负反馈对放大电路性能的影响.ppt
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1、负反馈对放大电路性能的改善,封面,四川稻城冲古寺景区,返回,引言,本页完,引言,负反馈虽然使放大电路的增益下降,但能从多方面改善放大电路的性能,如:稳定放大倍数;减少非线性失真 抑制反馈环内噪声 扩展频带 可改变输入电阻和输出电阻的大小,返回,学习要点,本 节 学 习 要 点 和 要 求,负反馈对放大电路性能的改善,负反馈是如何减少放大电路的非线性失真,负反馈如何抑制反馈环内的噪声,负反馈扩展放大电路的频带,负反馈是如何稳定放大电路的放大倍数,负反馈对放大电路输入输出电阻的影响,返回,一、稳定放大倍数,一、稳定放大倍数,负反馈对放大电路性能的改善,继续,本页完,由于多种原因,例如环境温度的变化
2、,器件的老化和更换以及负载的变化等,都能致使电路元件参 数和放大器件的特性参 数发生变化,因而导致放大电路增益的改变。,为书写方便,本课件凡是相量均用红色字体表示而不在字上加点“”。,但引入负反馈后,当输入信号一定时,电压负反馈能使输出电压基本维持恒定,电流负反馈能使输出电流基本维持恒定,因而能够维持增益恒定,这是引入负反馈的优点之一。,讨论1:引入负反馈能稳定增益,负反馈对放大电路性能的改善,继续,本页完,Af=,Af,1.引入负反馈能恒定增益的讨论,负反馈能使增益恒定的结论亦可以通过反馈环放大倍数Af 的数学表达式得出。,在上式中,若|1+AF|1,显然有,上式说明,引入深度负反馈后,放大
3、电路增益只决定于反馈网络,而与基本放大电路A几乎无关。,一、稳定放大倍数,反馈网络一般是由一些性能比较稳定的无源线性元件组成,因此引入负反馈后增益是比较恒定的。,一、稳定放大倍数,讨论2:增益恒定程度的定量分析,继续,负反馈对放大电路性能的改善,Af 闭环增益,=,改写为,A 开环增益,两式相除得,本页完,2.增益恒定程度的定量分析,定量分析过程如下:,在上式中对A取导数,为讨论增益恒定的程度,通常通过放大电路有、无反馈两种情况下增益相对变化之比来评定,即先确定开环放大时的增益A的相对变化量dA/A,再确定闭环时的增益 Af 的相对变化量dAf/Af。然后比较两个相对变化量来评定引入负反馈后电
4、路增益的恒定性改善了多少。,讨论增益的恒定性时主要的对象是增益大小的恒定性,可不考虑相位的关系,所以以下讨论可用正实数来替代相量。,一、稳定放大倍数,增益恒定程度的定量分析结论,负反馈对放大电路性能的改善,继续,本页完,2.增益恒定程度的定量分析,例如若(1+AF)=10,上式可写为:,那么当基本放大电路A受温度变化使本身的增益A变化了10%时,整个闭环放大器的增益Af 只变化了 1%。,上式表明,有负反馈时电路受外界影响的增益相对变化只是开环增益相对变化的1/(1+AF)。,过度,负反馈对放大电路性能的改善,继续,2.增益恒定程度的定量分析,上式表明,有负反馈时电路受外界影响的增益相对变化只
5、是开环增益相对变化的1/(1+AF)。,一、稳定放大倍数,四种负反馈电路的输出量对输入量影响的关系,负反馈对放大电路性能的改善,继续,本页完,输出电压UO对输入电流Iid(Ii)的影响,输出电压UO对输入电压Uid(Ui)的影响,输出电流 IO 对输入电流Iid(Ii)的影响,输出电流IO对输入电压Uid(Ui)的影响,在负反馈电路中,增益的概念不仅仅指电压的增益,还会有其它形式的增益。因为负反馈电路对输入的影响有四种情形:,2.增益恒定程度的定量分析,上式表明,有负反馈时电路受外界影响的增益相对变化只是开环增益相对变化的1/(1+AF)。,提问:这是什么反馈类型。,提问:这是什么反馈类型。,
