模拟电路分析 第六章 放大电路中的反馈5.ppt

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1、第六章 放大电路中的反馈第六章第六章 放大电路中的反馈放大电路中的反馈6.1 6.1 反馈的概念及判断反馈的概念及判断6.6.3 3 负反馈放大电路的方框图负反馈放大电路的方框图6.6.5 5 交流负反馈对放大电路性能的影响交流负反馈对放大电路性能的影响6.6.6 6 负反馈放大电路的稳定性负反馈放大电路的稳定性6.6.7 7 放大电路中反馈的其它问题放大电路中反馈的其它问题6.6.2 2 负负反馈反馈放大电路的四种基本组态放大电路的四种基本组态6.6.4 4 深度深度负反馈放大电路的放大倍数的估算负反馈放大电路的放大倍数的估算放大器放大器输出输出信号源信号源取取+加强输入信号加强输入信号 正

2、反馈正反馈 用于振荡器用于振荡器取取-削弱输入信号削弱输入信号 负反馈负反馈 用于放大器用于放大器开环放大电路开环放大电路闭环放大电路闭环放大电路反馈网络反馈网络叠加叠加反馈反馈信号信号实际被放大信号实际被放大信号 反馈电路框图反馈电路框图小结：小结：1、反馈类型：正反馈与负反馈；电压反馈与电流、反馈类型：正反馈与负反馈；电压反馈与电流反馈；串联反馈与并联反馈；直流反馈与交流反馈。反馈；串联反馈与并联反馈；直流反馈与交流反馈。2、负反馈放大电路的四种基本组态：电压串联负、负反馈放大电路的四种基本组态：电压串联负反馈；电压并联负反馈；电流串联负反馈；电流并联反馈；电压并联负反馈；电流串联负反馈；

3、电流并联负反馈；负反馈；3、用瞬时极性法判别正反馈和负反馈。、用瞬时极性法判别正反馈和负反馈。4、按采样形式、电路结构、输出短路法判别电压、按采样形式、电路结构、输出短路法判别电压反馈和电流反馈。反馈和电流反馈。5、按电路结构、比较形式、反馈信号性质判别串、按电路结构、比较形式、反馈信号性质判别串联反馈和并联反馈。联反馈和并联反馈。6.6.3 3 负反馈放大电路的方框图负反馈放大电路的方框图及放大倍数的估算及放大倍数的估算一、负反馈放大电路的方框图一、负反馈放大电路的方框图二、负反馈放大电路放大倍数的一般表达式二、负反馈放大电路放大倍数的一般表达式6.3.1 负反馈放大电路的方框图负反馈放大电

4、路的方框图断开反馈，且断开反馈，且考虑反馈网络考虑反馈网络的负载效应的负载效应决定反馈量和输出量关系决定反馈量和输出量关系的所有元件所组成的网络的所有元件所组成的网络负反馈放大电路负反馈放大电路的基本放大电路的基本放大电路反馈网络反馈网络方框图中信号是单向流通的。方框图中信号是单向流通的。基本放大电路的放大倍数基本放大电路的放大倍数反馈系数反馈系数反馈放大电路的放大倍数反馈放大电路的放大倍数6.3.2 6.3.2 四种基本反馈类型四种基本反馈类型ABusuiufuRSRLuoABuSuiufuRSiouoRLio电电压压串串联联负负反反馈馈电电流流串串联联负负反反馈馈BAiSifiiiRSRL

5、uoBAisifiiiRSiouoRLio电电压压并并联联负负反反馈馈电电流流并并联联负负反反馈馈6.3.3 负反馈放大电路放大倍数的一般表达式负反馈放大电路放大倍数的一般表达式（P273）反馈组态反馈组态功能功能电压串联电压串联电压控制电压电压控制电压电压并联电压并联电流控制电压电流控制电压电流串联电流串联电压控制电流电压控制电流电流并联电流并联电流控制电流电流控制电流6.6.4 4 深度深度负反馈放大电路放大负反馈放大电路放大倍数的倍数的分析分析一一、深度负反馈的实质、深度负反馈的实质二二、基于反馈系数的放大倍数的估算方法、基于反馈系数的放大倍数的估算方法三三、基于理想运放的放大倍数的计算

