第四部分负反馈放大电路教学课件.ppt
第四章负反馈放大电路,4.1反馈的基本概念,4.2负反馈放大电路,4.3深度负反馈放大电路的计算,4.4负反馈对放大电路性能的影响,本章重点和考点：,1.负反馈组态的正确判断,2.深度负反馈放大电路放大倍数的计算,3.负反馈的作用,4.1反馈的基本概念,4.1.1反馈的基本概念,一、什么是反馈,在电子设备中经常采用反馈的方法来改善电路的性能，以达到预定的指标。,放大电路中的反馈，是指将放大电路输出电量(输出电压或输出电流)的一部分或全部，通过一定的方式，反送回输入回路中。,反馈放大电路的方框图,二、正反馈和负反馈,反馈信号增强了外加净输入信号，使放大电路的放大倍数提高,正反馈,反馈信号削弱了外加净输入信号，使放大电路的放大倍数降低,负反馈,负反馈稳定静态工作点,三、直流反馈和交流反馈,(a)直流负反馈,(b)交流负反馈,交流负反馈：反馈量只含有交流量。用以改善放大电路的性能。,可稳定静态工作点。,4.1.2反馈的分类和判断,一、有无反馈的判断,是否有联系输入、输出回路的反馈通路；是否影响放大电路的净输入。,(a)没引入反馈的放大电路,(b)引入反馈的放大电路,(c)R的接入没引入反馈,反馈极性的判断方法：瞬时极性法。,先假定某一瞬间输入信号的极性，然后按信号的放大过程，逐级推出输出信号的瞬时极性，最后根据反馈回输入端的信号对原输入信号的作用，判断出反馈的极性。,二、反馈极性的判断,对分立元件而言，C与B极性相反，E与B极性相同。对集成运放而言，uO与uN极性相反，uO与uP极性相同。,例：用瞬时极性法判断电路中的反馈极性。,因为差模输入电压等于输入电压与反馈电压之差，反馈增强了输入电压，所以为正反馈。,反馈信号削弱了输入信号，因此为负反馈。,(a)正反馈,(b)负反馈,例,(+),(+),(-),(-),净输入量减小,(+),(+),(-),(-),净输入量增加,a负反馈,b正反馈,反馈通路,反馈通路,级间反馈通路,(+),(+),(+),(+),(-),净输入量减小,c级间负反馈,分立元件电路反馈极性的判断,分立元件放大电路反馈极性的判断,负反馈,原则：对分立元件而言，C与B极性相反，E与B极性相同。,净输入量减小,反馈通路,三、直流反馈与交流反馈的判断,直流负反馈：反馈量只含有直流量。,交流负反馈：反馈量只含有交流量。,直流反馈与交流反馈的判断（一）,(a)电路,(b)直流通路,(c)交流通路,直流反馈,无交流反馈,4.2负反馈放大电路,负反馈放大电路分析要点,（3）负反馈的基本作用是将引回的反馈量与输入量相减，从而调整电路的净输入量和输出量。,（1）交流负反馈使放大电路的输出量与输入量之间具有稳定的比例关系，任何因素引起的输出量的变化均得到抑制。由于输入量的变化也同样会受到抑制，因此交流负反馈使电路的放大能力下降。,（2）反馈量实质上是对输出量的取样，其数值与输出量成正比。,（2）从输入端看，反馈量与输入量是以电压方式相叠加，还是以电流方式相叠加。,对于具体的负反馈放大电路，首先应研究下列问题，进而进行定量分析。,（1）从输出端看，反馈量是取自于输出电压，还是取自于输出电流。,反馈信号取自输出电压，则为电压反馈,反馈信号取自输出电流，则为电流反馈,反馈量与输入量以电压形式求和，为串联反馈,反馈量与输入量以电流形式求和，为并联反馈,4.2.1四种负反馈组态,一、电压串联负反馈,电压串联负反馈电路,反馈信号与输出电压成正比，集成运放的净输入电压等于输入电压与反馈电压之差，,电压串联、电压并联、电流串联、电流并联负反馈,二、电流串联负反馈,电流串联负反馈电路,反馈信号与输出电流成正比，净输入电压等于外加输入信号与反馈信号之差,（2）串联负反馈电路的输入电流很小，适用于输入信号为恒压源或近似恒压源的情况。,（1）电压负反馈能够稳定输出电压，电流负反馈能够稳定输出电流。