第7章反馈放大器ppt课件.ppt

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1、1第七章 反馈放大器7-1 反馈的基本概念与分类7-1-1 反馈的基本概念 反馈是指将放大电路的输出信号(输出电压或电流)的一部分或全部，通过反馈网络回送到放大电路的输入回路的一种工作方式。fiidXXXidoXAXofXFXoXiXfXidX反馈网络F基本放大器A27-1-2 反馈的分类 人工反馈：有目的引入的反馈寄生反馈：由某种杂散参数所引起的反馈内部反馈：器件内部产生的反馈外部反馈：通过外接元件产生的反馈本级反馈级间反馈电压反馈电流反馈直流反馈交流反馈正反馈负反馈串联反馈并联反馈3正反馈：如放大电路的输入信号 xi 不变，引入反馈后，输出信号增大了，从而使增益提高。负反馈：如放大电路的输

2、入信号 xi 不变，引入反馈后，输出信号减小了，从而使增益降低。判断方法：瞬时极性法假定输入信号为某一瞬时极性逐级推出电路中其他有关节点的瞬时极性判断反馈信号的瞬时极性判别该反馈信号是增强了还是削弱了原来的输入信号。当输入信号与反馈信号作用于输入回路同一节点时，瞬时极性相同正反馈 瞬时极性相反负反馈当输入信号与反馈信号作用于输入回路不同节点时，瞬时极性相同负反馈 瞬时极性相反正反馈(1)正反馈和负反馈4vi vfAR1R2R3 vidvo(a) 正反馈(b) 负反馈（-）（-）（-）（+）（+）（+）当输入信号与反馈信号作用于输入回路不同节点，瞬时极性相同负反馈 瞬时极性相反正反馈voAviR

3、1R2R3 vid vf（+）（+）5正负反馈的判别（+）（-）负反馈（+）（-）正反馈当输入信号与反馈信号作用于输入回路同一节点，瞬时极性相同正反馈 瞬时极性相反负反馈RC1RC2RSRFRE1RE2C1C2VCCoVsVRC1RC2RSRFRE1RE2C1C2VCCoVsV（-）（+）6(2) 直流反馈和交流反馈直流反馈：在放大器直流通路中存在的反馈。 作用：稳定电路的静态工作点。交流反馈：在放大器交流通路中存在的反馈。 作用：改善放大器的性能指标。判别：将隔直电容和旁路电容开路，（观察直流通路）反馈存在直流反馈。将隔直电容和旁路电容短路，（观察交流通路）反馈存在交流反馈。7IC1,VC1

4、, VE2, IB1 直流负反馈（+）（-）RC1RC2RSRFRE1RE2C1C2VCCoVsVCE（-）将隔直电容和旁路电容短路，反馈不存在，无交流反馈。将隔直电容和旁路电容开路，反馈存在，有直流反馈。8sVRsRC1RC2RFRE1C1CFVCCoVRE2idVfVRB1直流反馈与交流反馈无直流反馈（-）（+）（+）有交流负反馈（+）将隔直电容和旁路电容短路，反馈存在，有交流反馈。将隔直电容和旁路电容开路，反馈不存在，无直流反馈。9(3)电压反馈和电流反馈电压反馈：反馈信号从电压输出端引出，反馈信号与输出电压成正比。电压负反馈的重要特点：使输出电压趋向于恒定。基本放大器的输出端、反馈网络

5、输入端、负载三者并联。vo A FRL对于交流反馈，根据反馈信号在输出端的取样方式分：10电流反馈：反馈信号不从电压输出端引出，反馈信号与输出电流成正比。判断方法 ：负载短路法将负载电阻短路(输出电压为零)，如反馈信号不存在，为电压反馈。如反馈信号存在，为电流反馈。从连接方式判别：反馈网络输入端口与电压输出端口相同为电压反馈，不同为电流反馈。电流负反馈的重要特点：使输出电流趋向于恒定。基本放大器的输出端、反馈网络输入端、负载三者串联。 A FRLvo11电流反馈电压反馈RC1RC2RSRFRE1RE2C1C2VCCsIfIidIoV例:判断下图RF引入的是电流反馈还是电压反馈反馈网络输入端与电

6、压输出端相同为电压反馈，不同为电流反馈。CFRC1RC2RFRE1RE2C1VCCsVoVfVidV12(4) 串联反馈和并联反馈串联反馈：反馈信号与输入信号在输入回路中以电压形式求和。串联反馈要求信号源的内阻越小越好。isifsidRRRVVV)(基本放大器的输入端、反馈网络输出端、信号源三者串联。vid= vi-vf对于交流反馈，根据反馈信号与输入信号在放大器输入端的比较方式分：vivf A FvidRssV13并联反馈：反馈信号与输入信号在输入回路中以电流形式求和。判断方法：从输入端连接方式串联反馈：信号源输入口与反馈网络输出口不同。并联反馈：信号源输入口与反馈网络输出口相同。并联反馈要

