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1、电工电子实验技术负反馈2006年4月*第1页，共65页，编辑于2022年，星期日主要授课内容：主要授课内容：一、反馈的基本概念一、反馈的基本概念二、反馈放大器的基本框图二、反馈放大器的基本框图 三、反馈放大器的基本方程三、反馈放大器的基本方程四、负反馈对放大器性能的影响四、负反馈对放大器性能的影响 五、实验三十五五、实验三十五 负反馈放大电路负反馈放大电路2006年4月*第2页，共65页，编辑于2022年，星期日负反馈放大器负反馈放大器1、什么是反馈什么是反馈 就是将放大器的输出量（电流或电压）通过一定的网络，就是将放大器的输出量（电流或电压）通过一定的网络，回送到放大器的输入回路，并同输入信
2、号一起参与放大器的输回送到放大器的输入回路，并同输入信号一起参与放大器的输入控制作用。入控制作用。正反馈：正反馈：反馈信号对输入信号起增强作用（如振荡器）。反馈信号对输入信号起增强作用（如振荡器）。负反馈：负反馈：反馈信号对输入信号起减弱作用（使放大器的某些性反馈信号对输入信号起减弱作用（使放大器的某些性能得到改善）能得到改善）。一、反馈的基本概念一、反馈的基本概念2006年4月*第3页，共65页，编辑于2022年，星期日2、负反馈的作用、负反馈的作用(1)稳定直流工作点。稳定直流工作点。(2)展宽放大器的频带。展宽放大器的频带。(3)减小非线性失真。减小非线性失真。(4)调节输入输出电阻的大
3、小。调节输入输出电阻的大小。2006年4月*第4页，共65页，编辑于2022年，星期日二、反馈放大器的基本框图二、反馈放大器的基本框图 2006年4月*第5页，共65页，编辑于2022年，星期日三、反馈放大器的基本方程三、反馈放大器的基本方程环路增益环路增益(回归比回归比)注意：注意：上述上述X可以指电压也可以指电流，因此可以指电压也可以指电流，因此A、F既可能是既可能是电压增益也可能是电流增益，也可能是互导增益或互阻增益。电压增益也可能是电流增益，也可能是互导增益或互阻增益。2006年4月*第6页，共65页，编辑于2022年，星期日反馈放大器的基本方程反馈放大器的基本方程2006年4月*第7
4、页，共65页，编辑于2022年，星期日（1 1）负反馈使放大器的增益下降了（）负反馈使放大器的增益下降了（1+AF1+AF）倍；）倍；（2 2）反馈深度）反馈深度D=1+AFD=1+AF，表征反馈强弱；，表征反馈强弱；D D1 1或或AF AF 1 1 ，深反馈条件，深反馈条件结结 论论2006年4月*第8页，共65页，编辑于2022年，星期日（3）深反馈条件下，）深反馈条件下，（4）若正反馈，则）若正反馈，则2006年4月*第9页，共65页，编辑于2022年，星期日四、四、负反馈对放大器性能的影响负反馈对放大器性能的影响 1、负反馈使放大倍数稳定度提高负反馈使放大倍数稳定度提高通通常常用用放
5、放大大倍倍数数的的相相对对变变化化量量来来衡衡量量放放大大器器的的稳定性。稳定性。2006年4月*第10页，共65页，编辑于2022年，星期日结结 论论:引入负反馈使放大倍数的相对变化量减小为引入负反馈使放大倍数的相对变化量减小为原相对变化量的原相对变化量的1/(1+AF)1/(1+AF)，即反馈越深，放大倍，即反馈越深，放大倍数的增益稳定性越好。数的增益稳定性越好。在深度负反馈时，在深度负反馈时，A Af f=1/F=1/F，因此，只要，因此，只要F F稳定，稳定，A Af f也将稳定。也将稳定。注意：注意：负反馈被稳定的对象与反馈信号的取样对象有负反馈被稳定的对象与反馈信号的取样对象有关。
