放大电路电路中的反馈.ppt

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1第7章放大电路电路中的反馈7.1反馈的基本概念和类型7.2反馈放大电路的框图表示法7.3负反馈对放大电路性能的影响7.4负反馈放大电路的分析计算7.5放大电路中负反馈的正确引入7.6负反馈放大电路中的自激振荡及其消除方法 2作业7-5，7-6，7-13，7-14，7-16自测题7-1，7-2，7-11,7-18 3本章的重点与难点本章是课程的重点，是学习模拟电路的基础，既是重点又是难点。重点:反馈的概念、反馈性质的判断方法、深度负反馈条件下放大倍数的估算方法、引入负反馈的方法难点:初学者感到困难的主要是反馈概念的建立、反馈的判断、反馈网络的确定。主要表现为基本概念和基本知识不清。 47.1反馈的基本概念和类型7.1.1反馈的基本概念一、什么叫反馈反馈是将放大电路的输出量（输出电压或输出电流）的一部分或全部，通过一定的电路（反馈网络）反向送回到输入端或输入回路，从而使电子电路能按预期功能正常工作。 5放大传送反馈信号图7-1反馈放大电路原理框图二、为什么要引入反馈改善放大电路的交直流性能。 6采用反馈只能减小ICQ的变化而不能使变化量减为零。图7-2分压式偏置稳定共射放大电路 77.1.2反馈的类型及判断方法一、判断有无反馈在放大电路中引入反馈必须将输出量通过反馈网络送回输入回路,与输入信号相互作用,改变放大电路的净输入量。所以要判断电路中有无反馈，首先要看电路中有无反馈网络或反馈元件。 8二、反馈的类型直流反馈交流反馈正反馈负反馈根据反馈的极性：根据反馈存在的通路： 9电压反馈电流反馈根据反馈在输出端的连接方式（取样方式）：串联反馈并联反馈根据反馈在输入端的连接方式： 10三、直流反馈和交流反馈直流反馈：反馈量只含有直流量（仅在直流通路存在）交流反馈：反馈量只含有交流量（仅在交流通路存在）电路中许多情况为交直流共存。直流负反馈用于稳定静态工作点。交流负反馈用于改善电路的动态性能。研究重点：交流负反馈。 11四、正反馈和负反馈正反馈：反馈信号加强了原输入信号，使放大电路净输入量增大的反馈。负反馈：反馈信号削弱了原输入信号，使放大电路净输入量减小的反馈。研究重点：负反馈。只有正确引入交流负反馈才能改善放大电路的动态性能。 12本章中的反馈网络一般为纯电阻网络，无移相作用。五、反馈极性的判断-瞬时极性法瞬时极性法：先规定出输入信号对地的瞬时极性，依此判断出电路各相关点乃至输出信号及反馈信号对地的瞬时极性。反馈信号使电路的净输入量增大----引入了正反馈。反馈信号使电路的净输入量减小----引入了负反馈。 13净输入信号②①②①②① 14相位关系（1）晶体管--单管(+)(-)(+)(+)(+)(+)共射接法共集接法共基接法 15（2）差动放大电路(+)(-)(+)(+)(+)(-)(+)(+) 16（3）集成运放(+)(+)(+)(-) 17图7-3分立元件放大电路反馈极性的判断有反馈。RF、R4构成的反馈网络引入了“级间”交流反馈例：试判断下图所示电路是否存在反馈，若存在请指出反馈的极性，并进行交直流反馈判断。 18反馈的极性的判断：(+)(+)(-)(+)(+)交流负反馈 19对于分立元件放大电路，可以通过判断输入级晶体管的净输入量（b-e间净输入电压，或者iB/iE净输入电流）因反馈的引入是增大了还是减小了，来判断反馈的极性。结论（分立元件）: 20例：试指出下图所示电路的反馈极性。 21设的瞬时极性对地为（＋），则的瞬时极性对地也为（＋），的瞬时极性对地也为（＋）。