模电课件第六章放大电路中的反馈.ppt

模电课件,2019/2/21,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 一、反馈与反馈通路,在电子电路中，将输出量（输出电压或输出电流）的一部分 或全部通过一定的电路形式作用到输入回路，用来影响其输入 量（放大电路的输入电压或输入电流）的措施称为反馈。,1、输入量 2、反馈量 3、净输入量：与输入量 和反馈量有关,模电课件,2019/2/21,二、反馈的形式与判断,1、正反馈与负反馈,若放大电路中存在将输入回路与输出回路相连接的通路，即为反馈通路，并由此影响了放大电路的净输入，则表明电路引入了反馈，否则电路便没有引入反馈。,使放大电路净输入量增大的反馈称为正反馈；使放大电路净输入量减小的反馈称负反馈。,判断的方法：瞬时极性法,模电课件,2019/2/21,净输入量uD= uP uN，反馈信号使净输入量减小，引入的是负反馈。输出量部分反馈。,净输入量uD= uP uN ，反馈信号使净输入量增大，引入的是正反馈。,净输入量iN= iI iF，反馈信号使净输入量减小，引入的是负反馈。,模电课件,2019/2/21,2、直流反馈与交流反馈,净输入量uD= uP uN ，反馈信号使净输入量减小，引入的是负反馈。输出量全部反馈。,净输入量uBE= uI uF，反馈信号使净输入量减小，引入的是负反馈。,通过反馈是存在于放大电路的直流通路之中还是交流通路之中，来判断电路引入的是直流反馈还是交流反馈。,模电课件,2019/2/21,引入直流反馈，没有交流反馈。,引入交流反馈，没有直流反馈。,引入负反馈，既有直流反馈，又有交流反馈。,模电课件,2019/2/21,3、电压反馈与电流反馈,按取样方式划分，反馈可分为电压反馈和电流反馈。,（1）电压反馈：对交流信号而言，若反馈网络、负载在取样端是并联连接，则称为并联取样。由于在这种取样方式下，Xf正比于输出电压， 所以又称为电压反馈。,（2）电流反馈：对交流信号而言，若反馈网络、负载在取样端是串联连接，则称为串联取样。由于在这种取样方式下，Xf正比于输出电流， 所以又称为电流反馈。,模电课件,2019/2/21,R3、R6反馈回路构成的是电压反馈，R5构成的是电流反馈。,判定方法2按电路结构判定。在交流通路中，若放大电路 的输出端和反馈网络的取样端处在同一个放大器件的同一电极上，则为电压反馈，否则为电流反馈。,（3）电压反馈与电流反馈的判定 判定方法1输出短路法。假设基本放大电路的输出电压 ，若其反馈信号消失，则为电压反馈，否则为电流反馈。,模电课件,2019/2/21,4、串联反馈与并联反馈,按比较方式划分，可以分为串联反馈和并联反馈。 （1）串联反馈：对交流信号而言，信号源、基本放大电路、反馈网络在比较端是串联连接，则为串联反馈，反馈信号和输入信号以电压的形式进行叠加，产生净输入量， 。 （2）并联反馈：对交流信号而言，信号源、基本放大电路、反馈网络在比较端是并联连接，则为并联反馈，反馈信号和输入信号以电流的形式进行叠加，产生净输入量， 。,模电课件,2019/2/21,5、负反馈的四种组态,对于交流分量而言，若信号的输入端和反馈网络的比较端接于同一点，则为并联反馈，否则为串联反馈。,R3、R6反馈回路构成的 是串联电压负反馈，R5构成 的是串联电流负反馈。,交流负反馈有四种组态：电压串联、电压并联、电流串联和 电流并联。（正反馈也是这四种组态）,（3）串联反馈和并联反馈的判定方法,模电课件,2019/2/21,例题：,判断电路中引入的是哪种组态的交流负反馈。,模电课件,2019/2/21,模电课件,2019/2/21,§6.2 负反馈放大电路的四种基本组态 §6.3 负反馈放大电路的方块图及一般表达式,一、负反馈放大电路的方块图表示法,近似分析时,认为方块图中的信号是单向流通的.,模电课件,2019/2/21,二、负反馈放大电路的四种基本组态 1、电压串联负反馈,2、电流串联负反馈,模电课件,2019/2/21,3、电压并联负反馈,模电课件,2019/2/21,4、电流并联负反馈,§6.4 深度负反馈放大电路放大倍数的分析,一、深度负反馈的实质,模电课件,2019/2/21,讨论：若1+AF1时，Af 1 ，可认为引入深度负反馈 ，放大 倍数几乎仅仅决定于反馈网络。用集成运放组成的负反馈放大电路，都是深度负反馈。 若1+AFA，引入正反馈（ A 、F 异号）； 若1+AF=0， Af ，引起放大器产生自激振荡。,中频时：,深度负反馈的实质：,深度负反馈的实质是净输入量近似等于零，在近似分析时忽略净输入量。