模拟电子技术-第五章.ppt

第五章 负反馈放大电路,5.1 反馈的基本概念 5.2 负反馈对放大器性能的影响 5.3 负反馈放大器的指标计算 5.4 负反馈放大器的自激振荡,5.1 反馈的基本概念,5.1.1 反馈的定义,图 5 1 反馈放大器的方框图,定义： 叫开环放大倍数； 叫反馈系数； 叫闭环放大倍数。 因为 所以,5.1.2 反馈类型及其判定 1. 电压反馈与电流反馈,(1) 电压反馈：,图 5 2 电压反馈示意图,(2) 电流反馈：,图 5 3 电流反馈示意图,(3) 电压反馈和电流反馈的判定： 判定方法之一输出短路法。将反馈放大器的输出端对交流短路, 若其反馈信号随之消失, 则为电压反馈, 否则为电流反馈。 因为输出端对交流短路后, 输出交变电压为零, 若反馈信号随之消失, 则说明反馈信号正比于输出电压, 故为电压反馈；若反馈信号依然存在, 则说明反馈信号不正比于输出电压, 故不是电压反馈, 而是电流反馈。 判定方法之二按电路结构判定：在交流通路中,若放大器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个电极上, 则为电压反馈； 否则是电流反馈。,图 5 4 反馈电路举例,2. 串联反馈和并联反馈,(1) 串联反馈：,图 5 5 串联反馈示意图,(2) 并联反馈：,图 5 6 并联反馈示意图,(3) 串联反馈和并联反馈的判定方法：对于交变分量而言, 若信号源的输出端和反馈网络的比较端接于同一个放大器件的同一个电极上, 则为并联反馈；否则, 为串联反馈。 按此方法可以判定, 图 5 - 4(a)是并联反馈, 图 5 - 4(b)是串联反馈。,3. 直流反馈和交流反馈,(1) 直流反馈：若反馈环路内, 直流分量可以流通, 则该反馈环可以产生直流反馈。直流负反馈主要用于稳定静态工作点。 (2) 交流反馈： 若反馈环路内, 交流分量可以流通, 则该反馈环可以产生交流反馈。交流负反馈主要用来改善放大器的性能； 交流正反馈主要用来产生振荡。 若反馈环路内, 直流分量和交流分量均可以流通, 则该反馈环既可以产生直流反馈, 又可以产生交流反馈。 图 5 - 4(a)中的Rf既可以引入直流反馈, 也可以引入交流反馈。,4. 负反馈和正反馈,若反馈信号使净输入信号减弱, 则为负反馈；若反馈信号使净输入信号加强, 则为正反馈。负反馈多用于改善放大器的性能；正反馈多用于振荡电路。 反馈极性的判定多用瞬时极性法, 其步骤如下： (1) 首先在基本放大器输入端设定一个递增(或递减)的净输入信号, 对并联反馈, 设定一个电流信号； 对串联反馈, 设定一个电压信号。 (2) 在上述设定下, 推演出反馈信号的变化极性。 (3) 判定在反馈信号的影响下, 净输入信号的变化极性。 若该极性与前面设定的变化极性相反, 则为负反馈；若相同, 则为正反馈。 ,按上述方法可以判定图 5- 4(a)是负反馈。判定过程如下：因为是并联反馈,所以设定一个增大的iB, 则,由于在if的影响下, iB的变化极性与原设定的变化极性相反,表明反馈信号使净输入信号减弱, 所以是负反馈。,5.1.3 负反馈放大器的四种基本组态,为了使闭环增益Af与开环增益A满足Af=A/(1+FA)的关系, 应作如下约定：,1. 串联电压负反馈,图 5 7 串联电压负反馈放大器电路,称作开环电压放大倍数, 无量纲。,称作互阻反馈系数, 无量纲。,称作闭环电压放大倍数,无量纲。,称作开环互导放大倍数, 其量纲是电导。,称作互阻反馈系数, 其量纲是电阻。,称作闭环互导放大倍数, 其量纲是电导。,2. 串联电流负反馈,图 5 8 串联电流负反馈放大器,3. 并联电压负反馈,图 5 9 并联电压负反馈放大器,称作开环互阻放大倍数, 其量纲是电阻。,称作互导反馈系数, 其量纲是电导。,称作闭环互阻放大倍数, 其量纲是电阻。,4. 并联电流负反馈,图 5 10 并联电流负反馈放大器,称作开环电流放大倍数, 无量纲。,称作电流反馈系数, 无量纲。,称作闭环电流放大倍数, 无量纲。,表5-1 四种反馈组态下，A，F和Af的不同含义,5.2 负反馈对放大器性能的影响,5.2.1 使放大器的放大倍数下降 根据负反馈的定义可知, 负反馈总是使净输入信号减弱。所以, 对于负反馈放大器而言,必有 所以 即 可见, 闭环放大倍数Af, 仅是开环放大倍数A的(1+FA)分之一。,5.2.2 稳定被取样的输出信号,1. 电压负反馈,对于图 5-7 所示的串联电压负反馈电路, 当某一因素使Uo增大时, 就会产生如下反馈过程： UoUE1UBE1UC1UB2 Uo UC2,从而使Uo的变化量大大减小, Uo的稳定性大大提高。