馈环内的信号是单向传输的，即信号从输入到输出的正向传输只经过基本放大电路，号从输入到输出的正向传输只经过基本放大电路，反馈网络的正向传输作用被忽略；而信号从输出到反馈网络的正向传输作用被忽略；而信号从输出到输入的反向传输只经过反馈网络，基本放大电路的输入的反向传输只经过反馈网络，基本放大电路的反向传输作用被忽略。反向传输作用被忽略。判断、分析、计算反馈放大判断、分析、计算反馈放大电路时都要用到这个合理的设定电路时都要用到这个合理的设定。小小 结结 有无反馈的判断方法有无反馈的判断方法是：看放大电路的输出回是：看放大电路的输出回路与输入回路之间是否存在反馈网络（或反馈通

16、路）路与输入回路之间是否存在反馈网络（或反馈通路），若有则存在反馈，电路为闭环的形式；否则就不，若有则存在反馈，电路为闭环的形式；否则就不存在反馈，电路为开环的形式。存在反馈，电路为开环的形式。2、在熟练掌握反馈基本概念的基础上，能在熟练掌握反馈基本概念的基础上，能对反馈对反馈进行正确判断尤为重要进行正确判断尤为重要，它是正确分析和设计反馈，它是正确分析和设计反馈放大电路的前提。放大电路的前提。交、直流反馈的判断方法交、直流反馈的判断方法是：存在于放大电路是：存在于放大电路交流通路中的反馈为交流反馈。引入交流负反馈是交流通路中的反馈为交流反馈。引入交流负反馈是为了改善放大电路的性能；存在于直流

17、通路中的反为了改善放大电路的性能；存在于直流通路中的反馈为直流反馈。引入直流负反馈的目的是稳定放大馈为直流反馈。引入直流负反馈的目的是稳定放大电路的静态工作点。电路的静态工作点。小小 结结 反馈极性的判断方法是反馈极性的判断方法是：用：用瞬时极性法瞬时极性法，即假，即假设输入信号在某瞬时的极性为（设输入信号在某瞬时的极性为（+），再根据各类），再根据各类放大电路输出信号与输入信号间的相位关系，逐级放大电路输出信号与输入信号间的相位关系，逐级标出电路中各有关点电位的瞬时极性或各有关支路标出电路中各有关点电位的瞬时极性或各有关支路电流的瞬时流向，最后看反馈信号是削弱还是增强电流的瞬时流向，最后看反

18、馈信号是削弱还是增强了净输入信号，若是削弱了净输入信号，则为负反了净输入信号，若是削弱了净输入信号，则为负反馈；反之则为正反馈。实际放大电路中主要引入负馈；反之则为正反馈。实际放大电路中主要引入负反馈。反馈。电压、电流反馈的判断方法是电压、电流反馈的判断方法是：用：用输出短路法输出短路法，即设即设 或或 ，若反馈信号不存在了，则是，若反馈信号不存在了，则是电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为电流反馈。电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为电流反馈。电压负反馈能稳定输出电压电压负反馈能稳定输出电压，电流负反馈能稳定输电流负反馈能稳定输出电流出电流。小小 结结 串联、并联反馈的判断方法是串联、并联反馈的

19、判断方法是：根据反：根据反馈信号与输入信号在放大电路输入回路中的馈信号与输入信号在放大电路输入回路中的求和方式判断。若求和方式判断。若 与与 以电压形式求以电压形式求和，则为串联反馈；若和，则为串联反馈；若 与与 以电流形式以电流形式求和，求和，则为并联反馈。为了使负反馈的效果则为并联反馈。为了使负反馈的效果更好，当信号源内阻较小时，宜采用串联反更好，当信号源内阻较小时，宜采用串联反馈；当信号源内阻较大时，宜采用并联反馈。馈；当信号源内阻较大时，宜采用并联反馈。小小 结结3 3、负反馈放大电路有负反馈放大电路有四种类型四种类型：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

