第6章反馈放大电路.pptx

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1、一、从一个例子说起一、从一个例子说起输入量：输入量：ui、ube、ib反反馈馈将电子系统输出回路的电量（电压或电流），以一定的方式送回到输入回路的过程。6.1 反馈的基本概念输出量：输出量：uo、uce、ic正向传输正向传输信号从输入端到输出端的传输TUBEICICUEIB稳定工作点电路：稳定工作点电路：UB一定第1页/共76页二二.几个几个基本概念基本概念1.开环与闭环开环与闭环电路中只有正向传输，没有反向传输，称为开环状态。正向传输正向传输信号从输入端到输出端的传输反向传输反向传输信号从输出端到输入端的传输既有正向传输，又有反馈 称为闭环状态。信号的正向传输信号的正向传输反馈传输(通路)（

2、反馈网络）第2页/共76页直流反馈直流反馈若电路将直流量反馈到输入回路，则称直流反馈。2.直流反馈与交流反馈直流反馈与交流反馈 该电路引入直流反馈的目的，是为了稳定静态工作点该电路引入直流反馈的目的，是为了稳定静态工作点Q。交流反馈交流反馈若电路将交流量反馈到输入回路，则称交流反馈。（如去掉电容Ce）交流反馈，影响电路的交流工交流反馈，影响电路的交流工作性能。作性能。直流反馈交流反馈ic第3页/共76页 解：根据反馈到输入端的信号是交流还是直流还是同时存在，来进行判别。例：判断下图中有哪些反馈回路，是交流反馈还是直流反馈。交、直流反馈交流反馈 注意电容的“隔直通交”作用！第4页/共76页例：基

3、本放大器，无反馈，净输入量ube=ui，电压放大倍数为：3.负反馈与正反馈负反馈与正反馈负反馈输入量不变时，引入反馈后使净输入量减小，放大倍数减小。引入反馈后，净输入量ube=ui-uf，电压放大倍数为：可见，净输入量减小，放大倍数减小，所以是负反馈。正反馈输入量不变时，引入反馈后使净输入量增加，放大倍数增加。第5页/共76页本级反馈反馈只存在于某一级放大器中 级间反馈反馈存在于两级以上的放大器中例4.本级反馈与级间反馈本级反馈与级间反馈级间反馈本级反馈本级反馈第6页/共76页6.2 6.2 负反馈放大器的四种类型负反馈放大器的四种类型负反馈类型有四种组态负反馈类型有四种组态:电压串联负反馈电

4、压串联负反馈 电压并联负反馈电压并联负反馈 电流串联负反馈电流串联负反馈 电流并联负反馈电流并联负反馈第7页/共76页一.电压串联负反馈根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电压串联负反馈从输入端看，有：ud=ui-uf故为串联负反馈。用“瞬时极性法”判断反馈极性：假设某一瞬时，在放大电路的输入端加入一个正极性的输入信号，按信号传输方向依次判断相关点的瞬时极性，直至判断出反馈信号的瞬时极性。如果反馈信号的瞬时极性使净输入减小，则为负反馈；反之为正反馈。反馈电压：因为反馈量与输出电压成比例，所以称电压反馈。第8页/共76页分立电路电压串联负反馈RL uO uf ud(ube)uO 电压负反馈的特

5、性电压负反馈的特性稳定输出电压稳定过程：负载变化时，负载变化时，输出电压稳定输出电阻ui一定第9页/共76页二二.电压并联负反馈电压并联负反馈根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电压串联负反馈。id=ii-if从输入端看有：因为反馈量与输出电压成比例，所以是电压反馈。反馈电流：故为并联负反馈。第10页/共76页分立电路电压并联负反馈反馈量与输出电压成比例，所以是电压反馈。根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电压串联负反馈id=ii-if在输入端有故为并联负反馈。因为反馈电流：第11页/共76页三三.电流并联负反馈电流并联负反馈根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电流串联负反馈。又因为在输