6、提问:这是什么反馈类型。,提问:这是什么反馈类型。,一、稳定放大倍数,电压增益和电流增益,负反馈对放大电路性能的改善,继续,本页完,通常使用得比较多和我们较为容易接受的是两种,一种是电压增益Au,另一种是电流增益Ai。,电压串联负反馈,电流并联负反馈,2.增益恒定程度的定量分析,上式表明,有负反馈时电路受外界影响的增益相对变化只是开环增益相对变化的1/(1+AF)。,一、稳定放大倍数,互阻增益和互导增益,负反馈对放大电路性能的改善,现在介绍另外两种形式的增益,一种称为互阻增益Aui,另一种称为互导增益Aiu。,相应的反馈系数也分为、Fuu、Fii、Fiu、Fui,量纲也是不同的,但AF总是无量
7、纲的.,继续,2.增益恒定程度的定量分析,上式表明,有负反馈时电路受外界影响的增益相对变化只是开环增益相对变化的1/(1+AF)。,表示输入电流Iid对输出电压UO的控制作用,称为互阻增益,单位为,Aui 越大,表示较小的输入电流即得到较大的输出电压,增益越大。(电压并联负反馈),表示输入电压Uid对输出电流IO的控制作用,称为互导增益,单位为(S)西门子.Aiu 越大,表示较小的输入电压即可得到较大的输出电流,增益越大.(电流串联负反馈),本页完,一、稳定放大倍数,各量的量纲和表达形式等请同学们自行参考本章第二节课件。,二、减少非线性失真1.负反馈减少非线性失真原理 开环增益的非线性,二、减
8、少非线性失真,负反馈对放大电路性能的改善,继续,所谓非线性失真,以电压增益为例,就是输出uO与输入ui 不成正比关系。,通常所使用的 开 环增益 uo=Au ui 只是某一范围内的近似,超过了这个范围就不再是线性的了。,uo,ui,开环电压增益曲线。,Au,0,线性段,符合uo=Au ui。,负反馈减少非线性失真原理,二、减少非线性失真,负反馈对放大电路性能的改善,uo,ui,Au,闭环电压增益曲线。,Af,继续,0,注意:负反馈减少非线性失真所指的是反馈环内的失真。如果输入波形本身就失真的,这时即使引入负反馈,也是无济于事的。,1、负反馈减少非线性失真原理。,引入负反馈尤其是深度负反馈后,闭
9、环放大电路(反馈环)的电压增益为:,电压增益虽然减少了,但很大的范围内电压增益基本是线性的。,本页完,开环电压增益曲线。,线性段,符合uo=Au ui。,过度,二、减少非线性失真,负反馈对放大电路性能的改善,继续,基本放大电路A,Xid,XO,Xi,2.负反馈减少非线性失真过程 开环时的非线性失真输出波形,二、减少非线性失真,负反馈对放大电路性能的改善,继续,本页完,2、负反馈减少非线性失真过程,未加负反馈时(开环)非线性失真情形。,由于放大器的非线性,令输出信号产生失真。,负反馈减少非线性失真过程,二、减少非线性失真,负反馈对放大电路性能的改善,2、负反馈减少非线性失真过程,加入负反馈后非线
10、性失真的改善过程,利用反馈网络把输出信号回馈至输入端的比较环节。,反馈网络F,Xf,Af,继续,本页完,在比较环节上,Xi与Xf相减,得出新的净输入Xid,造成预失真。,基本放大器的非线性失真抵消了预失真,令闭环放大器的输出信号的失真得以减少。,单击此进入负反馈减少非线性失真过程演示,单击此观看示波器演示减少非线性失真过程,三、抑制反馈环内噪声 开环电路的信噪比,三、抑制反馈环内噪声,负反馈对放大电路性能的改善,对于放大电路来说,除了输入有用信号(称为S)外,不可避免还会有噪声信号(称为N),噪声是有害的。,衡量电路的指标之一就是信噪比S/N.若信噪比越高,电路或说输出的质量就优越。,对于开环
