反馈分析.ppt

反馈放大电路及应用,反馈是自动控制和自动调节中一个必不可少的环节。不管是工业控制或是社会经济管理，人的机体调理，都存在着各种各样的反馈。举例：供水系统,根据集成运放的理想模型，集成运放在开环下不能正常工作，只有在引入负反馈的闭环条件下才能稳定地工作。,放大器引入负反馈后能改善放大器的许多技术指标，如：提高放大器的工作稳定性，改善非线性失真，抑制噪声，提高输入电阻，降低输出电阻，展宽通频带等。,反馈放大器,开环放大器框图表示：,信号源,基本放大器,负载,3.3.1反馈的基本概念与分类,一、反馈基本概念,反馈放大器输出电量（电压或电流）中的一部分（或全部），通过一定的电路形式（称反馈网络），送回到输入回路，与原输入信号一起加到放大器的净输入端，从而使输出电量得以自动调节。,反馈放大器,反馈放大器框图表示：,反馈网络：它向输出电路索取电量，并将该电量转换成与原输入量纲一致的电量。,根据输出量的不同分为：电压反馈电流反馈,反馈放大器,控制什么量就应该反馈什么量！,电压取样，反馈信号与输出电压成正比-电压反馈,电压反馈,电流反馈,电流取样，反馈信号与输出电流成正比-电流反馈,反馈放大器,由于输入量 可能是电压量，也可能是电流量，反馈量 只有与输入量的量纲相一致时，才能求和，所以，反馈网络还承担信号的变换作用。,比较求和电路：输入量与反馈量在相同的电量形式下相加减。,反馈放大器,根据输入量与反馈量叠加方式大不同分为：串联反馈并联反馈,串联反馈：电压相加减,串联叠加形式,并联反馈：电流相加减,并联叠加形式,正反馈一般用在振荡器中，而负反馈通常用在放大器中，以改善放大器的性能指标。,正反馈：反馈后，使净输入电量增加，即,负反馈：反馈后，使净输入电量减小，即,交流反馈：仅存在交流反馈量的反馈。,直流反馈：仅存在直流反馈量的反馈。,根据作用交直流信号的不同分为：,如何分析反馈电路,二、反馈放大器的类型分析,确定沟通输入电路与输出电路的反馈器件或电路通道,确定沟通输入电路与输出电路的反馈器件或电路通道,输入信号与反馈信号是否作用于同一点，确定串并联反馈,输入信号与反馈信号是否作用于同一点，确定串并联反馈,输入信号与反馈信号是否作用于同一点，确定串并联反馈,并联反馈 反馈量形式：电压,输入信号与反馈信号是否作用于同一点，确定串并联反馈,串联反馈 反馈量形式：电流,确定反馈量与输出量的关系（电压反馈/电流反馈）,令输入量为0，取消放大环节，判断反馈量与输出量的关系（与负载无关）。,确定反馈量与输出量的关系（电压反馈/电流反馈）,方法1：写出反馈量与输出量的函数关系，表达式不显含负载,确定反馈量与输出量的关系（电压反馈/电流反馈）,方法2：将输出端（负载）短路或开路，观察反馈量的变化。,确定反馈量与输出量的关系（电压反馈/电流反馈）,考虑微变小信号模型,电压反馈还是电流反馈取决于反馈量Xf是正比于输出电压还是正比于输出电流？,确定正反馈/负反馈,判断方法：用瞬时极性法：假若在某瞬时输入极性为，然后根据放大器的组态，逐级推出该时刻的瞬时变化极性、经反馈网络后的极性，然后决定反馈信号与原信号的相位关系。,确定正反馈/负反馈,确定正反馈/负反馈,直流反馈和交流反馈,在直流通路中存在的反馈,直流反馈,在交流通路中存在的反馈,交流反馈,在交直流通路中都有反馈,交直流反馈并存,Re2只存在直流反馈，没有交流反馈；,Rf、Cf只存在交流反馈，没有直流反馈；,Re1既存在着直流反馈，同时,也存在交流反馈，即交直流反馈并存；,负反馈放大器的分析,作业,17.1.1 c,d17.2.117.2.317.2.617.2.8,三、负反馈作用过程,1.电压负反馈时，当负载电阻RL变化情况下，其作用是维持输出电压不变，即可稳定输出电压。在输入信号不变下，当RL改变时，其电压的稳定过程如下：,负反馈放大器的分析,电压并联负反馈,戴维南定理,注意极性,负反馈放大器的分析,电压串联负反馈,2.电流负反馈时，当负载电阻RL变化情况下，其作用是维持输出电流不变，即可稳定输出电流。