7、求信号源的内阻越大越好。issfsidRRRIII)(基本放大器的输入端、反馈网络输出端、信号源三者并联。iid= ii-if Fiidif ARSiiis14判断下图RF引入的是并联反馈还是串联反馈。并联反馈串联反馈CFRC1RC2RFRE1RE2C1VCCsVoVfVidVRC1RC2RSRFRE1RE2C1C2VCCsIfIidIoV串联反馈：信号源输入口与反馈网络输出口不同。并联反馈：信号源输入口与反馈网络输出口相同。157.1.2四种类型的反馈组态1 电压串联负反馈电压串联负反馈ioVFfiidofVidoVVVAVVVVVFVVA vidRsvsvoviRL vfR3R2Avidv

8、ivoRLvf AV FVRsvs16分析下图所存在的反馈，并判断其组态。 静态情况分析TIC1VC1VC3VFVE1IC1 交流反馈组态:电压串联负反馈能够稳定静态工作点直流 、交流都有反馈负反馈（+）（+）（+）（-）R6vF-VEEVSR1R2R3R4R5RSI0T1T2T3vo+VCCRL172 电流并联负反馈(+)(-)(-)ioIFfiidofIidoIIIAIIIIIFIIARfRRL isVCCRC1 if iidiovoR3RFioiidiiifvoRLARSisif AI FIiiiidRLvoRSisio183 电压并联负反馈voVCCRCRfifiidiSioRFfii

9、dofGidoRIVAIIIVIFIVAvo iiRFA iid ifRLRSisvoif AR FGRSiiiidisRL194 电流串联负反馈ioGFfiidofRidoGVIAVVVIVFVIARF vfvoviRL vidioRsvsARfRBVCCRSRCsVfViVidVoVoIRLvfvi AG FRvidRLRsvsvoio207-2 负反馈放大电路的方框图及增益的一般表达式7-2-1 负反馈放大器的方框图iFooFidoFiidsiXAXXFXXAXXXXXKXiFSiFsiRRRVVKiFSSsiRRRIIKRifRSsXiXFAoXRSRifFAsXiXoX变换网络 基本

10、放大电路 反馈网络sXiXidXfXoXKAF217-2-2 负反馈放大电路的一般表达式(1) 一般表达式的推导 oiFiidoXFXAXXAXAX 假设条件输入信号从输入端传到输出端，只通过基本放大器，而不通过反馈网络。即不考虑反馈网络的直接传输作用。反馈信号只通过反馈网络从放大器输出端传到输入端，而不通过基本放大器。即不考虑放大器的内部反馈。ioXFAAX1FAAXXAioF122一般表达式中各变量的意义电压串联电流并联电压并联电流串联输入信号viiiiivi反馈信号vfififvf输出信号voiovoio反馈系数FV=vf /voFI=if /ioFG=if /voFR=vf /io开环

11、增益AV=vo/vidAI=io/iidAR=vo/iidAG=io/vid闭环增益AVF=vo/viAIF=io/iiARF=vo/iiAGF=io/vi232、反馈深度FAAFA1AAFAF11引入反馈后增益减小,为负反馈。FAFA01引入反馈后，增益增加，为正反馈。正反馈放大电路虽然可以增加增益，但放大器的性能不稳定。AAFAF11反馈深度是衡量负反馈程度的重要指标。放大器没有输入信号时，能有输出信号，称放大器处于自激状态。24idFoVFiVVVVVAVVFA,)( 1 . 01 . 01000求例:FA(2) 环路增益idX净输入量 经过基本放大电路和反馈网络一周所具有的增益。fXi

12、dX反馈网络F基本放大器A)(001. 0)(099. 0)(99. 0109 . 91VVVVVVFVVVAVFAAAFiidoFiVFoVVVF257-3 负反馈对放大器性能的改善对于不同类型的反馈放大器，AF有不同含义，并不是都稳定电压增益FAFAFAAAFF111AdAAFAdAdAAFdAFFAFFF)11)112（的变化可忽略均为实数，且、设中频区：7.3.1提高增益的稳定性负反馈使闭环增益的相对变化量减少为开环增益相对变化量的1/(1+AF)。在输入量不变时,（负载变化）电压负反馈使输出电压保持稳定。电流负反馈使输出电流保持稳定。267.3.2 减少非线性失真深度负反馈时，闭环增