使真正加到运放输入端的净输入电压减小，故为负反馈。(+)(+)(+) 22例：试指出下图所示电路的反馈极性。 23设的瞬时极性对地为（＋），则的瞬时极性对地为（-）。使真正加到运放输入端的净输入电流减小，故为负反馈。(+)(+)(-)(-) 24对于由运放组成的反馈放大电路，可以通过分析集成运放的净输入量（净输入电压或净输入电流）因反馈的引入是增大还是减小，来判断反馈的极性。凡使净输入量减小的为负反馈，凡使净输入量增大的为正反馈。结论（集成运放）：在分析反馈极性时，反馈量仅仅由输出量决定，而与输入量无关。 25六、电压反馈和电流反馈电压反馈：反馈对放大电路的输出电压取样。电流反馈：反馈对放大电路的输出电流取样。根据反馈在输出端的连接方式（取样方式），反馈分为电压反馈和电流反馈两种类型。 26图7-5输出端取样方式框图反馈取自输出电压反馈取自输出电流区分电压反馈和电流反馈只有在负载电阻变化时才有意义。 27令uo=0(RL=0)，若反馈量也随之为零，即引入了电压反馈令uo=0(RL=0)，若反馈量依然存在，即引入了电流反馈。判断方法：（1）反馈表达式与输出电压成比例；（2）输出端短路法。 28根据反馈网络在放大电路输入端的连接方式，反馈分为串联反馈和并联反馈。七、串联反馈和并联反馈串联反馈：反馈信号和输入信号串联，以电压形式相加减。并联反馈：反馈信号和输入信号并联，以电流形式相加减。区分方法：根据输入量和反馈量的连接方式来区分。 29图7-6输入连接方式框图电压求和串联反馈电流求和并联反馈 307.1.3负反馈放大电路的四种基本组态交流负反馈放大电路四种组态电压串联负反馈电流串联负反馈电压并联负反馈电流并联负反馈 31一、电压串联负反馈在负反馈放大电路中，若反馈网络从输出电压取样，其取样电压与输入电压串联相比较，把它们的差值电压作为净输入信号进行放大，从而使输出电压达到稳定，则是引入了电压串联负反馈。 32例7-1电路如图7-7所示,试分析其反馈组态。(+)(+)(+)负反馈 电压求和串联反馈电压反馈电压串联负反馈 例7-2试分析图7-8所示放大电路的反馈组态。(+)(+)(-)(+)(+)电压求和反馈组态：电压串联负反馈。 35二、电压并联负反馈在负反馈放大电路中，若反馈网络对输出电压取样，并转换为反馈电流送到输入端，与输入电流进行比较，其差值作为净输入电流进行放大，则是引入了电压并联负反馈。放大电路中，若输入信号为恒流源或近似恒流源，宜用并联负反馈。 36图7-9例7-3分析图7-9所示放大电路的反馈组态。电流求和电压并联负反馈 37例7-4电路如图7-10所示,分析其反馈类型。图7-10该电路又叫集电极-基极偏置电路。静态时(+)(-)(-) 38电压并联负反馈电流求和判断交流反馈的组态 39三、电流串联负反馈在负反馈放大电路中，若反馈网络从输出电流取样，并转换为反馈电压与输入电压相比较，把它们的差值电压作为净输入信号进行放大，则是引入了电流串联负反馈。 40图7-11电流串联负反馈(+)(+)(+)电压求和例7-5电路如图7-11所示,分析其反馈组态。 41例7-6电路如图7-12所示,分析其反馈组态。图7-12(+)(+)电压求和电流串联负反馈此电路稳定了输出(集电极/发射极）电流 42(+)(-)(+)(+)(+)电流反馈负反馈串联反馈电流串联负反馈例：放大电路交流通路如下图所示,分析其反馈组态。 43四、电流并联负反馈在反馈放大电路中，若反馈网络从输出电流取样，其取样电流与输入电流相比较，把它们的差值电流作为净输入信号进行放大，则是引入了电流并联负反馈。 