6、方法、基于理想运放的放大倍数的计算方法6.4 深度负反馈放大器的分析方法（重点）深度负反馈放大器的分析方法（重点）（本节本节只讨论深度负反馈条件下的近似计算）只讨论深度负反馈条件下的近似计算）1.估算的依据估算的依据 深度负反馈：深度负反馈：即，深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈系数有关。即，深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈系数有关。由由得得 方法一：方法一：一一.闭环闭环增益估算增益估算 方法二：方法二：根据根据将将代入上式代入上式得得即：原输入量近似等于反馈量即：原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，放大电路由此可得深度负反馈条件下，放大

7、电路“虚短路虚短路”、“虚断路虚断路”的概念。的概念。（1 1）电压串联负反馈电压串联负反馈 例例1.1.分立电路电压串联负反馈分立电路电压串联负反馈2.举例举例（深度负反馈电路）深度负反馈电路）解：用方法一。解：用方法一。求反馈系数（求反馈系数（虚断虚断”ii0）求闭环电压放大倍数：求闭环电压放大倍数：（2）电流并联负反馈放大器）电流并联负反馈放大器反馈系数为反馈系数为闭环电流增益闭环电流增益 解：用方法一。解：用方法一。“虚断路虚断路ib=0”例例2.2.分立电路电流并联负反馈分立电路电流并联负反馈+VCCRCC2C1RfuSVoibifiiRSRL（3）电压并联负反馈）电压并联负反馈 例

8、例3.3.分立电路电压并联负反馈分立电路电压并联负反馈反馈系数为反馈系数为闭环增益闭环增益 解：用方法一。解：用方法一。“虚断路虚断路”闭环增益闭环增益闭环电压增益闭环电压增益例例4.分立元件组成的电流串联负反馈分立元件组成的电流串联负反馈反馈系数为反馈系数为由由第第二二章章知知，该该电电路路闭环电压增益闭环电压增益:（4）电流串联负反馈）电流串联负反馈 Vf=-iORe1 解：用方法一。解：用方法一。“虚断路虚断路”深度负反馈条件下四种组态负反馈放大电路的电压放大倍数反馈组态反馈组态电压串联电压串联电压并联电压并联电流串联电流串联电流并联电流并联与负载无关与负载无关与总负载成与总负载成线性关

9、系线性关系6.4.4 基于理想运放的电压放大倍数的计算方法基于理想运放的电压放大倍数的计算方法1.1.理想运放参数特点理想运放参数特点：Aod，rid，ro0，fH，所有失调因素、温漂、噪声均为零。所有失调因素、温漂、噪声均为零。2.2.理想运放工作在线性区的电路特征理想运放工作在线性区的电路特征：引入交、直流负：引入交、直流负反馈反馈因为因为uO为有限值，为有限值，Aod，所以所以 uNuP0，即即uNuP虚短路虚短路因为因为r ridid，所以所以 iNiP0 0虚断路虚断路求解放大倍数求解放大倍数的基本出发点的基本出发点无源网络无源网络3.3.理想运放工作在线性区的特点理想运放工作在线性

10、区的特点例例6:(6:(东南大学研究生入学试题东南大学研究生入学试题)如图所示如图所示，试说明：，试说明：(1)F(1)F点分别接在点分别接在 H H、J J、K K三点时，各形成何三点时，各形成何种反馈；种反馈；(2)(2)求出求出F F点接在点接在 J J点时的电压放大倍数的表达式。点时的电压放大倍数的表达式。J (2)F(2)F点接在点接在J J点时是电压串联负反馈，若放大点时是电压串联负反馈，若放大 电路满足深度负反馈条件，则有：电路满足深度负反馈条件，则有：J6.5 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1 提高增益的稳定性提高增益的稳定性 6 对输出电阻的影响对输出电

