放大电路中的反馈3.ppt

2019年4月4日星期四,1,第五章 放大电路中的反馈,本章提要 ：,在放大电路中引入负反馈可以改善放大电路性能，在电子电路中引入适当的正反馈可以构成各种振荡电路。本章主要讨论以下内容：,其中，重点是反馈类型的判别和负反馈对放大电路性能的影响。难点也是在反馈类型的判别。,1.反馈的基本概念，反馈的分类；,2.交流负反馈的四种组态及判断交流反馈类型的一般方法。,3.负反馈对放大电路性能的影响；,4.正弦波振荡电路组成、振荡条件、选频原理及相位判别法。,2019年4月4日星期四,2,采用负反馈的目的主要是为了改善电路的性能，以达到某些预定的指标。前述分压式偏置电路就是利用直流负反馈来稳定放大电路的静态工作点。在负反馈放大电路中： 1、当参数改变时，负反馈电路有可能变成正反馈电路，形成自激振荡。 电路不能正常工作，要采取措施避免产生自激振荡。 2、若将放大器的反馈网络接成正反馈电路就构成了各种振荡电路， 自激振荡电路。 产生一定幅度和频率的输出波形。根据振荡波形的不同，振荡电路可以分成非正弦波振荡电路和正弦波振荡电路。 本节重点介绍反馈的定义、反馈的类型及其判别方法、负反馈对放大电路性能的影响。,第五章 放大电路中的反馈 5.1 概述,2019年4月4日星期四,3,一、放大电路中的反馈,第五章 放大电路中的反馈 5.1 负反馈的基本概念,(一)反馈的基本概念,反馈 将电路输出量(电压或电流)的一部分或全部，以一定的方式通过某种电路(反馈)回送到输入端或输入回路，去影响输入量(电流或电压)，以改善放大电路的某些性能。,信号的两种流向,正向传输：输入 输出,反向传输：输出 输入, 开环, 闭环,反馈网络,2019年4月4日星期四,4,判断有无反馈的方法： 看放大电路输入回路与输出回路之间是否有反馈电路相联系。 若有联系，则有反馈；闭环 若无联系，则无反馈。开环,第五章 放大电路中的反馈 5.1 概述,基本放大电路,F,反馈网络, 输入信号, 输出信号, 反馈信号,净输入信号,反馈信号消弱了净输入信号，为负反馈。,2019年4月4日星期四,5,（二）反馈的分类 1.正反馈和负反馈 根据反馈信号对净输入信号影响不同划分。 若反馈信号增强净输入信号输出信号得到提高正反馈。 若反馈信号削弱净输入信号输出信号得到提高负反馈。 2.直流反馈和交流反馈 根据反馈信号本身交、直流性质划分。 如反馈信号中仅有直流成分，则为直流反馈，稳定放大电路的静态工作点。 如反馈信号中仅有交流成分，则为交流反馈，改善放大电路的各项动态性能。,多数情况下，交、直流两种成分兼而有之。,第五章 放大电路中的反馈 5.1 概述,2019年4月4日星期四,6,3.电压反馈和电流反馈 根据反馈信号在放大电路输出端采样方式不同划分。 若反馈信号取自输出电压或其中一部分，电压反馈。 若反馈信号取自输出电流或其中一部分，电流反馈。 4.串联反馈和并联反馈 根据反馈信号与输入信号在输入回路中求和的形式不同划分。 若反馈信号与输入信号在输入端串联串联反馈电压叠加形式出现。 若反馈信号与输入信号在输入端并联并联反馈电流叠加形式出现。,第五章 放大电路中的反馈 5.1 概述,2019年4月4日星期四,7,第五章 放大电路中的反馈 5.1 概述,二、反馈放大电路的一般表达式 1.一般表达式, 输入信号, 净输入信号, 输出信号, 反馈信号,它们之间的关系，称为反馈放大电路的一般表达式。,反馈信号消弱了净输入信号，为负反馈。反之，则为正反馈。,1）,2）基本放大电路的放大倍数,开环放大倍数,2019年4月4日星期四,8,3）反馈系数,4）引入负反馈时的放大倍数,反馈放大电路的一般表达式,第五章 放大电路中的反馈 5.1 概述,闭环放大倍数,2.反馈深度,回路增益放大电路中，信号沿着放大网络和反馈网络组成的环路传递一周后得到的放大倍数。,反馈深度表示引入反馈后，放大电路的放大倍数与无反馈时相比所变换的倍数。表示反馈作用强弱的量。