模电反馈放大电路课件.ppt

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1、第七章 反馈放大电路7.1 基本概念及分类7.2 框图及增益一般表达式7.3 负反馈对放大电路性能的改善7.4 负反馈放大电路的分析方法7.5 负反馈放大电路的稳定问题7.1 反馈的基本概念与分类反馈的基本概念与分类 反馈反馈 反馈网络反馈网络 类型类型 四种阻态的判断方法四种阻态的判断方法 7.1.1 基本概念基本概念 7.1.2 四种类型的反馈阻态四种类型的反馈阻态 各种反馈类型的特点各种反馈类型的特点 信号源对反馈效果的影响信号源对反馈效果的影响 交、直流反馈交、直流反馈 正、负反馈正、负反馈 串、并联串、并联反馈反馈 电压、电流反馈电压、电流反馈7.1.1 基本概念基本概念1.反馈反馈

2、 将将输输出出量量（电电压压或或电电流流）的的全全部部或或一一部部分分按按一一定定方方式馈送到输入回路并影响输入的过程。式馈送到输入回路并影响输入的过程。7.1.1 基本概念基本概念2.反馈网络反馈网络反馈通路（反馈网络）反馈通路（反馈网络）信号反向传输的渠道信号反向传输的渠道开环开环 无反馈通路无反馈通路闭环闭环 有反馈通路有反馈通路反馈通路反馈通路（反馈网络）（反馈网络）信号的正向传输信号的正向传输7.1.1 基本概念基本概念反馈通路反馈通路（反馈网络）（反馈网络）信号的正向传输信号的正向传输 根根据据反反馈馈到到输输入入端端的的信信号号是是交交流流，还还是是直直流流，或同时存在，来进行判

3、别。或同时存在，来进行判别。交流反馈：交流反馈：交、直流反馈交、直流反馈交流反馈交流反馈3 3、交流反馈、直流反馈与交直流反馈、交流反馈、直流反馈与交直流反馈7.1.1 基本概念基本概念存在于交流通路中的反馈存在于交流通路中的反馈直流反馈：直流反馈：存在于直流通路中的反馈存在于直流通路中的反馈4.反馈极性反馈极性正反馈与负反馈正反馈与负反馈正反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变大了。正反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变大了。负反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变小了。负反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变小了。另一角度另一角度正反馈：引入反馈后，使正反馈：引入反馈后，使净输入量净输入

4、量 变大了。变大了。负反馈：引入反馈后，使净输入量变小了。负反馈：引入反馈后，使净输入量变小了。判判别别方方法法：瞬瞬时时极极性性法法。假假设设某某一一瞬瞬时时，在在放放大大电电路路的的输输入入端端加加入入一一个个正正极极性性的的输输入入信信号号，按按信信号号传传输输方方向向依依次次判判断断相相关关点点的的瞬瞬时时极极性性，直直至至判判断断出出反反馈馈信信号号的的瞬瞬时时极极性性。如如果果反反馈馈信信号号的的瞬瞬时时极极性性使使净净输输入入减小，则为负反馈；反之为正反馈。减小，则为负反馈；反之为正反馈。7.1.1 基本概念基本概念例例(+)(+)(-)(-)(-)净输入量净输入量(+)(+)(

5、-)(-)净输入量净输入量负反馈负反馈正反馈正反馈反馈通路反馈通路反馈通路反馈通路级间反馈通路级间反馈通路(+)(+)(+)(+)(-)(-)净输入量净输入量级间负反馈级间负反馈反馈通路反馈通路本级反馈通路本级反馈通路7.1.1 基本概念基本概念5.串联反馈、并联反馈串联反馈、并联反馈输入端：反馈信号在输入端：反馈信号在输入端输入端的联接分为的联接分为串联串联和和并联并联两种方式。两种方式。并联：反馈量并联：反馈量输入量输入量接于同一输入端。接于同一输入端。接于不同的输入端。接于不同的输入端。串联：反馈量串联：反馈量输入量输入量7.1.1 基本概念基本概念6.电压反馈、电流反馈电压反馈、电流反

6、馈输出端：反馈信号在输出端：反馈信号在输出端输出端分为取分为取电压电压和取和取电流电流两种方式。两种方式。电流：将电流：将负载负载短路，反馈网络存在，反馈量仍然存在。短路，反馈网络存在，反馈量仍然存在。电压：将电压：将负载负载短路，反馈网络不存在，反馈量为零。短路，反馈网络不存在，反馈量为零。判断方法判断方法6.1.2.反馈的判断反馈的判断 直流通路和交流通路中是否存在反馈通路。直流通路和交流通路中是否存在反馈通路。直流反馈与交流反馈直流反馈与交流反馈直流反馈直流反馈交流反馈交流反馈直流通路直流通路交流通路交流通路7.1.2 四种类型的四种类型的负负反馈阻态反馈阻态1、四种基本阻态、四种基本阻

