第六章 反馈放大电路优秀课件.ppt

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1、第六章 反馈放大电路模拟电子线路第1页，本讲稿共82页模拟电子线路 将电子系统输出回路的电量（电压或电流），送回到输入回路的过程。6.1 反馈的基本概念与分类1、什么是反馈第2页，本讲稿共82页模拟电子线路在器件内部发生的反馈称为内反馈(如hre)；通过外部元件引入的反馈称为外反馈。hfeibicvceIbvbehrevcehiehoe内部反馈外部反馈第3页，本讲稿共82页模拟电子线路2、反馈通路n反馈通路就是输出信号（电压或电流）被送到输入回路的通路。n信号只有一个流向：输入输出，不存在反馈通路，这种情况无反馈，称为开环。n信号能通过反馈通路回到输入回路，称为闭环。第4页，本讲稿共82页模拟

2、电子线路第5页，本讲稿共82页模拟电子线路3、直流反馈与交流反馈n反馈到输入回路的信号只含有直流成分的反馈称为直流反馈。直流反馈的作用在于影响电路的静态工作点等直流特性。n反馈到输入回路的信号只含有交流成分的反馈称为交流反馈。交流反馈的作用在于影响电路的交流特性。n若直流和交流反馈同时存在，则影响电路的交/直流特性。第6页，本讲稿共82页模拟电子线路第7页，本讲稿共82页模拟电子线路交、直流反馈交、直流反馈第8页，本讲稿共82页模拟电子线路4、正反馈与负反馈n若反馈的结果使加到基本放大器输入端的信号减弱，即|Xid|=|Xi|-|Xf|，其结果使得输出信号也减弱，这种反馈称为负反馈，多用于改善

3、放大器的性能；n反之，若反馈的结果使得基本放大器输入端的信号增强，即|Xid|=|Xi|+|Xf|，其结果使得输出信号增强，这种反馈称为正反馈，多用于振荡电路中。n如果Xi和Xf之间的相角既不是0也不是180，则统称为“复反馈”。n实际上，常常把反馈只分为正反馈和负反馈两类。凡是|Xid|Xi|，就称为正反馈；反之，凡是|Xid|Xi|，就称为负反馈。第9页，本讲稿共82页模拟电子线路判别方法：瞬时极性法。即在电路中，从输入端开始，沿着 信号流向，到输出端，标出某一时刻有关节点电压的极性（用“+”、“-”号表示），再根据输出端极性判断反馈信号的极性，最后得到反馈的极性。净输入量减小净输入量增大

4、负反馈正反馈反馈通路反馈通路第10页，本讲稿共82页模拟电子线路级间反馈通路净输入量减小级间负反馈第11页，本讲稿共82页模拟电子线路反馈通路净输入量减小本级负反馈第12页，本讲稿共82页模拟电子线路净输入量增大反馈通路第13页，本讲稿共82页模拟电子线路6.2 反馈放大电路的四种组态n根据反馈网络和放大器在输出回路是并联连接还是串联连接，即反馈信号取自输出电压还是输出电流，可分为电压反馈和电流反馈。n根据反馈网络和放大器在输入回路是串联连接还是并联连接，即以电压形式求和还是电流形式求和，可分为串联反馈和并联反馈。n因此，反馈放大器有以下四种组态：电压串联反馈 电流串联反馈 电压并联反馈 电流

5、并联反馈第14页，本讲稿共82页模拟电子线路 输出回路取样方式(a)电压反馈；(b)电流反馈 第15页，本讲稿共82页模拟电子线路输入回路求和方式 (a)串联求和；(b)并联求和 第16页，本讲稿共82页模拟电子线路判断反馈的方法n电压/电流反馈判断 短路负载电阻RL，即令vo=0。若此时反馈信号不复存在，说明反馈信号取自电压，是电压反馈；若反馈信号依然存在，则反馈信号取自电流，是电流反馈。n串联/并联反馈判断 将输入端短路，即令vi=0。若此时反馈信号仍能加到放大器的输入回路，则为串联反馈；若反馈信号加不到放大器的输入回路，则为并联反馈。第17页，本讲稿共82页模拟电子线路串联/并联反馈判断

