放大电路中的反馈教学PPT.ppt

第六章 放大电路中的反馈,内容,6.1 反馈的基本概念及判断方法6.2 负反馈放大电路的四种基本组态6.3 负反馈放大电路的方块图及一般表达式6.4 深度负反馈放大电路放大倍数的分析6.5 负反馈对放大电路性能的影响,6.1 反馈的基本概念及判断方法,6.1.1 反馈的基本概念一、什么是反馈,无反馈的放大电路在实际应用中不能满足人们的要求，为此在电子电路中，非常广泛地应用反馈，构成了反馈放大电路。,电子电路输出量的一部分或全部通过一定的方式引回到输入回路，影响输入量，称为反馈。,反馈放大电路：由基本放大电路与反馈网络组成的闭合回路净输入量输入量反馈量,正反馈-Xi=|Xi-Xf|Xi 使放大电路净输入量增大的反馈。（输出量增大）负反馈-Xi=|Xi-Xf|Xi 使放大电路净输入量减小的反馈。（输出量减小）,二、正反馈与负反馈,负反馈可以多方面的改善放大电路的性能。具有自动调节作用。若外界不稳定因素（温度变化、电源电压变化、输出负载变化等）引起放大倍数A增大，导致输出增大，负反馈的作用，则是输出的增大受到抑制，稳定输出信号。还可以扩展放大电路的频带宽度、减少非线性失真、改变输入及输出电阻。正反馈往往使放大电路性能变坏，有时还会使放大电路产生自激，无法工作。当有时也可以利用正反馈实现信号产生。,“找联系”：找输出回路与输入回路的联系，若有则有反馈，否则无反馈。,引入反馈了吗？,将输出电压全部反馈回去,无反馈,6.1.2 反馈的判断,1、有无反馈的判断,“找联系”：是找输出回路与输入回路的联系，不仅是输出端与输入端的联系！,既在输入回路又在输出回路，因而引入了反馈。,直流反馈若电路将直流量反馈到输入回路，则称直流反馈。电路中引入直流反馈的目的：一般是为了稳定静态工作点Q。,交流反馈若电路将交流量反馈到输入回路，则称交流反馈。交流反馈目的：为了获得合适的交流量放大。,2.直流反馈与交流反馈,交流直流负反馈,直流负反馈,2、直流反馈和交流反馈的判断,仅有直流反馈,仅有交流反馈,“看通路”，即看反馈是存在于直流通路还是交流通路。,3、局部反馈和级间反馈,只对多级放大电路中某一级起反馈作用的称为局部反馈，将多级放大电路的输出量引回到其输入级的输入回路的为级间反馈。,通过R3引入的是局部反馈,通过R4引入的是级间反馈,通常，重点研究级间反馈或称总体反馈。,引入负反馈,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（电压或电流），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。,判断时，不考虑输入量变化，只考虑反馈量对输入量的影响,正、负反馈的判断,二、反馈极性的判断,6.2.四种负反馈组态,交流负反馈稳定放大电路的输出量，任何因素引起的输出量的变化均将得到抑制。包括输入量变化所引起的输出量的变化也会同样受到抑制，所以交流负反馈使电路的交流放大能力下降。从输出端来看，反馈量既可以来源于输出电压,又可来源于输出电流。反馈量取自输出电压将使输出电压稳定。反馈量取自输出电流将使输出电流稳定。从输入端来看，反馈量可以以电压方式相叠加，反馈的结果是减少净输入电压。也可以以电流方式相叠加，反馈的结果是减少净输入电流。,不同的输入连接方式和输出取样方式互相组合，可以得到负反馈放大电路的四种基本组态：输入-串联和并联输出-电压和电流,串联负反馈,并联负反馈,Ui=Ud+Uf,Ii=Id+If,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,6.2.2 反馈组态的判断,对于输出端，输出端点与反馈端点接成同一点(反馈端点电压=UO），为电压反馈。不是同一点，为电流反馈。对于输入端，输入端点与反馈端点接成同一点（输入电流=反馈电流+净输入电流），为并联反馈。不是同一点，为串联反馈。,电压串联负反馈,电压并联负反馈,电流串联负反馈,电流并联负反馈,电流并联负反馈,电压串联负反馈,反馈电路的选择,小结,输出特性决定取样。