但不同组态，忽略的净输入量不同。,模电课件,2019/2/21,u0= Aod ( uP uN )，由于u0为有限值，而理想运放Aod =， 所以uP uN =0，即uP = uN ，称为虚短；,理想运放的虚短与虚断:,当理想运放工作在线性区时:,因为净输入电压为零，而理想运放的输入电阻为无穷大， 所以两个输入电流为零，即iP = iN =0，称为虚断。,iP,iN,模电课件,2019/2/21,二、深度负反馈放大电路的计算,1、电压串联负反馈,电路引入电压串联负反馈后，一旦R1和R2的取值确定， u0就仅仅取决于ui ，而与负载电阻RL无关，所以电压反馈可以稳定输出电压。,虚断,虚短,模电课件,2019/2/21,2、电流串联负反馈,电路引入电流串联负反馈后，一旦R的取值确定， i0就仅仅取决于ui 。在负载电阻RL变化时， i0基本保持不变，所以电流反馈可以稳定输出电流。,虚断,虚短,虚短,模电课件,2019/2/21,3、电压并联负反馈,虚断,虚断,虚短,模电课件,2019/2/21,4、电流并联负反馈,放大电路中应引入电压负反馈还是电流负反馈，取决于负载欲得到稳定电压还是稳定电流；放大电路中应引入串联负反馈还是并联负反馈，取决于输入信号源是恒压源（或近似恒压源）还是恒流源（或近似恒流源）。,求解深度负反馈放大电路的一般步骤：正确判断反馈组态；求解反馈系数；利用 求解 、 （或 ）。,模电课件,2019/2/21,例题1：,在图示电路中，已知R1=10k，R2=100k ，R3=2k ， RL=5k 。求解在深度负反馈条件下的 。,解：电路中引入了电流串联负反馈，R1 、R2和R3组成反馈网络。,虚短,虚断,模电课件,2019/2/21,例题2：,在图示电路中，已知R2=10k，R4=100k 。求解在深度负反馈条件下的 。,解：电路中引入了电压串联负反馈，R2和R4组成反馈网络。,虚断,虚短,模电课件,2019/2/21,例题3：,图示电路中（1）判断电路中引入了哪种组态的交流负反馈；（2）求出在深度负反馈条件下的 和 。,解：（1）电路引入了电压串联负反馈。 Rf和Re1组成反馈网络。 （2）,模电课件,2019/2/21,例题4：,图示电路中（1）判断电路中引入了哪种组态的交流负反馈；（2）求出在深度负反馈条件下的 和 。,解：（1）电路引入了电流并联负反馈。 Rf和Re2组成反馈网络。 （2）,模电课件,2019/2/21,§6.5 负反馈对放大电路性能的影响,一、负反馈对放大电路性能的影响 1、稳定放大倍数,分析中频段：,负反馈放大电路放大倍数Af的相对变化量 仅为其基本放大电路放大倍数A的相对变化量 的（1+AF）分之一，也就是Af的稳定性是A的（1+AF）倍。,模电课件,2019/2/21,2、改变输入电阻和输出电阻,（1）对输入电阻的影响 串联负反馈对输入电阻的影响,引入串联负反馈，使引入反馈的支路的等效电阻增大到基本放大电路输入电阻的（1+AF）倍。,（a）,（b）,模电课件,2019/2/21,并联负反馈对输入电阻的影响,（2）对输出电阻的影响 电压负反馈对输出 电阻的影响,引入并联负反馈后，输入电阻仅为基本放大电路输入电阻的（1+AF）分之一。,模电课件,2019/2/21,电流负反馈对输出电阻的影响,引入电压负反馈后输出电阻仅为其基本放大电路输出电阻的（1+AF）分之一。,模电课件,2019/2/21,3、展宽频带,小结：串联负反馈增大输入电阻，并联负反馈降低输入电阻；电压负反馈降低输出电阻，稳定输出电压;电流负反馈增大输出电阻，稳定输出电流。,设反馈网络为纯电阻网络，且在放大电路波特图的低频段和高频段各仅有一个拐点；基本放大电路的中频放大倍数为 ，上限频率为fH，下限频率为fL。,引入电流负反馈后，放大电路的输出电阻是其基本放大电路输出电阻的（1+AF）倍。,高频段：,模电课件,2019/2/21,引入负反馈后上限频率增大到基本放大电路的（1+AF）倍。但不同组态的负反馈电路的放大倍数的物理意义不同，因而上式具有不同的含义。,模电课件,2019/2/21,低频段：,引入负反馈后下限频率为基本放大电路的（1+AF）分之一。但不同组态的负反馈电路的放大倍数的物理意义不同，因而上式具有不同的含义。,模电课件,2019/2/21,4、减小非线性失真,设放大电路输入级放大管的b-e间得到正弦信号，由于晶体管输入特性的非线性，i b将失真，其正半周幅值大，负半周幅值小，则输出电压、电流都会失真。如果使b-e间的电压正半周幅值小些，而负半周的幅值大些，则i b将接近于正弦波。