6、举例第18页，本讲稿共82页模拟电子线路第19页，本讲稿共82页模拟电子线路第20页，本讲稿共82页模拟电子线路第21页，本讲稿共82页模拟电子线路反馈放大电路的四种组态方框图第22页，本讲稿共82页模拟电子线路1、电压串联负反馈n基本放大器用 表示，反馈网络用 表示，由RF和R1组成。nRF和R1连接在输出回路 和输入回路间，形成反 馈通路。n反馈网络和输出回路并 联，为电压反馈；n反馈网络和输入回路串 联，为串联反馈。第23页，本讲稿共82页模拟电子线路电压串联反馈基本参量n由于串联反馈，输出信号 ，输入信号 ，反馈信号 输入信号和反馈信号叠加后的放大器输入端信号n放大器在电压串联反馈情况

7、下的闭环放大倍数n 反馈网络的反向传输系数，即反馈系数第24页，本讲稿共82页模拟电子线路电压负反馈的重要特点n电压负反馈有稳定输出电压的作用！RL Vo Vf Vid Von电压负反馈稳定输出电压，使输出特性趋于恒压源，减小放大器的输出电阻。第25页，本讲稿共82页模拟电子线路2、电流串联负反馈n基本放大器用 表示，反馈网络用 表示，由RF和R1组成。nR连接在输出回路 和输入回路间，形成反 馈通路。n反馈网络和输出回路串 联，为电流反馈；n反馈网络和输入回路串 联，为串联反馈。第26页，本讲稿共82页模拟电子线路采用短接法分析n将负载电阻RL短路，Io仍然存在，说明是电流反馈。n将输入信号

8、vi短路，反馈信号vf仍然能加到基本放大器的输入端，说明是串联反馈。第27页，本讲稿共82页模拟电子线路电流串联反馈基本参量n由于电流反馈，输出信号 ，输入信号 ，反馈信号 输入信号和反馈信号叠加后的放大器输入端信号n放大器在电流串联反馈情况下的闭环转移电导n 反馈网络的反向传输系数，即反馈系数第28页，本讲稿共82页模拟电子线路电流负反馈的重要特点n电流负反馈有稳定输出电流的作用！RL Io Vf Vid Vo Ion电流负反馈稳定输出电流，使输出特性趋于恒流源，加大放大器的输出电阻。第29页，本讲稿共82页模拟电子线路3、电压并联负反馈n基本放大器用 表示，反馈网络用 表示，由RF和R1组

9、成。nRF连接在输出回路 和输入回路间，形成反 馈通路。n反馈网络和输出回路并 联，为电压反馈；n反馈网络和输入回路并 联，为并联反馈。第30页，本讲稿共82页模拟电子线路采用短接法分析n将负载电阻RL短路，反馈消失，说明是电压反馈。n将输入信号vi短路，反馈信号if不能加到基本放大器的输入端，说明是并联反馈。第31页，本讲稿共82页模拟电子线路电压并联反馈基本参量n由于电压反馈，输出信号 ，输入信号 ，反馈信号 输入信号和反馈信号叠加后的放大器输入端信号n放大器在电压并联反馈情况下的闭环转移电阻n 反馈网络的反向传输系数，即反馈系数第32页，本讲稿共82页模拟电子线路4、电流并联负反馈n基本

10、放大器用 表示，反馈网络用 表示，由RF和R1组成。nRF和R连接在输出回路 和输入回路间，形成反 馈通路。n反馈网络和输出回路串 联，为电流反馈；n反馈网络和输入回路并 联，为并联反馈。第33页，本讲稿共82页模拟电子线路采用短接法分析n将负载电阻RL短路，反馈仍然存在，说明是电流反馈。n将输入信号vi短路，反馈信号if不能加到基本放大器的输入端，说明是并联反馈。第34页，本讲稿共82页模拟电子线路电流并联反馈基本参量n由于电流反馈，输出信号 ，输入信号 ，反馈信号 输入信号和反馈信号叠加后的放大器输入端信号n放大器在电流并联反馈情况下的闭环电流放大倍数n 反馈网络的反向传输系数，即反馈系数