,电压负反馈稳定负载电压电流负反馈稳定负载电流,输入特性决定串并联,串联负反馈电路所加信号源必须是恒压源（因为如果是恒流源，则净输入电压等于源电流与电路输入电阻的乘积，而不受反馈电压的影响）并联负反馈电路所加信号源必须是恒流源（因为如果是恒压源，则净输入电流等于源电压除以电路输入电阻，而不受反馈电压的影响）,6.3.1 负反馈放大电路的方框图表示法,基本放大电路的放大增益:,反馈系数,整个负反馈放大电路的放大增益（闭环放大倍数）:,环路放大倍数,6.3负反馈放大电路的方框图及一般表达式,一、电压串联负反馈,不同的反馈组态中,各放大增益的物理意义不同，量纲也不同。电压负反馈中,6.3.2 四种组态电路的方框图,电流负反馈中,串联负反馈中,并联负反馈中,二、电流串联负反馈,6.3.2 四种组态电路的方框图,三、电压并联负反馈,四、电流并联负反馈,负反馈放大电路放大倍数的量纲,6.3.3 负反馈放大电路的一般表达式,一般表达式,中频段，均为实数,AF0,正反馈,说明电路在输入量为零时就有输出，此时电路产生自激振荡,6.3.3 负反馈放大电路的一般表达式,深度负反馈,放大倍数几乎仅仅决定于反馈网络，而与基本放大电路无关,反馈网络的特点常为无源网络，受温度影响极小，因而放大倍数获得很高的稳定性。A愈大，反馈愈深，Af与1/F的近似程度愈好。,AF0，电路引入负反馈，整个电路的放大倍数Af等于基本放大电路放大倍数A的1/（1+AF),6.4 深度负反馈放大电路放大增益的分析,6.4.1 深度负反馈的实质,深度并联负反馈时：,深度串联负反馈时：,实用的放大电路中多引入深度负反馈，因此重点是分离出反馈网络，求出反馈系数。,不同组态可忽略的净输入量是不同的。,深度负反馈的实质是在分析中认为净输入量为零。,深度负反馈的虚短路与虚开路,理想运放的性能指标：开环差模增益Aod=差模输入电阻rid=输出电阻ro=0,集成运放同向输入端和反向输入端的电位分别是uP、uN，电流分别是iP、iN。当集成运放工作在线性区，uo=Aod(uP-uN),uo为有限值，而Aod=,因此净输入电压uP-uN=0，uP=uN，称两个输入端“虚短路”。,深度负反馈的虚短路与虚开路,理想运放的输入电阻为无穷大，所以两个输入端的输入电流也均为零，iP=iN=0即从集成运放输入端看进去相当于断路，称为“虚断路”对于理想运放，由于Aod=，即使两输入端加微小电压，输入电压都将超出线性范围。因此集成运放电路必须引入负反馈，使净输入量趋于零，才能保证集成运放工作在线性区。,6.4.2 深度负反馈网络的分析,1、电压串联负反馈,关键是寻找反馈网络，确定反馈网络中的元件。,*反馈量仅决定于输出量。因此反馈系数仅决定于反馈网络，而与放大电路的输入、输出特性及负载电阻无关。,电路的输入为电压源（恒压源）。放大增益与负载电阻无关。引入深度负反馈后，电路的输出可近似为受控恒压源。可见，电压负反馈能够稳定输出电压。,输出电压与负载无关。,利用“虚断路”,2、电流串联负反馈电路,电路的放大增益,电压放大增益,电路的输入为电压源。电路的输出可近似为受控电流源，。输出电流与负载电阻无关。可见，电流负反馈能够稳定输出电流。,输出电流与负载无关。,输出电压与负载有关。,3、电压并联负反馈电路,Rs愈大，反馈作用愈大,电路的输入为电流源。电路的输出可近似为受控恒压源。,当信号源内阻为 时，电压增益为,4、电流并联负反馈电路,当信号源内阻为 时，电压增益为,虚短,虚断,电路的输入为电流源。电路的输出可近似为受控恒流源。,求解深度负反馈放大电路放大增益的一般步骤：（1）正确判断反馈组态；（2）求解反馈系数；（3）利用 求解、（或）。,小结,输出特性决定取样。,输入特性决定串并联,串联负反馈适用于输入信号为电压源并联负反馈适用于输入信号为电流源,（1）电压负反馈能够稳定输出电压；（2）电流负反馈能够稳定输出电流。