7、态反馈量反馈量 Xo输入信号的连接方式输入信号的连接方式Uo电压电压Io电流电流串联串联并联并联(将反馈信号转为电压信号将反馈信号转为电压信号,与与输入电压输入电压Ui相减相减)(将反馈信号转为电流信号将反馈信号转为电流信号,与与输入电流输入电流Ii相减相减)四种连接方式四种连接方式:(1)电流串联负反馈电流串联负反馈 (2)电压串联负反馈电压串联负反馈 (3)电流并联负反馈电流并联负反馈 (4)电压并联负反馈电压并联负反馈7.1.2 四种类型的反馈阻态四种类型的反馈阻态电压串联负反馈电压串联负反馈有反馈？有反馈？交流、直流反馈？交流、直流反馈？正、负反馈？正、负反馈？电压、电流反馈？电压、电

8、流反馈？串联、并联反馈？串联、并联反馈？7.1.2 四种类型的反馈阻态四种类型的反馈阻态电压串联负反馈电压串联负反馈有反馈？有反馈？交、直流反馈？交、直流反馈？正、负反馈？正、负反馈？电压、电流反馈？电压、电流反馈？串联、并联反馈？串联、并联反馈？+C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2RE1CEC3C2+ECuoui+T1T2Rf7.1.2 四种类型的反馈阻态四种类型的反馈阻态电流并联负反馈电流并联负反馈有反馈？有反馈？交流、直流反馈？交流、直流反馈？正、负反馈？正、负反馈？电压、电流反馈？电压、电流反馈？串联、并联反馈？串联、并联反馈？7.1.2 四种类型的反馈阻态四种类型的反馈阻态

9、电流并联负反馈电流并联负反馈有反馈？有反馈？交流、直流反馈？交流、直流反馈？正、负反馈？正、负反馈？电压、电流反馈？电压、电流反馈？串联、并联反馈？串联、并联反馈？7.1.2 四种类型的反馈阻态四种类型的反馈阻态电压并联负反馈电压并联负反馈有反馈？有反馈？交流、直流反馈？交流、直流反馈？正、负反馈？正、负反馈？电压、电流反馈？电压、电流反馈？串联、并联反馈？串联、并联反馈？7.1.2 四种类型的反馈阻态四种类型的反馈阻态A.电压串联电压串联RL vO vF vID vO 电压负反馈：稳定输出电压电压负反馈：稳定输出电压串联反馈：输入端电压叠加串联反馈：输入端电压叠加3.各种反馈类型的特点各种反

10、馈类型的特点vID=vI-vFvO 7.1.2 四种类型的反馈阻态四种类型的反馈阻态3.各种反馈类型的特点各种反馈类型的特点B.电流并联电流并联RL iO iF iID iO 电流负反馈：稳定输出电流电流负反馈：稳定输出电流并联反馈：输入端电流叠加并联反馈：输入端电流叠加其他两种阻态有类似的结论其他两种阻态有类似的结论iID=iI-iF7.1.2 四种类型的反馈阻态四种类型的反馈阻态串联反馈串联反馈4.信号源对反馈效果的影响信号源对反馈效果的影响vID=vI-vF 则则vI最最好好为为恒恒压压源源，即即信信号号源内阻源内阻RS越小越好。越小越好。要要想想反反馈馈效效果果明明显显，就就要要求求v

11、F变化能有效引起变化能有效引起vID的变化。的变化。7.1.2 四种类型的反馈阻态四种类型的反馈阻态并联反馈并联反馈4.信号源对反馈效果的影响信号源对反馈效果的影响iID=iI-iF 则则iI最最好好为为恒恒流流源源，即即信信号号源内阻源内阻RS越大越好。越大越好。要要想想反反馈馈效效果果明明显显，就就要要求求iF变化能有效引起变化能有效引起iID的变化。的变化。例题例题:回答下列问题。回答下列问题。若要实现串联电若要实现串联电压压负负反馈反馈,Rf 应应接向何处接向何处?运放运放的输入端极性如的输入端极性如何确定？何确定？7.2 负反馈放大电路的方框图及增益的一般表达式负反馈放大电路的方框图

