模拟电子技术--第六章--放大电路中的反馈概要.ppt

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第六章放大电路中的反馈6.1反馈的判别方法6.1.1反馈的基本概念一、什么是反馈在电子电路中，将输出量(输出电压或输出电流)的一部分或全部通过一定的电路形式作用到输入回路，用来影响其输入量(放大电路的输入电压或输入电流)的措施称为反馈。 图6.1.1反馈放大电路的方框图XiXfXoXi’AF闭环放大电路 二、正反馈与负反馈使放大电路净输入量增大的反馈称为正反馈。由于反馈的结果影响了净输入量，因而必然影响输出量。所以，根据输出量的变化也可以区分反馈的极性：反馈的结果使输出量的变化增大时便为正反馈，使输出量的变化减小时便为负反馈。使放大电路净输入量减小的反馈称为负反馈。 三、直流反馈与交流反馈如果反馈量只含有直流量，则称为直流反馈；如果反馈量只含有交流量，则为交流反馈。或者说，仅在直流通路中存在的反馈称为直流反馈；仅在交流通路中存在的反馈称为交流反馈。在很多放大电路中，常常是交、直流反馈兼而有之。 6.1.2反馈的判别一、有无反馈的判别若放大电路中存在将输出回路与输入回路相连接的通路，即反馈通路，并由此影响了放大电路的净输入，则表明电路引入了反馈；否则电路中便没有反馈。反馈元件：反馈通路中影响反馈量的元件。反馈通路：自输出端至输入端的通道。 图6.1.2有无反馈的判断判断方法：是否有从输出至输入的逆行通路。(b)反馈通道：uO→uN，反馈元件：R2 瞬时极性法是判断电路中反馈极性的基本方法。具体做法是：二、反馈极性的判断①规定电路输入信号在某一时刻对地的极性，并以此为依据，逐级判断电路中各相关点电流的流向和电位的极性，从而得到输出信号的极性；②根据输出信号的极性判断出反馈信号的极性；③若反馈信号使基本放大电路的净输入信号增大，则说明引入了正反馈；若反馈信号使基本放大电路的净输入信号减小，则说明引入了负反馈。 净输入信号（一）串联叠加UiUfUbeUiUfUd当输入信号与反馈信号不是接在同一极上时，为串联电压叠加形式。净输入信号：三极管电路为UbeUbe=Ui-Uf运放电路是差模输入电压Ud=Ui-Uf 净输入信号（二）并联叠加当输入信号与反馈信号接在同一极上时，为并联电流叠加形式，净输入信号：三极管电路为IbIb=Ii-If运放电路是输入电流ibIb=Ii-IfIiIBIfIiIfIB 图6.1.3反馈极性的判断用瞬时极性法判断，负反馈使净输入信号（X’i）减小。+++⊕++－净输入变小净输入变大净输入变小++-Ud=Ui-UfUd=Ui–(–Uf）Ib=Ii-If 图6.1.4分立元件放大电路反馈极性的判断反馈通道：T2c→T1e，反馈元件R6R3+++⊕－↓↓←←取样点反馈元件反馈通道施用瞬时极性法反馈加入点 B输入，C反相，E跟随E输入，C同相C输入，只影响后级三极管的瞬时极性也适用于场效应管，E-S，C-D，B-GuIufufuf集电极反相，发射极跟随共基电路输入输出同相 图6.1.5直流反馈与交流反馈的判断（一）直流、交流看通路。直流通路交流通路 图6.1.6直流反馈与交流反馈的判断（二）直流通路，电容器开路无直流反馈 图6.1.7例6.1.1电路图判断图示电路的反馈性质。反馈通路，反馈元件。本级反馈级间反馈 图6.2.1负反馈放大电路6.2负反馈放大电路的四种基本组态6.2.1负反馈放大电路分析要点稳定作用（a）从输出电压取样，影响输入电压uO≈uI （b）从输出电流取样，影响输入电流.RLiI≈iF 结论(1)交流负反馈使放大电路的输出量与输入量之间具有稳定的比例关系，任何因素引起的输出量的变化均将得到抑制。由于输入量的变化所引起的输出量的变化也同样会受到抑制，因此交流负反馈使电路的放大能力下降。