11、阻的影响 3 提高输出信噪比提高输出信噪比4 减少非线性失真减少非线性失真 5 对输入电阻的影响对输入电阻的影响 2 扩展通频带扩展通频带6.5.1 稳定稳定放大倍数放大倍数闭环时闭环时则则即即闭闭环环增增益益相相对对变变化化量量比比开开环环减减小小了了1+AB倍倍，即即稳定性增加了稳定性增加了1+AB倍倍。另一方面另一方面,在深度负反馈条件下在深度负反馈条件下:即即闭闭环环增增益益只只取取决决于于反反馈馈网网络络。当当反反馈馈网网络络由由稳稳定定的的线性元件组成时，线性元件组成时，闭环增益将有很高的稳定性闭环增益将有很高的稳定性。例例1 A=103,负反馈使放大倍数稳定性提高负反馈使放大倍数

12、稳定性提高100倍，倍，求求B、Af、A 变化变化 10%时的时的Af，以及，以及dAf/Af解：解：1)1+AB=100，则则B=（1001）/A=0.0992)=103/100=103)此时的此时的Af =负反馈以牺牲放大倍数换负反馈以牺牲放大倍数换取了放大倍数稳定性的提高取了放大倍数稳定性的提高1.串联（电压求和）负反馈使输入电阻增大串联（电压求和）负反馈使输入电阻增大Rif深度负反馈：深度负反馈：2.并联并联(电流求和）负反馈使输入电阻减小电流求和）负反馈使输入电阻减小Rif深度负反馈：深度负反馈：ii A BusuiufRiABuiifiiis A BusRiABii 6.5.2 对

13、输入电阻的影响对输入电阻的影响1.串联负反馈使电路的输入电阻增加：串联负反馈使电路的输入电阻增加：2.并联负反馈使电路的输入电阻减小：并联负反馈使电路的输入电阻减小：例如例如:射极输出器射极输出器理解：理解：串联负反馈相当于在输入回路中串联了串联负反馈相当于在输入回路中串联了一个电阻，故输入电阻增加。一个电阻，故输入电阻增加。理解：理解：并联负反馈相当于在输入回路中并联了并联负反馈相当于在输入回路中并联了一条支路，故输入电阻减小。一条支路，故输入电阻减小。对输入电阻的影响对输入电阻的影响1.电压取样负反馈电压取样负反馈 B与与A并联，使输出电阻减小并联，使输出电阻减小ABRoRofA为负载开路

14、时的源电压增益为负载开路时的源电压增益深度负反馈：深度负反馈：2.电流取样负反馈电流取样负反馈 B与与A串联，使输出电阻增大串联，使输出电阻增大ABRoRofA为负载短路时的源电压增益为负载短路时的源电压增益深度负反馈：深度负反馈：对输出电阻的影响对输出电阻的影响1.电压负反馈使电路的输出电阻减小：电压负反馈使电路的输出电阻减小：例如例如:射极输出器射极输出器理解：理解：电压负反馈目的是阻止电压负反馈目的是阻止 uo的变化，稳定的变化，稳定输出电压输出电压。放大电路空载时放大电路空载时可等效右图框中可等效右图框中为电压源：为电压源：输出电阻越小，输出电压越稳定，反之亦然。输出电阻越小，输出电压

15、越稳定，反之亦然。RoUsouoRL 对输出电阻的影响对输出电阻的影响理解：理解：电流负反馈目的是阻止电流负反馈目的是阻止 io的变化，稳定的变化，稳定输出电流输出电流。放大电路空载时放大电路空载时可等效为右图框可等效为右图框中电流源：中电流源：输出电阻越大，输出电流越稳定，反之亦然。输出电阻越大，输出电流越稳定，反之亦然。2.电流负反馈使电路的输出电阻增加：电流负反馈使电路的输出电阻增加：RoisoioRL 对输出电阻的影响对输出电阻的影响 例例1:(1:(研究生入学试题研究生入学试题)电流串联负反馈放大器是一种输出端取样量电流串联负反馈放大器是一种输出端取样量为为，输入端比较量为，输入端比

