放大电路中的反馈.ppt

第六章放大电路中的反馈,第六章放大电路中的反馈,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,6.4深度负反馈放大电路放大倍数分析,6.6负反馈放大电路的稳定性,6.3负反馈对放大电路的方框图,6.5负反馈对放大电路性能的影响,本章重点,2.负反馈组态的正确判断方法,3.深度负反馈放大电路放大倍数的计算,4.负反馈的作用,1.反馈的基本概念,基本要求:(1)正确理解反馈的基本概念，负反馈放大电路增益的一般表达式，4种反馈组态及其特点。(2)能用瞬时极性法判别正、负反馈及反馈类型，正确解释负反馈对放大电路性能的影响。(3)近似计算深度负反馈放大电路的增益。(4)了解负反馈放大电路产生自激的原因和条件，能用稳定裕度的概念分析反馈放大电路的稳定性。学习目标:会看，会判断反馈的类型和极性,会定性分析其作用。会引，会根据需要正确引入反馈。会算，会估算深度负反馈放大电路的闭环增益。会消振，会通过实验调试消除反馈放大电路中的自激振荡。,6.1 反馈的基本概念及判断方法,一、反馈二、正负反馈三、直流反馈和交流反馈四、局部反馈和级间反馈五、电压反馈和电流反馈六、串联反馈和并联反馈,一、什么是反馈,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。,6.1 反馈的基本概念及判断方法,要研究哪些问题？,反馈放大电路可用方框图表示。,有无反馈的判断,“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,“找联系”：是找输出回路与输入回路的联系，并由此影响放大电路的净输入量.,既在输入回路又在输出回路，因而引入了反馈。,有无反馈的判断,开环 无反馈通路,闭环 有反馈通路,二、正反馈和负反馈,从反馈的结果来判断，凡反馈的结果使输出量的变化减小的为负反馈，否则为正反馈；,引入反馈后其变化是增大？还是减小？,引入反馈后其变化是增大？还是减小？,或者，凡反馈的结果使净输入量减小的为负反馈，否则为正反馈。,1.概念,2.正、负反馈（反馈极性）的判断,“看反馈的结果”，即净输入量是被增大还是被减小。,瞬时极性法：给定 的瞬时极性，并以此为依据分析电路中各电流、电位的极性从而得到 的极性；,的极性 的极性、的叠加关系,正反馈,负反馈,2.正、负反馈的判断,反馈量是仅仅决定于输出量的物理量。,在判断集成运放构成的反馈放大电路的反馈极性时，净输入电压指的是集成运放两个输入端的电位差，净输入电流指的是同相输入端或反相输入端的电流。,反馈量,反馈电流,反馈量仅决定于输出量,净输入电流减小，引入了负反馈,净输入电流增大，引入了正反馈,单个运放反馈引入到反向输入端,引入的一定是负反馈.,分立元件放大电路反馈极性的判断,在判断分立元件反馈放大电路的反馈极性时，净输入电压常指输入级晶体管的b-e（e-b）间或场效应管g-s（s-g）间的电位差，净输入电流常指输入级晶体管的基极电流（射极电流）或场效应管的栅极（源极）电流。,三、直流反馈和交流反馈,直流通路中存在的反馈称为直流反馈，交流通路中存在的反馈称为交流反馈。,交流负反馈,1.概念,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。,设以下电路中所有电容对交流信号均可视为短路。,交、直流反馈共存,仅有直流反馈,2.直流反馈和交流反馈的判断,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,增加旁路电容C后，Rf只对直流起反馈作用。,四、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称为级间反馈。,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。,五、电压反馈和电流反馈,将输出电压的一部分或全部引回到输入回路来影响净输入量的为电压反馈，即,将输出电流的一部分或全部引回到输入回路来影响净输入量的为电流反馈，即,1.概念,输出端：反馈信号在输出端分为取电压和取电流两种方式。,2.电压反馈和电流反馈的判断,电路引入了电压负反馈,令输出电压为0，若反馈量随之为0，则为电压反馈；若反馈量依然存在，则为电流反馈。,2.电压反馈和电流反馈的判断,仅受基极电流的控制,电路引入了电流负反馈,反馈电流,令输出电压为零，反馈电流仍存在，所以是电流负反馈,六、串联反馈和并联反馈,描述放大电路和反馈网络在输入端的连接方式，即输入量、反馈量、净输入量的叠加关系。