放大电路中负反馈.ppt

第6章 放大电路中的反馈,返回目录,放大电路中负反馈,6.1 反馈的基本概念及反馈的极性6.2 反馈的类型6.3 反馈类型和极性的判断方法6.4 负反馈对放大电路性能的影响 深负反馈放大电路交流参数的估算6.6 负反馈放大电路的稳定问题,返回,放大电路中负反馈,1 反馈的定义2 反馈的方框图3 负反馈和正反馈4 反馈的基本方程,6.1 反馈的概念及反馈的极性,返回,放大电路中负反馈,1 反馈的定义,反馈元件：既属于输入回路，又属于输出回路的元件。或跨接在输入和输出回路之间的元件。,反馈：反馈元件将输出信号的一部分或全部送回到输入回路，与原输入信号相加或相减的过程。,反馈信号：送回到输入回路的那部分输出信号。,返回,2 反馈的方框图,图中：xi 是输入信号， xf 是反馈信号， xi 称为净输入信号。,所以有,在放大电路中信号的传输是从输入端到输出端，这个方向称为正向传输。反馈就是反馈信号从输出端到输入端，是反向传输。所以放大电路无反馈也称开环，放大电路有反馈也称闭环。,返回,放大电路中负反馈,3 反馈的极性负反馈和正反馈,负反馈反馈信号于输入信号相减，使净输入信号减小的反馈。即：xi=xi-xf,正反馈反馈信号于输入信号相加，使净输入信号增大的反馈。即：xi=xi+xf,放大电路中负反馈,例:判断反馈的极性,ube=ui-uf,即：ui=ui-uf,RE所引的反馈为负反馈：,放大电路中负反馈,RF所引的反馈为正反馈,例:判断反馈的极性,返回,放大电路中负反馈,4 反馈的基本方程,闭环放大倍数的一般表达式反馈深度,放大电路中负反馈,闭环放大倍数的一般表达式,反馈网络的反馈系数,放大电路的闭环放大倍数,放大电路的放大倍数,因为是负反馈，有,放大电路中负反馈,反馈深度,深度负反馈放大倍数与三级管参数无关，故非常稳定,1+AF称为反馈深度,当AF1时,称为深度负反馈,深度负反馈放大电路的闭环放大倍数为,返回,放大电路中负反馈,返回,6.2 反馈的类型,1 直流反馈和交流反馈,2 组态,放大电路中负反馈,1 直流反馈和交流反馈,直流反馈反馈信号为直流信号的反馈。,交流反馈反馈信号为交流信号的反馈。,返回,放大电路中负反馈,串联反馈反馈信号与输入信号为电压叠加的反馈,2 组态,输入端：串联反馈和并联反馈,例1判断反馈是串联反馈还是并联反馈,ube=ui-uf,即： ui=ui-uf,反馈信号与输入信号为电压叠加，故为串联反馈,即：ui=uiuf,即：ii=iiif,并联反馈反馈信号与输入信号为电流叠加的反馈,放大电路中负反馈,ii=ii+if,反馈信号与输入信号为电流叠加，故为并联反馈,例2 判断反馈是串联反馈还是并联反馈,放大电路中负反馈,电压反馈：反馈信号与输出电压成正比的反馈称为电压反馈；,电流反馈：反馈信号与输出电流成正比的反馈称为电流反馈。,输出端：电压反馈和电流反馈,即：xfio,即：xfuo,即：ufic,uf=ieRE icRE,为电流反馈。,例1 判断反馈是电流反馈还是电压反馈,放大电路中负反馈,if=(uo-ui )/RE uo/RE,即：ifuo,为电压反馈,例2 判断级间反馈是电流反馈还是电压反馈,动画,放大电路中负反馈,问题：,根据定义判断下图是电压反馈还是电流反馈？,uf=uo,故：ufuo,又有：,uf=ie RE,故：ufie =io,返回,放大电路中负反馈,瞬时极性法的传递方向为即：放大器：从输入到输出；反馈网络：从输出到输入,6.3 反馈类型和极性的判断方法,规则：,三极管和场效应管的极性变化为：,-,+,+,+,+,-,耦合电容和电阻不改变极性。,1 极性的判断：用瞬时极性法,差放的极性变化,+,+,-,放大电路中负反馈,若反馈信号直接引回输入端，反馈信号极性与输入信号极性相反为负反馈；反馈信号极性与输入信号极性相同为正反馈 。,若反馈信号没有直接引回输入端，反馈信号极性与输入信号极性相反为正反馈；反馈信号极性与输入信号极性相同为负反馈。