,2019年4月4日星期四,9,引入负反馈后，净输入信号是输入信号的,引入反馈后，放大倍数增大,负反馈,引入反馈后，放大倍数减小,正反馈,第五章 放大电路中的反馈 5.1 概述,倍。,若,或,深度负反馈,2019年4月4日星期四,10,1. 突出优点：入深度负反馈后，放大电路的闭环放大倍数只取决于反馈网络的反馈系数，而与基本放大电路几乎无关。 2. 利用性能稳定的无源器件（电阻、电容等）构成反馈网络，使放大电路基本不受稳定影响，提高稳定性。,第五章 放大电路中的反馈 5.1 概述,2019年4月4日星期四,11,第五章 放大电路中的反馈 第二节 负反馈放大电路的组态,分析反馈电路的一般过程： 首先要根据在输入和输出回路间是否有相互联系的元件，来判断电路中是否存在反馈。若有反馈,直流反馈还是交流反馈,正反馈还是负反馈,判断负反馈电路的具体类型，或组态。,若判断为交流负反馈,本节的重点和难点,一、瞬时极性法（判正、负反馈）,反馈信号使净输入信号减小的，是负反馈。,设某一瞬时ui极性为正(也可假设为负)，根据电路情况推出此时反馈信号的正负。,反馈信号使净输入信号增大的，是正反馈。,2019年4月4日星期四,12,第五章 放大电路中的反馈 第二节 负反馈放大电路的组态,正反馈电路,负反馈电路,ud=ui-(-uf),ud=ui-uf,ud,二、直流和交流反馈,直流通路中有反馈网络,直流反馈,稳定静态工作点,交流通路中有反馈网络,交流反馈,改善放大电路的性能,交、直流反馈,兼具上述两种功能,交、直流通路中有反馈网络,上述两个电路直流、交流反馈共存。,2019年4月4日星期四,13,第五章 放大电路中的反馈 第二节 负反馈放大电路的组态,三、交流负反馈的类型,串联电压负反馈,串联电流负反馈,并联电压负反馈,并联电流负反馈,2019年4月4日星期四,14,第五章 放大电路中的反馈 第二节 负反馈放大电路的组态,1. 判断电压、电流反馈,电流反馈 反馈信号取自输出电流。,判别方法：,使uo=0(RL短路)，若反馈消失则为电压反馈，否则为电流反馈。,电压反馈 反馈信号取自输出电压。,写出反馈信号表达式，若正比于电压则为电压反馈，否则为电流反馈。,2019年4月4日星期四,15,第五章 放大电路中的反馈 第二节 负反馈放大电路的组态,电压 反馈,电流 反馈,判别下面框图是电压或电流反馈：,反馈信号取自输出电压,反馈信号取自输出电流,短路法：,输出端短路后，反馈即消失(uo=0),输出端短路后，反馈仍存在(io0),2019年4月4日星期四,16,第五章 放大电路中的反馈 第二节 负反馈放大电路的组态,两种方法判断举例： 1.写出反馈信号表达式，若正比于电压则为电压反馈，否则为电流反馈。,反馈电压表达式：,电流反馈,2.将放大电路输出端短路，即令输出电压等于零，若反馈信号为零，则为电压反馈。若反馈信号不为零，则为电流反馈。,电流反馈,2019年4月4日星期四,17,第五章 放大电路中的反馈 第二节 负反馈放大电路的组态,直接判别法：利用反馈网络与基本放大电路在输出端的连接情况来判别电流反馈或电压反馈。,电压反馈判断,2019年4月4日星期四,18,第五章 放大电路中的反馈 第二节 负反馈放大电路的组态,电流反馈判断,2019年4月4日星期四,19,第五章 放大电路中的反馈 第二节 负反馈放大电路的组态,例5-1 试判断图示电路中的R4和R3引入的是电压反馈还是电流反馈。,反馈电阻没有连接到输出端子上,反馈电阻连接到输出端子上,电流反馈,电压反馈,2019年4月4日星期四,20,第五章 放大电路中的反馈 第二节 负反馈放大电路的组态,并联反馈：反馈信号与输入信号在输入端以电流相加减的形式出现。,串联反馈：反馈信号与输入信号在输入端以电压相加减的形式出现。,2.判断串联反馈和并联反馈,判别方法：,反馈信号与输入信号在不同输入端为串联反馈，在同一个输入端为并联反馈。