6、如果取样对象是关。如果取样对象是输出电压，输出电压，则则输出电压将被稳输出电压将被稳定；定；如果取样对象是如果取样对象是输出电流输出电流，则，则输出电流将被稳输出电流将被稳定。定。2006年4月*第11页，共65页，编辑于2022年，星期日2、负反馈使放大器通频带展宽，线性失真减小、负反馈使放大器通频带展宽，线性失真减小（1）放大器的频率响应）放大器的频率响应2006年4月*第12页，共65页，编辑于2022年，星期日结论结论:负反馈的频带展宽是以增益下降为代价的负反馈的频带展宽是以增益下降为代价的,并没并没有提高放大器的增益频带积。有提高放大器的增益频带积。2006年4月*第13页，共65页
7、，编辑于2022年，星期日强调指出：强调指出：负反馈展宽频带的前提是，引起高频段或低负反馈展宽频带的前提是，引起高频段或低频段放大倍数下降的因素必须包含在反馈环路内。频段放大倍数下降的因素必须包含在反馈环路内。2006年4月*第14页，共65页，编辑于2022年，星期日（2 2）负反馈使非线性失真减小，输入动态范围展宽）负反馈使非线性失真减小，输入动态范围展宽 2006年4月*第15页，共65页，编辑于2022年，星期日负反馈使非线性失真减小了（负反馈使非线性失真减小了（1+AF）倍。失真减小，意味着线）倍。失真减小，意味着线性动态范围的拓宽。性动态范围的拓宽。注意：注意：非线性失真的减小只限
8、于反馈环内放大器产生的非线非线性失真的减小只限于反馈环内放大器产生的非线性失真，对外来信号已有的非线性失真，负反馈将无能为力。性失真，对外来信号已有的非线性失真，负反馈将无能为力。而且，只在输入信号有增大的余地，非线性失真也不是十分而且，只在输入信号有增大的余地，非线性失真也不是十分严重的情况下才是正确的。严重的情况下才是正确的。非线性失真系数：非线性失真系数：2006年4月*第16页，共65页，编辑于2022年，星期日（3）负反馈可以减小放大器内部产生的噪声）负反馈可以减小放大器内部产生的噪声与干扰的影响与干扰的影响利用负反馈抑制放大器内部噪声及干扰的机理与利用负反馈抑制放大器内部噪声及干扰
9、的机理与减小非线性失真是一样的。负反馈输出噪声下降减小非线性失真是一样的。负反馈输出噪声下降(1+AF)倍。如果输入信号本身不携带噪声和干扰，且倍。如果输入信号本身不携带噪声和干扰，且其幅度可以增大，输出信号分量保持不变，那么放大其幅度可以增大，输出信号分量保持不变，那么放大器的信噪比将提高器的信噪比将提高(1+AF)倍。倍。2006年4月*第17页，共65页，编辑于2022年，星期日(1)负反馈使放大器的放大倍数下降，但增益稳定度提高，频带负反馈使放大器的放大倍数下降，但增益稳定度提高，频带展宽，非线性失真减小，内部噪声干扰得到抑制，且所有性能改善的程展宽，非线性失真减小，内部噪声干扰得到抑
10、制，且所有性能改善的程度均与反馈深度度均与反馈深度(1+AF)有关。有关。(2)被改善的对象就是被取样的对象。被改善的对象就是被取样的对象。负反馈的特点小结：负反馈的特点小结：(3)负负反反馈馈只只能能改改善善包包含含在在负负反反馈馈环环节节以以内内的的放放大大器器性性能能，对对反反馈馈环环以以外外的的，与与输输入入信信号号一一起起进进来来的的失失真真、干干扰、噪声及其它不稳定因素是无能为力的。扰、噪声及其它不稳定因素是无能为力的。2006年4月*第18页，共65页，编辑于2022年，星期日3、反馈放大器的分类及对输入、输出、反馈放大器的分类及对输入、输出阻抗的影响阻抗的影响（1 1）电压反馈
11、与电流反馈电压反馈与电流反馈根据反馈网络与基本放大器输出端的连接方式不同，反馈可分根据反馈网络与基本放大器输出端的连接方式不同，反馈可分为：为：电压反馈：电压反馈：反馈网络与基本放大器输出端并联连接，反馈信号直接取反馈网络与基本放大器输出端并联连接，反馈信号直接取自于输出电压。自于输出电压。电流反馈：电流反馈：反馈网络与基本放大器输出端串联连接，反馈信号直接反馈网络与基本放大器输出端串联连接，反馈信号直接取自于输出电流。取自于输出电流。2006年4月*第19页，共65页，编辑于2022年，星期日2006年4月*第20页，共65页，编辑于2022年，星期日采用采用“输出短路法输出短路法”。即将输