6、入端有:id=ii-if 反馈电流：因为反馈量与输出电流成比例，所以是电流反馈。故为并联负反馈。第12页/共76页分立电路组成的电流并联负反馈引入电流负反馈的目的引入电流负反馈的目的稳定输出电流稳定过程：负载变化时，负载变化时，输出电流稳定输出电阻RL io(ic2)if id（ib）io(ic2)第13页/共76页 四四.电流串联负反馈电流串联负反馈 反馈电压：uf=ioRf根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电流串联负反馈ud=ui-uf又因为在输入端有因为反馈量与输出电流成比例，所以是电流反馈。故为串联负反馈。第14页/共76页分立电路组成的电流串联负反馈电路io uf ud io 引

7、入电流负反馈的目的引入电流负反馈的目的稳定输出电流稳定过程：负载变化时，负载变化时，输出电流稳定输出电阻RL 第15页/共76页 五五.反馈类型及判别方法总结反馈类型及判别方法总结1.1.直流反馈与交流反馈直流反馈与交流反馈注意电容的注意电容的“隔直通交隔直通交”作用作用 例题1:试判断下图电路中有哪些反馈支路，各是直流反馈还是交流反馈？第16页/共76页2.2.反馈极性：正反馈与负反馈反馈极性：正反馈与负反馈判定方法判定方法“瞬时极性法瞬时极性法”例题2:试判断下列电路中反馈支路的反馈极性。对于串联反馈：输入量与反馈量作用在不同的两点上，若输入量与反馈量的瞬时极性相同为负反馈，瞬时极性相反为

8、正反馈。对于并联反馈：输入量与反馈量作用在同一点上，若反馈元件两端瞬时极性相反为负反馈，瞬时极性相同为正反馈。动画演示动画演示第17页/共76页第18页/共76页3.取样方式取样方式电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈 假设输出端交流短路（RL=0），即uo=0，若反馈信号消失了，则为电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为电流反馈。电压反馈：反馈信号的大小与输出电压成比 例。判断方法输出短路法：电流反馈：反馈信号的大小与输出电流成比 例。第19页/共76页例题3:试判断下列电路中引入的反馈是电压反馈还是电流反馈。第20页/共76页第21页/共76页 4.比较方式串联反馈和并联反馈串联反馈：反馈信号

9、与输入信号加在放大电路输入回路的两个电极。有：ud=ui-uf 并联反馈：反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的同一个电极。有：id=ii-if 此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。此时反馈信号与输入信号是电流相加减的关系。第22页/共76页 对于三极管电路：若反馈信号与输入信号同时加在三极管的基极或发射极，则为并联反馈。若反馈信号与输入信号一个加在基极一个加在发射极则为串联反馈。第23页/共76页 对于运放电路：若反馈信号与输入信号同时加在同相端或反相端为并联反馈。若反馈信号与输入信号一个加在同相端一个加在反相端则为串联反馈。第24页/共76页例题4:试判断下列电路中引入的反馈是串联

10、反馈还是并联反馈。第25页/共76页第26页/共76页例题5:试判断下列电路中的反馈组态。解:电压串联负反馈。第27页/共76页解:电压并联负反馈。动画演示例题6:试判断下列电路中的反馈组态。第28页/共76页（1）串联反馈 5.信号源对反馈效果的影响信号源对反馈效果的影响ud=ui-uf 所以us应为恒压源，即信号源内阻RS越小越好。要想反馈效果明显，就要求uf变化能有效引起ud的变化。第29页/共76页（2）并联反馈id=ii-if 所以is应为恒流源，即信号源内阻RS越大越好。要想反馈效果明显，就要求if变化能有效引起id的变化。第30页/共76页基本放大电路基本放大电路A反馈网络反馈网

