模电课件 第六章、反馈.ppt

第6章放大电路的反馈 6 1电子电路中的负反馈6 1 1负反馈的概念6 1 2负反馈的类型及分析方法6 1 3负反馈对放大器性能的影响 2 6 1 1负反馈的概念 凡是将放大电路输出端的信号 电压或电流 的一部分或全部引回到输入端 与输入信号迭加 就称为反馈 若引回的信号削弱了输入信号 就称为负反馈 若引回的信号增强了输入信号 就称为正反馈 3 反馈 取 加强输入信号正反馈用于振荡器 取 削弱输入信号负反馈用于放大器 开环 闭环 负反馈的作用 稳定静态工作点 稳定放大倍数 改变输入和输出电阻 展宽频带 减小非线性失真等 4 放大 迭加 负反馈框图 AO称为开环放大倍数 AF称为闭环放大倍数 输出信号 输入信号 反馈信号 差值信号 负反馈放大器 F称为反馈系数 5 负反馈放大器的一般关系 闭环放大倍数 放大 迭加 6 负反馈放大器的闭环放大倍数 当Ao很大时 AoF 1 结论 当Ao很大时 负反馈放大器的闭环放大倍数与晶体管无关 只与反馈网络有关 即负反馈可以稳定放大倍数 7 负反馈放大器的四种连接方式 串联 并联 四种连接方式 1 电流串联负反馈 2 电压串联负反馈 3 电流并联负反馈 4 电压并联负反馈 8 6 1 2负反馈的类型及分析方法 负反馈的类型 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 作用 稳定静态工作点 9 1 接有发射极交流负反馈电阻的放大器 电流串联负反馈 ui ube uf 负反馈电阻RF 符合公式 10 性能比较 结论 1 放大倍数减小了 但稳定了 即受晶体管的影响减小 2 输入电阻提高了 RB1 100k RB2 33k RE 2 4k RF 100 RC 5k RL 5k 60EC 15Vrbe 1 62k 11 放大倍数稳定性的比较 12 放大倍数的近似计算 uf RFie 19 13 2 射极跟随器 电压串联负反馈 ui ube uf 其中uf uo 符合公式 14 性能 1 放大倍数 1 2 输入电阻大 3 输出电阻小 15 放大倍数的近似计算 16 3 在集电极与基极间接有反馈电阻的放大器 电压并联负反馈 Rf的作用 1 提供静态工作点2 直流负反馈 稳定静态工作点3 交流负反馈 稳定放大倍数 ii ib if 其中if uo ui Rf 即if是由uo形成的 符合公式 17 4 在两级放大器之间接有负反馈电阻的放大器 电压串联负反馈 ui ube uf 符合公式 18 放大倍数的近似计算 19 6 1 3负反馈对放大电路的影响 20 负反馈使放大倍数下降 引入负反馈使电路的稳定性提高 1 对放大倍数的影响 21 若 称为深度负反馈 此时 在深度负反馈的情况下 放大倍数只与反馈网络有关 22 2 交流负反馈能改善波形的失真 加反馈前 加反馈后 失真 改善 23 3 对输入 输出电阻的影响 1 串联反馈使电路的输入电阻增加 2 并联反馈使电路的输入电阻减小 3 电压反馈使电路的输出电阻减小 例如 射极输出器 例如 射极输出器 4 电流反馈使电路的输出电阻增加 24 4 对通频带的影响 引入负反馈使电路的通频带宽度增加 25 负反馈放大器的分析方法 1 分析以下各电路 哪些电阻起直流负反馈作用 1 是否是负反馈放大器 哪些电阻起交流负反馈作用 级间反馈用 瞬时极性法 判断是正反馈还是负反馈 3 由给定的参数估算放大器的电压放大倍数 26 瞬时极性判断法 1 C点电位与B电位变化极性相反 3 若B点电位固定 则C点电位与E点电位变化极性相同 2 E点电位与B电位变化极性相同 27 反馈极性判断 若某种原因 温度升高 使uo上升 反馈效果使uo下降 28 例1 忽略 电压串联负反馈 瞬时极性判断法 反馈系数 放大倍数 已知 Re1 Rf 求电压放大倍数 29 例2 已知 RS Rf 求电压放大倍数 