,-串联负反馈,-并联负反馈,负反馈,1.概念,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。,2.串联反馈和并联反馈的判断,在输入端，输入量、反馈量和净输入量以电压的方式叠加，为串联反馈；以电流的方式叠加，为并联反馈。,引入了并联反馈,引入了串联反馈,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,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,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？,反馈类型的分析步骤,6.2.1 负反馈放大电路的分析要点,6.2 负反馈放大电路的四种基本组态,6.5.2 四种负反馈放大电路,一、电压串联负反馈二、电流串联负反馈三、电压并联负反馈四、电流并联负反馈,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。,6.2负反馈放大电路的四种基本组态,（4）反馈量是取自于输出电压，则稳定输出电压；反馈量是取自于输出电流，则稳定输出电流。,（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,6.2.2 四种负反馈组态,一、电压串联负反馈,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,方框图,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,uo,uf,ube=ui-uf,uc1,ub2,uc2,uo,电压负反馈的重要特点是电路的输出电压趋于维持恒定。,二、电流串联负反馈,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,方框图,电流负反馈能够稳定输出电流。,图示电路有无引入反馈？是直流反馈还是交流反馈？是正反馈还是负反馈？若为交流负反馈，其组态为哪种？,_,+,+,uF,1.若第三级从射极输出，则电路引入了哪种组态的交流负反馈？,2.若在第三级的射极加旁路电容，则反馈的性质有何变化？,引入了电流串联负反馈,三、电压并联负反馈,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,方框图,四、电流并联负反馈,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：,方框图,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,例:判断反馈的组态。,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,6.3.1 负反馈放大电路的方框图表示法,6.3 负反馈对放大电路的方框图,6.3.2 四种组态电路的方框图,6.3.3 负反馈放大电路的一般表达式,负反馈放大电路的方框图,断开反馈，且考虑反馈网络的负载效应,决定反馈量和输出量关系的所有元件所组成的网络,负反馈放大电路的基本放大电路,反馈网络,方框图中信号是单向流通的。,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？,6.3.2 四种组态电路的方框图,表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,负反馈放大电路放大倍数的一般表达式,基本放大电路的放大倍数,反馈系数,反馈放大电路的放大倍数,环路放大倍数,闭环增益的一般表达式,一般负反馈,称为反馈深度,深度负反馈,正反馈,自激振荡,6.4.1 深度负反馈的实质,6.4 深度负反馈放大电路放大倍数的分析,6.4.2 反馈网络的分析,6.4.3 深度负反馈下放大倍数的计算,6.4.4 基于理想运放的放大倍数的计算,净输入量可忽略不计,6.4.1 深度负反馈的实质,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,6.4.1 深度负反馈的实质,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。,6.4.1 深度负反馈的实质,一、电压串联负反馈电路,6.4.3 深度负反馈下放大倍数的计算,二、电压并联负反馈电路,Rif很小,为什么?,为什么?,二、电压并联负反馈电路,三、电流串联负反馈电流,四、电流并联负反馈电路,深度负反馈条件下四种组态负反馈放大电路的电压放大倍数,讨论一 求解在深度负反馈条件下电路的电压放大倍数。