44例7-7电路如图7-13所示,分析其反馈组态。图7-13电流并联负反馈(+)(-)(-)(-)电流求和 45例7-8电路如图7-14所示,分析其反馈组态。图7-14电流并联负反馈(+)(-)(-)(-)电流求和 467.1.3负反馈在放大电路中的重要作用和性质负反馈的基本作用是将引回的反馈量与输入量相减以调整电路的净输入量与输出量。无论反馈量以何种方式引回到输入端，其实质都是利用电路输出量本身通过反馈网络对放大电路起自动调节作用，从而使输出量维持稳定。电压负反馈的重要作用是稳定输出电压,电流负反馈的重要作用是稳定输出电流。 47电压负反馈的重要作用是稳定输出电压电压负反馈 48电流负反馈的重要作用是稳定输出电流电流负反馈 492.直流负反馈能稳定放大电路的静态工作点，交流负反馈能改善放大电路的动态性能。3.串联负反馈和并联负反馈对信号源内阻有不同要求串联负反馈应采用电压源激励，信号源内阻越小，反馈效果越好。并联负反馈应采用电流源激励，信号源内阻越大，反馈效果越好。 50RSUS串联负反馈应采用电压源激励，信号源内阻越小，反馈效果越好。 51并联负反馈应采用电流源激励，信号源内阻越大，反馈效果越好。 524.电压并联负反馈电路常叫做“电流－电压转换电路”(即互阻放大电路)，它适用于输入为高内阻的电流源，而要求输出为低内阻的电压信号的场合。电流串联负反馈电路常叫做“电压－电流转换电路”（即互导放大电路），它适用于输入为低内阻的电压源，而要求输出为高内阻的电流信号的场合。 53电压串联负反馈电路可作为压控电压源（电压放大电路）。电流并联负反馈电路可作为流控电流源（电流放大电路）。 547.2反馈放大电路的框图表示法7.2.1反馈放大电路的框图 55工程上，常做“信号单方向作用的假定”：通过基本放大电路的只有信号的正向传输，通过反馈网络的只有信号的反向传输。7.2.1反馈放大电路的框图 56输入信号·净输入信号·反馈信号·输出信号····7.2.1反馈放大电路的框图 电压反馈，输出量为电压；电流反馈，输出量为电流。串联反馈，输入量、反馈量、净输入量均为电压；并联反馈，输入量、反馈量、净输入量均为电流。57 58基本放大电路放大倍数:反馈系数:····环路增益AF:7.2.1反馈放大电路的框图 597.2.2闭环增益及其一般表达式闭环增益: 607.2.3反馈深度闭环增益:2.当|1+AF|=0时，闭环增益，这种工作状态叫作放大电路的“自激”。1.如果|1+AF|<1，则|Af|>|A|，此反馈为正反馈。 613.如果|1+AF|>1，则|Af|<|A|，此反馈为负反馈；当|AF|>>1时，闭环增益，此时反馈放大电路的闭环增益Af将只取决于反馈系数F，叫做“深度负反馈”。闭环增益: 627.3负反馈对放大电路性能的影响引入交流负反馈，可以改善放大电路的性能：提高闭环增益的稳定性。展宽通频带，减小频率失真。减小非线性失真，抑制干扰和噪声。对输入电阻和输出电阻产生影响。 637.3.1提高闭环增益的稳定性Af对A求微分：相对变化量：闭环增益: 64闭环增益的相对变化量减小到开环增益相对变化量的1/（1+AF）,因此负反馈可提高闭环增益的稳定性。例如，当dA/A=10%时，如果反馈深度1+AF=100（深度负反馈），则dAf/Af=0.1% 657.3.2展宽通频带，减小频率失真无负反馈，开环0.707Amf有负反馈，闭环AmfAm0.707AmfBWfBW0AfHf增大到fH的(1+AF)倍。fLf减小到fL的(1+AF)分之一。