,小结,三、电压并联负反馈,电压并联负反馈电路,反馈信号与输出电压成正比，净输入电流等于外加输入电流与反馈电流之差,四、电流并联负反馈,电流并联负反馈电路,反馈信号与输出电流成正比，净输入电流等于外加输入信号与反馈信号之差：,四种负反馈组态的放大倍数,电压串联负反馈电路,电流串联负反馈电路,电压并联负反馈电路,电流并联负反馈电路,电压放大倍数,转移电阻,转移电导,电流放大倍数,五、反馈组态的判断,电流：将负载短路，反馈量仍然存在。,电压：将负载短路，反馈量为零。,例判断反馈的组态。,例题电路图,反馈通路：T3、R4与R2,交、直流反馈,瞬时极性法判断：负反馈,输出端看：电压负反馈,输入端看：串联负反馈,电路引入交、直流电压串联负反馈,4.2.2负反馈放大电路的一般关系式,反馈放大电路方框图,分别为输入信号、输出信号和反馈信号；,开环放大倍数,无反馈时放大网络的放大倍数；,因为：,所以：,闭环放大倍数：,电路的环路放大倍数：,反馈系数：,四种反馈组态电路的方框图,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,表4.2.1四种组态负反馈放大电路的比较,电压放大倍数,转移电阻,转移电导,电流放大倍数,若,深度负反馈,结论：深度负反馈放大电路的放大倍数主要由反馈网络的反馈系数决定，能保持稳定。,若,则,自激振荡,4.3深度负反馈放大电路的计算,闭环放大倍数：,4.3.1 深度负反馈的实质,放大电路的闭环电压放大倍数：,深度负反馈放大电路的闭环电压放大倍数：,对于串联负反馈：,并联负反馈：,结论：根据负反馈组态，选择适当的公式；再根据放大电路的实际情况，列出关系式后，直接估算闭环电压放大倍数。,反馈网络的分析,反馈网络的分析,(a)电压串联,(b)电流串联,(c)电压并联,(d)电流并联,4.3.2 深度负反馈放大倍数的计算,一、电压串联负反馈,放大倍数则为电压放大倍数,二、电流串联负反馈,放大倍数为转移电导,电压放大倍数,三、电压并联负反馈,放大倍数为转移电阻,源电压放大倍数,并联负反馈电路的信号源,对于并联负反馈电路，信号源内阻是必不可少的。,四、电流并联负反馈,放大倍数为电流放大倍数,电压放大倍数,小结：,（1）正确判断反馈组态；,（2）求解反馈系数；,复习：,1.正、负反馈的判断(瞬时极性法),对分立元件而言，C与B极性相反，E与B极性相同。对集成运放而言，uO与uN极性相反，uO与uP极性相同。以电压求和或以电流求和判断净输入信号是增加或减小。,2.交、直流负反馈的判断,直流负反馈：反馈量只含有直流量。,交流负反馈：反馈量只含有交流量。,3.四种负反馈阻态的判断,电流：将负载短路，反馈量仍然存在。,电压：将负载短路，反馈量为零。,5、深度负反馈放大电路电压放大倍数的计算,4、负反馈的几个概念,若,深度负反馈,例1 如图6.2.8，已知R110K，R2100 K，R32 K，RL5 K。求解在深度负反馈条件下的AUf.,解：反馈通路：T、R3、R2与R1电路引入电流串联负反馈,例2在图示电路中，已知R210K，R4100 K，求解在深度负反馈条件下的AUF,例题2电路图,反馈通路：T3、R4与R2,电路引入电压串联负反馈,电压放大倍数,例3 估算深负反馈运放的闭环电压放大倍数。,解：,该电路为电压并联 负反馈，在深度负反馈条件下：,则闭环电压放大倍数为：,例 3电路图,该电路为电压串联负反馈,在深度负反馈条件下,例 4电路图,例4：,例 5电路图,该电路为电流并联负反馈，在深度负反馈条件下：,故：,闭环电压放大倍数为：,例5,4.4负反馈对放大电路性能的影响,4.4.1稳定放大倍数,引入负反馈后，在输入信号一定的情况下，当电路参数变化、电源电压波动或负载发生变化时，放大电路输出信号的波动减小，即放大倍数的稳定性提高。放大倍数稳定性提高的程度与反馈深度有关。