《负反馈放大电路》PPT课件.ppt

2.7.1 反馈的基本概念与分类,2.7.2 负反馈放大电路的方框图及增益的一般表达式,2.7.3 负反馈对放大电路性能的改善,2.7.4 负反馈放大电路的分析方法,2.7 负反馈放大电路,2.7.5 负反馈放大电路的稳定问题,2.7.1 反馈的基本概念与分类,一、基本概念,二、四种类型的反馈组态,1.反馈,2.内部反馈和外部反馈,3.正反馈与负反馈,4.级间反馈与本级反馈,5.交流反馈与直流反馈,6.串联反馈与并联反馈,7.电压反馈与电流反馈,1.电压串联负反馈,2.电流并联负反馈,3.电压并联负反馈,4.电流串联负反馈,5.电压和电流负反馈的特点,6.信号源对反馈效果的影响,7.四种反馈组态中各信号量的比较,放大电路A,输入信号（Ui或Ii）,输出信号（Uo或Io）,反馈网络F,反馈信号（Uf或If）,将输出信号取出一部分或全部送回到放大电路的 输入回路，与原输入信号相加或相减后再作用到放大电路的输入端。,+,正向传输,反向传输,放大电路有反馈也称闭环,放大电路无反馈也称开环，,一、基本概念,1.反馈,一、基本概念,1.反馈,将电子系统输出回路的电量(电压或电流)，送回到输入回路的过程称之为反馈。,反馈通路信号反向传输的渠道,开环 无反馈通路,闭环 有反馈通路,反馈通路（反馈网络）,信号的正向传输,判断有无反馈的方法：看有无联系输出和输入的电路元素。,一、基本概念,内部反馈,外部反馈,2.内部 反馈和外部反馈,寄生反馈,人工反馈,一、基本概念,3.正反馈与负反馈,正反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变大了。,负反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变小了。,另一角度,正反馈：引入反馈后，使净输入量变大了。,负反馈：引入反馈后，使净输入量变小了。,判别方法：瞬时极性法。即在电路中，从输入端开始，沿着信号流向，标出某一时刻有关节点电压变化的斜率（正斜率或负斜率，用“+”、“-”号表示）。,例,(+),(+),(-),(-),(-),净输入量,(+),(+),(-),(-),净输入量,负反馈,正反馈,反馈通路,反馈通路,级间反馈通路,(+),(+),(+),(+),(-),(-),净输入量,级间负反馈,4.级间反馈与本级反馈,一、基本概念,5.交流反馈与直流反馈,(+),(+),(+),(+),交、直流负反馈,(+),判别方法：根据反馈到输入端的信号是交流，还是直流，或同时存在，来进行判别。它取决于反馈通路。,引入直流负反馈的目的主要是稳定静态工作点,引入交流负反馈的目的主要是改善放大电路的性能,增加隔直电容C后，Rf只对交流起反馈作用。,注：本电路中C1、C2也起到隔直作用。,一、基本概念,5.交流反馈与直流反馈,增加旁路电容C后，Rf只对直流起反馈作用。,一、基本概念,5.交流反馈与直流反馈,输入端：反馈信号在输入端的联接分为串联和并联两种方式。,一、基本概念,6.串联反馈与并联反馈,并联反馈,串联反馈,一、基本概念,6.串联反馈与并联反馈,uF,输出端：反馈信号在输出端分为取电压和取电流两种方式。,一、基本概念,7.电压反馈与电流反馈,判别方法电压反馈：将负载短路，反馈信号为零。电流反馈：将负载短路，反馈信号仍然存在。,电压反馈,电流反馈,一、基本概念,7.电压反馈与电流反馈,反馈类别的小结,反馈信号的极性,正反馈：,负反馈：,反馈信号使放大器的净输入信号增强,反馈信号使放大器的净输入信号减小,反馈信号的属性,直流反馈,交流反馈,混合反馈,反馈的取样信号,电压反馈,电流反馈,反馈在输入端的引入方式,并联反馈,串联反馈,一、基本概念,负反馈,交流反馈,直流反馈,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,稳定静态工作点,二、四种类型的反馈组态,重点讨论交流负反馈的四种组态,3.是否负反馈？,4.是负反馈！那么是何种类型的负反馈？（判断反馈的组态）,1.找出反馈网络（电阻）,2.是交流反馈还是直流反馈？,二、四种类型的反馈组态,反馈类型的分析步骤,动画二,动画三,1、电压串联负反馈,判断反馈的类型,1.找出反馈网络,Rf 和Re1,2.