,模电课件,2019/2/21,引入负反馈，将使净输入量产生类似变化。,模电课件,2019/2/21,二、放大电路中引入负反馈的一般原则,（4）在需要进行信号变换时，选择合适的组态。若将电流信号转换成电压信号时，应引入电压并联负反馈；若将电压信号转换成电流信号时，应引入电流串联负反馈。,（1）为了稳定静态工作点，应引入直流负反馈；为了改善电路 的动态性能，应引入交流负反馈；,（2）根据信号源的性质决定引入串联负反馈还是并联负反馈。当信 号源为恒压源或内阻较小的电压源时，为增大放大电路的输入电阻， 以减小信号源的输出电流和内阻上的压降，应引入串联负反馈； 当信号源为恒流源或内阻较大的电流源时，为减小放大电路的输入 电阻，使电路获得更大的输入电流，应引入并联负反馈；,（3）根据负载对放大电路输出量的要求，决定引入电压负反馈 还是电流负反馈。当负载需要稳定电压信号时，应引入电压负反馈； 当负载需要稳定电流信号时，应引入电流负反馈；,模电课件,2019/2/21,例题1：,电路如图所示，为达到下列目的，分别说明应引入哪些组态的负反馈以及电路如何连接。 （1）减小放大电路从信号源索取的电流并增强带负载能力； （2）将输入电流i I转换成与之稳定线性关系的输出电流i o； （3）将输入电流i I转换成与稳定的输出电压u o 。,解：（1）引入电压串联负反馈。反馈信号从输出电压采样，将与相连接；反馈量为电压，将和连接；为了保证引入负反馈，将和相连接,模电课件,2019/2/21,（2）引入电流并联负反馈。反馈量从输出电流采样，将和连接；反馈量为电流，将和连接；要保证引入负反馈，将和连接； （3）引入电压并联负反馈。反馈量从输出电压采样，将和连接；反馈量为电流，将和连接；要保证引入负反馈，将和连接。,模电课件,2019/2/21,例题2：,电路如图所示 。 （1）合理连线，接入信号源和反馈，使电路的输入电阻增大，输出电阻减小； （2）若 ，则RF应取多少千欧？,模电课件,2019/2/21,解：（1）使电路的输入电阻增大，输出电阻减小，应引入电压串联负反馈。,（2）,模电课件,2019/2/21,§6.6 负反馈放大电路的稳定性,一、负反馈放大电路自激振荡产生的原因和条件 1、产生的原因,负反馈一般表达式 在中频时， ，不会产生自激 振荡。净输入量、输入量和反馈量之间的关系为：,在低频段，因为耦合电容、旁路电容的存在， 将产生超前 相移；在高频段，因为极间电容的存在， 将产生滞后相移； 在中频相位的基础所产生的这些相移称为附加相移，表示 为 。 当附加相移 时，反馈量与中频段 相比产生超前或滞后180°，因而净输入量为：,模电课件,2019/2/21,起振：,模电课件,2019/2/21,电路产生自激振荡时,即：,2、自激振荡的平衡条件,自激振荡：放大电路的输入端没有外加输入信号，在输出端仍有一定频率和幅度的信号输出。,模电课件,2019/2/21,二、负反馈放大电路稳定性的定性分析,设放大电路采用直接耦合方式，且反馈网络为纯电阻网络，则电路只可能产生高频振荡，且附加相移仅由放大电路产生。,在单管放大电路中引入负反馈，因其产生的最大附加相移为90°，不满足相位的条件，所以不会产生自激振荡。,两级放大电路也不会产生自激振荡，因为当附加相移为±180°时，相应的 ，幅值条件不满足。而当出现三级以上反馈电路时，则容易产生自激振荡。,在此条件下：,模电课件,2019/2/21,1、判断的方法,三、负反馈放大电路稳定性的判断,使 的频率为 fo,使 的频率为fc,当 f = fo 时， 即 ，满足起振条件，所以此放大电路闭环后会产生自激振荡，振荡频率为 fo 。,模电课件,2019/2/21,当 f = fo 时， 即 ，不满足起振条件，所以此放大电路闭环后不会产生自激振荡。,判断负反馈放大电路是否稳定的方法：,（1）若 fo不存在，则电路稳定；,（2）若 fo存在，且 fo fc ，则电路稳定，不会产生自激振荡。,模电课件,2019/2/21,2、稳定裕度,负反馈放大电路，只要fo fc ，电路就稳定，但为了使电路具有足够的可靠性，还规定电路应具有一定的稳定裕度。,定义f = fo时所对应的 的值为幅值裕度Gm：,稳定的负反馈电路的Gm 0，而且 越大，电路越稳定。通常认为Gm 10dB，电路就具有足够的幅值稳定裕度。,模电课件,2019/2/21,定义f =fc时的 与180°的差值为相位裕度 。,稳定的负反馈放大电路的 ，而且 越大，电路越稳定。通常认为 电路就具有足够的相位稳定裕度。,