,_,+,+,uF,比较两电路,讨论二 求解在深度负反馈条件下电路的电压放大倍数。,1.第三级从射极输出；2.若在第三级的射极加旁路电容，且在输出端和输入端跨接一电阻。,一、理想运放,开环差模电压增益 Aod=；,输出电阻 ro=0；,共模抑制比 KCMR=；,差模输入电阻 rid=；,UIO=0、IIO=0、UIO=IIO=0；,输入偏置电流 IIB=0；,-3 dB 带宽 fH=，等等。,理想运放工作区：线性区和非线性区,实际运放的技术指标与理想运放比较接近，因此用理想运放代替实际运放分析所产生的误差并不大，在工程计算中是允许的，由此却带来了分析的大大简化。,6.4.4 基于理想运放的放大倍数的计算,因为uO为有限值，Aod，所以 uNuP0，即,因为rid，所以,uNuP虚短路,iNiP0虚断路,二、理想运放在线性工作区,输出电压与其两个输入端的电压之间存在线性放大关系，即,三、理想运放的非线性工作区,+UOM,-UOM,理想运放工作在非线性区特点：,当 uP uN时，uO=+UOM当 uP uN时,uO=-UOM,1.uO 的值只有两种可能,在非线性区内，(uP-uN)可能很大，即 uP uN。“虚地”不存在,2.理想运放的输入电流等于零,Vo,0,VOM,-VOM,理想,实际,线性区,非线性区,非线性区,运放的传输特性,VOM为正向输出饱和电压-VOM为负向输出饱和电压其数值接近运放的正负电源电压,引入深度负反馈,开环或引入正反馈,分析应用电路的工作原理时，首先要分清运放工作在线性区还是非线性区。,因为uO为有限值，Aod，所以 uNuP0，即,因为rid，所以,理想运放参数特点：Aod，rid，ro0。,电路特征：引入负反馈,uNuP虚短路,iNiP0虚断路,四、基于理想运放的放大倍数的计算,利用“虚短”、“虚断”求解电路。,讨论三,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,讨论四,已知R210K，R4100 K，求解在深度负反馈条件下的AUF,解：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,讨论五,6.5.1 稳定放大倍数,6.5 负反馈对放大性能的影响,6.5.2 改变输入输出电阻,6.5.3 展宽频带,6.5.4 减小非线性失真,6.5.5 放大电路引入负反馈的一般原则,在中频段，放大倍数、反馈系数等均为实数。,说明放大倍数减小到基本放大电路的，,放大倍数的稳定性是基本放大电路的 倍。,6.5.1 稳定放大倍数,一、对输入电阻的影响,引入串联负反馈时,对输入电阻的影响仅与反馈网络与基本放大电路输入端的接法有关，即决定于是串联反馈还是并联反馈。,6.5.2 改变输入输出电阻,串联负反馈对输入电阻影响的讨论,引入串联负反馈，使引入反馈的支路的等效电阻增大到原来的（1AF）倍。,引入串联负反馈，对图示两电路的输入电阻所产生的影响一样码？Rb1支路在引入反馈前后对输入电阻的影响有无变化？,引入并联负反馈时,串联负反馈增大输入电阻，并联负反馈减小输入电阻。,二、对输出电阻的影响,引入电压负反馈时,对输出电阻的影响仅与反馈网络与基本放大电路输出端的接法有关，即决定于是电压反馈还是电流反馈。电压负反馈减小输出电阻，电流负反馈增大输出电阻。,所取电流已在其负载效应中考虑,引入电流负反馈时,所取电压已在其负载效应中考虑,电流负反馈对输出电阻影响的讨论,Rc2支路在引入反馈前后对输出电阻的影响有无变化？,引入电流负反馈，使引出反馈的支路的等效电阻增大到原来的（1AF）倍。,引入负反馈后的幅频特性,fL,fH,6.5.3 展宽频带,由于晶体管输入特性的非线性，当b-e间加正弦波信号电压时，基极电流的变化不是正弦波。,可以设想，若加在b-e之间的电压正半周幅值大于负半周的幅值，则其电流失真会减小，甚至为正弦波。,6.5.4 减小非线性失真,设基本放大电路的输出信号与输入信号同相。,可以证明，在引入负反馈前后输出量基波幅值相同的情况下，非线性失真减小到基本放大电路的1/(1AF)。,净输入信号的正半周幅值小于负半周幅值,6.5.4 减小非线性失真,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,从信号转换关系上看，输出电压是输入电压受控源的为电压串联负反馈，输出电压是输入电流受控源的为电压并联负反馈，输出电流是输入电压受控源的为电流串联负反馈，输出电流是输入电流受源的为电流并联负反馈；当(1AF)1时，它们的转换系数均约为1/F。