13、益Af取决于反馈系数F，与开环增益基本无关。 AXiX0大小输出基波分量相等时，有反馈时的谐波分量是无反馈时的谐波分量的 1/(1+AF) 。基本放大器反馈网络FiXidXFXoX负反馈只能减小反馈环内的非线性失真，对于输入信号本身的非线性失真无能为力。27 7.3.3能有效的抑制反馈环内噪声oXiXfXidX反馈网络F基本放大器AnXninidoXXAXXAX无反馈时负反馈只能减小反馈环内部产生的噪声，对于输入信号本身携带的噪声无能为力。输出信号分量相等时，有反馈时输出端的噪声为无反馈时的 1/(1+AF)。信噪比提高(1+AF)倍。noinFinidoXXFXAXXXAXXAX)（有反馈时

14、：nioXFAXFAAX111nniiXXXFAX等，且，则输出中信号分量相令)1 (287.3.4 扩展通频带HMHjAjA/1)(无反馈时：HMMHMHMHHHFjFAAjFAjAFAAjA/1/11/11)(有反馈时：同理可证：LMLFFA)1 (1HFMFHMMMHFjAFAjFAAjA/1)1 (11)(HMHFFA)1 ( 29一般有：fHfL 通频带BWfH BWffHf=(1+AMF) fH= (1+AMF) BW引入负反馈后。通频带展宽|1+AMF|倍。但中频增益下降为无反馈时的1/|1+AMF| 。增益带宽积不管有无反馈总是保持不变。20lg|Af|-20dB/十倍频20l

15、g|A|fHfHf负反馈使频带扩展，增益下降。BWABWAMFMF30RiRRif=R/ Rif7.3.5对输入电阻的影响串联负反馈Rif串联负反馈，使反馈放大器输入电阻增加。负反馈只影响环内电阻。负反馈对此电阻无影响iidiIVR/基本放大器的输入电阻：引入负反馈后，输入电阻：iididifidiiiFIVFAVIVVIVRiiiiFRFAIVR)1 (iI RiiVfVidVAF31sVRfRSRCRBfViVidVoVoIRBVCCRfRSRCsVfViVidVoVoI负反馈对电阻RB无影响Rif=RB/ RififR ifR32并联负反馈Rif=R+ RifRif F ARiiViIf

16、IidIRiR基本放大器的输入电阻:idiiIVR/引入负反馈后，输入电阻：ididifidiiiiFIFAIVIIVIVR并联负反馈，使反馈放大器输入电阻减小。负反馈只影响环内电阻ifR iiiiFRFAIVR11负反馈对电阻R无影响33 iiR2RFAviR1v0 iid if负反馈对电阻R1无影响Rif=R1+ RifR1RififR347.3.6 对输出电阻的影响 Ro0sXidXfXTVTIFidosXA0fI电压负反馈TosoTfosoTidosoTTVFARIXARIXARIV电压负反馈，使反馈放大器输出电阻减小。 是负载RL开路时，基本放大器的源增益。osAoosTToFRFA

17、IVR1135电流负反馈R负反馈对电阻R无影响Rof= Rof /R Ro0sXidXfXTIFTVidSSXAoTTssTssoTfssoTidssoTTRVIFAIFARVXARVXARVI/)1 (/电流负反馈，使反馈放大器输出电阻增大。ofRofR 是负载RL短路时基本放大器的源增益ssAossTToFRFAIVR)1 (36集电极电阻RC不包括在电流负反馈环内，该放大器的输出电阻： Rof=RC/Rof电流负反馈只能将反馈环内的输出电阻增加(1+AsF)倍。RLRCRERofRof37负反馈对输入、输出电阻的影响对输入电阻的影响，取决于反馈信号与输入信号的求和方式，与反馈信号在输出端

18、的采样方式无关。串联负反馈：使输入电阻增大。并联负反馈：使输入电阻减小。对输出电阻的影响，取决于反馈信号的采样方式，与反馈信号与输入信号的求和方式无关。电流负反馈：使输出电阻增大。电压负反馈：使输出电阻减小。负反馈对输入电阻和输出电阻的影响程度，均与反馈深度(1+AF) 有关。负反馈只对反馈环内的输入、输出电阻有影响。38负反馈的正确引入引入负反馈能改善放大器多方面性能，负反馈越深，改善的效果越显著，但是增益下降也越多。 稳定静态工作点直流负反馈。 改善交流性能交流负反馈。 稳定输出电压电压负反馈。 稳定输出电流电流负反馈。 提高输入电阻串联负反馈。 减小输入电阻并联负反馈。 串联负反馈要求信