11、电路来说,有用信号US与噪声Un都得到放大,继续,本页完,如电视信号中 的信噪比越大,画面的“雪花”就越少。,输出信号的信噪比,S/N=,对于开环电路来说,输出信号与输入信号的信噪比是一样的。,为了抑制噪声,通常加一级低噪声放大并引入负反馈.,示波器上观察到的正弦波叠加上噪声后的波形。,闭环电路的信噪比的推导,三、抑制反馈环内噪声,负反馈对放大电路性能的改善,继续,本页完,为了抑制噪声,通常加一级低噪声放大并引入负反馈.,衡量电路的指标之一就是信噪比S/N.若信噪比越高,电路或说输出的质量就优越。,对于放大电路来说,除了输入有用信号(称为S)外,不可避免还会有噪声信号(称为N),噪声是有害的。
12、,对于开环电路来说,输出信号与输入信号的信噪比是一样的。,S/N=,对于开环电路来说,有用信号US与噪声Un都得到放大,输出信号的信噪比,整个闭环回路的增益为Af,此级对噪声近似无放大,称为低噪声放大前置级。,闭环电路的信噪比的推导,三、抑制反馈环内噪声,负反馈对放大电路性能的改善,继续,本页完,信号经过第一级放大有,UO1=Au1Us+Au1Un-Au1FUo,上式整理后得,UO=,Au1 Au2 Us,1+Au1Au2F,应用闭环回路的电压增益关系分别求出有用信号和噪声的输入电压US和Un,然后比较反馈前后信噪比的大小得出结论。,信号经过第二级放大有,UO=Au2(Au1Us-Au1FUO
13、)+Au1Un,+,Au1 Un,1+Au1Au2F,因为噪声没有被放大,所以UO=Au2(Au1Us-Au1FUO)+Au1Un,S/N=,输出信号的信噪比,UO1=Au1Us+Au1Un-Au1FUo,过度,三、抑制反馈环内噪声,负反馈对放大电路性能的改善,继续,S/N=,输出信号的信噪比,闭环电路的信噪比的推导,三、抑制反馈环内噪声,负反馈对放大电路性能的改善,继续,本页完,上式中第一项含有Us,显然代表有用信号,第二项含有Un,代表噪声,|Uso|=,Au1 Au2 Us,1+Au1Au2F,|Uno|=,Au1 Un,两式相除得新的信噪比为,|Uso|,|Us|,|Uno|,=,|A
14、u2|,|Un|,(S/N)=,1+Au1Au2F,S/N=,输出信号的信噪比,过度,三、抑制反馈环内噪声,负反馈对放大电路性能的改善,继续,S/N=,输出信号的信噪比,负反馈抑制反馈环内噪声结论,三、抑制反馈环内噪声,负反馈对放大电路性能的改善,继续,本页完,(S/N)=|Au2|(S/N),比较两式得:,结论:加入负反馈后信噪比增加了|Au2|倍,即噪声受到了抑制。,S/N=,输出信号的信噪比,四、扩展频带 推导上限频扩展结果,四、扩展频带,负反馈对放大电路性能的改善,继续,本页完,频率特性是放大电路的重要特性之一,而频带宽度是它的重要指标,在某些场合下,往往要求有较宽的频带。引入负反馈是
15、展宽频带的有效措施之一。,1.引入负反馈后放大电路的上限频hf,开环电路上限频频率响应公式,参考第五章课件 单管放大电路的频率响应第33页幻灯片,或教科书单管放大器的频率响应,Am 中频时的增益,h 开环时上限频,引入负反馈后,根据,得:,Af(j)=,Am/(1+Am F),引入负反馈后的闭环中频增益Amf,Amf=Am/(1+Am F),引入负反馈后放大电路的上限频hf,hf=h(1+Am F),引入负反馈的中频增益Amf,引入负反馈后的上限频hf,Amf=Am/(1+Am F),hf=h(1+AmF),显然引入负反馈后,增益减少了(1+AmF)倍,但上限频hf扩展了(1+AmF)倍,即高
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