电子技术基础第4章.ppt
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1、第4章 负反馈在放大器中的应用4.1 反馈的基本概念4.2 负反馈电路的类型4.3 负反馈对放大电路性能的影响4.4 深度负反馈放大电路的估算方法4.5 负反馈放大电路中的自激振荡及其消除方法本章小结习题第4章 负反馈在放大器中的应用第4章 负反馈在放大器中的应用4.1.1 反馈1.什么是反馈在电子电路中,将输出量(电压或者电流)的一部分或者全部,通过一定的电路形式作用到输入回路,从而影响其输入量的措施称为反馈。4.1 反馈的基本概念第4章 负反馈在放大器中的应用2.反馈的基本框图按照反馈放大电路各部分电路的主要功能,可以将一个放大电路分为基本放大电路和反馈网络两部分,如图所示。基本放大电路的
2、主要功能是放大信号,反馈网络的主要功能是传输反馈信号。其中基本放大电路的输入信号称为净输入量。由图可知,净输入量不仅取决于输入量,还与反馈量有关。第4章 负反馈在放大器中的应用图4.1.1 反馈电路的方框图第4章 负反馈在放大器中的应用3.有无反馈的判别如果放大电路中存在输出回路和输入回路的连接通路,并且能够影响放大电路的净输入量,则该电路引入了反馈;反之则没有引入反馈。反馈回路中影响反馈量的元件称为反馈元件。如图所示。第4章 负反馈在放大器中的应用图4.1.2 有无反馈的判断(a)无反馈放大电路一;(b)引入反馈的放大电路;(c)无反馈放大电路二第4章 负反馈在放大器中的应用4.1.2 反馈
3、的极性根据反馈信号对净输入量的影响,可以把反馈分为两种极性:正反馈和负反馈。1.正反馈和负反馈使得净输入量增大的反馈称为正反馈;使得净输入量减小的反馈称为负反馈。如果反馈的结果使得输出量变化增大的为正反馈,反之则为负反馈。2.反馈极性的判别判断反馈极性采用的是瞬时电位极性法,简称瞬时极性法。动画演示。第4章 负反馈在放大器中的应用在如图4.1.3(a)所示的电路中,设输入电压ui对地的瞬时极性为正,即集成运放同相输入端uP对地为正,因此输出电压uo对地的电位也为正;uo在R2和R1的回路产生电流,方向如图中虚线所示,在R1上形成了反馈电压uf(方向上为“+”,下为“”),使得反相输入端电位对地
4、为正,从而使得净输入电压uid(uPuN)数值减小,说明电路引入了负反馈。第4章 负反馈在放大器中的应用图4.1.3 反馈极性的判别(a)电路引入负反馈一;(b)电路引入正反馈;(c)电路引入负反馈二第4章 负反馈在放大器中的应用在如图4.1.3(b)所示的电路中,设输入电压ui对地的瞬时极性为正,即集成运放反相输入端uN对地为正,因此输出电压uo对地的电位为负;uo在R2和R1的回路产生电流,方向如图中虚线所示,在R1上形成了反馈电压uf(方向上为“”,下为“+”),使得同相输入端电位对地为负,从而使得净输入电压uid(uPuN)数值增大,说明电路引入了正反馈。在如图4.1.3(c)所示的电
5、路中,设输入电流ii对地的瞬时极性为正,集成运放反相输入端uN对地为正,因此输出电压uo对地的电位为负;uo在R2上产生电流if,方向如图中虚线所示;if对ii分流,使得集成运放的净输入电流数值减小,说明电路引入了负反馈。第4章 负反馈在放大器中的应用对于分立元件,可以通过输入级放大管的净输入电压或者净输入电流的增大或减小来判断反馈的极性。在图中,设输入电压ui对地的瞬时极性为正,则VT1的基极电位对地为“+”,基极输入,集电极反相,发射极同相,故VT1的集电极电位为“”,VT2的基极电位对地为“”,所以输出电压uo对地的电位为“+”,作用于R6和R3回路产生电流,方向如图中虚线所示,在R3上