(2)反馈量实质上是对输出量的取样，其数值与输出量成正比。 负反馈的基本作用是将引回的反馈量与输入量相减，从而调整电路的净输入量和输出量。(4)反馈量取自于输出电压将使输出电压稳定；取自于输出电流将使输出电流稳定。 对于具体的负反馈放大电路，首先应研究下列问题，进而进行定量分析。(1)从输出端看，反馈量是取自于输出电压，还是取自于输出电流。(2)从输入端看，反馈量与输入量是以电压方式相叠加，还是以电流方式相叠加。 ①当反馈量取自输出电压时称为电压反馈，取自输出电流时称为电流反馈；交流负反馈的四种组态②当反馈量与输入量以电压方式相叠加时称为串联反馈，以电流方式相叠加时称为并联反馈；因此，交流负反馈有四种组态，即电压串联、电压并联、电流串联和电流并联，有时也称为交流负反馈的四种方式。 6.2.2四种反馈组态一、输入端信号叠加形式 反馈放大器的输入端信号叠加方式以电压源串联的形式：串联反馈，电压源串联。 并联反馈，电流源并联以电流源并联的形式： 串联反馈与并联反馈的比较并联反馈Xi与Xf接在同一输入端串联反馈Xi与Xf接在不同输入端 两个重要结论1.虚短：uD≈0；uN≈uP当基本放大器的放大倍数足够大时，可以认为净输入信号近似为0。例如运放μA741的开放大倍数约为105，当输出电压为10V时，差模输入电压为：2.虚断：iB1=iB2=iB≈0 虚短u+=u-ui=uf 虚断iB1=iB2=000 图6.2.2电压串联负反馈电路一、电压串联负反馈 深度负反馈，净输入信号近似为零：Xi’≈0（虚短）ui≈uF∴ 图6.2.3电流串联负反馈电路二、电流串联负反馈(6.2.3)(6.2.4) 输出电流稳定的过程：结论：(1)电压负反馈能够稳定输出电压，电流负反馈能够稳定输出电流。(2)串联负反馈电路的输入电流很小，适用于输入信号为恒压源或近似恒压源的情况。 图6.2.4电压并联负反馈电路（虚短）三、电压并联负反馈 图6.2.5电流并联负反馈电路四、电流并联负反馈 (1)电压负反馈能够稳定输出电压，电流负反馈能够稳定输出电流。(2)并联负反馈电路的输入电流很大，适用于输入信号为恒流源或近似恒流源的情况。结论： 串联反馈：输入信号与反馈信号接在输入级不同端。并联反馈：输入信号与反馈信号接在同一端。电压反馈：反馈信号取自UO端。电流反馈：反馈信号不取自UO端。6.2.3反馈组态的判别串联并联看输入，电压电流看输出。 图6.2.6电压反馈与电流反馈的判断（一）一、电压负反馈与电流负反馈的判断令UO=0，反馈不存在 图6.2.7电压反馈与电流反馈的判断（二）令UO=0，反馈仍存在 图6.2.8例图6.2.1电路图二、串联负反馈与并联负反馈的判断输入信号与反馈信号接在不同输入端上 图6.2.9例图6.2.2电路图【例6.2.2】试判电路的反馈组态。 P316图T6.2 P316图T6.2(1)正确接入信号源和反馈，使电路的输入电阻增大输出电阻减小。（2）若，Rf=? P3186.4 P3196.5 6.3负反馈放大电路的方块图及一般表达式6.3.1负反馈放大电路的方块图表示法图6.3.1负反馈放大电路的方框图 之间的关系基本放大电路放大倍数反馈系数闭环放大倍数 反馈深度环路放大倍数 6.3.2四种反馈组态电路的方框图 表6.3.1四种组态负反馈放大电路的比较 6.3.3负反馈放大电路的一般表达式(6.3.7） 当引入深度负反馈时，AF+1>>1（6.3.9）表明当电路引入深度负反馈(即1+AF>>1)时，放大倍数几乎仅仅决定于反馈网络，而与基本放大电路无关。从深度负反馈的条件可知，反馈网络的参数确定后，基本放大电路的放大能力愈强，即A的数值愈大，反馈愈深，Af与1／F的近似程度愈好。 *6.3.4负反馈放大电路的基本放大电路负反馈放大电路的方块图是将电路等效成两个二端口网络连接而成。