模拟电子电路课件学chaper06

30 六、放大电路中的反馈六、放大电路中的反馈 ?6.1 基本反馈的基本概念及判断方法基本反馈的基本概念及判断方法 ?6.2 负反馈放大电路的四种基本组态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负反馈放大电路的方块图及一般表达式 ?6.4 深度负反馈放大电路放大倍数的分析深度负反馈放大电路放大倍数的分析 ?6.5 负反馈对放大电路的性能影响负反馈对放大电路的性能影响 ?6.6 负反馈放大电路的稳定性负反馈放大电路的稳定性 本章重点本章重点: 反馈的概念、反馈性质的判断方法、深度负 反馈下放大倍数的估算方法，负反馈放大电 路稳定性的判断方法和消振方法 : 反馈的概念、反馈性质的判断方法、深度负 反馈下放大倍数的估算方法，负反馈放大电 路稳定性的判断方法和消振方法 6.1 反馈的基本概念及判断方法反馈的基本概念及判断方法 本节要搞清以下几个问题本节要搞清以下几个问题: 什么是反馈什么是反馈, 反馈有哪几种形 式 反馈有哪几种形 式, 它们的各自特点是什么它们的各自特点是什么, 如何分析反馈放大电路如何分析反馈放大电路 1. 反馈的定义反馈的定义 (电子电路电子电路) 将输出量(电压或电流)的一部分或全部通过一定的电路形式 作用到输入回路,来影响输入量(电压或电流)的措施 反馈放大电路的方框图 2. 反馈的形式反馈的形式 正反馈正反馈: 使放大电路净输入量增大的反馈 负反馈负反馈: 使放大电路净输入量减小的反馈 按反馈极性 直流反馈直流反馈: 反馈量只含有直流量的反馈 交流反馈交流反馈: 反馈量只含有交流量的反馈 按反馈量成分 有无反馈和不同形式的反馈对于放大电路的影响是很 不相同的, 因此具体分析前, 需要对电路进行定性分析: 有无反馈和不同形式的反馈对于放大电路的影响是很 不相同的, 因此具体分析前, 需要对电路进行定性分析: ?是否含有反馈?是否含有反馈? ?反馈量是什么?反馈量是什么? ?反馈量使输入量的作用是加强还是削弱?反馈量使输入量的作用是加强还是削弱? 6.1.2 反馈的判断反馈的判断 1. 有无反馈的判断有无反馈的判断 ?如果电路中存在反馈通路反馈通路, 且由此影响了放大电路的净输入, 那么电路引入了反馈 ?反馈通路反馈通路: 输出回路与输入回路相连接的通路 有无反馈的判断 ?瞬时极性法瞬时极性法: ?规定输入信号在某时刻对地的极性, 然后从输入端到输出端, 确定输出信号的极性 ?由输出信号极性判断反馈信号的极性 ?若反馈信号使电路的净输入量净输入量增大(减小), 则引入正(负)反馈 2. 反馈极性的判断反馈极性的判断(正反馈还是负反馈正反馈还是负反馈) 例例1:判断反馈的极性判断反馈的极性判断反馈对净输入量的影响判断反馈对净输入量的影响 净输入量uP-uN 减小负反馈负反馈 净输入量uP-uN 增加,正反馈正反馈 净输入量iI- iF 减小,负反馈负反馈 6.2 负反馈放大电路的四种基本组态负反馈放大电路的四种基本组态 ?引入了交流负反馈的放大电路称为引入了交流负反馈的放大电路称为负反馈放大电路负反馈放大电路 ?负反馈放大电路负反馈放大电路的相关结论的相关结论 ?交流负反馈使电路的输出与输入间有稳定的比例关系.付 出的代价是电路的放大能力下降 ?反馈量仅与输出量有关 ?负反馈通过反馈调整净输入量, 达到调整输出的目的 负反馈放大电路 反馈与输入不连于同一点,称为串联反馈串联反馈 反馈与输入连于同一点,称为并联反馈并联反馈 输入端: 反馈从输出直接引回(取自输出电压),称为电压反馈电压反馈 反馈从输出间接引回(取自输出电流),称为电流反馈电流反馈 输出端: ?本节介绍交流负反馈的四种基本组态及其特点本节介绍交流负反馈的四种基本组态及其特点 ?