,对于图 5 - 9 所示的并联电压负反馈电路, 当某一因素使Uo 增大时, 则,UoIfIBIC Uo UC,结果使Uo的变化量减小, Uo的稳定性提高。,2. 电流负反馈 因为电流负反馈, 被取样的输出信号是输出电流, 所以, 凡是电流负反馈, 必然能稳定输出电流。 对于图 5 - 10 所示的并联电流负反馈电路, 当某一因素使Ie2增大时, 则：,Ie2IfIb1Ic1Uc1Ub2 Ie2 Ib2 结果使得Ie2的增量减小, 稳定性提高；因为Ic2Ie2, 所以Ie2稳定,Ic2也稳定。值得说明的是, 该反馈电路所稳定的电流是流过RL的电流, 不是流过RL的电流。,5.2.3 使放大倍数的稳定性提高,把Af2=A2/(1+FA2)和Af1=A1/(1+FA1)代入上式得：,用Af1=A1/(1+FA1)除以上式两边得：,当A足够小时,AfdAf, 并且A1A2A, Af1Af2Af。 此种情况下, 上式可写为：,5.2.4 可以展宽通频带,当反馈系数F不随频率变化时, 引入负反馈后的高频特性为,按照通频带的定义： 开环放大器的通频带为： fbw=fh-fl 闭环放大器的通频带为：fbwf=fhf-flf,由于fhffh, flffl时, fbw=fh-flfh, 所以 fbwf=fhf-flffhf=(1+FAm)fh(1+FAm)fbw,5.2.5 对输入电阻的影响,1. 串联负反馈使输入电阻提高,图 5 - 11 串联负反馈方框图。,开环输入电阻：,闭环输入电阻：,2. 并联负反馈使输入电阻减小,图 5 - 12 并联负反馈的方框图。,开环输入电阻：,闭环输入电阻：,5.2.6 对输出电阻的影响,1.电压负反馈使输出电阻减小,图5 13 电压负反馈方框图,可见, 引入电压负反馈后可使输出电阻减小到ro(1+AoF) 。不同的反馈形式,其A、F的含义不同。串联电压负反馈F=Fu=Uf/Uo, A=Au=Uo/Ui; 并联电压负反馈F=Fg=If/Uo, A=Ar=Uo/Ii。 ,2. 电流负反馈使输出电阻增大,图5 14 电流负反馈方框图,(A为RL=0 时的短路开环放大倍数),5.2.7 减小非线性失真和抑制干扰、噪声,图 5 15 负反馈减小非线性失真,【例1】某放大器的Au=1000, ri=10k, ro=10 k,fh=100kHz, fL=10kHz,在该电路中引入串联电压负反馈后, 当开环放大倍数变化10%时, 闭环放大倍数变化不超过1%, 求Auf, rif, rof, fhf, flf。 ,解,5.3 负反馈放大器的指标计算,5.3.1 等效电路法 把反馈放大器中的非线性器件用线性电路等效, 然后根据电路理论来求解各项指标。其求解过程可借助计算机实现。,5.3.2 分离法 把负反馈放大器分离成基本放大器和反馈网络两部分, 然后分别求出基本放大器的各项指标和反馈网络的反馈系数, 再按上一节的有关公式, 分别求得Af, rif、 rof, fhf等。,5.3.3 强负反馈放大器的增益估算法,1. 强负反馈的概念 若AF1, 则称之为强负反馈。通常, 只要是多级负反馈放大器, 我们就可以认为是强负反馈电路。因为多级负反馈放大器, 其开环增益很高, 都能满足AF1 的条件。,2. 估算依据 对于强负反馈放大器来说, 因为AF1, 所以,强负反馈条件下：,把Af=Xo/Xi, F=Xf/Xo 代入上式得,对于串联负反馈,对于并联负反馈,【例2】估算图5-16(a)所示串联电压负反馈放大器的闭环电压增益Auf=Uo/Ui。 ,图 5-16 串联电压负反馈电路,解 由于是串联电压负反馈, 故UiUf。由图5-16(b)可知, 输出电压Uo经Rf和Re1分压后反馈至输入回路, 即,【例3】 求图5-17(a)所示的串联电流负反馈电路的闭环电压增益Auf=Uo/Ui。 ,图 5-17 串联电流负反馈电路,解 因为是串联负反馈, 所以UiUf。 ,【例4】 求图 5-18 所示的并联电压负反馈电路的源电压闭环增益Ausf=Uo/Us。,图 5 18 并联电压负反馈电路,解,【例 5】 求图 5 - 19(a)所示并联电流负反馈电路的闭环源电压增益Ausf。,图 5 19 并联电流负反馈电路,解 由于是并联强负反馈, 所以IiIf, 并且Rsrif。,5.4 负反馈放大电路的自激振荡,5.4.1 产生自激振荡的原因及条件,产生自激的条件为: 负反馈变为正反馈; 反馈信号要足够大。公式 可写成,它含有幅值和相位两个条件：,(n为整数),5.4.2 自激振荡的判断方法,判断方法是, 首先看相位条件, 只有相位条件满足了, 绝大多数情况下, 只要