,6.5.5 放大电路引入负反馈的一般原则,讨论一,为减小放大电路从信号源索取的电流，增强带负载能力，应引入什么反馈？为了得到稳定的电流放大倍数，应引入什么反馈？为了稳定放大电路的静态工作点，应引入什么反馈？为了使电流信号转换成与之成稳定关系的电压信号，应引入什么反馈？为了使电压信号转换成与之成稳定关系的电流信号，应引入什么反馈？,讨论二,试在图示电路中分别引入四种不同组态的交流负反馈。,电流反馈,电压反馈,串联反馈,并联反馈,讨论三在图示电路中能够引入哪些组态的交流负反馈？,只可能引入电压并联或电流串联两种组态的交流负反馈。,自激振荡产生的原因及条件,6.6负反馈对放大电路的自激振荡,负反馈放大电路稳定性的分析,6.6.3 负反馈放大电路稳定性的判断,消除自激振荡的方法,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。,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,自激振荡产生的原因及条件,对 f=f0的信号，净输入量是输入量与反馈量之和。,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。,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,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:,负反馈放大电路稳定性的分析,什么样的放大电路引入负反馈后容易产生自激振荡？,三级或三级以上的直接耦合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，闭合后越容易产生自激振荡。,负反馈放大电路稳定性的分析,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。,6.6.3 负反馈放大电路稳定性的判断,稳定裕度,电路稳定,Gm,幅值裕度,相位裕度,Gm10dB，且m45，负反馈放大电路才具有可靠的稳定性。,小 结,一、反馈的基本概念及对反馈的判断1.有无反馈的判断：看放大电路的输出回路与输入回路之间是否存在反馈网络（或反馈通路），若有则存在反馈，电路为闭环的形式；否则就不存在反馈，电路为开环的形式。2.交、直流反馈的判断：存在于放大电路交流通路中的反馈为交流反馈。引入交流负反馈是为了改善放大电路的性能；存在于直流通路中的反馈为直流反馈。引入直流负反馈的目的是稳定放大电路的静态工作点。3.反馈极性的判断：时极性法，即假设输入信号在某瞬时的极性为（+），再根据各类放大电路输出信号与输入信号间的相位关系，逐级标出电路中各有关点电位的瞬时极性或各有关支路电流的瞬时流向，最后看反馈信号是削弱还是增强了净输入信号，若是削弱了净输入信号，则为负反馈；反之则为正反馈。实际放大电路中主要引入负反馈。,小 结,4.电压、电流反馈的判断：用输出短路法，输出电压对地短路若反馈信号不存在了，则是电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为电流反馈。电压负反馈能稳定输出电压，电流负反馈能稳定输出电流。5.串联、并联反馈的判断根据反馈信号与输入信号在放大电路输入回路中的求和方式判断。若 与 以电压形式求和，则为串联反馈；若 与 以电流形式求和，则为并联反馈。为了使负反馈的效果更好，当信号源内阻较小时，宜采用串联反馈；当信号源内阻较大时，宜采用并联反馈。,小 结,二、负反馈放大电路有四种类型：电压串联负反馈、电压并联负反馈、电流串联负反馈、电流并联负反馈放大电路。串联负反馈：要用内阻较小的信号源即电压源提供输入信号 并联负反馈：要用内阻较大的信号源即电流源提供输入信号 电压负反馈：稳定输出电压 电流负反馈：稳定输出电流 四种组态负反馈放大电路又常被对应称为压控电压源、流控电压源、压控电流源和流控电流源电路。,小 结,三、引入负反馈后，放大电路的许多性能指标得到了改善，如提高了电路增益的稳定性、减小了非线性失真，抑制了干扰和噪声、扩展了通频带，串联负反馈使输入电阻提高，并联负反馈使输入电阻下降，电压负反馈降低了输出电阻，电流负反馈使输出电阻增加。实际应用中，可依据负反馈的上述作用引入符合设计要求的负反馈。四、对于深度负反馈放大电路，可利用“虚短”、“虚断”概念估算闭环电压增益。一般步骤：1.判断反馈类型;2.求反馈系数；(利用虚断、虚短)3.求闭环增益；4.求电压增益。,