,+,+,+,+,-,+,+,放大电路中负反馈,例2 判断级间反馈的极性,+,-,-,-,9-2瞬时极性法动画,放大电路中负反馈,2、组态的判断,输入端,串联反馈：反馈信号没有直接引回输入端 的反馈,并联反馈：反馈信号直接引回输入端的反馈,输出端,电压反馈：输出短路（uo=0)反馈元件上无反馈信号的反馈,电流反馈：输出短路（uo=0）反馈元件上仍有反馈信号的反馈,放大电路中负反馈,例：判断下列反馈的极性和组态,uO=0时，u=0，为电压反馈,为串联电压负反馈,RE没有直接引回输入端，为串联反馈,判断为负反馈,+,+,+,由瞬时极性法,放大电路中负反馈,反馈没有直接引回输入端，为串联反馈,vO=0时 ， 无反馈信号，为电压反馈,没有直接引回输入端，反馈极性与输入极性相同，为负反馈,为串联电压负反馈,+,+,-,+,由瞬时极性法,放大电路中负反馈,-,反馈信号直接引回输入端，为并联反馈,uO=0时，仍有反馈信号，为电流反馈,直接引回输入端，反馈极性与输入极性相反，为负反馈,+,-,-,由瞬时极性法,-,放大电路中负反馈,例:判断反馈的极性和组态,放大电路中负反馈,例题,若要实现串联电压负反馈, Rf 应接向何处?,9-1反馈的判断动画,返回,放大电路中负反馈,6.4 负反馈对放大电路性能的影响,直流负反馈对放大电路性能的影响交流负反馈对放大电路性能的影响,返回,放大电路中负反馈,直流负反馈对放大电路性能的影响,稳定静态工作点,返回,放大电路中负反馈,1 交流负反馈对增益的影响2 交流负反馈对输入电阻的影响3 交流负反馈对输出电阻的影响4 交流负反馈对通频带的影响5 交流负反馈对非线性失真的影响6 交流负反馈对噪声、干扰和温漂的影响,交流负反馈：是改善放大电路性能的重要技术措施，广泛应用于放大电路和反馈控制系统之中。,返回,放大电路中负反馈,1 负反馈对增益的影响,提高放大倍数的相对稳定性,有反馈时增益的稳定性比无反馈时提高了(1+AF)倍。,例：1+AF=100,若由于温度变化A变化了10%，Af的变化为0.1%,使放大倍数降低：,返回,放大电路中负反馈,2 负反馈对输入电阻的影响,串联负反馈输入端的电路结构形式如图所示,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，而与电压或电流反馈无关。,(1) 串联负反馈使输入电阻增加,有反馈的输入电阻,放大电路中负反馈,(2)并联负反馈使输入电阻减小,有反馈的输入电阻为,并联负反馈输入端的电路结构形式如图所示,返回,放大电路中负反馈,3 负反馈对输出电阻的影响,电压负反馈可以使输出电阻减小，这与电压负反馈可以使输出电压稳定是相一致的。输出电阻小，带负载能力强，输出电压的降落就小，稳定性就好。有,(1) 电压负反馈使输出电阻减小，并能稳定输出电压,图09.11 电压负反馈对输出电阻的影响,负载开路,放大电路中负反馈,(2) 电流负反馈使输出电阻增加，并能稳定输出电流,电流负反馈可以使输出电阻增加。,图09.13 电流负反馈对输出电阻的影响,式中Ais是负载短路时的开环增益，即将负载短路，把电压源转换为电流源，再将负载开路的增益。,这与电流负反馈可以使输出电流稳定是相一致的。输出电阻大，负反馈放大电路接近电流源的特性，输出电流的稳定性就好。,为求输出电阻的等效电路。将负载电阻开路，在输出端加入一个等效的电压Vo，并令输入信号源为零，即VS =0。可得,返回,放大电路中负反馈,4 负反馈对通频带的影响,放大电路加入负反馈后，增益下降，但通频带却加宽了，如图所示。,无反馈时的通频带f= f HfL f H 有反馈时的放大电路高频段的增益为,放大电路中负反馈,有反馈时的通频带fF = (1+AF) fH负反馈放大电路扩展通频带有一个重要的特性，即增益与通频带之积为常数：,结论： 负反馈放大电路扩展通频带,AfF = 常数,9-3负反馈对放大器性能的影响动画,返回,放大电路中负反馈,5 负反馈对非线性失真的影响,负反馈可以改善放大电路的非线性失真，但是只能改善反馈环内产生的非线性失真。,图09.15 负反馈对非线性失真的影响,加入负反馈改善非线性失真，可通过图09.15来加以说明。失真的反馈信号，使净输入产生相反的失真，从而弥补了放大电路本身的非线性失真。,9-3负反馈对非线性失真的影响动画,返回,放大电路中负反馈,6 负反馈对噪声、干扰和 温漂的影响,原理同负反馈对放大电路非线性失真的改善。