11、第35页，本讲稿共82页模拟电子线路电压串联负反馈第36页，本讲稿共82页模拟电子线路电压并联负反馈第37页，本讲稿共82页模拟电子线路 例 判断下图中存在哪些交流反馈，并指出反馈类型和反馈极性。设电容的容抗可忽略。+-+第38页，本讲稿共82页模拟电子线路n从交流回路来看，R5和C4跨接在输入端和输出端，输出信号反馈到T1的基极。电路存在交流反馈。若令Vo=0，则反馈信号消失，说明是电压反馈。若令Vi=0，则反馈信号不能加到输入端T1的基极，说明是并联反馈。所以，此反馈为电压并联反馈。n判断反馈极性：对输入信号的正半周分析，T1的集电极输出电压为负，T2的集电极输出电压为正。由于是并联反馈，

12、反馈信号和输入信号是以电流方式求和，于是流入T1基极的输入电流增大。反馈信号加强了输入信号的作用，是正反馈。第39页，本讲稿共82页模拟电子线路第40页，本讲稿共82页模拟电子线路n从交流回路来看，R7和C2跨接在输入端和输出端，输出信号反馈到T1的基极。电路存在交流反馈。若令vo=0，则反馈信号消失，说明是电压反馈。若令vi=0，则反馈信号能加到输入端，说明是串联反馈。所以，此反馈为电压串联反馈。n判断反馈极性：对输入信号的正半周分析，T1的集电极输出电压为负，T2的集电极输出电压为正，T3的射极输出电压为正。使R5对地的反馈电压随之升高，削弱了输入电压的作用，所以是负反馈。第41页，本讲稿

13、共82页模拟电子线路nR5连接在T1的输入回路和输出回路之间。T1的输出电路I01在R5产生压降Ie1R5（反馈电压Vf）。在T1的输出回路中，令VC1=0，反馈电压仍能存在，是电流反馈。令Vi=0，反馈信号仍能通过R5加到T1上，故是串联反馈。所以，此反馈为电流串联反馈。nR8对T3构成什么样的反馈？第42页，本讲稿共82页模拟电子线路 6.3 负反馈放大电路增益的一般表达式第43页，本讲稿共82页模拟电子线路n设Xi为输入信号，Xid为差值信号（净输入信号），Xf为反馈信号，Xo为输出信号。无反馈时放大倍数为A，反馈系数为F。n反馈放大器的闭环（反馈环路闭合）放大倍数为nAF/A/F对应形

14、式对电压串联反馈 AVF/AV/FV，对电流串联反馈 AGF/AG/FR对电压并联反馈 ARF/AR/FG，对电流并联反馈 AIF/AI/FI第44页，本讲稿共82页模拟电子线路n引入反馈后，|AF|是|A|的1/倍，称为反馈深度。若 1，则|AF|A|，引入反馈后放大倍数减小了，反馈为负反馈。若|A|，引入反馈后放大倍数增大了，反馈为正反馈。若 =0，则|AF|=，表明当没有输入信号时也会有输出信号，此时放大器变为自激振荡器。第45页，本讲稿共82页模拟电子线路n在深度负反馈的条件下，反馈深度1AF1，有 表明，在深度负反馈时，闭环放大倍数只决定于反馈网络的反馈系数F，而与基本放大的放大倍数

15、A几乎无关。第46页，本讲稿共82页模拟电子线路6.4 负反馈对放大器性能的影响一、提高放大倍数的稳定性 放大器中引入负反馈后，在输入信号（Vi或Ii）为定值时，电压负反馈能稳定输出电压，电流负反馈能稳定输出电流。n引入负反馈后，放大倍数下降为开环时的1/(1+AF)倍，放大倍数的稳定性提高到开环的(1+AF)倍。第47页，本讲稿共82页模拟电子线路二、减小非线性失真 闭环时增益减小，线性度变好。只能减少环内放大电路产生的失真，如果输入波形本身就是失真的，即使引入负反馈，也无济于事。1开环特性2闭环特性 第48页，本讲稿共82页模拟电子线路三、抑制反馈环内噪声比原有的信噪比提高了 倍电压的信噪

16、比 增加一前置级 并认为该级为无噪声的 新的信噪比 第49页，本讲稿共82页模拟电子线路四、负反馈对放大器输入电阻和输出电阻的影响1、负反馈对输入电阻的影响 负反馈对放大器输入电阻的影响取决于负反馈信号与输入信号在输入回路的连接关系，而与反馈信号在输出端的采样对象无直接关系。第50页，本讲稿共82页模拟电子线路串联负反馈使输入电阻增加没有反馈时，输入电阻引入串联负反馈后，输入电阻引入电压串联负反馈后，输入电阻增加到开环时的 倍。第51页，本讲稿共82页模拟电子线路n同理可求得，引入电流串联负反馈后，放大器的输入电阻增加到开环时的 倍。n只要采用串联反馈形式，输入电阻会增加，增加的倍数为开环时的