20、联负反馈电流串联负反馈及及电流并联负反电流并联负反馈馈放大电路。它们的性能各不相同。放大电路。它们的性能各不相同。由于串联负反馈要用内阻较小的信号源即电压由于串联负反馈要用内阻较小的信号源即电压源提供输入信号，并联负反馈要用内阻较大的信号源提供输入信号，并联负反馈要用内阻较大的信号源即电流源提供输入信号，电压负反馈能稳定输出源即电流源提供输入信号，电压负反馈能稳定输出电压（近似于恒压输出），电流负反馈能稳定输出电压（近似于恒压输出），电流负反馈能稳定输出电流（近似于恒流输出），因此，上述四种组态负电流（近似于恒流输出），因此，上述四种组态负反馈放大电路又常被对应称为反馈放大电路又常被对应称为压

21、控电压源压控电压源、流控电流控电压源压源、压控电流源压控电流源和和流控电流源流控电流源电路。电路。小小 结结4 4、引入负反馈后，虽然使放大电路的闭环增引入负反馈后，虽然使放大电路的闭环增益益 减小，但是放大电路的许多性减小，但是放大电路的许多性能指标得到了改善，如提高了电路增益的稳能指标得到了改善，如提高了电路增益的稳定性、减小了非线性失真，抑制了干扰和噪定性、减小了非线性失真，抑制了干扰和噪声、扩展了通频带，串联负反馈使输入电阻声、扩展了通频带，串联负反馈使输入电阻提高，并联负反馈使输入电阻下降，电压负提高，并联负反馈使输入电阻下降，电压负反馈降低了输出电阻，电流负反馈使输出电反馈降低了输

22、出电阻，电流负反馈使输出电阻增加。所有性能的改善程度都与反馈深度阻增加。所有性能的改善程度都与反馈深度 有关。实际应用中，可依据负反馈的有关。实际应用中，可依据负反馈的上述作用引入符合设计要求的负反馈。上述作用引入符合设计要求的负反馈。小小 结结5 5、对于深度负反馈放大电路，可利用对于深度负反馈放大电路，可利用“虚短虚短”、“虚断虚断”概念估算闭环电压增益。概念估算闭环电压增益。6 6、引入负反馈可以改善放大电路的许多性能，、引入负反馈可以改善放大电路的许多性能，而且反馈越深，性能改善越显著。但由于电而且反馈越深，性能改善越显著。但由于电路中有电容等电抗性元件存在，它们的电抗路中有电容等电抗

23、性元件存在，它们的电抗随信号频率而变化，因而使随信号频率而变化，因而使 的大小和相的大小和相位都随频率而变化，当幅值条件位都随频率而变化，当幅值条件 =1 =1及及相位条件相位条件 同时满足时，电路就同时满足时，电路就会从原来的负反馈变成正反馈而产生自激振会从原来的负反馈变成正反馈而产生自激振荡。通常用频率补偿法来消除自激振荡。荡。通常用频率补偿法来消除自激振荡。重点难点重点难点重点重点：(1)(1)反馈的基本概念：正反馈、负反馈、交流反馈的基本概念：正反馈、负反馈、交流反馈、直流反馈、电压反馈、电流反馈、并联反馈、反馈、直流反馈、电压反馈、电流反馈、并联反馈、串联反馈。串联反馈。(2)(2)反馈的组态及极性的判定。反馈的组态及极性的判定。(3)(3)负反馈负反馈对放大电路性能的影响和反馈的正确引入。对放大电路性能的影响和反馈的正确引入。(4)(4)深度深度负反馈条件下负反馈放大电路的特点及电路增益的近负反馈条件下负反馈放大电路的特点及电路增益的近似估算。似估算。难难点点：(1)(1)反反馈馈的的组组态态及及极极性性的的判判定定。(2)(2)负负反反馈馈对对放放大电路稳定性的影响。大电路稳定性的影响。作业作业P378-7.5.1、