6、形成了反馈电压uf(方向上为“+”,下为“”),使得VT1管be间电压(即净输入电压)减小,因此电路引入了负反馈。第4章 负反馈在放大器中的应用图4.1.4 分立元件反馈极性的判别第4章 负反馈在放大器中的应用4.1.3 直流反馈与交流反馈 1.直流反馈与交流反馈的定义 根据反馈量是直流还是交流,反馈可以分为直流反馈和交流反馈。第4章 负反馈在放大器中的应用2.直流反馈和交流反馈的判别方法 根据直流反馈和交流反馈的定义,通过反馈存在于电路的直流通路还是交流通路,可判断电路引入的是直流反馈还是交流反馈。如图4.1.5(a)所示,在直流时,电容开路,直流通路如图4.1.5(b)所示,电路引入了反馈
7、;交流时,电容短路,交流通路如图4.1.5(c)所示,没有反馈。通过分析可知,反馈只存在于直流通路中,因此该电路引入的为直流反馈。第4章 负反馈在放大器中的应用图4.1.5 直流反馈和交流反馈的判别(a)电路;(b)直流通路;(c)交流通路第4章 负反馈在放大器中的应用【例4.1.1】判断图所示电路是否存在反馈,如果存在,判断反馈的极性,并说明是直流反馈还是交流反馈。图4.1.6 例的电路图第4章 负反馈在放大器中的应用解:电阻R4将输入和输出回路相连接,因此存在反馈;在直流通路和交流通路中该反馈均存在,因此电路既有直流反馈也有交流反馈。第4章 负反馈在放大器中的应用4.2.1 负反馈在输出端
8、的采样1.电压负反馈若反馈量取自于输出电压,则称为电压负反馈。如图所示,电路各点电位的瞬时极性如图中所标注。由图可知,反馈量取自于输出电压uo,并且与输入量ui是以电压的方式叠加的。4.2 负反馈电路的类型第4章 负反馈在放大器中的应用图4.2.1 电压负反馈第4章 负反馈在放大器中的应用2.电流负反馈若反馈量取自于输出电流,则称为电流负反馈。如图所示,电路各点电位的瞬时极性和电流方向如图中所标注。图4.2.2(a)是将负载RL接在了R2处,从RL中得到了稳定的输出电流io,我们习惯上将其画成图4.2.2(b)所示的形式。电路中各点瞬时极性和电流方向如图中所标注。第4章 负反馈在放大器中的应用
9、图4.2.2 电流负反馈(a)基本电路;(b)习惯画法第4章 负反馈在放大器中的应用3.电压负反馈和电流负反馈的判断由前面的叙述可知,反馈量不是取自于输出电压就是取自于输出电流,因此,只要令负反馈放大电路的输出电压为零,若反馈量也随之为零,则说明该电路引入了电压负反馈;若反馈信号仍然存在,则说明该电路引入了电流负反馈。我们也可以看反馈信号是否取自于输出端uo,如果反馈信号取自于输出端uo,则说明该电路引入了电压负反馈;如果反馈信号不是取自于uo,则说明该电路引入了电流负反馈。第4章 负反馈在放大器中的应用4.2.2 负反馈在输入端的接法根据输入回路和反馈网络的连接不同,即反馈量和输入量的叠加方
10、式的不同,可以将负反馈分为串联负反馈和并联负反馈。1.串联负反馈若反馈信号和输入信号以电压方式相叠加,则为串联负反馈。如图所示,电路的瞬时极性如图中所标注。从图中可以看出,反馈信号取自于输出电压,因此反馈量为电压uf,它与输入电压ui求差后放大,叠加方式为电压叠加,因此图所示的电路引入了串联负反馈。第4章 负反馈在放大器中的应用图4.2.3 串联负反馈第4章 负反馈在放大器中的应用2.并联负反馈若反馈信号和输入信号以电流方式相叠加,则为并联负反馈。如图所示,电流的瞬时方向如图中所标注。从图中可以看出,反馈量取自于输出电流,并且转换成反馈电流if,在输入端和输入电流求差后放大,因此图所示的电路引