16、较量为的负反馈放大器，的负反馈放大器，它使输入电阻它使输入电阻，输出电阻，输出电阻。例例1:(1:(研究生入学试题研究生入学试题)电流串联负反馈放大器是一种输出端取样量电流串联负反馈放大器是一种输出端取样量为为，输入端比较量为，输入端比较量为的负反馈放大器，的负反馈放大器，它使输入电阻它使输入电阻，输出电阻，输出电阻。解：解：输出端取样量为电流；输出端取样量为电流；输入端比较量为电压；输入端比较量为电压；它使输入电阻增加；它使输入电阻增加；输出电阻增加。输出电阻增加。讨论：讨论：反馈类型的判断取决于输出端取样量和输反馈类型的判断取决于输出端取样量和输 入端比较量。入端比较量。电压反馈使输出电阻

17、减小，电流反馈使输电压反馈使输出电阻减小，电流反馈使输出电阻增大；出电阻增大；串联反馈使输入电阻增大，并联反馈使输串联反馈使输入电阻增大，并联反馈使输出电阻减小。出电阻减小。估算输入输出电阻估算输入输出电阻在深度负反馈条件下：在深度负反馈条件下：注注：表表中中的的输输入入、输输出出电电阻阻均均指指反反馈馈环环中中的的输输入入、输输出出电阻。电阻。（1 1）电压串联负反馈）电压串联负反馈举例举例2 深度负反馈条件下，求深度负反馈条件下，求Rof,RifRifRifRb1/Rb2Rof0（2 2）电压并联负反馈）电压并联负反馈Rif0RifRSRof0举例举例3 深度负反馈条件下，求深度负反馈条件

18、下，求Rof,Rif开环幅频响应开环幅频响应6.5.3 扩展通频带扩展通频带上限频率扩展上限频率扩展1+AB倍倍下限频率降低下限频率降低1+AB倍倍闭环幅频响应闭环幅频响应6.5.3 扩展通频带扩展通频带BW无反馈时无反馈时 BW=fH fL fH引入反馈后，引入反馈后，fA(f)0Am0707AmfLfHBWAf(f)Amf0707AmffLffHfBWf可证明：可证明：fHf=（1+AB）fHfLf=fL/（1+AB）=（1+AB）fH fH f=（1+AB)BW BWf =fHf fLf对通频带的影响对通频带的影响:引入负反馈使电路的通频带宽度增加：引入负反馈使电路的通频带宽度增加：fA

19、BW A Af BWfuf加入加入加入加入负反馈负反馈负反馈负反馈无负反馈无负反馈FufAuiuo+uiduo大大小小略大略大略大略大略小略小略小略小略小略小略小略小略大略大略大略大uiA接近正弦波接近正弦波负反馈改善了波形失真负反馈改善了波形失真6.5.4 减少非线性失真减少非线性失真(改善波形的失真改善波形的失真)注意：注意：负反馈可以改善放负反馈可以改善放大电路的非线性失真，但大电路的非线性失真，但是只能改善反馈环内产生是只能改善反馈环内产生的非线性失真。的非线性失真。图图 负反馈对非线性负反馈对非线性失真的影响失真的影响 失真的反馈信号，使失真的反馈信号，使净输入产生相反的失真，净输入

20、产生相反的失真，从而弥补了放大电路本身从而弥补了放大电路本身的非线性失真的非线性失真。6.5.4 减少非线性失真减少非线性失真(改善波形的失真改善波形的失真)闭环时增益减小，线性度变好。闭环时增益减小，线性度变好。负反馈对放大电路的影响（总结）负反馈对放大电路的影响（总结）1.降低放大倍数降低放大倍数;2.提高放大倍数的稳定性提高放大倍数的稳定性;3.展宽频带展宽频带;4.减小非线性失真减小非线性失真;5.减小内部噪声减小内部噪声;6.改变输入、输出电阻改变输入、输出电阻;串联负反馈串联负反馈 输入电阻增大输入电阻增大 并联负反馈并联负反馈 输入电阻减小输入电阻减小 电压负反馈电压负反馈 稳定

