《篇4章负反馈新》PPT课件.ppt

2.4.1 反馈的基本概念与分类,反馈是指放大器输出回路中的电量(电压或电流)的一部分(或全部)，通过一定的电路形式(称为反馈网络)，送回到输入回路，以对放大器的输入量产生影响，从而使输出量得到自动调节。,第四章 负反馈放大电路,放大器和反馈网络组成了一个闭环系统，称为反馈放大器；未加反馈的放大器称为开环放大器,反馈放大器结构框图,反馈网络功能,1. 反馈网络首先应完成向放大器输出取样电量的功能，检测出输出电压的一部分或是输出电流的一部分；,2. 将取样电压或电流送回到放大器的输入回路，与输入信号进行比较求和，这是反馈网络的第二个功能。,电压取样 电压反馈,取样电路的二种型式,电流取样 电流反馈,2. 电压、电流反馈和串联、并联反馈,电压比较求和 串联反馈,比较求和的二种型式,电流比较求和 并联反馈,3. 正、负反馈和有无反馈,若比较求和后使基本放大器的净输入量增大（因而输出量也增大），称之为正反馈；反之，若比较求和的结果使净输入量和输出量都减小，则为负反馈。,判断一个放大电路是否存在反馈，首先应检查各级放大电路的净输入回路，特别是第一级放大电路的净输入(如双极型管放大级中，净输入回路为三极管的b-e之间；差分放大级的净输入回路为两个三极管的基极之间；运放的净输入回路为同相与反相输入端之间)，检查净输入回路与输出回路之间是否存在反馈网络。,【例】 试判断图所示的各电路中是否存在反馈。,(a) (b),(c) (d),（a）没有引入反馈。 （b）引入了反馈。 （c）、（d）电路中都没有引入反馈。,解,负反馈放大器方框图,是开环放大器的增益， 是反馈网络的反馈系数,二、反馈放大器的增益函数,是 回路(或环路)增益,称为反馈深度,如果 1 时，闭环增益 ，说明所引入的反馈是负反馈，并使闭环增益下降为开环时的1/ 。若 1，则为深度负反馈。,可见根据净输入量的变化来判断正负反馈和根据闭环增益的变化来判断正负反馈其实是一致的。,净输入量减小,时：,如果 1 时，闭环增益 ，说明所引入的反馈是负反馈，并使闭环增益下降为开环时的1/ 。,若 1，则 ， 表示放大电路中引入了正反馈。,若 = 0，这是正反馈中的极端情况，此时 ，此时，输入即使为零( =0) ，也有一 定大小的输出产生 ( 0) ，说明在无输入的条件下，放大器也有输出，此时放大器产生了自激振荡。,净输入量增大,时：,自激振荡的产生,+,_,因为这时,输入端,即反馈信号 在大小和相位上恰好能取代 ，从而维持一定 的输出，此时的放大器已变成了自激振荡器，这是正反馈的特殊情况。,按反馈的极性来分： 若输入反馈后，使净输入增加，则为正反馈； 若输入反馈后，使净输入减小，则为负反馈。,按反馈信号对输出回路的取样对象来分： 若反馈量正比于输出电压时为电压反馈； 若反馈量正比于输出电流时为电流反馈。,三、负反馈放大器的四种基本组态,按反馈通路分： 如果反馈量只含有直流量则称为直流反馈； 如果反馈量只含有交流量，则为交流反馈。 或者说， 仅在直流通路中存在的反馈称为直流反馈， 仅在交流通路中存在的反馈称为交流反馈。,按反馈信号在输入回路中叠加的方式来分： 若按电流比较求和，则为并联反馈； 若按电压比较求和，则为串联反馈。,综上所述，负反馈分四种组态：电压串联负反馈、电压并联负反馈、电流串联负反馈、电流并联负反馈,1.电压串联负反馈, 输入回路中，外加输入信号和反馈信号分别加在基本放大器的两个净输入端上，构成串联接入方式。, 输出回路中，反馈网络对输出负载RL上的电压 取样。,电压串联负反馈放大器的方框图,电压反馈系数,开环电压增益,闭环电压增益,电压串联负反馈典型电路,按瞬时极性判断反馈极性：,电压反馈,和 分别加在运放的两个不同输入端上,串联反馈,净输入电压比无反馈时减小，负反馈,运放的“虚短”和“虚断”,因为理想运放的A很大，在线性工作范围内， ；称为“虚短” 又理想运放的输入电阻 很大，所以输入电流 ；称为“虚断”,分析负反馈运算电路时要经常利用运放的“虚短”和“虚断”,2. 电压并联负反馈放大器,电压并联负反馈放大器的方框图,互导反馈系数,开环互阻增益,闭环互阻增益,电压并联负反馈典型电路,3. 电流串联负反馈放大器,电流串联负反馈放大器的方框图,闭环互导增益,开环互导增益,互阻反馈系数,电流串联负反馈典型电路,4.电流并联负反馈,闭环电流增益,开环电流增益,电流反馈系数,电流并联负反馈放大器的方框图,电流并联负反馈,A和Rf1构成单级电压串联负反馈。第二级反馈由A1、A2和Rf2构成，输出电压经反馈电阻Rf2把反馈电压引回至A1输入端，形成电压并联负反馈。