Rf 直流负反馈 交流负反馈 忽略ib 忽略ube 30 例3 已知 RS RF Re2 求电压放大倍数 RF 建立第一级静态工作点 级间直流负反馈 电流反馈 稳定各级的静态工作点 RE Re2 局部直流负反馈 电流反馈 稳定各级的静态工作点 31 例3 续 RF Re2 级间直流负反馈作用 提供并稳定静态工作点 级间交流电流并联负反馈作用 瞬时极性判断法 32 例3 续 电压放大倍数的估算 33 例3 续 电压放大倍数的估算 34 例4 EC 直流负反馈 RE1 Re2 R1 R2 局部直流负反馈RF1 RF2 级间直流负反馈 级间交流电压串联负反馈 RF1 局部交流电流串联负反馈 Re2 35 例4 续 EC 36 例5 反馈类型判断 设uE2 uE1 uC1 uB2 uE2 此放大器是交流正反馈放大器 37 例6 此放大器是交流正反馈放大器 38 例7 交流电压串联负反馈放大器 39 正反馈和负反馈的判断 在放大电路的输入端 假设一个输入信号对地的极性 用 表示 按信号传输方向依次判断相关点的瞬时极性 直至判断出反馈信号的瞬时极性 如果反馈信号的瞬时极性使净输入减小 则为负反馈 反之为正反馈 反馈信号和输入信号加于输入回路一点时 瞬时极性相同的为正反馈 瞬时极性相反的是负反馈 反馈信号和输入信号加于输入回路两点时 瞬时极性相同的为负反馈 瞬时极性相反的是正反馈 以上输入信号和反馈信号的瞬时极性都是指对地而言 这样才有可比性 瞬时极性法 对三极管来说这两点是基极和发射极 对运算放大器来说是同相输入端和反相输入端 40 电压串联负反馈 瞬时极性法 当vi一定时 若RL vo vf vid vo 电压串联负反馈 电压负反馈 串联负反馈 输出回路 输入回路 A F vi vid vf vo 反馈信号和输入信号加于输入回路两点时 瞬时极性相同为负反馈 电压负反馈稳定输出电压 反馈信号与电压成比例 是电压反馈 反馈电压Vf与输入电压Vid是串联关系 故为串联负反馈 41 例1 试分析该电路存在的反馈 并判断其反馈组态 解 根据瞬时极性法 电路是负反馈 反馈信号vf和输入信号vi加在运放A1的两个输入端 故为串联反馈 反馈信号与输出电压成比例 故为电压反馈 反馈信号和输入信号加于输入回路两点时 瞬时极性相同为负反馈 交直流串联电压负反馈 42 电压并联负反馈 vo 反馈信号和输入信号加于输入回路同一点时 瞬时极性相反为负反馈 电压负反馈 输出端的取样是电压 并联负反馈 输入端Ii和If以并联的方式进行比较 43 电流并联负反馈 反馈信号和输入信号加于输入回路同一点时 瞬时极性相反为负反馈 当ii一定时 若RL io if iid io 电流负反馈稳定输出电流 电流负反馈 输出端的取样是电流 并联负反馈 输入端Ii和If以并联的方式进行比较 44 例2 反馈信号和输入信号加于输入回路同一点时 瞬时极性相反是负反馈 试分析该电路存在的反馈 并判断其反馈组态 电流并联负反馈 输入信号与反馈信号是并联的形式 所以是并联负反馈 反馈信号取自与输出电流 所以是电流负反馈 解 根据瞬时极性法判断 45 电流串联负反馈 vi vid vf 反馈信号和输入信号加于输入回路两点时 瞬时极性相同为负反馈 输出端的取样是电流 所以是电流负反馈 输入端Vid和Vf以串联的方式进行比较 所以是串联负反馈 46 小结 电压反馈和电流反馈 将输出电压 短路 若反馈信号为零 则为电压反馈 若反馈信号仍然存在 则为电流反馈 电压反馈 反馈信号的大小与输出电压成比例的反馈称为电压反馈 电压反馈与电流反馈的判断 电流反馈 反馈信号的大小与输出电流成比例的反馈称为电流反馈 47 串联反馈和并联反馈 反馈信号与输入信号加在输入回路的同一个电极上 则为并联反馈 反之 加在放大电路输入回路的两个电极 则为串联反馈 对于三极管来说 反馈信号与输入信号同时加在三极管的基极或发射极 