,串联反馈,并联反馈,2019年4月4日星期四,21,第五章 放大电路中的反馈 第二节 负反馈放大电路的组态,输入短路判别法：将输入回路短接，若反馈信号消失，为并联反馈；否则为串联反馈。,Uf=ieRE0,串联反馈,2019年4月4日星期四,22,第五章 放大电路中的反馈 第二节 负反馈放大电路的组态,串联反馈,直接法判断串、并联反馈：通过反馈网络与基本放大电路在输入端的连接情况判别。,反馈电阻没有连接在上,反馈电阻连接在输入端子上,并联反馈,输入端子,输入端子,2019年4月4日星期四,23,第五章 放大电路中的反馈 第二节 负反馈放大电路的组态,例5-2 试判断图a）中的R2和R3和图b）中R2引入的是串联反馈还是并联反馈。,反馈电阻没有连接到输入端子上,将输入端对地短接,图a）,串联反馈,2019年4月4日星期四,24,第五章 放大电路中的反馈 第二节 负反馈放大电路的组态,并联反馈,反馈电阻连接到输入端子上,将输入端对地短接,“虚断”,2019年4月4日星期四,25,VB不变,反馈电阻RE既通过直流电流，也通过电流的交流分量，因此此电路中同时存在直流反馈和交流反馈。,第五章 放大电路中的反馈 第二节 负反馈放大电路的组态,四、交流负反馈类型判断,判断由分立元件组成的具体放大电路的负反馈的类型,1.串联电流负反馈,分压式偏置电路的交流放大电路,RE 介于输入输出回路，有反馈。,RE的直流反馈效果(通过直流通路),IC,VE,UBE(=VB-VE),IB,IC,使静态工作点趋于稳定,输入 回路,输出 回路,VB,VE,IB,IC,2019年4月4日星期四,26,分压式偏置电路的交流通路,第五章 放大电路中的反馈 第二节 负反馈放大电路的组态,RE的交流反馈效果（通过交流通路分析）,瞬时极性法判断为何是负反馈？,负反馈,从放大电路的输入端看，反馈电压与输入电压串联Ube=Ui-Uf，为串联反馈。,从放大电路输出端看，反馈电压正比于输出电流(Uf=IcRE)，因此是电流反馈。,判断为电流串联负反馈,2019年4月4日星期四,27,第五章 放大电路中的反馈 第二节 负反馈放大电路的组态,2.并联电压负反馈,分析过程,1、用瞬时极性法判断正、负反馈？,2、从输出端判断电压、电流反馈？,3、从输入端判断串联、并联反馈？,2019年4月4日星期四,28,第五章 放大电路中的反馈 第二节 负反馈放大电路的组态,首先分析为什么是负反馈？,交流负反馈,设 为正半周，瞬时极性如图,这时 和 也在正半周,反馈电阻两端的瞬时极性应该是基级为正，集电极为负。,这时 也在正半周,而输出电压,与输入电压,是反相的，故,在负半周。,因此反馈电流的实际方向是从基级经RF流向集电极，也在正半周。,2019年4月4日星期四,29,第五章 放大电路中的反馈 第二节 负反馈放大电路的组态,可见， 、 、 三者是同相的。根据基尔霍夫电流定律可列出：,因为三者同相，于是可写成：,净输入电流,反馈的作用削弱了净输入信号，故为负反馈。,从输入端看，反馈信号以电流形式与输入信号并联，故为并联反馈。,从输出端看, 反馈电流正比于输出电压, 故为电压反馈。,并联电压负反馈,2019年4月4日星期四,30,第五章 放大电路中的反馈 第二节 负反馈放大电路的组态,反馈判断的几点说明： 瞬时极性用于判断正、负反馈。是在输入端任意假定一个交流输入信号的瞬时极性，切勿与该点的直流电位相混淆。 信号经共发射极放大器传递时, 凡由集电极输出的信号与输入信号反相, 瞬时极性变号，由发射极输出的信号, 则瞬时极性不变。 信号经耦合电容、电阻等元件传递时, 一般只产生衰减而瞬时极性不变。,2019年4月4日星期四,31,第五章 放大电路中的反馈 第二节 负反馈放大电路的组态,例5-3 图示电路为由集成运放构成的反馈电路，试判断图中各电路中反馈的极性和组态。,1、用瞬时极性法判断正、负反馈,2、从输出端判断电压、电流反馈。,3、从输入端判断串联、并联反馈。