17、 倍。第52页，本讲稿共82页模拟电子线路并联负反馈使输入电阻减小没有反馈时，输入电阻引入并联负反馈后，输入电阻引入电流并联负反馈后，输入电阻减小到开环时的 倍。第53页，本讲稿共82页模拟电子线路n同理可求得，引入电压并联负反馈后，放大器的输入电阻减小到开环时的 倍。n只要采用并联反馈形式，输入电阻会减小，减小的倍数为开环时的 倍。第54页，本讲稿共82页模拟电子线路2、负反馈对输出电阻的影响 负反馈对放大器输出电阻的影响取决于反馈信号在输出端的采样对象是输出电压还是输出电流，而与负反馈信号与输入信号在输入回路的连接关系无直接关系。第55页，本讲稿共82页模拟电子线路电压负反馈使输出电阻减小

18、按照第二章计算输出电阻设AV0为基本放大器输出端开路（RL=）时电压放大倍数，AVS0为对应源电压放大倍数，有则输出回路电流为第56页，本讲稿共82页模拟电子线路有n引入电压串联负反馈后，放大器的输出电阻减小到开环时的 倍。n同理可求得，引入电压并联负反馈后，放大器的输出电阻减小到开环时的 倍。n只要采用电压反馈形式，输出电阻会减小，减小的倍数为开环时的 倍。第57页，本讲稿共82页模拟电子线路电流负反馈使输出电阻增加设AI0为基本放大器在输出端短路（RL=0）时电压放大倍数，AIS0为对应源电压放大倍数，有放大器的输出电流为即第58页，本讲稿共82页模拟电子线路n引入电流并联负反馈后，放大器

19、的输出电阻增加到开环时的 倍。n同理可求得，引入电流串联负反馈后，放大器的输出电阻增加到开环时的 倍。n只要采用电流反馈形式，输出电阻会增加，增加的倍数为开环时的 倍。第59页，本讲稿共82页模拟电子线路 负反馈对放大电路性能的改善，是以牺牲增益为代价的，且仅对环内的性能产生影响。串联负反馈 并联负反馈 电压负反馈 电流负反馈 特别注意表7.4.1的内容增大输入电阻减小输入电阻减小输出电阻，稳定输出电压增大输出电阻，稳定输出电流第60页，本讲稿共82页模拟电子线路即，深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈网络有关由于则又因为代入上式得（也常写为 xf xi）净输入量近似等于零由此可得深度负反馈条件

20、下，基本放大电路“两虚”的概念输入量近似等于反馈量（xid 0）6.5 深度负反馈的近似计算第61页，本讲稿共82页模拟电子线路串联负反馈，输入端电压求和深度负反馈条件下 xid=xi-xf 0 虚短虚断虚短虚断并联负反馈，输入端电流求和vid=vi-vf 0iid=ii-if 0vid=iid ri 0第62页，本讲稿共82页模拟电子线路 电压串联负反馈反馈系数 设电路满足深度负反馈条件，试写出该电路的闭环电压增益表达式。解：根据虚短、虚断闭环增益（就是闭环电压增益）第63页，本讲稿共82页模拟电子线路 电压串联负反馈 设电路满足深度负反馈条件，试写出该电路的闭环电压增益表达式。解：根据虚短

21、、虚断闭环电压增益第64页，本讲稿共82页模拟电子线路 电流并联负反馈 设电路满足深度负反馈条件，试写出该电路的闭环增益和闭环源电压增益表达式。解：根据虚短、虚断闭环增益所以闭环电压增益注意：若io参考方向不同，将影响闭环增益的结果 又因为iR第65页，本讲稿共82页模拟电子线路解:闭环增益例 电压并联负反馈根据虚短、虚断0V第66页，本讲稿共82页模拟电子线路一、设计负反馈放大电路的一般步骤1.选定需要的反馈类型2.确定反馈系数的大小3.适当选择反馈网络中的电阻阻值4.通过仿真分析，检验设计是否满足要求信号源性质对输出信号的要求对输入、输出电阻的要求对信号变换的要求（V-V、V-I、I-V、