判断反馈的类型,(3)将输出对地短路，反馈消失，因此是电压反馈。,(4)输入信号和反馈信号分别加在三极管的b、e，为串联反馈。,(2)假定输入电压的瞬时极性为正，反馈电压的瞬时极性也为正，Udi=Ui-UfUi,因此是负反馈。,+,-,-,+,+,(1)电路中无电容，因此是交直流反馈,电路1,三极管的集电极与基极相位相反,电压串联负反馈,电路2,负反馈,电压反馈,电路3,+,+,+,+,运放输出的极性与同相输入端的极性相同，与反相输入端的极性相反。,电压串联负反馈,负反馈,电压反馈,2、电流并联负反馈,判断反馈的类型,1.找出反馈网络,Rf 和Re2,2.判断反馈的类型,(3)将输出对地短路，反馈仍存在，因此是电流反馈。,(4)输入信号和反馈信号都加在三极管的基极，故为并联反馈,(2)由瞬时极性法可判断：If的方向由输入流入Rf，Idi=Ii-IfIi，因此是负反馈。,+,-,-,-,(1)电路中无电容，因此是交直流反馈。,反馈信号与输入信号是电流相加减的关系。,电路1,电路2,+,+,-,-,电流并联负反馈,电路3,+,-,-,iID=iI-iF,电流并联负反馈,负反馈,3、电压并联负反馈,判断反馈的类型,1.找出反馈网络,Rf,2.判断反馈的类型,(3)将输出对地短路，反馈消失，因此是电压反馈。,(4)输入信号和反馈信号都加在三极管的基极，故为并联反馈。,(2)由瞬时极性法可判断：If的方向由输入流入Rf，Idi=Ii-If Ii，因此是负反馈。,+,-,(1)电路中无电容，因此是交直流反馈。,反馈信号与输入信号是电流相加减的关系。,电路1,+,-,iID=iI-iF,电压并联负反馈,负反馈,电路2,4、电流串联负反馈,判断反馈的类型,1.找出反馈网络,即与输入回路有关，又与输出回路有关的网络。,Re,2.判断反馈的类型,判断是电压反馈还是电流反馈,电压反馈：反馈信号的大小与输出电压成比例；电流反馈：反馈信号的大小与输出电流成比例。,由电路知Uf=IoRe，与输出电流Io成正比，因此是电流反馈,电路1,判断反馈的类型,2.判断反馈的类型,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，则为并联反馈；反之，加在放大电路输入回路的两个电极，则为串联反馈。,反馈信号与输入信号是电流相加减的关系。,反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。,对于三极管来说，反馈信号与输入信号同时加在输入三极管的基极或发射极，则为并联反馈；一个加在基极，另一个加在发射极则为串联反馈。,电路中输入信号Ui加在基极，反馈信号Uf加在发射极，因此是串联反馈,瞬时极性法：在放大电路的输入端，假设一个输入信号的电压极性，可用“+”、“-”。按信号传输方向经基本放大器反馈网络判断相关点的瞬时极性，直至判断出反馈信号的瞬时电压极性。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。,电流串联负反馈,判断反馈的类型,2.判断反馈的类型,+,+,Udi=Ui-Uf,Ui,即由于反馈的引入削弱了净输入信号，因此是负反馈,电流串联负反馈,判断反馈的类型,2.判断反馈的类型,电容观察法：反馈通路如存在隔直电容，则为交流反馈反馈通路如存在旁路电容，则为直流反馈反馈通路不存在电容，则为交直流混合反馈,显然，反馈为交直流混合反馈,综合前面分析可知：,该电路反馈元件Re引入的是交直流、电流串联负反馈,电路2,vS,+,+,+,+,vI,vF,vID,vID=vI-vF,电流串联负反馈,负反馈,A.电压串联负反馈,RL,电压负反馈：稳定输出电压,5.电压和电流负反馈的特点,RL,电流负反馈：稳定输出电流,B.电流并联负反馈,6.信号源对反馈效果的影响,vID=vI-vF,要想反馈效果明显，就要求vF变化能有效引起vID的变化。则vI最好为恒压源，即信号源内阻RS越小越好。,iID=iI-iF,要想反馈效果明显，就要求iF变化能有效引起iID的变化。则iI最好为恒流源，即信号源内阻RS越大越好。,串联负反馈,并联负反馈,7、四种反馈组态中各信号量的比较输出量、输入量、净输入量、反馈量的量纲各不相同。,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,为什么在并联负反馈电路中不加恒压源信号？