通常fBW=fH-fLfHfBWf=fHf-fLffHf，引入负反馈后，放大电路的通频带展宽到约为基本放大电路的(1+AF)倍。 66在加入负反馈前后，“增益带宽积”GBP基本不变引入负反馈后，放大电路的增益变为原来的1/(1+AF),通频带展宽到约为原来的(1+AF)倍。因此：7.3.2展宽通频带，减小频率失真 677.3.3减小非线性失真，抑制干扰和噪声加入负反馈后，非线性失真减小为原来的1/(1+AF)。但负反馈只能对反馈环路内的电量起作用，抑制环路内的非线性失真。 687.3负反馈对放大电路性能的影响引入交流负反馈，可以改善放大电路的性能：提高闭环增益的稳定性。展宽通频带，减小频率失真。减小非线性失真，抑制干扰和噪声。对输入电阻和输出电阻产生影响。√√√? 697.3.4对输入电阻和输出电阻的影响负反馈对放大电路输入电阻的影响必然与反馈在输入端的连接方式有关，即与串联反馈和并联反馈有关。负反馈对放大电路输出电阻的影响必然与反馈在输出端的连接方式（采样方式）有关，即与电压反馈和电流反馈有关。 701.对输入电阻的影响串联负反馈削弱了放大电路的输入电压，使净输入电压减小。对相同的输入电压而言，其输入电流减小，因此输入电阻增大。并联负反馈削弱了放大电路的输入电流，使净输入电流减小。对相同的输入电压而言，为了保持同样的净输入电流，总的输入电流将增大。换言之，因此输入电阻减小。 711）串联负反馈使输入电阻增大1.对输入电阻的影响如果|1+AF|→∞，则Rif→∞。 722）并联负反馈使输入电阻减小如果|1+AF|→∞，则Rif→0。 732.对输出电阻的影响电压负反馈将稳定输出电压，使之接近于恒压源。因此电压负反馈必然减小输出电阻，使输出电阻变为原来的1/(1+AF)。同理电流负反馈将增大电阻，使输出电阻变为原来的(1+AF)倍。如果|1+AF|→∞，则电压负反馈Rof→0，电流负反馈Rof→∞。 74反馈类型稳定的输出量输入电阻输出电阻其他性能的改善电压串联电压增大减小扩大通频带减小非线性失真抑制干扰和噪声电压并联电压减小减小电流串联电流增大增大电流并联电流减小增大3.负反馈对放大电路动态性能的影响 757.4负反馈放大电路的分析计算7.4.1深度负反馈放大电路的特点当|AF|>>1时，闭环增益，此时反馈放大电路的闭环增益Af将只取决于反馈系数F，叫做“深度负反馈”。对于深度负反馈可以采用近似方法来进行计算和分析。问题：闭环增益是否就是闭环电压增益呢？ 76因此，7.4.1深度负反馈放大电路的特点 77深度负反馈放大电路的两大特点：（1）输入量反馈量，即（2）净输入量接近于零，即（2）对并联型深度负反馈电路（1）对串联型深度负反馈电路7.4.1深度负反馈放大电路的特点 787.4.2深度负反馈放大电路的近似计算1.深度负反馈放大电路的闭环增益的估算：（1）输入量反馈量，即（2）净输入量接近于零，即方法1：利用深度负反馈放大电路的特点进行推算，方法2：从反馈系数就直接求出闭环增益， 79深度负反馈放大电路的输入电阻的估算：利用串联反馈增大输入电阻，并联反馈减小输入电阻。3.深度负反馈放大电路的输出电阻的估算：利用电压反馈减小输出电阻，电流反馈增大输出电阻。7.4.2深度负反馈放大电路的近似计算 80补充：集成运放线性应用时的特点集成运放构成负反馈放大电路（线性应用）时具有： 811.电压串联负反馈1）闭环增益的估算7.4.2深度负反馈放大电路的近似计算方法1： 82方法2:先求解反馈系数，再利用的关系求出闭环增益。