19、号源有较小的内阻。 并联负反馈要求信号源有较大的内阻。397-4 负反馈放大电路的分析方法定性分析：判断反馈的极性与类型。 定性分析反馈对放大器性能的影响。 根据要求正确引入反馈。定量分析：计算反馈放大器的主要性能指标。等效电路法不必考虑反馈的类型，根据电路的交流等效电路，直接列方程，求解反馈放大电路的性能指标。对单级反馈放大器最方便。方框图法 将反馈放大器分解成基本放大器及反馈电路两部分，求出基本放大器参数与反馈系数F，再利用有关公式计算反馈放大器指标。407.4.1深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈的条件:1FA1 增益近似计算方法一：利用增益的近似表达式FFAAAF11注意：不同类型反

20、馈，Af 有不同含义(特性增益)。对于非电压串联负反馈，如果需要求电压增益，必须根据特性增益换算出电压增益。方法二：利用虚短和虚断的概念011iididifiidXFAXXFAXXXX虚断路）并联负反馈：虚短路）串联负反馈：(0(0ididIV412，深度负反馈输入、输出电阻的近似计算输出电阻：电压负反馈：Rof0 电流负反馈：Rof输入电阻：串联负反馈：Rif 并联负反馈：Rif0负反馈只影响反馈环内的输入和输出电阻， 环外的电阻不受负反馈影响，注意区分环外电阻。42深度串联负反馈条件下 RiiVfVidViIAF0idV F ARiiViIfIidI深度并联负反馈条件下0idI考虑到输入电

21、阻的理想状态，深度负反馈下，不管何种反馈，基本放大器均有虚短和虚断的关系。iiiFIVRFiVV0iI0iiiFIVRFiII0iV43深度负反馈放大电路的计算例题1 利用虚短的概念 电压串联负反馈例1：图示电路满足深度负反馈条件，近似计算电压增益、输入电阻和输出电阻。122111RRvvARRRvvvioVFofi2 利用特性增益的近 似表达式1221111RRFARRRvvFVVFoFVRif= Rof=0R2R1iiviRLvfvidvo441 利用虚短的概念电压串联负反馈RFRE1RB1RB2RC1RC2RE2C1CFVCCCE2iVfVoVRifRif例2：图示电路满足深度负反馈条件

22、，近似计算电压增益、输入电阻和输出电阻。1111/1EFEVVFFEEoFVRRRFARRRVVFRif= Rif= RB1/RB22 利用特性增益的近似表达式1111EFEioVFFEEoFiRRRVVARRRVVVRof=0 Rof=RC2/Rof=045例3：试判断下图的反馈组态，并估算电压增益的表达式。电压串联负反馈()()()R3R4()()()4343565338783RRRvvRRRvvRRRvvvvoiiooffi887655443RRRRRRRRRvvAioVF0ofifRRR7R5R6R8vfvo3voR2viR1A2A1vi3A3利用虚短的概念46电压并联负反馈例4 ：放

23、大器满足深度负反馈的条件，近似计算它的互阻增益、电压增益、输入电阻和输出电阻。FfoioRFFofGRivivARviF1Rif=0Rif=R1+Rif=R1Rof=0RifRif if iiviR2RFAvo iidR11RRviivvvAFiiioioVF利用特性增益的近似表达式47例5：放大器满足深度负反馈条件，近似计算它的互阻增益、源电压增益，输入电阻和输出电阻。电压并联负反馈VCCRCRfRSsVoViIfIidI2利用虚断路的概念sfsoVSFfossFiRRVVARVRVII1 利用特性增益近似表达式fGioRFfofGRFIVARVIF/1/1/Rif=0Rof=0sfsiio

24、soVSFRRVIIVVVA48例6：判断电路中Rf引入的反馈组态， R1 、 R2引入的反馈极性，深度负反馈下求闭环源电压增益，输入输出电阻。解：Rf引入电压并联负反馈.Rif0 Rof0()()()sfsoVSFfossFiRRVVARVRVII()R1、R2引入正反馈()()利用虚断的概念R2R1RC1RC2RC3VCCT1T2RSRfRLT3sVoViIidIfI49例7：判断电路中负反馈的组态，深度负反馈条件下，估算闭环电压增益，输入输出电阻。iiifiivi/R1if-vo/Rfvi/R1= -vo/RfAVf=vo/vi = -Rf /R1()()()()电压并联负反馈T1-VE

