《放大电路中的反馈》PPT课件.ppt

第六章 放大电路中的反馈,反馈的基本概念,负反馈放大器的四种类型,负反馈对放大器性能的影响,负反馈放大器的计算,负反馈放大器的自激振荡及消除方法,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 负反馈放大电路方框图及一般表达式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,一、什么是反馈实用的放大电路中，几乎都要引入反馈，以改善放大电路的某些性能。生活中的反馈广泛应用于各个领域。其目的是通过输出对输入的影响来改善系统的运行状况及控制效果。电子电路中的反馈：将输出量的一部分或全部通过一定的电路形式作用到输入回路，用来影响其输入量的现象，称为反馈。,6.1 反馈的基本概念及判断方法,怎样引回,是从输出电压还是输出电流引出反馈,多少,怎样引出,影响放大电路的输入电压还是输入电流,复习以前一个例子（含反馈）,输入量：ui、ube、ib,输出量：uo、uce、ic,稳定工作点电路：,UB一定,反馈放大电路的的组成：基本放大电路主要功能是放大信号；反馈网络主要功能是传输反馈信号。,输入量输出量净输入量反馈量,判断有无反馈：是否有了反馈通路。,开环,正向传输信号从输入端到输出端的传输反向传输信号从输出端到输入端的传输,信号的正向传输,信号的正向传输,反馈传输(通路)（反馈网络）,闭环,？,例：基本放大器，无反馈，净输入量ube=ui，电压放大倍数为：,二、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的反馈,引入反馈后，净输入量ube=ui-uf，电压放大倍数为：,正反馈输入量不变时，引入反馈后使净输入量增加的反馈,正负反馈的判断方法：瞬时极性法步骤：1、假设输入信号对地瞬时极性为或。2、从输入到输出（基本放大电路）逐级判断各相关点对地的极性。3、从输出到输入（反馈网络）各点对地的极性。4、判断：使净输入量减小的反馈负反馈 使净输入量增强的反馈正反馈,负反馈,正反馈,负反馈,分立电路：,负反馈,直流反馈反馈信号存在于放大电路的直流通路中交流反馈反馈信号存在于放大电路的交流通路中,三.直流反馈与交流反馈,电路引入直流反馈的目的，是为了稳定静态工作点Q。电路引入交流反馈的目的，影响电路的交流工作性能。,判断方法：画交、直流通路注意电容的位置（电容的“通交隔直”作用）,电路（直流负反馈）,直流通路,交流通路,电路（交流负反馈）,例题,此电路引入交直流负反馈,直流反馈,交流反馈,直流反馈,分立电路：,四.电压反馈与电流反馈（输出端）,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：反馈量取样于输出电压，其大小与输出电压成比例。电流反馈：反馈量取样于输出电流，其大小与输出电流成比例,判断方法输出短路法：,技巧：反馈网络的一端若并联于输出端则为电压反馈（即直接相连）；反馈网络的一端若串联于输出端则为电流反馈（即不直接相连）。,令输出电压为0，无反馈信号，为电压反馈。,令输出电压为0，有反馈信号，为电流反馈。,技巧：反馈网络的一端若并联于输出端则为电压反馈（即直接相连）；反馈网络的一端若串联于输出端则为电流反馈（即不直接相连）。,五.串联反馈和并联反馈（输入端）,串联反馈：反馈量与输入量在输入回路以电压形式相加减。并联反馈：反馈量与输入量在输入回路以电流形式相加减。,串联反馈,并联反馈,对于串联反馈：输入量与反馈量作用在不同的两点上。,对于并联反馈：输入量与反馈量作用在同一点上。,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。,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。,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,六.本级反馈与级间反馈,级间反馈,本级反馈,本级反馈,6.2负反馈放大电路的四种基本组态,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,四种反馈组态：注意量纲,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,一.