,在中频范围内，,放大倍数的相对变化量：,结论：引入负反馈后，放大倍数的稳定性提高了(1+AF)倍。,例：在电压串联负反馈放大电路中，,估算反馈系数和反馈深度,估算放大电路的闭环电压放大倍数,如果开环差模电压放大倍数 A 的相对变化量为10%，此时闭环电压放大倍数 Af 的相对变化量等于多少？,解：,反馈系数,反馈深度,闭环放大倍数,Af 的相对变化量,结论：当开环差模电压放大倍数变化 10%时，电压放大倍数的相对变化量只有 0.00 1%，而稳定性提高了一万倍。,4.4.2展宽频带,由于负反馈可以提高放大倍数的稳定性，因而对于 频率不同而引起的放大倍数下降，也可以改善。,设无反馈时放大电路在中、高频段的放大倍数分别为，上限频率为 f；,引入反馈系数为的负反馈后，放大电路在中、高频段的放大倍数分别为，上限频率为 fHf。,所以：,可见，引入负反馈后，放大电路的中频放大倍数减小为无反馈时的1/；而上限频率提高到无反馈时的倍。,同理，可推导出引入负反馈后，放大电路的下限频率降低为无反馈时的 1/。,结论：引入负反馈后，放大电路的上限频率提高，下限频率降低，因而通频带展宽。,fbwf=fHf-fLffHf,fbw=fH-fLfH,基本放大电路的通频带,反馈放大电路的通频带,fL,fH,fLf,fHf,负反馈对通频带和放大倍数的影响,f,负反馈减小了波形失真,加入负反馈,无负反馈,F,xf,xo,略大,略小,略小,略大,接近正弦波,预失真,4.4.3减小非线性失真和抑制干扰,同样道理，负反馈可抑制放大电路内部噪声。,4.4.4改变输入电阻和输出电阻,不同类型的负反馈，对输入电阻、输出电阻的影响不同。,一、对输入电阻的影响,1.串联负反馈增大输入电阻,得：,结论：引入串联负反馈后，输入电阻增大为无反馈时的 倍。,2.并联负反馈减小输入电阻,得：,结论：引入并联负反馈后，输入电阻减小为无负反馈时的 1/。,并联负反馈对 Ri 的影响,二、负反馈对输出电阻的影响,1.电压负反馈减小输出电阻,放大电路的输出电阻定义为：,得：,结论：引入电压负反馈后，放大电路的输出电阻减小到无反馈时的。,2.电流负反馈增大输出电阻,结论：引入电流负反馈后，放大电路的输出电阻增大到无反馈时的 倍。,综上所述,(1).反馈信号与外加输入信号的求和方式只对放大电路的输入电阻有影响：串联负反馈使输入电阻增大；并联负反馈使输入电阻减小。(2).反馈信号在输出端的采样方式只对放大电路的输出电阻有影响：电压负反馈使输出电阻减小；电流负反馈使输出电阻增大。(3).串联负反馈只增大反馈环路内的输入电阻；电流负反馈只增大反馈环路内的输出电阻。(4).负反馈对输入电阻和输出电阻的影响程度，与反馈深度有关。,放大电路中引入负反馈的一般原则,负反馈对放大电路性能方面的影响，均与反馈深度有关。负反馈放大电路的分析以定性分析为主，定量分析为辅。,定性分析常用EDA软件（EWB/PSPICE）进行分析。,电路设计时，引入负反馈的一般原则,（1）为了稳定静态工作点，应引入直流负反馈；为了改善电路的动态性能，应引入交流负反馈。,（2）根据信号源的性质引入串联负反馈，或者并联负反馈。当信号源为恒压源或内阻较小的电压源时，为增大放大电路的输入电阻，以减小信号源的输出电流和内阻上的压降，应引入串联负反馈。,（4）根据表4.2.1所示的四种组态反馈电路的功能，在需要进行信号变换时，选择合适的组态。例如，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，等等。,当信号源为恒流源或内阻较大的电压源时，为减小电路的输入电阻，使电路获得更大的输入电流，应引入并联负反馈。,（3）根据负载对放大电路输出量的要求，即负载对其信号源的要求，决定引入电压负反馈或电流负反馈。当负载需要稳定的电压信号时，应引入电压负反馈；当负载需要稳定的电流信号时，应引入电流负反馈。,电路设计时，引入负反馈的一般原则,