11、络F放大放大：迭加：迭加：1.方框图：方框图：A称为开环放大倍数+反馈反馈：AF称为闭环放大倍数称为闭环放大倍数AF=Xo/Xi输出信号输入信号反馈信号净输入信号F称为反馈系数称为反馈系数设设Xf与与Xi同相同相六六.负反馈放大电路的方框图负反馈放大电路的方框图负反馈放大器负反馈放大器第31页/共76页2.负反馈放大器的一般关系负反馈放大器的一般关系闭环放大倍数：闭环放大倍数：放大放大：反馈反馈：迭加：迭加：AF=Xo/Xi=Xo /(Xd+Xf)=Xo /(+XoF)=XoA11A+F=A1+AF第32页/共76页3.关于反馈深度的讨论关于反馈深度的讨论一般负反馈称为反馈深度深度负反馈正反馈

12、自激振荡第33页/共76页6.3 负反馈对放大电路性能的影响负反馈对放大电路性能的影响 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 改变输入电阻和输出电阻改变输入电阻和输出电阻 在放大器中引入负反在放大器中引入负反馈馈 降低了放大倍数降低了放大倍数 使放大器的性能得以改善：使放大器的性能得以改善：第34页/共76页一一.提高放大倍数的稳定性提高放大倍数的稳定性闭环时则只考虑幅值有即闭环增益相对变化量比开环减小了1+AF倍另一方面:在深度负反馈条件下 即闭环增益只取决于反馈网络。当反馈网络由稳定的线性元件组成时，闭环增益将有很高的稳定性。第35页/共76页2

13、.改善放大器的非线性失真改善放大器的非线性失真Auiufuiuoud加反馈前加反馈前加反馈后加反馈后AF+失真改善uouo动画演示第36页/共76页3.3.扩展放大器的通频带扩展放大器的通频带 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：fbw=f HfL f H 有反馈时放大器的通频带：fbwf=f HffLf f Hf可以证明：fbwf=(1+AF)fbw放大器的一个重要特性：增益与通频带之积为常数。增益与通频带之积为常数。即：即：Amf fbwf=Am fbw020lg|A|（dB）F（Hz）Am fL fH fLf fHf Amf第37页/共76页4.4.

14、负反馈对输入电阻的影响负反馈对输入电阻的影响 (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 无反馈时：反馈时：有反馈时：反馈时：第38页/共76页(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 无反馈时：反馈时：有反馈时：反馈时：第39页/共76页5.5.负反馈对输出电阻的影响负反馈对输出电阻的影响 电压负反馈稳定输出电压（当负载变化时）恒压源输出电阻小。(1)(1)电压负反馈使输出电阻减小电压负反馈使输出电阻减小 电流负反馈稳定输出电流（当负载变化时）恒流源输出电阻大。(2)(2)电流负反馈使输出电阻提高电流负反馈使输出电阻提高第40页/共76页为改善性能引入负

15、反馈的一般原则为改善性能引入负反馈的一般原则 要稳定直流量引直流负反馈 要稳定交流量引交流负反馈 要稳定输出电压 引电压负反馈 要稳定输出电流 引电流负反馈 要增大输入电阻 引串联负反馈 要减小输入电阻 引并联负反馈第41页/共76页举例：举例：在下面的放大器中按要求引入适当的反馈。在下面的放大器中按要求引入适当的反馈。（1）希望加入信号后，）希望加入信号后，ic3的数值基本不受的数值基本不受R6改变的影响。改变的影响。第42页/共76页（2）希望接入负载后，输出电压）希望接入负载后，输出电压UO基本稳定。基本稳定。第43页/共76页（3）希望输入端向信号源索取的电流小。）希望输入端向信号源索

16、取的电流小。第44页/共76页（4）希望稳定静态工作点。）希望稳定静态工作点。解：解：以上两种反馈都同时具有交、直流反馈，所以能够稳定静态工作点。以上两种反馈都同时具有交、直流反馈，所以能够稳定静态工作点。如果要求只引入直流负反馈，去除交流反馈。怎样接？如果要求只引入直流负反馈，去除交流反馈。怎样接？第45页/共76页6.4 负反馈放大电路的计算负反馈放大电路的计算 本节本节重点讨论深度负反馈条件下的近似计算重点讨论深度负反馈条件下的近似计算1.估算的依据估算的依据 深度负反馈：深度负反馈：即，深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈系数有关。由得 方法一：方法一：一一.估算电压增益估算电压增益第4