为了使信号的传递单向化，在分解出基本放大电路时，应考虑反馈网络的负载效应，也就是要将反馈网络作为放大电路输入端和输出端的等效负载。根据网络理论，当考虑反馈网络在输入端的负载效应时，应令输出量的作用为零；而当考虑反馈网络在输出端的负载效应时，应令输入量的作用为零。 图6.3.3电压串联负反馈电路的基本放大电路(a)电压串联负反馈电路(b)图(a)所示电路的基本放大电路R1和R2构成反馈网络，令输出量的作用为零，即令uO=0，则R1和R2中的电流仅为输入量作用的结果，因此在输入端的等效负载为R1//R2；令输入量的作用为零，即令输入电流iI=0，相当于将图(a)中的N点断开，则R1和R2中的电流仅为输出量作用的结果，因此在输出端的等效负载为R1和R2的串联。 图6.3.4电流串联负反馈电路的基本放大电路R构成反馈网络。令输出量的作用为零，即iO=0，相当于断开图(a)中的M点，则得到在输入端的等效负载R；令输入量的作用为零，即断开图(a)中的N点，则得到在输出端的等效电阻R，R与RL，串联。因此，图(a)所示电路的基本放大电路如图(b)所示，输出路中R上的电压为反馈电压uF。 图6.3.5电压并联负反馈电路的基本放大电路R构成反馈网络。令输出量的作用为零，即令uO=0，则得到在输人端的等效负载为R；令输入量的作用为零，即令iI流入R的电流为零，相当于将输入端接地 图6.3.6电流并联负反馈电路的基本放大电路 6.4深度负反馈放大电路的放大倍数分析6.4.1深度负反馈的实质 深度负反馈闭环放大倍数……①（定义式）……②比较①式和②式，分子相同，必然有：所以：（在串联反馈电路中）（在并联反馈电路中） 图6.4.1反馈网络的分析6.4.2反馈网络的分析 反馈组态：电压串联负反馈 反馈组态：电流串联负反馈注意：不是。 反馈组态：电压并联负反馈 反馈组态：电流并联负反馈 6.4.3基于反馈系数的放大倍数的分析一、电压串联负反馈 二、电流串联负反馈 比较：（P1412.11）2.根据Q点求出rbe≈2.73k1.反馈组态：电流串联负反馈反馈通路和元件：e→e；Rf3.4.估算： 三、电压并联负反馈只有采用具有内阻的信号源，才能具有反馈作用。 图6.4.2并联负反馈电路的信号源为求Ausf，需要分析Us与Is的关系uDuD∵uD≈0（虚短） 四、电流并联负反馈 图6.4.3例6.4.3电路图例6.4.2（P278） （虚短） 图6.4.4例6.4.4电路图例6.4.3（P279）Io Io反馈组态：电流并联负反馈IS∵IS≈If Io已知：Rs=Re1=Re2=1kRc1=Rc2=RL=10k代入已知数值解得：Rf=9k 6.4.4基于理想运放的放大倍数分析2.线性区的特点：两个重要结论一、理想运放的线性工作区1.理想运放的性能指标3.集成运放工作在线性区的电路特征虚短：虚断：电路中存在负反馈。 二、放大倍数的分析图6.4.6由理想运放组成的负反馈放大电路 电压串联负反馈 电压并联负反馈IiIf 电流串联负反馈IoIoIo 电流并联负反馈I1I2Io（P283(6.4.24)）？（虚地） 【例6.4.4】图6.2.8，求Ausf。 II 6.5负反馈对放大电路性能的影响放大电路中引入交流负反馈后，其性能会得到多方面的改善，比如，可以稳定放大倍数，改变输入电阻和输出电阻，展宽频带，减小非线性失真等。 6.5.1稳定放大倍数（6.5.1）（6.5.2）当A改变时，Af的变化是1∕(1+AF) 6.5.2改变输入电阻和输出电阻串联负反馈使输入电阻增大1＋AF倍。并联负反馈使输入电阻减小1+AF倍。 