并联负反馈使输入电阻减小模拟电子技术基础

1、编辑ppt模拟电子技术基础安徽理工大学电气工程系安徽理工大学电气工程系主讲 ：黄友锐第十二讲第十二讲编辑ppt 9.4 9.4 负反馈对放大电路性能的影响负反馈对放大电路性能的影响 负反馈是改善放大电路性能的重要技术措施，广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。泛应用于放大电路和反馈控制系统之中。9.4.1 9.4.1 负反馈对增益稳定性的影响负反馈对增益稳定性的影响9.4.2 9.4.2 负反馈对输入电阻的影响负反馈对输入电阻的影响9.4.3 9.4.3 负反馈对输出电阻的影响负反馈对输出电阻的影响9.4.4 9.4.4 负反馈对通频带的影响负反馈对通

2、频带的影响9.4.5 9.4.5 负反馈对非线性失真的影响负反馈对非线性失真的影响9.4.6 9.4.6 负反馈对噪声、干扰和温漂的影响负反馈对噪声、干扰和温漂的影响编辑ppt 根据负反馈基本方程，不论何种负反馈，都可使反馈根据负反馈基本方程，不论何种负反馈，都可使反馈放大倍数下降放大倍数下降 1+AF 倍，只不过倍，只不过不同的反馈组态不同的反馈组态A、F的量的量纲不同而已，但纲不同而已，但AF无量纲。无量纲。对电压串联负反馈对电压串联负反馈ioiofVVXXAvvvvvvvvFAA1 在负反馈条件下增益的稳定性也得到了提高，这里增在负反馈条件下增益的稳定性也得到了提高，这里增益应该与反馈组

3、态相对应益应该与反馈组态相对应AAAFAAAFAAFAAFAAFAd)1 (1d)1 (d)1 (dd)1 (dff22f有反馈时增益的稳定性比无反馈时提高了有反馈时增益的稳定性比无反馈时提高了(1+AF)倍。倍。编辑ppt9.4.2 9.4.2 负反馈对输入电阻的影响负反馈对输入电阻的影响iiiiiiifiiiif)1 ( )1 ( RFAIVFAIFAVVIVVIVRvvvvvvvvvvvv式中式中Ri =rid 。 负反馈对输入电阻的影响与反馈加入的方式有关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。即与串联或并联反馈有关，而与电压或电流反

4、馈无关。图图09.10 串联负反馈对串联负反馈对 输入电阻的影响输入电阻的影响(1) (1) 串联负反馈使输入电阻增加串联负反馈使输入电阻增加 串联负反馈输入端电路结构形式如图串联负反馈输入端电路结构形式如图09.10所示。所示。对串联电压负反馈和串联电流负反馈效果相同。有反对串联电压负反馈和串联电流负反馈效果相同。有反馈的输入电阻馈的输入电阻编辑ppt(2)(2)并联负反馈使输入电阻减小并联负反馈使输入电阻减小 示。对电压并联负示。对电压并联负反馈和电流并联负反馈和电流并联负反馈效果相同，只反馈效果相同，只要是并联负反馈就要是并联负反馈就可使输入电阻减小。可使输入电阻减小。有反馈的输入电阻有

5、反馈的输入电阻为为:oiifiiiif iVFIVIIVIVRivvvidvv1iiiiiiiFArFAIIV 图图09.11 09.11 并联负反馈对并联负反馈对 输入电阻的影响输入电阻的影响编辑ppt9.4.3 9.4.3 负反馈对输出电阻的影响负反馈对输出电阻的影响(1) (1) 电压负反馈使输出电阻减小电压负反馈使输出电阻减小图图09.11 电压负反馈电压负反馈对输出电阻影响对输出电阻影响 电压负反馈可以使电压负反馈可以使输出电阻减小输出电阻减小，这与电压，这与电压负反馈可以使输出电压稳负反馈可以使输出电压稳定相一致。输出电阻小，定相一致。输出电阻小，带负载能力强，输出电压带负载能力强