电压串联负反馈步骤1：判断反馈组态步骤2：求解反馈系数步骤3：估算闭环增益 83从输入端看进去的闭环输入电阻串联反馈提高输入电阻。2）输入电阻的估算1.电压串联负反馈 84去掉RL，从输出端向左看进去的闭环输出电阻电压反馈减小输出电阻。1.电压串联负反馈3）输出电阻的估算 852.电压并联负反馈闭环增益：闭环电压增益：方法11）闭环增益的估算ISRS 862.电压并联负反馈方法2电压并联负反馈闭环电压增益：闭环增益： 87从信号源内阻的右侧向放大电路看进去的输入电阻为并联反馈减小输入电阻。2.电压并联负反馈从信号源向右看的输入电阻为2）输入电阻的估算 88电压反馈，输出电阻为：2.电压并联负反馈3）输出电阻的估算 893.电流串联负反馈 903.电流串联负反馈 914.电流并联负反馈 92 93例7-9:下图所示为三级负反馈放大电路。按深度负反馈计算其闭环电压增益。 94交流通路：电流串联负反馈 95电流串联负反馈R4R3R9Ie3Uf方法2 96闭环电压增益:闭环增益(互导):电流串联负反馈 97例7-11：下图是由理想运放构成的反馈放大电路。分析电路中存在哪些反馈，判断它们的反馈组态，并推导出电压闭环增益的表达式。（1）存在的反馈 98（2）分析反馈组态IA2引入了电压并联负反馈IIA3引入了电压串联负反馈III整个电路引入了何种反馈？ 99(+)(-)(+)(+)(+)电压串联负反馈 100（2）求闭环电压增益 101补充例题：－Vcc＋uo－+VccuIR1R3R4R2R5T1T2T3＋－＋＋电压串联负反馈已知R2=10K，R4=100K判断反馈组态，若为负反馈，则求深度负反馈条件下的Auf。 102电流并联负反馈补充例题：判断反馈组态，若为负反馈，则求深度负反馈条件下的Ausf。 1037.5放大电路中反馈的正确引入引入负反馈的原则：稳定静态工作点，需引入直流反馈;改善动态性能，需引入交流反馈。增大输入电阻引串联反馈;减小输入电阻引并联反馈。（1）根据动态及静态设计要求（2）根据对输入电阻的要求 104稳定输出电压引电压反馈;稳定输出电流引电流反馈。（4）根据需要稳定的输出量要求7.5放大电路中反馈的正确引入增大输出电阻引电流反馈;减小输出电阻引电压反馈。（3）根据对输出电阻的要求 105IV，引入电压并联负反馈；VV，引入电压串联负反馈；VI，引入电流串联负反馈；II，引入电流并联负反馈。（6）根据信号变换的要求（5）根据信号源的要求信号源为内阻较小的电压源，引入串联负反馈；信号源为内阻较大的电流源，引入并联负反馈。7.5放大电路中反馈的正确引入 106补充例题：图示电路分别说明应引入何种反馈及电路如何连接？ 107第6章(1)减小放大电路从信号源索取的电流并增强带负载能力电压串联负反馈＋－＋＋注意:接还是接,要保证反馈极性为负.应增大输入电阻，减小输出电阻 108第6章电压并联负反馈(2)将输入电流转换成稳定的输出电压＋－＋＋＋－－＋＋－X 109第6章电流并联负反馈（3）将输入电流iI转换成与之成线性关系的输出电流ioioiI＋－－－要求：(1)减小向信号源索取电流,增强带负载能力。(2)实现iIio稳定线性关系的转换。(3)实现iIuo的稳定转换。 110例7-13试在一个集成运放（主要参数为）电路中引入负反馈，把输入电阻提高到大于把输出电阻降低到小于，使闭环增益为1。解：要求提高输入电阻，在输入端采用串联接法；要求降低输出电阻，在输出端采用电压取样；所以，应该引入电压串联负反馈。 111反馈深度为深度负反馈由于闭环增益为1，集成运放应接成电压跟随器，同时接入限流电阻R1和RF,都取为10k。 