17、6页/共76页 方法二：方法二：根据将代入上式得即：输入量近似等于反馈量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“虚短”、“虚断”的概念或第47页/共76页深度负反馈条件下：Xd=Xi-Xf0u+=u-（运放电路）ue=ub（三极管电路）(1)“虚短”ud0(2)“虚断”id0ii+=ii-=0（运放电路）ib=0（三极管电路）“虚短”与“虚断”第48页/共76页（1 1）电压串联负反馈 例1.1.分立电路电压串联负反馈2.举例举例 解：用方法一。求反馈系数：求闭环电压放大倍数：第49页/共76页例2 2.运放组成的运放组成的电压串联负反馈电路 解：用方法二。利用虚短和虚断的

18、概念得知闭环电压增益则第50页/共76页（2）电流并联负反馈放大器）电流并联负反馈放大器反馈系数:闭环增益闭环电压增益 解：用方法一。例1.1.分立电路电流并联负反馈第51页/共76页闭环电压增益：利用虚短和虚断可知例例2.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。ui=ii R1 ii=if第52页/共76页（3）电压并联负反馈）电压并联负反馈 例1.1.分立电路电压并联负反馈闭环增益闭环电压增益 解：用方法一。反馈系数:第53页/共76页 例2.2.运放组成的电压并联负反馈利用虚短和虚断可知u+=u-=0ii=if第54页/共76页闭环增益闭环电压增益例1

19、.分立元件组成的电流串联负反馈 解：用方法一。反馈系数:由第二章知，该电路闭环电压增益:（4）电流串联负反馈）电流串联负反馈第55页/共76页例2.2.运放组成的电流串联负反馈闭环电压增益:利用虚短和虚断可知:解：用方法二。第56页/共76页二二.估算输入输出电阻估算输入输出电阻在深度负反馈条件下：注：表中的输入、输出电阻均指反馈环中的输入、输出电阻。第57页/共76页（1 1）电压串联负反馈举例举例 RifRifRb1ROf0第58页/共76页（2 2）电压并联负反馈Rif0RifRSROf0第59页/共76页（3）电流并联负反馈）电流并联负反馈ROfRC2Rif0RifRSROf第60页/

20、共76页综合举例1：求电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。第61页/共76页综合举例2：求电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。第62页/共76页一一.产生产生自激振荡的原因及条件自激振荡的原因及条件1.自激振荡现象自激振荡现象 在不加输入信号的情况下，放大电路仍会产生一定频率的信号输出。4.5 负反馈放大电路的自激振荡及消除方法负反馈放大电路的自激振荡及消除方法第63页/共76页基本放大电路基本放大电路A反馈网络反馈网络F+2.产生自激振荡的原因产生自激振荡的原因中频时：中频时：高频或低频时，放大器产生的附加相移达到高频或低频时，放大器产生的附加相移达到180时。时。为负反馈。为负反馈。变为正反馈

21、。变为正反馈。此时，若满足此时，若满足则则Xi=0，仍会有输出信号。，仍会有输出信号。第64页/共76页3.自激振荡的条件自激振荡的条件幅值条件相位条件（附加相移）基本放大电路基本放大电路A反馈网络反馈网络F+自激振荡条件：分解为幅值条件与相位条件：分解为幅值条件与相位条件：由以上分析知：由以上分析知：第65页/共76页二二.稳定判椐稳定判椐及稳定裕度及稳定裕度方法一：方法一：则放大器稳定。否则自激。00-90-180满足：同理，为了切实保证稳定，要留有-10dB的余量，称为幅值裕度方法二：方法二：满足：则放大器稳定。否则自激。为了切实保证稳定，要留有45余量，称为相位裕度第66页/共76页三