图6.5.1串联负反馈电路的方框图 图6.5.2Rb在反馈环之外时串联负反馈电路的方框图 图6.5.3并联负反馈电路的方框图 图6.5.4电压负反馈电路的方框图 图6.5.5电流负反馈电路的方框图 6.5.3展宽频带 6.5.3展宽频带分子分母同除以 6.5.3展宽频带同理可得：引入负反馈，使通频带展宽（1+AmF）倍 图6.5.6消除ib失真的方法6.5.4减小非线性失真 图6.5.7引入负反馈使非线性失真减小 6.5.5放大电路中引入反馈的一般原则通过以上分析可知，负反馈对放大电路性能方面的影响，均与反馈深度(1+AF)有关。应当指出，以上的定量分析是为了更好地理解反馈深度与电路各性能指标的定性关系。从某种意义上讲，对负反馈放大电路的定性分析比定量计算更重要；这一方面是因为在分析实用电路时，几乎均可认为它们引入的是深度负反馈，如当基本放大电路为集成运放时，便可认为(1+AF)趋于无穷大；另一方面，即使需要精确分析电路的性能指标，也不需要利用方块图进行手工计算，而采用如SPICE等电子电路计算机辅助分析和设计软件进行各种分析；因此，在学习电子技术课程时，还应学习一种电子电路分析和设计软件的使用方法。对负反馈的定性了解，将在电路设计中起重要作用。引入负反馈可以改善放大电路多方面的性能，而且反馈组态不同，所产生的影响也各不相同。因此，在设计放大电路时，应根据需要和目的，引入合适的反馈。 引入合适负反馈的一般原则(1)为了稳定静态工作点，应引入直流负反馈；为了改善电路的动态性能，应引入交流负反馈。(2)根据信号源的性质决定引入串联负反馈，或者并联负反馈。当信号源为恒压源或内阻较小的电压源时，为增大放大电路的输入电阻，以减小信号源的输出电流和内阻上的压降，应引入串联负反馈。当信号源为恒流源或内阻较大的电压源时，为减小放大电路的输入电阻，使电路获得更大的输入电流，应引入并联负反馈。(3)根据负载对放大电路输出量的要求，即负载对其信号源的要求，决定引入电压负反馈或电流负反馈。当负载需要稳定的电压信号时，应引人电压负反馈；当负载需要稳定的电流信号时，应引入电流负反馈。(4)根据表6．3．1所示的四种组态反馈电路的功能，在需要进行信号变换时，选择合适的组态。例如，若将电流信号转换成电压信号，应在放大电路中引入电压并联负反馈；若将电压信号转换成电流信号，应在放大电路中引入电流串联负反馈，等等。 图6.5.8例6.5.1电路图 图6.5.8例6.5.1电路图增大输入电阻，减小输出电阻+++负反馈－电压串联+ 图6.5.8例6.5.1电路图增大输入电阻，减小输出电阻+++－电压串联++ 图6.5.8例6.5.1电路图+++－－－减小输入电阻，增大输出电阻电流并联 图6.5.8例6.5.1电路图+++－－－减小输入电阻，减小输出电阻电压并联+ 6.6负反馈放大电路的稳定性6.6.1负反馈放大电路自激振荡产生的原因和条件 振荡条件：图6.6.1负反馈放大电路的自激振荡 6.6.2负反馈放大电路稳定性的定性分析单级放大电路不会产生自激振荡两级放大电路不会产生自激振荡三级放大电路可能产生自激振荡四、五级放大电路更容易产生自激振荡 图6.6.2两个负反馈电路环路增益的频率特性一、判断方法6.6.3负反馈放大电路的稳定性判断f0>fc，电路就稳定|AF|=1时，f=foφAF=180°时，f=fc 二、稳定裕度定义：f=f0时所对应的20lg|AF|的值为幅值余度Gm。幅值裕度定义式：定义：f=fc时的|φA+φF|与180°的差值为相位余度φm。幅值裕度定义式：应该Gm≤-10dB应该φm>45° 6.6.4负反馈放大电路自激振荡的消除方法 图6.6.3简单滞后补偿前后基本放大电路的幅频特性 图6.6.4放大电路中的简单滞后补偿 图6.6.5负反馈放大电路中的RC滞后补偿 图6.6.6RC滞后补偿前后基本放大电路的幅频特性 图6.6.7密勒效应补偿电路 图6.6.8超前补偿电路 图6.6.9加补偿电容后反馈系数的频率特性 图6.6.10例6.6.2放大电路的幅频特性