,电流反馈,电流反馈,并联反馈,串联反馈,2019年4月4日星期四,32,第五章 放大电路中的反馈 第二节 负反馈放大电路的组态,分析两级间的反馈？,串联电压负反馈,并联电流负反馈,2019年4月4日星期四,33,第五章 放大电路中的反馈 第三节 负反馈对放大电路性能的影响,一、对放大倍数的影响,1. 降低放大倍数,引入负反馈后削弱了净输入信号，电路的放大倍数降低了。且反馈深度的值越大，负反馈越强，则 也就越小。,2019年4月4日星期四,34,第五章 放大电路中的反馈 第三节 负反馈对放大电路性能的影响,例5-4 图为串联电流负反馈放大电路，=30，rbe=1k，根据,图中数据计算闭环电压放大倍数,，并计算未引入负反馈(将,CE的正极性端接到发射级)时的电压放大倍数,。设 Rs=0。,解：先画出放大电路的微变等效电路,2019年4月4日星期四,35,第五章 放大电路中的反馈 第三节 负反馈对放大电路性能的影响,未引入反馈的开环电压放大倍数：,引入负反馈后，放大倍数降低了。,虽然降低了放大倍数，但是换来很多好处，在很多方面改善了放大电路的工作性能。,1.提高了放大倍数的稳定性； 2.改善了波形失真； 3.改变放大电路的输入电阻和输出电阻。,因负反馈而引起放大倍数的降低，可通过增多放大电路的级数来提高。,2019年4月4日星期四,36,第五章 放大电路中的反馈 第三节 负反馈对放大电路性能的影响,2. 提高放大倍数的稳定性,设放大电路未引入负反馈时的放大倍数为,由于外界条件变化引起放大倍数的变化为,设放大电路未引入负反馈时的放大倍数为,由于外界条件变化引起放大倍数的变化为,由于 和 均为实数，则,放大倍数相对变化为,放大倍数相对变化为,放大倍数相对变化只有未引入负反馈时的,2019年4月4日星期四,37,第五章 放大电路中的反馈 第三节 负反馈对放大电路性能的影响,负反馈深度愈深，放大电路愈稳定。,假设某种原因(如晶体管的参数因温度的变化而变化)，使A变化了10，则Af的变化就减小到0.1。,电压负反馈能稳定输出电压，电流负反馈能稳定输出电流。,满足 认为是深度负反馈,在深度负反馈的情况下，闭环放大倍数仅与反馈电路的参数有关，基本上不受外界因素变化的影响。这时放大电路的工作非常稳定。,当1+AF=100时，Af的相对变化将只有A的相对变化的百分之一。,2019年4月4日星期四,38,第五章 放大电路中的反馈 第三节 负反馈对放大电路性能的影响,二、改善非线性失真,工作点选择不合适，或输入信号过大，都将引起信号波形的失真。,b) 具有负反馈,a） 无反馈,从本质上说，负反馈是利用失真了的波形来改善波形的失真。因此只能减小失真，不能完全消除失真。,2019年4月4日星期四,39,第五章 放大电路中的反馈 第三节 负反馈对放大电路性能的影响,三、展宽通频带,由于在深度负反馈时，闭环增益,所处的区域，当频率升高或降低 引起 减小时，只要满足：,由图可见，引入负反馈后， 放大电路的通频带由原来的,变为：,展宽频带的程度与反馈深度有关。,2019年4月4日星期四,40,第五章 放大电路中的反馈 第三节 负反馈对放大电路性能的影响,四、对放大电路输入电阻的影响,串联负反馈使放大电路输入电阻增高。,串联负反馈，净输入电压：,开环放大电路输入电阻为：,引入负反馈后输入电阻为：,由于 ，故,放大电路中引入负反馈后能使输入电阻增高还是降低，与是串联反馈还是并联反馈有关。,2019年4月4日星期四,41,第五章 放大电路中的反馈 第三节 负反馈对放大电路性能的影响,对于并联负反馈电路：,开环放大电路输入电阻为：,引入负反馈后输入电阻为：,由于 ，故,并联负反馈可以使放大电路的输入电阻减小。,2019年4月4日星期四,42,第五章 放大电路中的反馈 第三节 负反馈对放大电路性能的影响,五、对放大电路输出电阻的影响,放大电路中引入负反馈后能使输出电阻增高还是降低，与是电压反馈还是电流反馈有关。,电压反馈的放大电路具有稳定输出电压的作用，即有恒压输出的特性。而恒压源内阻很低，故引入电压反馈后放大电路的输出电阻降低。