四种基本组态是根据反馈的连接方式区分的四种基本组态是根据反馈的连接方式区分的 ?不同连接方式对电路的影响不一样，下节详细讨论其特点不同连接方式对电路的影响不一样，下节详细讨论其特点 电压串联负反馈电压串联负反馈电流并联负反馈电流并联负反馈 6.2.2 四种负反馈类型的分析方法及特点四种负反馈类型的分析方法及特点 1. 电压串联负反馈电压串联负反馈 ?连接方式: 从输出电压取样,与输入电压比较,差值为净输入量 方块图表 示 ?输出与输入关系的计算方法理想运放的理想运放的“虚短虚短”与与“虚断虚断” ?方框图为电压串联负反放大电路的一般形式，A表示基本放 大电路，F代表反馈网络 1. 电压串联负反馈电压串联负反馈 预备知识预备知识: 理想运放的“虚短虚短”与“虚断虚断” 运放模型P192 () OodIod uA uAuu + = 运放在线性区时, 输出输入关系为(ro= 0) uO为有限值, 且Aod= , 因此 0uu + 两输入端电位无穷接近,但又非真正短路,称两输入端为“虚短路虚短路” 两输入端电流趋于零, 但又非真正断路, 称两输入端为“虚断路虚断路” 由u+ u-, rid= , 得到输入端的输入电流:0ii + 虚短 虚断 虚短 虚断 uu + = 0ii + = 简化计算时, 可认为理想运放“虚短”与“虚断”的表达式为 31 1IR uu= 1 1 12 RO R uu RR = + 2 1 (1) OI R uu R =+ ?计算输出与输入间的关系 虚短虚短u u + = 虚断虚断0ii + = ?输出可看做输出电阻为0的受输入电压控制的电压源，电压 负反馈 ，电压 负反馈可稳定输出电压 ?定义电压串联负反馈电路的放大倍数 O uuf I u A u = 1. 电压串联负反馈电压串联负反馈 2. 电流串联负反馈电流串联负反馈 ?连接方式: 从输出电流取样,与输入电压比较,差值为净输入量 ?输出与输入间的关系 1IR uu= 11OR iuR= 1 1 OI iu R = 虚短虚短u u + = 虚断虚断0ii + = ?输出可看做输出电阻为的受输入电压控制的电压源，电流 负反馈 ，电流 负反馈可稳定输出电流 ?定义电流串联负反馈电路的放大倍数 O iuf I i A u = 3. 电压并联负反馈电压并联负反馈 ?输出与输入间的关系 虚短虚短u u + = 虚断虚断0ii + = ?输出可看做输出电阻为0的受输入电流控制的电压源受输入电流控制的电压源 ?连接方式: 从输出电压取样,与输入电流比较,差值为净输入量 0uu + = 0 OI ui R= OI ui R= ?定义电压并联负反馈电路的放大倍数 O iuf I i A u = 4. 电流并联负反馈电流并联负反馈 122FR i Ri R= 2OIR iii=+ ?连接方式: 从输出电流取样,与输入电流比较,差值为净输入量 1 2 (1) OI R ii R = + ?输出与输入间的关系 虚断虚断0ii + = 虚短虚短u u + = ?输出可看做输出电阻为的受输入电流控制的电流源受输入电流控制的电流源 ?定义电流并联负反馈电路的放大倍数 O iif I i A i = 5. 总结四种反馈组态特点总结四种反馈组态特点 ?输出端: 电压(流)负反馈可稳定输出电压(流) ?输入端: 串(并)联负反馈电路的输入电流很小(大), 适用 于输入信号为恒压(流)源的情况 ?由以上特点可知: 实际电路中, 当要求 电压负反馈 电流负反馈 电压负反馈 电流负反馈 输出端 ?稳定电压 ?稳定电流 串联负反馈 并联负反馈 串联负反馈 并联负反馈 输入信号 ?恒压源 ?恒流源 6.2.3 反馈组态的判断反馈组态的判断 ?电压反馈: 输出电压为0时, 反馈量也为0, 该反馈为电压反馈 ?