11、入了并联负反馈。第4章 负反馈在放大器中的应用图4.2.4 并联负反馈第4章 负反馈在放大器中的应用3.串联负反馈和并联负反馈的判断 由前面的叙述可知,反馈量和输入量的叠加形式有两种:电压和电流。因此,判断是串联负反馈还是并联负反馈可以看输入信号和反馈信号是不是在同一个节点上。如果输入信号和反馈信号不在同一个节点上,则二者是以电压的方式相叠加的,说明电路引入的是串联负反馈;如果输入信号和反馈信号在同一个节点上,则二者是以电流的方式相叠加的,说明电路引入的是并联负反馈。第4章 负反馈在放大器中的应用【例】判断图所示电路的反馈组态。解:采用瞬时极性法判断该电路是否引入了负反馈。因为反馈信号不是直接
12、取自于输出端uo,所以该电路引入的是电流负反馈;在输入端,反馈信号和输入信号不是在同一节点上,故该电路引入的是串联负反馈。综上所述,该电路引入了电流串联负反馈。第4章 负反馈在放大器中的应用图4.2.5 例的电路图第4章 负反馈在放大器中的应用【例】判断图、图和图所示电路的反馈组态。如果将基本放大电路和反馈网络均看成两端口网络,则四种组态的方框图如图所示。其中:图4.2.6(a)为电压串联负反馈,图4.2.6(b)为电流串联负反馈,图4.2.6(c)为电压并联负反馈,图4.2.6(d)为电流并联负反馈。第4章 负反馈在放大器中的应用图4.2.6 交流负反馈四种组态的方框图(a)电压串联负反馈;
13、(b)电流串联负反馈;(c)电压并联负反馈;(d)电流并联负反馈第4章 负反馈在放大器中的应用4.3.1 负反馈放大器的方框图任何一个负反馈放大电路都可以用图所示的方框图来表示。图中 为输入量,反馈量,为输出量,为净输入量,箭头方向表示信号的流通方向,表示叠加。4.3 负反馈对放大电路性能的影响第4章 负反馈在放大器中的应用图4.3.1 负反馈放大电路方框图第4章 负反馈在放大器中的应用由图可以得出、和之间的关系为(4.3.1)在方框图中基本放大电路的放大倍数为(4.3.2)第4章 负反馈在放大器中的应用负反馈网络的反馈系数为 负反馈放大电路的放大倍数(也称为闭环放大倍数)为由式(4.3.2)
14、和式(4.3.3)可以得出,环路放大倍数为(4.3.3)(4.3.4)(4.3.5)第4章 负反馈在放大器中的应用根据式(4.3.2)式(4.3.4)可得中频段时,式(4.3.6)为实数形式,即(4.3.7)(4.3.6)第4章 负反馈在放大器中的应用4.3.2 负反馈对放大器性能的影响 1.稳定放大倍数 负反馈能够稳定放大器的放大倍数,是由于负反馈具有自动调节作用。引入负反馈后,反馈网络将输出量返回到输入回路,从而使净输入量也随输出的变化而变化。例如:如果工作环境变化导致放大倍数下降,则输出信号下降,反馈信号也会下降,从而造成净输入量增大,输出信号变大,闭环增益保持稳定。第4章 负反馈在放大
15、器中的应用2.改变输入电阻和输出电阻1)对输入电阻的影响 输入电阻是从放大电路输入端看进去的等效电阻,因而负反馈对输入电阻的影响取决于基本放大电路与反馈网络输入端的连接方式,即取决于电路引入的是串联负反馈还是并联负反馈。图4.2.6(a)、(b)所示均为串联负反馈。假设输入电流为Ii,根据输入电阻的定义,基本放大电路的输入电阻为第4章 负反馈在放大器中的应用而整个放大电路的输入电阻 从而得出串联负反馈输入电阻的表达式为Rif=(1+AF)Ri 使用同样的方法分析并联负反馈电路可以得出并联负反馈输入电阻的表达式为第4章 负反馈在放大器中的应用2)对输出电阻的影响3)展宽频带4)减小非线性失真放大
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