12、及增益的一般表达式 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 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 环路增益环路增益 反馈深度的讨论反馈深度的讨论 表达式推导表达式推导 构成构成 信号的单向化传输信号的单向化传输 开环时反馈网络的负载效应开环时反馈网络的负载效应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1.构成构成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）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

13、益的一般表达式2.表达式推导表达式推导idoXXA=ofXXF=反馈系数反馈系数iXoFXA=闭环增益闭环增益因为因为=idXiXfX-所以所以+XXioFXA=fidoXX=FXAXXooo/+=已知已知FAAA+=1F即即闭闭环环增增益益的的一一般表达式般表达式又因为又因为siXKX=所以所以soFSXXA=KXX/io=FAK=对信号源的增益对信号源的增益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2.表达式推导表达式推导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 信号信号 、增益在四种反馈组态中的具体形式、增益在四种反馈组态中的具体形式

14、3.反馈深度的讨论反馈深度的讨论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 一般负反馈一般负反馈深度负反馈深度负反馈正反馈正反馈自激振荡自激振荡环路增益环路增益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 对输入电阻和输出电阻的影响对输入电阻和输出电阻的影响 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 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引入负反馈引入负反馈 降低了放大倍数降低了放大倍数 使放大器的性能得以

15、改善：使放大器的性能得以改善：7.3.1 提高增益的稳定性提高增益的稳定性闭环时闭环时+FAAA=1F则则只考虑幅值有只考虑幅值有闭环增益相对变化量比开环减小闭环增益相对变化量比开环减小1+AF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线性性元元件件组成时，闭环增益将有很高的稳定性。组成时，闭环增益将有很高的稳定性。提高增益的稳定性提高增益的稳定性FA1F=开环开环 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线性性元元件件组成时，闭环增益

16、将有很高的稳定性。组成时，闭环增益将有很高的稳定性。7.3.2 减少非线性失真减少非线性失真 减少非线性失真减少非线性失真Aouiufuiuoud加反馈前加反馈前加反馈后加反馈后AoF+失真失真改善改善uouo利用失真改善失真利用失真改善失真7.3.4 扩展频带扩展频带 扩展频带扩展频带 放大电路加入负反馈后，增益下降，但通频带却加宽了。放大电路加入负反馈后，增益下降，但通频带却加宽了。无反馈时放大器的通频带：无反馈时放大器的通频带：fbw=f HfL f H 有反馈时放大器的通频带：有反馈时放大器的通频带：fbwf=f HffLf f Hf7.3.5 对输入电阻和输出电阻的影响对输入电阻和输

17、出电阻的影响串联负反馈串联负反馈 增大输入电阻增大输入电阻并联负反馈并联负反馈 减小输入电阻减小输入电阻电压负反馈电压负反馈 减小输出电阻，稳定输出电压减小输出电阻，稳定输出电压电流负反馈电流负反馈 增大输出电阻，稳定输出电流增大输出电阻，稳定输出电流P349表表7.4.1（自看）（自看）7.3.5 对输入电阻和输出电阻的影响对输入电阻和输出电阻的影响(1)(1)串联负反馈使输入电阻增加串联负反馈使输入电阻增加 无无反馈时：反馈时：有有反馈时：反馈时：7.3.5 对输入电阻和输出电阻的影响对输入电阻和输出电阻的影响(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 无无反馈时：反馈时

18、：有有反馈时：反馈时：7.3.5 对输入电阻和输出电阻的影响对输入电阻和输出电阻的影响电压负反馈电压负反馈稳定输出电压（当负载变化时）稳定输出电压（当负载变化时）恒压恒压源源输出电阻小。输出电阻小。(3)(3)电压负反馈使输出电阻减小电压负反馈使输出电阻减小 电流负反馈电流负反馈稳定输出电流（当负载变化时）稳定输出电流（当负载变化时）恒流源恒流源输出电阻大。输出电阻大。(4)(4)电流负反馈使输出电阻提高电流负反馈使输出电阻提高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n 要稳定直流量要稳定直流量 引直流负反馈引直流负反馈n 要稳定交流量要稳定交流量 引交流负反馈引交流负反馈

19、n 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n 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n 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n 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)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VFFAAF、例例.