21、电压、输出电阻稳定电压、输出电阻减小减小 电流负反馈电流负反馈 稳定电流、输出电阻稳定电流、输出电阻增大增大 例例4 4:(:(北方交通大学研究生入学试题北方交通大学研究生入学试题)负反馈可以从那些方面改善放大器的性能？负反馈可以从那些方面改善放大器的性能？例例4 4:(:(北方交通大学研究生入学试题北方交通大学研究生入学试题)负反馈可以从那些方面改善放大器的性能？负反馈可以从那些方面改善放大器的性能？解：它从以下五方面改善其性能：解：它从以下五方面改善其性能：a.a.增大放大倍数的恒定性；增大放大倍数的恒定性；b.b.减小非线性失真；减小非线性失真；c.c.抑制噪声；抑制噪声；d.d.扩展频

22、带；扩展频带；e.e.改变输入、输出阻抗。改变输入、输出阻抗。补充：为改善性能引入负反馈的一般原则补充：为改善性能引入负反馈的一般原则v 要稳定直流量要稳定直流量引直流负反馈引直流负反馈v 要稳定交流量要稳定交流量引交流负反馈引交流负反馈v 要稳定输出电压要稳定输出电压 引电压负反馈引电压负反馈v 要稳定输出电流要稳定输出电流 引电流负反馈引电流负反馈v 要增大输入电阻要增大输入电阻引串联负反馈引串联负反馈v 要减小输入电阻要减小输入电阻引并联负反馈引并联负反馈一、欲稳定某个量，则引该量的反馈一、欲稳定某个量，则引该量的反馈二、根据对输入、输出电阻的要求选择反馈类型二、根据对输入、输出电阻的要

23、求选择反馈类型欲提高输入电阻，欲提高输入电阻，采用串联反馈；采用串联反馈；欲降低输入电阻，欲降低输入电阻，采用并联反馈；采用并联反馈；要求高内阻输出，要求高内阻输出，采用电流反馈；采用电流反馈；要求低内阻输出，要求低内阻输出，采用电压反馈；采用电压反馈；补充：为改善性能引入负反馈的一般原则补充：为改善性能引入负反馈的一般原则三、为使反馈效果强，根据信号源及负载确定反馈类型三、为使反馈效果强，根据信号源及负载确定反馈类型信号源为恒压源，信号源为恒压源，采用串联反馈；采用串联反馈；信号源为恒流源，信号源为恒流源，采用并联反馈；采用并联反馈；要求负载能力强，要求负载能力强，采用电压反馈；采用电压反馈

24、；要求恒流源输出，要求恒流源输出，采用电流反馈；采用电流反馈；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例例5 5:(:(东南大学研究生入学试题东南大学研究生入学试题)如图所示如图所示，试说明：，试说明：(1)F(1)F点分别接在点分别接在 H H、J J、K K三点时，各形成何三点时，各形成何种反馈；如果是负反馈，则对电路的输入阻抗、种反馈；如果是负反馈，则对电路的输入阻抗、输出阻抗、放大倍数又有何种影响；输出阻抗、放大倍数又有何种影响；J 解：解：(1)F(1)F点接在点接在H H点时，形成电压并联正反馈；点时，形成电压并联正反馈；F F点接在点接在J J点时，形成电压串

25、联负反馈使输入阻点时，形成电压串联负反馈使输入阻抗增大，输出阻抗减小，闭环电压增益稳定；抗增大，输出阻抗减小，闭环电压增益稳定；F F点接在点接在 K K 点时，形成电压并联负反馈使输入点时，形成电压并联负反馈使输入阻抗减小，输出阻抗减小，第二级增益稳定。阻抗减小，输出阻抗减小，第二级增益稳定。J总结：分析负反馈放大电路的一般步骤总结：分析负反馈放大电路的一般步骤(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)判判断断交交、直直流流反反馈馈(4)判断反馈阻态判断反馈阻态(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)估估算算深深度度负负反反馈馈条条件件下下电电路路的的参参数数