12、出端短路，。即将输出端短路，观察反馈信号是否还存在。如果反馈信号不存观察反馈信号是否还存在。如果反馈信号不存在，说明是电压反馈；反之，则说明是电流反在，说明是电压反馈；反之，则说明是电流反馈。馈。判断方法：判断方法：2006年4月*第21页，共65页，编辑于2022年，星期日（2）电压反馈和电流反馈对输出电阻的影响）电压反馈和电流反馈对输出电阻的影响 Ro为基本放大器的输出电阻（即开环输出电阻）为基本放大器的输出电阻（即开环输出电阻）为等效开路电压（为等效开路电压（Ao为负载开路放大倍数）。为负载开路放大倍数）。2006年4月*第22页，共65页，编辑于2022年，星期日分析：分析：在在无反馈
13、无反馈时，将输入短路时，将输入短路Xi=0，则净输入，则净输入Xi=0，所以，所以AoXi=0，此时的输出电阻为，此时的输出电阻为Ro。引入反馈引入反馈后，当后，当Xi=0时，净输入时，净输入Xi 0，而是，而是Xi=-Xf，此时反馈放大器的输出电阻为：，此时反馈放大器的输出电阻为：2006年4月*第23页，共65页，编辑于2022年，星期日2006年4月*第24页，共65页，编辑于2022年，星期日电流负反馈放大器输出电阻的计算电流负反馈放大器输出电阻的计算 2006年4月*第25页，共65页，编辑于2022年，星期日(3)串联反馈与并联反馈串联反馈与并联反馈根据反馈网络和基本放大器输入端的
14、连接方式方根据反馈网络和基本放大器输入端的连接方式方式不同，分为：式不同，分为：串联反馈：串联反馈：反馈网络串联在基本放大器的输入回路中。反馈网络串联在基本放大器的输入回路中。并联反馈：并联反馈：反馈网络并接在基本放大器的输入端。反馈网络并接在基本放大器的输入端。2006年4月*第26页，共65页，编辑于2022年，星期日1）Ui与与Uf是串联关系。是串联关系。2）输入信号与反馈信号不在同一节点上。）输入信号与反馈信号不在同一节点上。3）2006年4月*第27页，共65页，编辑于2022年，星期日1）Ui与与Uf是并联关系。是并联关系。2）输入信号与反馈信号在同一节点上。）输入信号与反馈信号在
15、同一节点上。2006年4月*第28页，共65页，编辑于2022年，星期日2006年4月*第29页，共65页，编辑于2022年，星期日 一般地，串联反馈是输入信号与反馈信号一般地，串联反馈是输入信号与反馈信号加在放大器的不同输入端上；而并联反馈则是加在放大器的不同输入端上；而并联反馈则是两者并接在同一个输入端。两者并接在同一个输入端。串联反馈和并联反馈的判断方法串联反馈和并联反馈的判断方法:2006年4月*第30页，共65页，编辑于2022年，星期日(4)串联负反馈和并联负反馈对放大器输入串联负反馈和并联负反馈对放大器输入电阻的影响电阻的影响2006年4月*第31页，共65页，编辑于2022年，
16、星期日2006年4月*第32页，共65页，编辑于2022年，星期日2006年4月*第33页，共65页，编辑于2022年，星期日4、反馈放大器的分析和近似计算、反馈放大器的分析和近似计算 (1)串联电压负反馈串联电压负反馈2006年4月*第34页，共65页，编辑于2022年，星期日(2)串联电流负反馈串联电流负反馈2006年4月*第35页，共65页，编辑于2022年，星期日(3)并联电压负反馈并联电压负反馈2006年4月*第36页，共65页，编辑于2022年，星期日(4)并联电流负反馈并联电流负反馈2006年4月*第37页，共65页，编辑于2022年，星期日深度负反馈条件下深度负反馈条件下对串联