电流反馈: RL开路(IO=0)时, 反馈量为0, 该反馈为电流反馈 或输出电压为0时,反馈量不为0, 反馈为电流反馈 1. 输出端组态的判断输出端组态的判断(电压反馈电压反馈, 电流反馈电流反馈) ?串联反馈: 反馈与输入不不连于同一点, 该反馈为串联反馈 ?并联反馈: 反馈与输入连于同一点, 该反馈为并联反馈 2. 输入端组态的判断输入端组态的判断(串联反馈串联反馈, 并联反馈并联反馈) 6.3 负反馈电路的方块图与一般表达式负反馈电路的方块图与一般表达式 ?交流负反馈放大电路的四种组态可由下面框图表示 ?从这四种框图出发，分析负反馈放大电路的性能，与讨论具体 电路相比，已进了一步 ?但为了研究负反馈放大电路的共同规律，希望能把四种组态的 方框图形式归纳用一个方框图表示，则分析过程可进一步简化 6.3.1 负反馈放大电路的方块图表示法负反馈放大电路的方块图表示法 ?输入量,净输入量与反馈量的关系 负反馈放大电路方框图 ?右图为可描述四种组态的的方框图 iif XXX = ? 可为电压(流) ?由方框图定义电路放大倍数如下 ?基本放大电路的放大倍数 ?反馈系数 ?负反馈放大电路的放 大倍数(闭环放大倍数) ?电路的环路放大倍数 o AX X = ? fo FXX= ? foi AXX= ? fi AFX X = ? ? 不同组态的反馈电 路，其放大倍数的 意义是不同的 不同组态的反馈电 路，其放大倍数的 意义是不同的 6.3.3 负反馈放大电路放大倍数一般表达式负反馈放大电路放大倍数一般表达式 ?由定义推导闭环放大倍数公式 ?上式表明,接入负反馈后的放大电路的放大倍数是不带反馈时 放大倍数的(1 1 )AF+ ? ? 负反馈放大电路性能的改善程度多与有关负反馈放大电路性能的改善程度多与有关1AF+ ? ? o f i X A X = ? ? ? o fi X XX = + ? ? i fi AX XAFX = + ? ? ? ? 1 i A AF+ = ? ? ? 1 f A A AF = + ?中频段时，上式可写为 32 ?当只考虑放大倍数的幅值时,由下述公式进行相关分析 | | |1| f A A AF = + ? ? ? ? 1 f AF ? 深度负反馈 自激振荡 深度负反馈 自激振荡| f A = ? 引入负反馈后, 放大倍数下降| | f AA ? ? |1| 1AF+ ? ? |1| 1AF+ 正反馈 6.4 深度负反馈放大电路放大倍数分析深度负反馈放大电路放大倍数分析 1. 深度负反馈的实质深度负反馈的实质 1 f A A AF = + ? ? ? ? ?深度负反馈时,放大倍数为 1 (|1|1) f AAF F + ? ? ? ?由定义知 foi fo AXX FXX = = ? ? ?上面三个公式联合求解得到 if XX ? 0 i X ? 或 分析深度负反馈时分析深度负反馈时, 净输入量近似为净输入量近似为0, 可忽略不计可忽略不计 6.4.3 放大倍数的分析放大倍数的分析 求解深度负反馈放大电路放大倍数的步骤求解深度负反馈放大电路放大倍数的步骤: ?判断反馈组态 ?求反馈系数(仅与反馈网络有关仅与反馈网络有关) ?利用反馈系数求解放大倍数 ?判断反馈组态 ?利用虚短，虚断概念，由定义直接求解 方法方法I 方法方法II 1. 电压串联负反馈电压串联负反馈-电压放大电压放大 ?电路放大倍数 1 oo uufuf ifuu UU AA UUF = ? ? ? ?反馈系数 uufo FUU= ? 1 12 R RR = + 2. 电流串联负反馈电流串联负反馈-输入电压转换成输出电流输入电压转换成输出电流 ?电路放大倍数 ?反馈系数 R= uifo FUI= ? 1 oo iuf ifui II A UUF = ? ? ? 