6、，输出电压的稳定性就好。以串联电的稳定性就好。以串联电压负反馈为例，有压负反馈为例，有 此处用此处用XS=0 是因为考虑到电压并联负反馈时，是因为考虑到电压并联负反馈时，信号源内阻不能为零，否则反馈信号将被信号源信号源内阻不能为零，否则反馈信号将被信号源旁路。旁路。 XS=0 ，说明信号源内阻还存在。，说明信号源内阻还存在。负载开路负载开路编辑ppt 图图09.12为求输出电阻的等效电路，将负载电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电压阻开路，在输出端加入一个等效电压Vo，并将输，并将输入端接地。于是有入端接地。于是有oooooooofoooioooR)FA1(VRVF

7、AVRXAVRXAV IvvvvFARIVRvooooof1式中式中 是负载开路时的电压放大倍数。是负载开路时的电压放大倍数。ovA编辑ppt(2) (2) 电流负反馈使输出电阻增加电流负反馈使输出电阻增加电流负反馈可以使输出电流负反馈可以使输出电阻增加电阻增加。 式中式中Ais是负载短路时的开环增益，即将负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，再将负载开载短路，把电压源转换为电流源，再将负载开路的增益。路的增益。 这与电流负反馈可以使输这与电流负反馈可以使输出电流稳定是相一致的。输出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阻大，负反馈放大电路接近电流源的特

8、性，输出电流的稳电流源的特性，输出电流的稳定性就好。定性就好。 以电流并联负反馈以电流并联负反馈为例，图为例，图09.13为求输出为求输出电阻的等效电路。将负电阻的等效电路。将负载电阻开路，在输出端载电阻开路，在输出端加入一个等效的电压源加入一个等效的电压源Vo，并令输入信号源为，并令输入信号源为零，即零，即VS =0。可得。可得编辑ppt图图09.13 电流负反馈对输出电阻的影响电流负反馈对输出电阻的影响osfsisIFAXAXAiiiosoosoo)1(IFAIIFARViiosooof)1(RFAIVRi编辑ppt 因加入负反馈放大电路的输出幅度下降因加入负反馈放大电路的输出幅度下降，不

9、好比对，因此必须要加大输入信号，使，不好比对，因此必须要加大输入信号，使加入负反馈以后的输出幅度基本达到原来有加入负反馈以后的输出幅度基本达到原来有失真时的输出幅度才有意义。失真时的输出幅度才有意义。9.4.5 9.4.5 负反馈对非线性失真的影响负反馈对非线性失真的影响 负反馈可以改善放大电路的负反馈可以改善放大电路的非线性失真非线性失真，但是只能改善反馈，但是只能改善反馈环内产生的非线性失真。环内产生的非线性失真。编辑ppt 加入负反馈后能改善非线性失真，可通加入负反馈后能改善非线性失真，可通过图过图09.15来加以说明。失真的反馈信号，使来加以说明。失真的反馈信号，使净输入产生相反的失真

10、，从而弥补了放大电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。路本身的非线性失真。图图09.15 09.15 负反馈对非线性负反馈对非线性失真的影响失真的影响编辑ppt9.4.6 9.4.6 负反馈对噪声、干扰和负反馈对噪声、干扰和 温漂的影响温漂的影响 原理同负反馈对放大电路非线性原理同负反馈对放大电路非线性失真的改善。失真的改善。负反馈只对反馈环内的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输入信号后才使抑制作用有效。编辑ppt10.1 负反馈放大电路的自激条件10.2 用波特图判断负反馈放大电路的自激 负反