20、为稳定输出电压、增加输入电阻，应用引为稳定输出电压、增加输入电阻，应用引入何种类型反馈？在图中连线。入何种类型反馈？在图中连线。解：解：电压串联负反馈电压串联负反馈例例.为达到以下目的，分别应引入哪种组态反馈？何连线？为达到以下目的，分别应引入哪种组态反馈？何连线？1减小电路从信号源索取的电流并增强带负载能力。减小电路从信号源索取的电流并增强带负载能力。2将输入电流转换成与之成线性关系的稳定输出电流。将输入电流转换成与之成线性关系的稳定输出电流。解：解：1电压串联负反馈（电压串联负反馈（810、39、46、）、）2电流并联负反馈（电流并联负反馈（710、29、46、）、）7.4.1 深度负反馈

21、条件下的近似计算深度负反馈条件下的近似计算1.深度负反馈的特点深度负反馈的特点深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈网络有关深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈网络有关由于由于则则1+FA1FAAA+=1FAF1=F1=方法一：公式法方法一：公式法反馈类型反馈类型闭环增益闭环增益电压增益电压增益反馈网络反馈网络反馈系数反馈系数7.4.1 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电压串联负反馈电压串联负反馈 解：用方法一。解：用方法一。求反馈系数：求反馈系数：求闭环电压放大倍数：求闭环电压放大倍数：例例1 17.4.1 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又因为又因为代入上

22、式代入上式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idoXXA=ofXXF=iXfX=idXiXfX-=0 方法二：两虚法方法二：两虚法7.4.1 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深度负反馈条件下：深度负反馈条件下：Xd=Xi-Xf0V+=V-（运放电路）（运放电路）(1)“虚短虚短”Vd0(2)“虚断虚断”Id0ii+=ii-=0（运放电路）（运放电路）“虚短虚短”与与“虚断虚断”解：解：1.电压串联负反馈电压串联负反馈 例：例：选择

23、负反馈放大电路的组态，填入空格内。选择负反馈放大电路的组态，填入空格内。1.某某测测量量仪仪表表，要要求求 ri 高高，输输出出电电压压稳稳定定，应应选选用用 。2.为获得一个电压控制电流源，应选用为获得一个电压控制电流源，应选用 。3.为获得一个电流控制电流源，应选用为获得一个电流控制电流源，应选用 。4.为为了了充充分分提提高高负负反反馈馈的的效效果果，当当信信号号源源为为高高内内阻阻的的电电流流信信号号源源，又又要要求求放放大大电电路路的的输输出出电电压压稳稳定定，应应选选用用 。2.电流串联负反馈电流串联负反馈3.电流并联负反馈电流并联负反馈4.电压并联负反馈电压并联负反馈7.4.1

24、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电压串联负反馈电路电压串联负反馈电路 解：用方法二。解：用方法二。利用利用虚短虚短和和虚断虚断的概念得知的概念得知则则闭环电压增益闭环电压增益 =例例2 27.4.1 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闭环电压增益：闭环电压增益：Avf=VO/Vi利用利用虚短虚短和和虚断虚断可知可知例例3.运放组成的电流并联负反馈放大器运放组成的电流并联负反馈放大器 解：用方法二。解：用方法二。Vi=Ii R1 Ii=If7.4.1 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+VCCRCC2C1RfuSuoibifiiRSRL 例

25、例4.4.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。7.4.1 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 例例5.5.运放组成的电压并联负反馈运放组成的电压并联负反馈利用利用虚短虚短和和虚断虚断可知可知V+=V-=0Ii=IfVi/R1=-VO/Rf得：得：AVf=VO/Vi反馈系数：反馈系数：闭环增益闭环增益闭环电压增益闭环电压增益例例6.电流并联负反馈电流并联负反馈确定反馈网络：确定反馈网络：7.4.1 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例例7.7.运放组成的电流串联负反馈运放组成的电流串联负

26、反馈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 解：用方法二。解：用方法二。闭环增益闭环增益闭环电压增益闭环电压增益例例1.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 解：用方法一。解：用方法一。由由第第二二章章知知，该该电电路闭环电压增益路闭环电压增益:（4）电流串联负反馈）电流串联负反馈 Uf=-IORe1负反馈放大电路的设计 P354自学 了解负反馈放大电路的频率响应 P3607.8.1 负反馈放大电路自激振荡的原因和条件负反馈放大电路自激振荡的原因和条件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率的信号输出。频率的信号输出。2.2.产生原因产生原因使输入信号为零，电路的电扰动产生的微弱信号被不断放使输入信号为零，电路的电扰动产生的微弱信号被不断放大，最终将产生自激振荡。大，最终将产生自激振荡。3.3.自激振荡条件自激振荡条件产生自激振荡。产生自激振荡。反馈深度反馈深度自激振荡的平衡条件：自激振荡的平衡条件：幅值条件幅值条件相位条件相位条件（附加相移）（附加相移）闭环增益闭环增益写成幅值与相角的形式：写成幅值与相角的形式：