1 ooL ufL ifui UI R AR UUF = ? ? ? ?电路放大倍数 1 oo uif ifiu UU A IIF = ? ? ? ?反馈系数 3. 电压并联负反馈电压并联负反馈-输入电流转换成输出电压输入电流转换成输出电压 1 oo usf sfsius UU A UI RF R = ? ? ? 考虑带内阻信号源 iufo FIU= ? 1/ R= 4. 电流并联负反馈电流并联负反馈-电流放大电流放大 ?电路放大倍数 ?反馈系数 2 12 R RR = + iifo FII= ? 1 oo iif ifii II A IIF = ? ? ? ooLL usf sfsius UI RR A UI RF R = ? ? ? 考虑带内阻信号源 6.5.1 稳定放大倍数稳定放大倍数 电路稳定性仅取决于由电阻阻成的反馈网络, 故稳定性好 ?深度负反馈时,电路放大倍数为 1 (|1|1) f AAF F + ? ? ? ?一般情况下, 电路的稳定性分析(以中频段为例) 1 f A A AF = + 1 1 f f dA A AAAF d + = 比较相对 变化量 对公式求 导得到 负反馈牺牲放大倍数, 以换取电路的稳定性负反馈牺牲放大倍数, 以换取电路的稳定性 6.5.2 对输入对输入(输出输出)电阻的影响电阻的影响 不同组态的交流负反馈,对输入(输出)电阻的影响不同不同组态的交流负反馈,对输入(输出)电阻的影响不同 1. 对输入电阻的影响对输入电阻的影响 ?串联负反馈下的输入电阻(阻值增加) ?基本放大电路输入电阻 i i i U R I = ?整个放大电路输入电阻 iii if ii UUAFU R II + = ?两个电阻的关系 (1) ifi RAF R=+ 输入电阻是基本电路的输入电阻是基本电路的 (1+AF) 倍倍 ?当输入端并联有电阻时(且该 电阻不在反馈环内), 输入电阻 /(1) ifbi RRAF R=+ ?串联负反馈下的输入电阻(阻值增加) ?并联负反馈下的输入电阻(阻值减小) ?两个电阻的关系 1 (1) ifi RR AF = + 输入电阻是基本电路的输入电阻是基本电路的 1/(1+AF) 倍倍 2. 对输出电阻的影响对输出电阻的影响 ?两电阻的关系 1 (1) ofo RR AF = + 输出电阻是基本电路的输出电阻是基本电路的 1/(1+AF) 倍倍 ?两电阻的关系 (1) ofo RAF R=+ 输出电阻是基本电路的输出电阻是基本电路的 (1+AF) 倍倍 ?电压负反馈下的输出电阻(阻值减小) ?电流负反馈下的输出电阻(阻值增加) 33 6.5.3 对通频带与非线性失真的影响对通频带与非线性失真的影响 ?负反馈的引入, 降低了增益, 拓宽了频带 (1+AF)倍 电路中带宽与增益的改善总是相互矛盾的,可以采用增益带宽 积来描述两者间的关系 电路中带宽与增益的改善总是相互矛盾的,可以采用增益带宽 积来描述两者间的关系 | |()| | usmbwusmHLusmH AfAffAf= ? ?负反馈只能抑制但不能消除反馈回路内的噪声和干扰,减 小非线性失真 6.5.5 放大电路中引入负反馈的一般原则放大电路中引入负反馈的一般原则 ?稳定Q点时, 引入直流负反馈； ?改善电路动态参数时,应引入交流负反馈 ?输入端根据信号源的性质,引入串(并)联反馈 ?输出端根据负载要求, 引入电压(流)反馈 6.6.1 自激振荡产生的原因与条件自激振荡产生的原因与条件 ?电路中的耦合(旁路)电容,极间电容导致低(高)频段有附加相移 ?附加相移: 在中频段相位关系的基础上产生的相移 ?当附加相移为180时, 负反馈变为正反馈, 从而产生自激振荡 1. 自激振荡产生的原因自激振荡产生的原因:( 低(高)频段存在附加相移低(高)频段存在附加相移) 1 f