17、反馈对串联反馈放大器工作在深度负反馈条件下，即放大器工作在深度负反馈条件下，即 求求Auf时，可以利用如下关系式：时，可以利用如下关系式：对并联反馈对并联反馈2006年4月*第38页，共65页，编辑于2022年，星期日正反馈和负反馈的判决方法正反馈和负反馈的判决方法 瞬时极性法：瞬时极性法：假设输入信号向某一方向变化，沿假设输入信号向某一方向变化，沿闭环系统，逐级推出电路中其它各有关点信号的瞬时闭环系统，逐级推出电路中其它各有关点信号的瞬时变化极性，最后看反馈到输入端信号的极性对原来的变化极性，最后看反馈到输入端信号的极性对原来的信号是增强还是削弱。增强则为正反馈，削弱则为负信号是增强还是削弱
18、。增强则为正反馈，削弱则为负反馈。反馈。2006年4月*第39页，共65页，编辑于2022年，星期日负反馈负反馈2006年4月*第40页，共65页，编辑于2022年，星期日负反馈负反馈2006年4月*第41页，共65页，编辑于2022年，星期日正反馈正反馈2006年4月*第42页，共65页，编辑于2022年，星期日串联负反馈放大器的分析计算串联负反馈放大器的分析计算:2006年4月*第43页，共65页，编辑于2022年，星期日2006年4月*第44页，共65页，编辑于2022年，星期日2006年4月*第45页，共65页，编辑于2022年，星期日五、实验三十五五、实验三十五 负反馈放大电路（负反
19、馈放大电路（J1）（一）设计技术指标（一）设计技术指标2006年4月*第46页，共65页，编辑于2022年，星期日（二）设计条件（二）设计条件1 1）Ec=12V Ec=12V2)R2)RL L=5.1K=5.1K2006年4月*第47页，共65页，编辑于2022年，星期日（三）设计过程（三）设计过程2006年4月*第48页，共65页，编辑于2022年，星期日1 1、选定、选定u uCEQ2CEQ2为保证为保证u uCEQ2 CEQ2,取较大余量取较大余量,取取u uCEQ2CEQ2=4V=4V。2 2、确定、确定I ICQ2CQ2和和R RC2C22006年4月*第49页，共65页，编辑于2
20、022年，星期日2006年4月*第50页，共65页，编辑于2022年，星期日假如取：假如取：I ICQ2CQ2=2mA =2mA 则则2006年4月*第51页，共65页，编辑于2022年，星期日3 3、确定、确定R Re2e24、确定确定R Rb21b21和和R Rb22b22 2006年4月*第52页，共65页，编辑于2022年，星期日取取 5I 5IbQ bQ ,则则2006年4月*第53页，共65页，编辑于2022年，星期日 由于对前级要求不高，由于对前级要求不高，R Re1e1取值较小，则可适取值较小，则可适当将当将u uCEQ1CEQ1取大些，以保证取大些，以保证I ICQ1CQ1不
21、太大。则取不太大。则取R Re1e1=300=300,I,ICQ1CQ1=1.5mA,R=1.5mA,Rc1c1=3K=3K 。2006年4月*第54页，共65页，编辑于2022年，星期日2006年4月*第55页，共65页，编辑于2022年，星期日（四）核算（四）核算1 1、求开环参数和反馈系数、求开环参数和反馈系数2006年4月*第56页，共65页，编辑于2022年，星期日2006年4月*第57页，共65页，编辑于2022年，星期日2006年4月*第58页，共65页，编辑于2022年，星期日2 2、求闭环参数、求闭环参数2006年4月*第59页，共65页，编辑于2022年，星期日2006年4
22、月*第60页，共65页，编辑于2022年，星期日2006年4月*第61页，共65页，编辑于2022年，星期日2006年4月*第62页，共65页，编辑于2022年，星期日（五）电路测量（五）电路测量1 1、直流工作点测试、直流工作点测试1.1V0.4V1.3mA1.3mA7.05V2.8V2.1V2.1mA2.1mA3.8V2006年4月*第63页，共65页，编辑于2022年，星期日2 2、交流参数测试、交流参数测试（1 1）开环测试）开环测试（2 2）闭环测试）闭环测试2006年4月*第64页，共65页，编辑于2022年，星期日输出波形：输出波形：2006年4月*第65页，共65页，编辑于2022年，星期日