22、三.负反馈放大电路稳定性分析负反馈放大电路稳定性分析(2)作水平线(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。或判断稳定性方法：将 写为：即：第67页/共76页举例：设一基本放大器的增益为：三三.负反馈放大电路稳定性分析负反馈放大电路稳定性分析1.设反馈系数 ，分析其稳定性三个极点频率为：fp1=0.5106Hz，fp2=5106Hz，fp3=5107Hz。其中fp1=0.5106Hz最低，它决定了整个基本放大器的上

23、限频率，称为主极点频率。(1)作出的幅频响应和相频响应波特图解：第68页/共76页(2)作的水平线(3)水平线 相交于E点。与E点相对应的附加相位移为 ，因此，放大器是不稳定的。02040608050k500k5M50M500M0-90-180-135-225-270第69页/共76页2.将反馈系数 改为 ，分析其稳定性解：(1)作的水平线(2)水平线 相交于D点。与 D点 相 对 应 的 附 加 相 位 移 为 ，因此，放大器是稳定的。且 m 02040608050k500k5M50M500M0-90-180-135-225-270第70页/共76页 反馈深度越深，越容易自激。越大，水平线下

24、移，越容易自激越大，表明反馈深度越深结论：02040608050k500k5M50M500M0-90-180-135-225-270基本放大电基本放大相交点交在 的-20dB/十倍频程处，放大电路是稳定的。第71页/共76页四四.自激振荡的消除方法自激振荡的消除方法思考 如果 在0dB线以上只有一个转折频率，则无论反馈深度如何，电路都能稳定工作，对吗？0dB线以上只有一个转折频率，则在0dB线以上的斜率为-20dB/十倍频程。无论反馈深度如何，相交点都交在 的-20dB/十倍频程处，放大电路是稳定的。因此，消除自激振荡的指导思想是，人为地降低第一个极点的频率，拉大它与第二个极点频率之间的距离，

25、确保相交点出现在第一、二极点频率之间，即相交在-20dB/十倍频程处。第72页/共76页1.电容补偿法电容补偿法 同前例，为了对它进行频率补偿，在产生主极点的电容旁边并联电容C P，这样使fp1发生了改变，令 f p2、fp3不变。第73页/共76页设反馈系数 ，分析可得：放大器是稳定的。在实际应用中，常将电容 跨接在的输入和输出端之间，代替CP。这样就可以减小补偿电容的值。0-90-180-135-225-2705k0204060800.05k50M0.5k50k500k5M第74页/共76页本章小结本章小结1将将电电子子系系统统输输出出回回路路的的电电量量（电电压压或或电电流流），以以一一

26、定定的的方方式式送送回回到到输输入回路的过程称为反馈。入回路的过程称为反馈。2电电路路中中常常用用的的负负反反馈馈有有四四种种组组态态：电电压压串串联联负负反反馈馈，电电压压并并联联负负反反馈馈，电电流流串串联联负负反反馈馈和和电电流流并并联联负负反反馈馈。可可以以通通过过观观察察法法，输输出出短短路路法法和和瞬瞬时时极性法等方法判断电路反馈类型。极性法等方法判断电路反馈类型。3负负反反馈馈电电路路的的四四种种不不同同组组态态可可以以统统一一用用方方框框图图加加以以表表示示，其其闭闭环环增增益益的表达式为：的表达式为：4负负反反馈馈可可以以全全面面改改善善放放大大电电路路的的性性能能，包包括括：提提高高放放大大倍倍数数的的稳稳定定性性，减小非线性失真，抑制噪声，扩展频带，改变输入、输出电阻等。减小非线性失真，抑制噪声，扩展频带，改变输入、输出电阻等。5在在深深负负反反馈馈条条件件下下，可可用用 或或“虚虚短短”“虚虚断断”法法估估算算电路的闭环增益。电路的闭环增益。6负负反反馈馈电电路路的的反反馈馈深深度度如如果果过过大大，将将有有可可能能产产生生自自激激振振荡荡。可可以以采采用用频率补偿技术消除自激振荡。但这样会使电路的频带变窄。频率补偿技术消除自激振荡。但这样会使电路的频带变窄。第75页/共76页感谢您的观看！第76页/共76页