11、馈可以改善放大电路的性能指标，但是负反馈可以改善放大电路的性能指标，但是负反馈引入不当，会引起放大电路自激。为了使负反馈引入不当，会引起放大电路自激。为了使放大电路正常工作，必须要研究放大电路产生自放大电路正常工作，必须要研究放大电路产生自激的原因和消除自激的有效方法。激的原因和消除自激的有效方法。编辑ppt10.1 10.1 负反馈放大电路的自激条件负反馈放大电路的自激条件 AAA Ff=1 相位条件相位条件又可写为又可写为 幅度条件幅度条件1|FA AF= A+ F=(2n+1) n=0,1,2,3将将 = = 0 0 改写为：改写为：1FAFA1FA 1 = 0 = 0 根据反馈基本方程

12、，可知当根据反馈基本方程，可知当 时，时，相当放大倍数无穷大，也就是不需要输入放大电相当放大倍数无穷大，也就是不需要输入放大电路就有输出，放大电路产生了自激。路就有输出，放大电路产生了自激。编辑ppt AF 是放大电路和反馈电路的总是放大电路和反馈电路的总附加相移附加相移，如果，如果在中频条件下，放大电路有在中频条件下，放大电路有180 的相移。在其它频的相移。在其它频段电路中如果出现了附加相移段电路中如果出现了附加相移 AF ，且，且 AF 达到达到180 ，使总的相移为使总的相移为360 ，负反馈变为正反馈。如果幅度，负反馈变为正反馈。如果幅度条件满足要求，放大电路产生自激。条件满足要求，

13、放大电路产生自激。 在许多情况下反馈电路是由电阻构成的，所以：在许多情况下反馈电路是由电阻构成的，所以： F=0 ， AF = A+ F= A。 编辑ppt 图图10.01是一个同相比例放大电路，其输入、是一个同相比例放大电路，其输入、反馈、净输入和输出信号的相位关系如图反馈、净输入和输出信号的相位关系如图10.02所所示。因运放输出与输入相移为示。因运放输出与输入相移为0 ，若附加相移，若附加相移达达到到180 ，则可形成正反馈。，则可形成正反馈。 图图10.02 10.02 同相比例运算电路矢量图同相比例运算电路矢量图图图10.01 10.01 同相比例运算电路同相比例运算电路编辑ppt1

14、0.2 10.2 用波特图判断负反馈用波特图判断负反馈 放大电路的自激放大电路的自激10.2.1 10.2.1 波特图的绘制波特图的绘制10.2.2 10.2.2 放大电路自激的判断放大电路自激的判断10.2.3 10.2.3 环路增益波特图的引入环路增益波特图的引入10.2.4 10.2.4 判断自激的条件判断自激的条件编辑ppt 有效地判断放大电路是否能自激的方法，是用有效地判断放大电路是否能自激的方法，是用波特图。不过前面波特图的波特图。不过前面波特图的Y Y 轴坐标是轴坐标是20lg20lg A ，单，单位是分贝，位是分贝，X 轴是对数坐标，单位是赫兹。有一个轴是对数坐标，单位是赫兹。

15、有一个三极点直接耦合开环放大电路的频率特性方程式如三极点直接耦合开环放大电路的频率特性方程式如下下)10j1)(10j1)(10j1 (107645idofffVVAv其波特图如图其波特图如图10.03所示，频率的单位为所示，频率的单位为Hz。编辑ppt 图图10.03 10.03 以以20lg|Av |为为Y坐标的坐标的波特图波特图（动画（动画10-110-1） 相频特性曲线相频特性曲线的的Y坐标是附加相坐标是附加相移移 A。当当 A=180 时时，即图中的，即图中的S点点对应的频率称为对应的频率称为临临界频率界频率fc。当。当f= fc时时反馈信号与输入信反馈信号与输入信号同相，负反馈变号