112输入电阻和输出电阻：电压串联负反馈 113例7-12：电路如下图所示，试说明如何引入负反馈。（1）如果希望静态时电路元件参数的改变，对输出的直流电压影响较小。（2）要求稳定动态时VT3管的集电极电流。（3）如果希望接上负载电阻后，电压增益基本不变。 114(1)如果希望静态时电路元件参数的改变对输出的直流电压影响较小。应引入直流负反馈。(+)(-)(+)(+)(+)(-)(-) 115(2)要求稳定动态时VT3管的集电极电流。应引入交流电流负反馈。 116（3）如果希望接上负载电阻后，电压增益基本不变。应引入电压负反馈。 117例7-14:试利用集成运放设计一个电流放大的测量电路，待测电流是10A数量级，而测量仪表是量程1mA、内阻1~2K的毫安表。解：本例题欲将输入电流转换为输出电流，因此应采用电流并联负反馈。 118电流并联负反馈 119所谓自激振荡，就是在输入信号为零时，在反馈放大闭合环路内自发产生的某一频率的振荡。这种现象将使放大电路无法正常工作。7.6负反馈放大电路中的自激振荡及其消除方法 1207.6.1产生自激振荡的原因和条件在信号频率大大低于或高于中频范围时，不仅放大电路增益的幅值会下降，而且AF会产生附加相移即与之间会出现相位差。 121当分母等于0，即AF＝－1时，Af趋于无穷大。这意味着即使没有外加输入信号，也仍然可能有，即产生了自激振荡。故负反馈放大电路自激振荡的条件是：1+AF＝0或AF＝－1 122在工程上通常采用的办法为“相位补偿”或“相位校正”7.6.3消除自激振荡的方法思路：通过加入一些元件来补偿或校正放大电路的开环频率特性，使斜率为－20dB/十倍频程的幅频特性直线段尽量长（主极点和相邻极点间距离拉大），尽可能减少极点，从而改变环路增益在高频段的相频特性，以此破坏自激条件。 123在反馈放大电路的正向通道中对频率特性影响最大的那一级接入补偿电容C（通常C并接在极点频率最低一级的输出端）。一、电容滞后补偿目的是使AF的幅频特性曲线提前下降，使主极点频率降低。校正后，开环增益的波特图和RC低通电路的波特图极为相似，所以叫做“电容滞后补偿”。 124 125优点：电路简单、有效。缺点：使放大电路的高频增益严重下降，通频带明显变窄了。 126把电阻和电容串联起来构成阻容补偿网络，以此来代替上述单一电容补偿网络，可使高频增益下降与通频带变窄的情况在一定程度上得到改善。二、阻容滞后补偿 127与单一电容滞后补偿相比，阻容补偿的频宽有一定改善。 128三、密勒效应滞后补偿利用前面学过的密勒效应，把补偿元件跨接在放大电路的输入端和输出端之间，如下图所示，这样可以使补偿电容C的容量大大减小。 129在有些情况下，为了使电路工作稳定，并减小频带损失，需将补偿电容加在反馈网络中。图中补偿电容CF与反馈电阻RF相并联，使反馈网络变为相位超前网络，故称这种补偿方法为“超前补偿”。四、超前补偿 130 131通过减小电路的反馈深度，也可以减小自激危险。这样AF的频率特性曲线将垂直下移，造成减小，以满足>的条件。但采用此法消除自激与加大反馈深度以改善放大电路性能有矛盾，在进行电路设计时应通盘考虑。 132本章小结1.反馈及其类型的判断1）正/负反馈，直流/交流反馈2）交流负反馈的反馈组态：电压串联、电压并联、电流串联、电流并联。 1332.深度交流负反馈的电压放大倍数的计算1）判断反馈组态；2）计算闭环增益；3）计算闭环电压放大倍数； 1343.反馈的正确引入1）清楚各种反馈组态对放大电路性能的影响；2）根据要求引入负反馈。4.产生自激振荡的条件及其消除