22、I-I）深度负反馈时尽量减小反馈网络对基本放大电路的负载效应6.6 负反馈放大电路设计第67页，本讲稿共82页模拟电子线路二、设计举例例 设计一个带负反馈的光电隔离器的驱动电路。设vs的变化范围为05V，内阻Rs=500。要求LED的io1=10-3vs(A)。已知运放的Avo=104，Ri=5k，Ro=100。设计后仿真检验发光二极管的电流。解:驱动电路需要将电压vs转换为电流io1已知LED的光强度流过LED的电流io1线性电压信号vs线性选用电流串联负反馈电路光电隔离器第68页，本讲稿共82页模拟电子线路解:选用电流串联负反馈电路所以 Rf=1k又因为根据虚断有深度负反馈时第69页，本讲

23、稿共82页模拟电子线路解:仿真电路io1与vs的呈线性关系，io1=10-3vs，放大电路满足设计要求。第70页，本讲稿共82页模拟电子线路6.7 负反馈放大电路的频率响应负反馈放大电路的频率响应 引入负反馈能显著地扩展放大器的频带。n引入负反馈后，低频段的放大倍数下降较大，高频段的放大倍数下降较小。对不同频率的放大倍数差别缩小了，展宽了频带。第71页，本讲稿共82页模拟电子线路n设中、低频带放大倍数为AM，上限频率为fH，则高频放大倍数n引入负反馈后，高频放大倍数为第72页，本讲稿共82页模拟电子线路n化简后取模，有n可见引入负反馈后，放大器的低、中频段放大倍数|AMF|下降到开环时放大倍数

24、|AM|的1/|1+AMF|倍，放大器的上限频率提高到开环时的|1+AMF|倍。n引入负反馈后，放大器的通频带BWF为 放大器的“增益带宽积”保持不变。第73页，本讲稿共82页模拟电子线路例 设放大器在中频段的电压放大倍数为900，通频带BW=50kHz，由于环境温度等因素的变化，AV有5的变化。现引入负反馈，反馈系数FV=0.01。求引入负反馈后的AVF、AVF的相对变化量和通频带BWF。解：中频放大倍数下降为1/10，高频段放大倍数仅变化0.5%，通频带增长为10倍。第74页，本讲稿共82页模拟电子线路一、自激振荡及稳定工作的条件1.自激振荡现象 在不加任何输入信号的情况下，放大电路仍会产

25、生一定频率的信号输出。2.产生原因 在高频区或低频区产生的附加相移达到180，使中频区的负反馈在高频区或低频区变成了正反馈，当满足了一定的幅值条件时，便产生自激振荡。6.8 负反馈放大电路的稳定性第75页，本讲稿共82页模拟电子线路3.自激振荡条件自激振荡反馈深度即又得自激振荡条件幅值条件相位条件（附加相移）注：输入端求和的相位（-1）不包含在内闭环增益第76页，本讲稿共82页模拟电子线路4.稳定工作条件破坏自激振荡条件或 当反馈网络为纯电阻网络时，f=0。其中Gm幅值裕度，一般要求Gm -10dBm相位裕度，一般要求m 45（保证可靠稳定，留有余地）写成等式，且幅值用分贝数表示时第77页，本

26、讲稿共82页模拟电子线路用波特图表示或Gm -10dB 或 m 45第78页，本讲稿共82页模拟电子线路5.负反馈放大电路稳定性分析环路增益的幅频响应写为一般与频率无关，则的幅频响应是一条水平线利用波特图分析关键作出的幅频响应和相频响应波特图水平线的交点为即该点满足第79页，本讲稿共82页模拟电子线路(2)作水平线判断稳定性方法(1)作出的幅频响应和相频响应波特图在水平线的交点作垂线交相频响应曲线的一点(3)判断是否满足相位裕度m 45若该点满足相位裕度，稳定；否则不稳定。在相频响应的点处作垂线交 于P点若P点在 水平线之下，稳定；否则不稳定。或第80页，本讲稿共82页模拟电子线路 反馈深度越深，越容易自激。越大，水平线下移，越容易自激越大，表明反馈深度越深第81页，本讲稿共82页模拟电子线路*二、频率补偿P367第82页，本讲稿共82页