16、同相，负反馈变成了正反馈，只要成了正反馈，只要信号幅度满足要求，信号幅度满足要求，即可自激。即可自激。编辑ppt根据给定的频率特性方根据给定的频率特性方程，放大电路在高频段程，放大电路在高频段有三个有三个极点频率极点频率fp1、fp2和和fp3。105代表中频电代表中频电压放大倍数（压放大倍数（100dB），），于是可画出幅度频率特于是可画出幅度频率特性曲线和相位频率特性性曲线和相位频率特性曲线。总的相频特性曲曲线。总的相频特性曲线是用每个极点频率的线是用每个极点频率的相频特性曲线合成而得相频特性曲线合成而得到的。到的。编辑ppt 加入负反馈后，加入负反馈后，放大倍数降低，频放大倍数降低，频带

17、展宽，设反馈系带展宽，设反馈系数数F1=10- -4，闭环波，闭环波特图与开环的波特特图与开环的波特图交图交P点，对应的附点，对应的附加相移加相移 A=90 ，不满足相位条件，不满足相位条件，不自激。不自激。编辑ppt 进一步加大进一步加大负反馈量，负反馈量，设反馈设反馈系数系数F2=10- -3，闭，闭环波特图与开环的环波特图与开环的波特图交波特图交P点，对点，对应的附加相移应的附加相移 A=135 ，不满足相，不满足相位条件，不自激。位条件，不自激。编辑ppt 此时此时 A虽不是虽不是180 ，但反馈信，但反馈信号的矢量方向已经号的矢量方向已经基本与输入信号相基本与输入信号相同，已进入正反

18、馈同，已进入正反馈的范畴，因此当信的范畴，因此当信号频率接近号频率接近106Hz时，即时，即P点时，放点时，放大倍数就有所提高大倍数就有所提高编辑ppt 再进一步加大反再进一步加大反馈 量 ，馈 量 ， 设 反 馈 系 数设 反 馈 系 数F3=10- -2，闭环波特图，闭环波特图与开环波特图交与开环波特图交P点，点，对应的附加相移对应的附加相移 A=180 。当放大电路当放大电路的工作频率提高到对的工作频率提高到对应应P点处的频率时，点处的频率时，满足自激的满足自激的相位条件相位条件。编辑ppt 此时放大电路有此时放大电路有 40 dB 的的 增增 益，益，AF =10010- -2=1，正

19、，正好满足放大电路自激的好满足放大电路自激的幅度条幅度条件件，放大电路产生自激。，放大电路产生自激。编辑ppt 由于负反馈的自激条件是由于负反馈的自激条件是 ，所以将以，所以将以 20 为为Y坐标的波特图改变为以坐标的波特图改变为以20 为为Y坐标坐标的波特图，用于分析放大电路的自激更为方便。由的波特图，用于分析放大电路的自激更为方便。由于：于：1FAAlgFAlgFAFAFA/1lg20lg20lg20lg20lg20对于幅度条件对于幅度条件 1FAdB0/1lg20lg20lg20FAFA 相当在相当在以以20 为为Y坐标的波特图上减去坐标的波特图上减去 即可到以环路增益即可到以环路增益2

20、0 为为Y坐标坐标的的 波特图了。如图波特图了。如图10.04所示。所示。AlgF/1lg20FAlg编辑ppt 在图在图10.04中，当中，当F3=0.01时，时，MN线线为为20lg =0 dB。20lg =0 dB这条这条线与幅频特性的交线与幅频特性的交点称为点称为切割频率切割频率f0。此时此时 =1， A=180 ，幅度和相位条件都幅度和相位条件都满足自激条件，所满足自激条件，所以以20lg =0dB这这条线是条线是临界自激线临界自激线。FAFAFAFA图10.04 环路增益波特图编辑ppt 仅仅留有相位仅仅留有相位裕度是远远不够的，裕度是远远不够的，也就是说，当也就是说，当 A= 180 时，还应使时，还应使 f0 ,Gm0dB (b)自激自激: fc0dB (c)临界状态临界状态: fc=f0, Gm=0dB 图图10.05 10.05 判断自激的实用方法判断自激的实用方法编辑ppt判断自激的条件归纳如下：判断自激的条件归纳如下：fcf0 ,Gm