25、E+VCCR2R3R4RfI0T2T3voviR1R1ifiiR2Rif=0Rif=R1Rof=0利用虚断的概念50-VEE+VCCR2R3T1T2voviR1R1R2RfT3R4（）（）引入电压串联负反馈Avf=vo/vi=vo /vf= (R1+Rf)/ R1（）（）若要求既提高电路的输入电阻又要减低输出电阻，图中的连线应作何变动，连线变动后，闭环电压增益AVF是否相同。（）（）（）（）vf51例8，深度负反馈条件下，判断电路中负反馈的组态，估算闭环特性增益和电压增益，输入、输出电阻。 vfRvi ioAvo vidRL2 利用虚短的概念 电流串联负反馈RRvvARRvRivvLioVFL

26、oofi1 利用特性增益的近似表达式RFviARivFRioGFoFR11Rif= Rof= io 与负载电阻大小无关实现电压对电流的变换。RRviivvvALioooioVF52例9，深度负反馈条件下，判断电路中负反馈的组态,估算闭环特性增益和电压增益，输入、输出电阻。电流串联负反馈1 利用特性增益的近似表达式ERioGFEoFRRFVIARIVF11RB=RB1/RB2REoVRB2iVVCCRLTRCCb1Cb2FVRB1RERLTRCoVFViVRBoIELCioooioVFRRRVIIVVVA)/(532 利用虚短的概念ELCioVFLCooEofiRRRVVARRIVRIVV/)/

27、(Rif= Rif=RBELCEbeLCVFRRRRrRRA/)1 ()/(RifRifRof= Rof=RCRofRofBEbeBiFRRrRR)1 (/(RERLTRCoVFViVRBoI与等效电路求解的结果比较：54例10，判断电路中负反馈的组态，深度负反馈条件下，估算闭环特性增益和电压增益，输入、输出电阻。2 利用虚断的概念电流并联负反馈221122RRRRRRiRivvARRRiiiFLiLoioVFFofi1 利用特性增益的近似表达式22221RRRFiiARRRiiFFIioIFFoFIRif= 0 Rif=R1 Rof= R2R1vi ioAvo iidRL ii ifRf12

28、21)(RRRRRviiiivvvAFLiiioooioVF55例11，判断电路中负反馈的组态，深度负反馈条件下,估算闭环特性增益和源电压增益，输入输出电阻。电流并联负反馈RFRE2CE1RC1RC2RE1C1VCCSVoVRLRSiIFIRFRE2RC1RC2SVoVRLRSiIFIoI562 利用虚断的概念SEFELCSiLCoSoVSFFEEofiRRRRRRRIRRIVVARRRIII222222)(/()/(Rif= 0，Rof= ，Rof= RC21 利用特性增益的近似表达式22221EFEIioIFFEEoFIRRRFIIARRRIIFRFRE2RC1RC2SVoVRLRSiIF

29、IoI222222)(/(1)(/(ESFELCSEFELCSiioooSoVSFRRRRRRRRRRRRVIIIIVVVA577.5 负反馈放大电路的稳定问题7.5.1负反馈放大电路的自激及稳定工作条件1、 自激现象自激：放大器没有输入信号时，仍有一定频率的输出信号产生。产生原因：附加相移在中频段属于负反馈的放大器，在高频和低频段会因附加相移而变为正反馈。 放大器没有输入而有输出，处于自激状态。AAFAF11负反馈。ioFVVAFA01正反馈。AAFAF11FAAAF158自激的平衡条件:|AF|=1 幅度平衡条件a+ f=(2n+1) 相位平衡条件自激的起振条件: |AF|1 起振幅度条件

30、 a+ f =(2n+1) 起振的相位条件01FA2 、负反馈放大电路稳定工作的条件 稳定工作的条件 T= a+ f = 时：|AF|1 或者 |AF|=1 时： T= a+ f | 自激振荡的判断环路增益波特图分析法开环增益波特图分析法(反馈网络是电阻网络时)自激条件59020lg|AF|T-90-180环路增益波特图分析法G 增益交界频率Gm增益裕量Gm=20lg|AF|= m相位裕量 m=180-| T|=G在工程上一般要求 Gm10dB m45G稳定工作的条件20lg|AF|=0或 | T|=G80db保证m=45的前提下，20 lg(1/F)的最小值为多少？稳定工作的条件：20lg1/F60db647.5.2 频率补偿技术lgf20lg | A|620408060100-20dB/十倍频-40dB/十倍频-60dB/十倍频1234 57采取措施，拉开第一极点与第二极点间的频率距离。当F=1时，电路也稳定。