,图(c),电压负反馈与电流负反馈在负载RL变化时其效果完全相反。如例中，当输入信号不变时，设RL减小，则电压负反馈的调节过程为：,电压负反馈的作用是稳定输出电压； 电流负反馈的作用是稳定输出电流。,结果是 趋于稳定(略有减小)，因而电压负反馈的结果是稳定输出电压。,电流负反馈能稳定输出电流，如例中，假定在输入信号不变的条件下，负载RL减小，则 增大， 增大，但由于运放输出电阻RO的影响，此时输出电压 必定减小，由此将引起负反馈调节过程为：,结果是输出电流趋于稳定，而输出电压非但不能稳定，反而更加减小，因而电流负反馈的结果是稳定输出电流。,分析由分立元件组成的反馈放大电路的组态。,(a)电压串联负反馈,【例】,解：,【例】,(b)电压并联负反馈,解：,电压反馈还是电流反馈，取决于反馈量对输出量的取样，即Xf与输出电压还是输出电流成正比。所以，只要将输出端对地短路如Xf =0，则为电压反馈；如Xf 0则为电流反馈。 串联反馈还是并联反馈，取决于反馈网络与输入信号的连接方式。如果反馈量与输入量均为电压则它们是串联比较求和，因而一定为串联反馈；反之，如果反馈量与输入量均为电流，它们是并联比较求和，则为并联反馈。 正反馈和负反馈(一般指在中频段) 可采用瞬时极性法。如果引入反馈后使净输入信号减小，则为负反馈；如果净输入增加，则为正反馈。,分析反馈放大器的几条规律：,一、提高闭环增益的稳定性,放大器引入了负反馈后，增益的相对变化量dAf/Af是无反馈时 的1/(1+AF)。,2.4.2 负反馈对放大器性能的影响,二、改善放大电路的非线性,假设基本放大器的正半周略大于负半周，则经负反馈后，反馈信号正半周也大，使净输入信号正半周略小，从而弥补基本放大器的失真。,信号幅度大时，失真也较明显，所以图中将失真信号加在第二级前。,开环时,闭环后，输出,为了在同一个输出幅度下比较反馈引入的效果，把输入信号扩大（ ）倍。,可见在输出幅度相同的情况下，失真减小为原来的,三、抑制放大电路内部的温漂，噪声及干扰,引入负反馈后，干扰和噪声都减小为原来的1/(1+AF)。为了弥补有用信号，应加大Xs。 负反馈对输入信号中的噪声不起作用。,负反馈只能抑制环路范围内的扰动,四、扩展通频带,闭环时中频增益Amf=Am/(1+AmF)，闭环时上限频率fHf =(1+AmF)fH。 同理得闭环时下限频率为开环时的1/(1+AmF)。,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fbw扩展了。,增益带宽积近似为一常数：,电压负反馈的结果是稳定输出电压，相当于输出电阻减小了。引入电压负反馈后，闭环输出电阻Rof为开环输出电阻Ro的1/(1+AF)。在深度电压负反馈下， Rof0（从取样点看进去）。,五、负反馈对输出电阻的影响,电流负反馈的结果是稳定输出电流，相当于输出电阻增大了。引入电流负反馈后，闭环输出电阻Rof为开环输出电阻Ro的(1+AF)倍。在深度电流负反馈下， Rof（从取样点看进去）。,六、负反馈对输入电阻的影响,并联负反馈后的输入电阻是减小的，Rif=Ri/(1+AF )。在深度负反馈条件下， Rif 0(从求和点看进去)。,串联负反馈后的输入电阻是增大的，Rif=(1+AF)Ri。在深度负反馈条件下， Rif (从求和点看进去)。,对于深度负反馈( ),净输入：,对于串联负反馈， ，称为“虚短”。,2.4.3 负反馈放大电路的计算,对于并联负反馈， ，称为“虚断”。,比例运算电路,一、由集成运放构成的各种运算电路,有反相输入，同相输入和差分输入三种形式。,反相输入方式,电压并联负反馈,*计算前提是运放工作在负反馈放大状态*,同相输入方式,当R1开路时，vO=vS，又称电压跟随器。,电压串联负反馈,差分输入方式,反相输入,求和运算电路,也分为反相输入，同相输入和差分输入三种形式。,同相输入,双端输入,时：,时：,积分运算,积分和微分运算,设vC(0)=0,若输入阶跃信号，则,微分运算,对数和指数运算电路,对数运算,指数运算,电流-电压变换电路,与负载RL无关。,负载不接地,电压-电流变换电路,与负载RL无关。,负载接地,当R2/R1R3/R4时，,与负载RL无关。,2.4.4 由分立元件构成的负反馈放大电路,假设电路满足深度反馈的条件，计算Avf、Rif和Rof。,【例 】,电压串联负反馈,解：分析分立元件构成的反馈放大电路，应考虑交流通路，并找出反馈信号和净输入信号。,差放输入级构成的多级负反馈放大器如图所示（交流通路），