,为什么在串联负反馈电路中不加恒流源信号？,因无法改变净输入,2.7.2 负反馈放大电路的方框图及增益的一般表达式,一、负反馈放大电路的方框图,二、负反馈放大电路增益的一般表达式,环路增益,反馈深度的讨论,表达式推导,一、负反馈放大电路的方框图,信号源,输出信号,反馈放大电路的输入信号,反馈信号,基本放大电路的输入信号（净输入信号）,反馈放大电路的三个环节：,放大：,反馈：,叠加：,基本放大电路A,反馈网络F,输出信号,输入信号,反馈信号,差值信号,二、负反馈放大电路增益的一般表达式,1.表达式推导,开环增益,反馈系数,闭环增益,因为,所以,已知,即,闭环增益的一般表达式,又因为,所以,对信号源的增益,电压串联,电压并联,电流串联,电流并联,信号 在四种反馈阻态中的具体形式,2.反馈深度的讨论,一般负反馈,二、负反馈放大电路增益的一般表达式,称为反馈深度,深度负反馈,正反馈,自激振荡,2.7.3 负反馈对放大电路性能的改善,提高增益的稳定性,减小非线性失真,扩展频带,对输入电阻的影响,为改善性能引入负反馈的一般原则,对输出电阻的影响,一、提高增益的稳定性,1、闭环时,则,只考虑幅值有,即闭环时增益相对变化量减小到开环时的1/(1+AF)倍,2、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。,1.负反馈改善波形失真的实质是利用失真减小失真，但不能完全消除失真。2.负反馈只能减小反馈环内的失真，如输入信号本身就是失真的，负反馈则不能改善失真。,二、减小非线性失真,方法1,动画四,二、减小非线性失真,闭环时增益减小，线性度变好。,vI,vo,方法2,在深度负反馈条件下,幅频特性曲线：,放大器的增益AV与频率f的关系曲线,低频截止频率,高频截止频率,BW=fh-fl,通频带,引入反馈后,增益下降,通频带加宽BWf=(1+AF)BW,由此可知：负反馈的引入使放大电路的通频带得到展宽,三、扩展频带,负反馈对输入电阻的影响与反馈加入的方式有关，即与串联或并联反馈有关；而与输出取样无直接关系，即与电压或电流反馈无关。,1.串联负反馈使输入阻抗增加,无反馈时,ri=Udi/Ii,有反馈时,rif=Ui/Ii,四、对输入电阻的影响,2.并联负反馈使输入阻抗减小,无反馈时,ri=Ui/Idi,有反馈时,rif=Ui/Ii,Ii=If+Idi,If=AFIdi,Ii=(1+AF)Idi,负反馈对输出电阻的影响与输出取样的内容有关，即与电压或电流反馈有关；而与输入端的连接方式无直接关系，即与串联或并联反馈无关。,五、对输出电阻的影响,1、电压负反馈,电压负反馈能稳定输出电压,电压负反馈使输出电阻减小,五、对输出电阻的影响,2、电流负反馈,电流负反馈能稳定输出电流,电流负反馈使输出电阻增大,为改善性能引入负反馈的一般原则,要稳定直流量,引入直流负反馈,要稳定交流量,引入交流负反馈,要稳定输出电压,引入电压负反馈,要稳定输出电流,引入电流负反馈,要增大输入电阻,引入串联负反馈,要减小输入电阻,引入并联负反馈,要增大输出电阻,要减小输出电阻,引入电流负反馈,引入电压负反馈,1.深度负反馈的特点,即，深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈网络有关,由于,则,又因为,代入上式,得,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“两虚”的概念,2.7.4 深度负反馈条件下的近似计算,1.深度负反馈的特点,串联负反馈，输入端电压求和。,深度负反馈条件下,虚短,虚断,虚短,虚断,并联负反馈，输入端电流求和。,深度负反馈条件下的近似计算,2.各种反馈阻态的近似计算,（1）电压串联负反馈,利用虚短和虚断的概念得知,则反馈系数为,闭环电压增益,深度负反馈条件下的近似计算,1.自激振荡条件,自激振荡,反馈深度,即,又,得自激振荡条件,幅值条件,相位条件（附加相移）,注：输入端求和的相位（-1）不包含在内,闭环增益,负反馈放大电路的稳定问题,2.稳定工作条件,破坏自激振荡条件,或写为,其中,Gm幅值裕度，一般要求Gm-10dB,m相位裕度，一般要求m 45,保证可靠稳定，留有余地。,Gm幅值裕度,m相位裕度,-,-,幅值条件,相位条件,