在输入信号不变下，当RL改变时，其电流的稳定过程如下：,负反馈放大器的分析,电流串联负反馈,负反馈放大器的分析,电流并联负反馈,二、负反馈放大电路的增益函数,由负反馈放大器的方块图可知，放大器的闭环增益函数为：,负反馈放大器的增益函数,将上式写成幅模形式后,对该式讨论如下：,闭环后的电路增益由反馈系数决定，式中的,负反馈放大器的增益函数,称为反馈深度，它越大，反馈深度越深。,负反馈牺牲了放大器增益,提高了放大器的性能指标,正反馈虽提高增益,但稳定性差，会使放大器无法工作,负反馈放大器的增益函数,3.3.3 负反馈对放大电路性能的改善,负反馈降低了增益，但换来了许多技术指标的提高,一、提高闭环增益的稳定性,放大器的增益会因环境的各种因素而发生变化，加了负反馈后会抑制这种变化，使其增益稳定。,假定信号在中频段，且反馈网络为纯电阻，故放大倍数 和反馈系数 都是实数。所以增益函数表达式为：,负反馈改善放大器性能,微分得,两边同除Af后得,该式表明：放大器引入了负反馈后，其增益的相对变化量dAf/Af是无反馈时的1/（1+AF）。说明负反馈越深，放大倍数的稳定性越好。,负反馈改善放大器性能,二、改善放大器的非线性失真,非线性失真由器件的非线性特性引起。假定输入信号为正弦，经放大后产生了不对称的输出波形，即产生了失真了。,负反馈改善放大器性能,加了负反馈波形改善情况,无负反馈情况,非线性失真的定量分析：,由于非线性失真是信号大了之后引起，所以假定失真由末级引起，如图所示：,开环时：,闭环后：输出信号降低了，并为,模拟失真的信号,负反馈改善放大器性能,增大 后，上式变为：,式子表明，负反馈后，可以加大有用的输入信号，使损失部分得以补尝，而负反馈将失真部分的信号得到了抑制。,负反馈改善放大器性能,这里必须注意：信号本身的非线性，负反馈将无能为力。,三、抑制放大电路内部的温漂，噪声及干扰,如果噪声、干扰来自电路内部时，负反馈能起到抑制作用，这时只要加大有用信号，以提高信噪比（S/N）。,如果噪声、干扰混在有用信号中或来自电路外部，则负反馈无能为力。只能用屏蔽、隔离、滤波或消除干扰源等手段加以剔除。,负反馈改善放大器性能,四、展扩放大器的通频带,假定反馈网络为纯电阻，F为实数，且放大电路在低频段和高频段都只有一个转折频率（极点频率）。因此，高低频段频率特性的复数表达式分别为：,负反馈改善放大器性能,低频段,高频段,可见闭环后，上限频率展宽了。,加了负反馈后的高频段频率特性,可见闭环后，中频增益下降了。,负反馈改善放大器性能,加了负反馈后的低频段频率特性,其中,负反馈改善放大器性能,可见放大器引入负反馈后，上限频率升高了，下限频率降低了，因而使放大器的通频带扩展了，下图是负反馈使通频带展宽的波特图。,负反馈改善放大器性能,负反馈展宽通频带的波特图说明,五、负反馈对输出电阻的影响,电压反馈使输出电阻减少,电压串联,假定反馈电路中信号单向化传输，取样电路不取电流并无压降；,负反馈改善放大器性能,电压反馈使输出电阻减少,电压并联,负反馈改善放大器性能,电流反馈使输出电阻增加,电流并联,负反馈改善放大器性能,电流反馈使输出电阻增加,电流串联,负反馈改善放大器性能,六、负反馈对输入电阻的影响,串联反馈输入电阻增加,负反馈改善放大器性能,并联反馈输入电阻减少,无反馈时，,加了负反馈后,输入电流增加了,所以，输入电阻下降了，且为：,负反馈改善放大器性能,3.3.4 负反馈放大电路的计算,放大器加了反馈之后使电路复杂了，传统方法是画出等效电路后，利用电路原理中的方法求解各项技术指标。现在可用计算机辅助分析。目前大量的可以用计算机进行仿真求取。,而在工程实际中，在某些条件下，常常用工程中的估算方法来处理。,深度负反馈放大器的工程估算：,深度负反馈的条件：,深度负反馈的计算,净输入：,对串联负反馈，放大器的净输入电压近似为零，这种情况称输入端为“虚短”，好象输入端短路一样(但并不是真的短接在一起)。,工程上(1+10）就算是深度负反馈了。,此时：,，,运放组成运算电路,输入电阻Rif：,注意是串联反馈,输出电阻Rof：,注意是电压反馈,