电压串联负反馈,用“瞬时极性法”判断反馈极性：,串联负反馈,忽略输入电压对R1R2的作用，且集成的开环差模增益和差模输入电阻为无穷大，则存在“虚短”和“虚断”现象。,电路的输出电压受输入电压的控制,输出电阻趋于0,若输出端短路，则uf为0，为电压反馈。,分立电路电压串联负反馈,RL变化,电压负反馈的特性稳定输出电压,稳定过程：,负载变化时，输出电压稳定输出电阻,ui一定,二.电流串联负反馈,用“瞬时极性法”判断反馈极性：,集成的开环差模增益和差模输入电阻为无穷大，则存在“虚短”和“虚断”现象。,电路的输出电流受输入电压的控制，输出电阻趋于无穷大,电流反馈,串联负反馈,分立电路组成的电流串联负反馈电路,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，输出电流稳定输出电阻,RL变化,三.电压并联负反馈,用“瞬时极性法”判断反馈极性：,并联负反馈,集成的开环差模增益和差模输入电阻为无穷大，则存在“虚短”和“虚断”现象。,电路的输出电压受输入电流的控制，输出电阻趋于0,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。,因为反馈电流：,并联负反馈,四.电流并联负反馈,用“瞬时极性法”判断反馈极性：,并联负反馈,集成的开环差模增益和差模输入电阻为无穷大，则存在“虚短”和“虚断”现象。,电路的输出电流受输入电流的控制，输出电阻趋于无穷大。,分立电路组成的电流并联负反馈,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，输出电流稳定输出电阻,RL,五.反馈类型及判别方法总结,2.直流反馈与交流反馈注意电容的“隔直通交”作用,1.反馈极性：正反馈与负反馈判定方法“瞬时极性法”,对于串联反馈：输入量与反馈量作用在不同的两点上。,对于并联反馈：输入量与反馈量作用在同一点上。,3.电压反馈与电流反馈判定方法“输出短路法”,4.串联反馈与并联反馈,技巧：反馈网络的一端若并联于输出端则为电压反馈（即直接相连）；反馈网络的一端若串联于输出端则为电流反馈（即不直接相连）。,（1）串联反馈,信号源对反馈效果的影响,ud=ui-uf,us应为恒压源，即信号源内阻RS越小越好。,（2）并联反馈,id=ii-if,is应为恒流源，即信号源内阻RS越大越好。,例题,电流串联交直流负反馈,试判断下各图电路中有哪些反馈类型,例题,电压串联交直流负反馈,试判断下各图电路中有哪些反馈类型,电流串联交直流负反馈,电压并联交直流负反馈,电压串联交直流负反馈,正反馈,习题:试判断下各图电路中有哪些反馈类型,电流并联交直流负反馈,电压串联直流负反馈,正反馈,电压并联直流负反馈,电压串联交直流负反馈,电压串联交直流负反馈,电压串联负反馈,电压串联交直流负反馈,电压串联交直流负反馈,电压并联交直流负反馈,电压并联交直流负反馈,电流串联直流负反馈,正反馈,电压串联交直流负反馈,电压串联交直流负反馈,电压并联直流负反馈,电流串联交直流负反馈,电流并联交直流负反馈,.3.1方框图：,A称为开环放大倍数,Af称为闭环放大倍数,F称为反馈系数,6.3 反馈放大电路方框图及一般表达式,AF称为环路放大倍数,6.3.2 四种反馈组态电路的方框图,6.3.3 负反馈放大电路的一般表达式,一般负反馈,称为反馈深度,深度负反馈,正反馈,自激振荡即ui=0时有 uo；,6.4 深度负反馈放大电路放大倍数分析,深度负反馈的实质,深度负反馈实质是在近似分析中忽略净输入量。,由,得,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,或,当电路引入深度串联负反馈时，,当电路引入深度并联负反馈时，,深度负反馈条件下：Xi=Xi-Xf0,uP=uN（运放电路）,ue=ub（三极管电路）,(1)“虚短”uD0,(2)“虚断”iD0,iP=iN=0（运放电路）,ib=0（三极管电路）,深度负反馈条件下，基本放大电路“虚短”、“虚断”的概念,反馈网络和放大倍数的分析,电路输出可近似为受控恒压源,1。