负反馈只对反馈环内的噪声和干扰有抑制作用，且必须加大输入信号后才使抑制作用有效。,返回,放大电路中负反馈,6.5 深负反馈放大电路交流参数的估算,深负反馈放大电路的特性,对负反馈，有,放大电路中负反馈,对串联深负反馈放大电路，有,深负反馈放大电路的特性,对并联深负反馈放大电路，有,虚断,虚短,放大电路中负反馈,对电流深负反馈放大电路，有,对电压深负反馈放大电路，有,放大电路中负反馈,例1：估算串联电压深负反馈放大电路电压放大倍数、输入电阻、输出电阻,串联深负反馈放大电路,放大电路中负反馈,例2：估算串联电流深负反馈放大电路电压放大倍数、输入电阻、输出电阻（设下面电路满足深负反馈条件）,串联深负反馈放大电路,放大电路中负反馈,例3：估算并联电压深负反馈放大电路电压放大倍数、输入电阻、输出电阻（设下面电路满足深负反馈条件）,并联深负反馈放大电路,放大电路中负反馈,例4：估算并联电流深负反馈放大电路电压放大倍数、输入电阻、输出电阻（设下面电路满足深负反馈条件）,并联深负反馈放大电路,返回,放大电路中负反馈,6.6 负反馈放大电路的稳定问题,1 产生的原因,2 负反馈放大电路的判断方法,3 负反馈放大电路的稳定裕量,4 负反馈放大电路的常用的校正措施,返回,放大电路中负反馈,1 产生的原因,对于负反馈放大电路，有,放大电路产生自激,即此时负反馈变成了正反馈，且满足起振的幅值条件,由于电路中存在电容，原本中频段的负反馈在高频段或低频段会产生相移而变成了正反馈，且深负反馈都满足起振的幅值条件，故当低频信号或高频信号通过电路时，就有可能产生自激（在满足起振的幅值和相位条件时），相位条件也可写为,原因,放大电路中负反馈,例1：阻容耦合单级共射极放大电路（无射极旁路电容）的频率特性，引入线性深负反馈网络后判断该电路会不会自激？,放大电路中负反馈,例2：阻容耦合两级放大电路的频率特性，引入线性深负反馈网络后判断该电路会不会自激？,思考：三级放大电路引入线性深负反馈网络后，电路会不会自激？,返回,放大电路中负反馈,2 负反馈放大电路自激的判断方法,判断负反馈放大电路能否自激，就是看该电路是否同时满足自激的幅值起振条件和相位起振条件，一般相位条件是主要的。因为一般深负反馈放大电路的|AF|1.,判断负反馈放大电路自激的方法: 利用 的波特图来进行判断,在 的波特图中，设 的相位为-1800时所对应的频率为f0，20lg|AF|=0时所对应的频率为fc,放大电路中负反馈,不自激举例,返回,放大电路中负反馈,3 负反馈放大电路的稳定裕量,当负反馈放大电路不自激时，设计负反馈放大电路时，要保证电路在环境温度、电路参数、电源电压产生波动时仍能稳定，故要求设计电路时不仅仅只满足稳定条件，而且应有一定的裕量。,（1）幅度裕量Gm,幅度裕量指f=f0时，20lg|AF|的值,一般负反馈放大电路要求幅度裕量Gm小于等于-10dB,放大电路中负反馈,（2）相位度裕量m,幅度裕量指f= fC时，(1800-AF)的值,一般负反馈放大电路要求幅度裕量m大于等于45o,返回,放大电路中负反馈,4 负反馈放大电路的常用的校正措施,(1) 减小反馈系数F或减小反馈深度|1+AF|的值，使相位移AF=1800 时， |AF|1.,例：反馈系数时，电路自激，减小F为0.001，幅频特性下移20dB，则电路不再自激,缺点：反馈深度下降，不利于放大电路其它性能的改善。,实际电路中常采用接电容和RC网络进行校正，消除自激振荡。,放大电路中负反馈,（2）电容校正,电容校正是指在放大电路中的某一位置接入大电容，改变AF的幅频特性的高频特性，从而破坏高频段的起振条件,在放大电路的第一级输出端加一大电容C,放大电路中负反馈,例：设F=-0.1,三级放大电路的放大倍数为,要使放大电路有-20dB的幅度裕量，下限频率应为多少？,解：,画出AF的频率特性,适当选取C,使,放大电路中负反馈,电容校正的缺点,使放大电路的通频带大大变窄,电容容值大,电容校正是将放大电路的主极点频率降低,以破坏自激振荡,所以又叫主极点校正.,放大电路中负反馈,（3）RC校正,为了改善通频带变窄的程度，利用RC校正网络代替电容校正网络,校正网络应加在时间常数最大的那一级，即极点频率最低的放大级。,返回,