,电流反馈的放大电路具有稳定输出电流的作用，即有恒流输出的特性。故放大电路的输出电阻较高，但与RC并联后，近似等于RC 。,2019年4月4日星期四,43,第五章 放大电路中的反馈 第三节 负反馈对放大电路性能的影响,总结：各种负反馈类型对放大电路输入电阻和输出电阻的影响,输入电阻增大,输入电阻减小,输出电阻增大，稳定输出电流。,输出电阻减小，稳定输出电压。,2019年4月4日星期四,44,第五章 放大电路中的反馈 第三节 负反馈对放大电路性能的影响,例5-5 计算例5-4的串联电流 负反馈放大电路的输入电阻。,微变等效电路可计算得出：,若无 ，即无负反馈时的输入 电阻为：,可见，串联负反馈使 输入电阻提高。,2019年4月4日星期四,45,第五章 放大电路中的反馈 第四节 正弦波振荡电路,电子电路不须外接输入信号，其输出端就有信号输出的现象称为自激振荡。,如果电路依靠本身的自激振荡产生一定频率和幅度的输出信号，这种电路就称为振荡电路。,以放大电路为基础，加上正反馈网络就构成振荡电路。,据输出波形的不同， 振荡电路可以分为：,非正弦波振荡电路,正弦波振荡电路,产生方波、三角波等,产生正弦波信号,本节重点介绍,2019年4月4日星期四,46,第五章 放大电路中的反馈 第四节 正弦波振荡电路,一、 自激振荡的条件,振荡电路不须外接信号源，它的输入信号从何而来呢？,主要组成部分,基本放大电路 (表示基本放大电路的电压放大倍数),反馈网络 (表示反馈电路的反馈系数),当开关S置于位置“1”时，反馈网络不起作用，此时的电路是基本放大电路。,将输出电压经反馈电路回送到输入端，并使反馈电压与输入电压相等(大小相等，极性相同)，当开关位置“2”时，放大电路就成为振荡电路。,振荡电路是一个没有输入信号的正反馈放大电路。,2019年4月4日星期四,47,第五章 放大电路中的反馈 第四节 正弦波振荡电路,一个电路要形成振荡，须满足,幅值条件,电路的振荡条件为：,n0，1，2，3，即反馈电压与输入电压的相位相同，也就是电路构成正反馈。因此电路必须正确连接。,相位条件,维持稳定的振荡，须同时满足2条件,多级负反馈电路由于附加移相的影响，电路可能产生自激振荡，影响电路正常工作，使用时应注意加以避免和消除。,正弦波振荡电路中，正是应用了电路的自激振荡产生一定幅度、一定频率的正弦波输出信号。,2019年4月4日星期四,48,第五章 放大电路中的反馈 第四节 正弦波振荡电路,二、振荡的建立和振荡的稳定 振荡电路最初的起振：靠电路本身的各种电压的变化，这些输入电压信号也都会使放大器的输出端得到相应的很小的输出电压，这些输出电压经反馈网络反馈后得到反馈电压，不断经过反馈后，反馈电压逐渐增大，只要满足AuF1和正反馈条件时电路即可起振。,振荡电路通过放大正反馈再放大再正反馈不断重复，输出电压幅度不断增大，使基本放大电路的晶体管进入非线性区，造成放大倍数下降，直到满足AuF=1时使振荡电路稳定地工作，输出电压达到并保持一定的稳定值。这就是振荡电路从AuF1起振过渡到AuF=1稳定工作过程。,幅值条件：,相位条件：,起振条件为：,2019年4月4日星期四,49,第五章 放大电路中的反馈 第四节 正弦波振荡电路,起振信号是一些不规则的非正弦干扰信号，包含许多谐波分量，即包含许多不同频率、不同幅值的正弦量，究竟哪一种频率可最终形成输出信号需要由选频电路决定。 选频电路将所需频率的信号经过逐级放大使之形成振荡，而将其它频率的信号加以抑制。因此振荡电路必须有选频电路。,正弦波振荡电路还包括稳幅环节。当外界条件发生变化(如温度变化等)引起输出信号幅值发生变化时，通过稳幅环节，自动实现输出电压的幅值稳定不变。,正弦波振荡电路组成：基本放大器、接成正反馈的选频网络、稳幅环节。,RC振荡电路,据正弦波振荡电路的形式不同可以分为：,LC振荡电路,2019年4月4日星期四,50,第五章 放大电路中的反馈 第四节 正弦波振荡电路