电压串联负反馈,2。电流串联负反馈,3。电压并联负反馈,必须存在Rs,否则无反馈作用。,4。电流并联负反馈,深度负反馈放大电路放大倍数的步骤：,1。正确判断反馈组态2。求解反馈系数,电流串联负反馈,解：,电压串联负反馈,解：,电压串联负反馈,电流并联负反馈,6.5 负反馈对放大电路性能的影响,提高增益的稳定性,改变输入电阻和输出电阻,扩展频带,减少非线性失真,在放大器中引入负反馈,降低了放大倍数,6.5.1 稳定放大倍数,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。,6.5.2 改变输入电阻和输出电阻,(1)串联负反馈使输入电阻增加,增加（1AF）倍,一、对输入电阻的影响,Rb在反馈环之外时串联负反馈电路的方框图,(2)并联负反馈使输入电阻减小,减小（1AF）倍,二、对输出电阻的影响,(1)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)电流负反馈使输出电阻提高,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。,对输入、输出电阻的影响,1.串联负反馈使电路的输入电阻增加：,2.并联负反馈使电路的输入电阻减小：,3.电压负反馈使电路的输出电阻减小：,4.电流负反馈使电路的输出电阻增加：,串多,并少,压少,流多,6.5.3 展宽频带,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。即：Amf fbwf=Am fbw,放大电路加入负反馈后，增益下降，但通频带却加宽了。,6.5.4 减小非线性失真,加反馈前,加反馈后,失真,改善,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,要增大输出电阻,引电流负反馈,要减小输出电阻,引电压负反馈,举例：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，ic3的数值基本不受R6改变的影响。,（2）希望接入负载后，输出电压UO基本稳定。,（3）希望输入端向信号源索取的电流小。,（4）希望稳定静态工作点。,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。,如果要求只引入直流负反馈，去除交流反馈。怎样接？,例题电路如图，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的能力。（2）将输入电流转换成与之成稳定线性关系的输出电流。（3）将输入电流转换成稳定的输出电压。,解：（1）电路需要增大输入电阻并且减小输出电阻，故引入电压串联负反馈。4与6、3与9、8与10相连。（2）电路需要引入电流并联负反馈。4与6、2与9、7与10相连。（3）电路需要引入电压并联负反馈。5与6、2与9、8与10相连。,一、自激振荡产生的原因及条件,1.现象：输入信号为0时，输出有一定幅值、一定频率的信号，称电路产生了自激振荡。,负反馈放大电路自激振荡的频率在低频段或高频段。,低频干扰或产生了轻微低频振荡,高频干扰或产生了轻微高频振荡,实验波形,在电扰动下，如合闸通电，必含有频率为f0的信号，对于f=f0 的信号，产生正反馈过程,输出量逐渐增大，直至达到动态平衡，电路产生了自激振荡。,2.原因,在低频段或高频段，若存在一个频率f0，且当 f f0 时附加相移为，则,3.自激振荡的条件,由于电路通电后输出量有一个从小到大直至稳幅的过程，起振条件为,二、负反馈放大电路稳定性的分析,附加相移由放大电路决定;振荡只可能产生在高频段。,设反馈网络为电阻网络，放大电路为直接耦合形式。,因没有满足相位条件的频率，故引入负反馈后不可能振荡。,因没有满足幅值条件的频率，故引入负反馈后不可能振荡。,对于产生180附加相移的信号频率，有可能满足起振条件，故引入负反馈后可能振荡。,对于单管放大电路:,对于两级放大电路:,对于三级放大电路:,什么样的放大电路引入负反馈后容易产生自激振荡？,三级或三级以上放大电路引入负反馈后有可能产生高频振荡；同理，耦合电容、旁路电容等为三个或三个以上的放大电路，引入负反馈后有可能产生低频振荡。