,反馈电路的选择,【6.4.1】所示电路中，已知R110k，R2100k，R32k，RL5k，求解在深度负反馈条件下的,解：首先判断反馈类型：电流串联负反馈,反馈电压：,【6.4.1】所示电路中，已知R110k，R2100k，R32k，RL5k，求解在深度负反馈条件下的,反馈系数：,电压放大增益：,【6.4.2】已知R210k，R4100k，求解深度负反馈条件下的电压放大增益,解：电压串联负反馈,反馈系数：,电压增益：,【6.4.3】（1）判断电路中引入了那种组态的交流负反馈；（2）求出在深度负反馈条件下的 和,【解】：（1）电压串联负反馈（2）反馈系数：,电压增益：,【6.4.4】（1）判断电路中引入了哪种组态的交流负反馈；（2）求出在深度负反馈条件下的 和,【解】：（1）电流并联负反馈（2）反馈电流,反馈系数,放大增益,源电压放大增益,【6.4.4】（1）判断电路中引入了哪种组态的交流负反馈；（2）求出在深度负反馈条件下的 和,提高增益的稳定性,减少非线性失真,扩展频带,改变输入电阻和输出电阻,在放大器中引入负反馈,降低了放大倍数,使放大器的性能得以改善：,6.5 负反馈对放大电路性能的影响,6.5.1 稳定放大倍数,对上式求微分,例如，当A变化10时，若（1AF）100，则Af仅变化0.1,即闭环增益相对变化量比开环减小了1+AF倍,闭环时：,6.5.1 稳定放大倍数,注意：放大增益的稳定性是以损失放大倍数为代价的。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。,6.5.2 改变输入电阻和输出电阻,一、对输入电阻的影响该影响取决于基本放大电路与反馈网络在电路输入端的连接方式,1.串联负反馈增大输入电阻,无反馈时输入电阻：,有反馈时输入电阻：,2.并联负反馈减小输入电阻,无反馈时输入电阻：,有反馈时输入电阻：,二、对输出电阻的影响,负反馈对输出电阻的影响取决于反馈网络与输出端的连接方式，即电压反馈和电流反馈。,二、对输出电阻的影响,电压负反馈输出电路的恒压源特性：,Uo作用于反馈网络，得到反馈量Xf=FUo,-Xf又作为净输入量作用于基本放大电路，产生输出电压-AFUo,1.电压负反馈减小输出电阻,2.电流负反馈增大输出电阻,电流负反馈放大电路的输出电阻,恒流源特性,Io作用于反馈网络，得到反馈量Xf=FIo,-Xf又作为净输入量作用于基本放大电路，产生输出电压-AFIo,交流负反馈对输入电阻输出电阻的影响,6.5.3 展宽频带,为讨论方便，设反馈网络为纯电阻网络，且在低频段和高频段各有一个拐点。中频放大倍数为Am,上限截止频率为fH，下限截止频率为fL,引入反馈后,高频段，由第五章可知：,同理可得：负反馈放大电路的下限频率,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,6.5.4 放大电路中引入负反馈的一般原则,直流负反馈稳定静态工作点；交流负反馈改善动态性能。根据信号源的性质决定引入串联或者并联负反馈。恒压源（或内阻较小的电压源）串联负反馈；恒流源（或内阻较大的电压源）并联负反馈；,在设计放大电路时，应根据需要和目的，引入合适的反馈。,6.5.4 放大电路中引入负反馈的一般原则,当负载需要稳定的电压输出时，应引入电压负反馈；当负载需要稳定的电流输出时，应引入电流负反馈。当需要增大输入电阻，引入串联负反馈。当需要减少输入电阻，引入并联负反馈。当需要增大输出电阻，引入电流负反馈。当需要减少输出电阻，引入电压负反馈。在需要进行信号变换时，选择合适的组态。若将电流信号转换成电压信号，应在放大电路中引入电压并联负反馈；若将电压信号转换成电流信号，应在放大电路中引入电流串联负反馈,【6.5.1】为了达到下列目的，分别说明应引入哪种组态的负反馈以及电路如何连接。（1）减小放大电路从信号源索取的电流并增强带负载能力；,电路需要增大输入电阻并减少输出电阻，故引入电压串联负反馈：电压负反馈：8与10相连串联负反馈：3与9相连保证电路是负反馈：4与6相连,（2）将输入电流 iI 转换成与之成稳定线性关系的输出电流io；,电路应引入电流并联负反馈电流负反馈：7与10相连并联负反馈：2与9相连保证电路是负反馈：4与6相连,（3）将输入电流iI转换成稳定的输出电压,电路应引入电压并联负反馈电压负反馈：8与10相连并联负反馈：2与9相连保证电路是负反馈：5与6相连,作业,P3186.46.5P3186.66.7,