,放大电路的级数越多，耦合电容、旁路电容越多，引入的负反馈越深，产生自激振荡的可能性越大。,环路放大倍数AF越大，越容易满足起振条件，闭环后越容易产生自激振荡。,自激振荡：1。直接耦合电路中、低频时不会产生自激振荡。2。单管放大电路也不可能产生自激振荡。3。三级以上电路中容易产生高频振荡。4。电路中耦合电容、旁路电容多时容易产生低频振荡。,正弦波振荡的频率必须是一定的，也就是说在放大、反馈回路中应该有选频作用，将不要的频率抑制掉。,自激振荡由其自身条件决定的，不因其输入信号的改变而消除。要消除，必须破坏产生振荡的条件。,三、负反馈放大电路稳定性的判断,已知环路增益的频率特性来判断闭环后电路的稳定性。,使环路增益下降到0dB的频率，记作fc；使AF(2n1)的频率，记作f0。,稳定性的判断,fc,f0,满足起振条件,电路不稳定,电路稳定,f0 fc，电路不稳定，会产生自激振荡；f0 fc，电路稳定，不会产生自激振荡。,幅值裕度,相位裕度,电路稳定,当Gm10dB且m45，才具有可靠的稳定性。,不满足起振条件,四、消除自激振荡的方法,1.简单滞后补偿,常用的方法为滞后补偿方法。设放大电路为直接耦合方式，反馈网络为电阻网络。,在最低的上限频率所在回路加补偿电容。,补偿电容,1.简单滞后补偿,最大附加相移为-135,具有45的相位裕度，故电路稳定,滞后补偿法是以频带变窄为代价来消除自激振荡的。,2.密勒补偿,在获得同样补偿的情况下，补偿电容比简单滞后补偿的电容小得多。,在最低的上限频率所在放大电路中加补偿电容。,等效变换,补偿电容,3.RC 滞后补偿：在最低的上限频率所在回路加补偿。,上式表明，最大附加相移为180，不满足起振条件，闭环后一定不会产生自激振荡，电路稳定。,RC 滞后补偿与简单滞后补偿比较,滞后补偿法消振均以频带变窄为代价，RC滞后补偿较简单电容补偿使频带的变化小些。为使消振后频带变化更小，可考虑采用超前补偿的方法。,6.5 放大电路中反馈的其它问题,一、放大电路中的正反馈,二、电流反馈型集成运放,三、方框图法解负反馈放大电路,一、放大电路中的正反馈,引入的正、负反馈目标应一致。,自举电路：通过引入正反馈，增大输入电阻，因而提高输入电压。,负反馈,正反馈,两路反馈要分别分析！,二、电流反馈型集成运放,1.电流模技术,信号传递过程中除与晶体管b-e间电压有关外，其余各参量均为电流量的电路称为电流模电路。电流源电路可按比例传输电流，故称为电流模电路的单元电路。,优点：（1）只要uCE2UCES，iO就仅受ICM限制。（2）iO与iI具有良好的线性关系，不受晶体管非线性特性的影响。（3）极间电容有低阻回路，电路上限频率高。,2.由电流反馈型集成运放组成的负反馈放大电路的频率响应,改变R1可改变增益，但上限频率不变，即频带不变，带宽增益积不是常量。,三、方框图法解负反馈放大电路,首先求出负反馈放大电路的基本放大电路及其动态参数、反馈网络和反馈系数，然后求解负反馈放大电路的动态参数，过程如下：,1.基本放大电路的求解方法：见第三版节，其动态参数的求解方法见3.2节。2.反馈网络及反馈系数的求解方法：见6.4节。3.负反馈放大电路动态参数的求解方法：见6.5节。,电压电流转换电路,6.7放大电路中其它形式的反馈,豪兰德电流源电路,已知集成运放的开环差模增益和差模输入电阻均近于无穷大，最大输出电压幅值为14V。填空：电路引入了 电压串联 交流负反馈，电路的输入电阻趋近于 无穷大，电压放大倍数AufuO/uI 11。设 uI1V，则uO 11 V；若R1开路，则uO变为 1 V；若R1短路，则uO变为 14 V；若R2开路，则uO变为 14 V；若R2短路，则uO变为 1 V。,6.12 电路如图所示,6.14 已知一个负反馈放大电路的A 105，F 2103。（1）Af？（2）若A的相对变化率为20，则Af的相对变化率为多少？,Af相对变化率为A的相对变化率的,则Af的相对变化率约为0.1。,解：（1）因为AF2001，所以 Af1/F500（2）根据题目所给数据，可知,A的相对变化率为20，,6.16 电路如图所示。试问：若以稳压管的稳定电压UZ作为输入电压，则当R2的滑动端位置变化时，输出电压UO的调节范围为多少？,解：UO的调节范围约为,