为并联反馈 一个加在基极一个加在发射极则为串联反馈 对于运算放大器来说 反馈信号与输入信号同时加在同相输入端或反相输入端 则为并联反馈 一个加在同相输入端一个加在反相输入端则为串联反馈 此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系 此时反馈信号与输入信号是电流相加减的关系 小结 小结 48 反馈深度 称为反馈深度 相当与引入负反馈 相当与引入正反馈 相当于输入为零时仍有输出 故称为 自激状态 49 说明 在深度负反馈条件下 闭环放大倍数近似等于反馈系数的倒数 与有源器件的参数基本无关 一般反馈网络是无源元件构成的 其稳定性优于有源器件 因此深度负反馈时的放大倍数比较稳定 在此还要注意的是 和可以是电压信号 也可以是电流信号 1 当它们都是电压信号时 无量纲 和是电压放大倍数 2 当它们都是电流信号时 无量纲 和是电流放大倍数 3 当它们既有电压信号也有电流信号时 有量纲 和也有专门的放大倍数称谓 50 解 在求电压放大倍数表达式时 可以把A1和A2看成一个运算放大器 见图中棕色线框 因A1和A2都是反相输入的 因此可确定输入信号 和输出信号之间的极性 该电路相当同相比例运算电路 所以 例3 求图电路的电压放大倍数 51 反馈系数 对于图 a 对于图 b 闭环放大倍数对于串联电压负反馈 在输入端是输入电压和反馈电压相减 所以 52 电压并联负反馈 电压并联负反馈的电路如图所示 因反馈信号与输入信号在一点相加 为并联反馈 根据瞬时极性法判断 为负反馈 且为电压负反馈 因为并联反馈在输入端采用电流相加减 即 电压并联负反馈 53 具有电阻的量纲具有电阻的量纲具有电导的量纲 而电压增益为 称为互阻增益 称为互导反馈系数 相乘无量纲 对于深度负反馈 互阻增益为 54 电流串联负反馈 电流串联负反馈电路如图所示 图 a 是基本放大电路将Ce去掉而构成 图 b 是由集成运放 见下页 构成 对图 a 反馈电压从Re1上取出 根据瞬时极性和反馈电压接入方式 可判断为串联负反馈 因输出电压短路 反馈电压仍然存在 故为串联电流负反馈 电流串联负反馈 55 对图 b 的电路求其互导增益 图 b 56 于是1 R 这里忽略了Rf的分流作用 电压增益为 57 电流放大倍数 电流反馈系数是 以图09 08 b 为例 显然 电流放大倍数基本上只与外电路的参数有关 与运放内部参数无关 电压放大倍数为 58 例5 回答下列问题 求图09 09在静态时运放的共模输入电压 若要实现串联电压反馈 Rf应接向何处 要实现串联电压负反馈 运放的输入端极性如何确定 求引入电压串联负反馈后的闭环电压放大倍数 59 解 静态时运放的共模输入电压 即静态时T1和T2的集电极电位 Ic1 Ic2 Ic3 2 60 解 可以把差动放大电路看成运放A的输入级 输入信号加在T1的基极 要实现串联反馈 反馈信号必然要加在B2 所以要实现串联电压反 解 既然是串联反馈 反馈和输入信号接到差放的两个输入端 要实现负反馈 必为同极性信号 差放输入端的瞬时极性 见图中红色标号 根据串联反馈的要求 可确定B2的极性 见图中绿色标号 由此可确定运放的输入端极性 馈 Rf应接向B2 61 解 求引入电压串联负反馈后的闭环电压增益 可把差放和运放合为一个整体看待 为了保证获得运放绿色标号的极性 B1相当同相输入端 B2相当反向输入端 为此该电路相当同相输入比例运算电路 所以电压增益为 62 负反馈对增益的影响 有反馈时增益的稳定性比无反馈时提高了 1 AF 倍 引入深度负反馈后 放大电路的增益由反馈网络决定 与基本放大电路无关 63 负反馈对输入电阻的影响 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 1 串联负反馈使输入电阻增加 式中Ri rid 2 并联负反馈使输入电阻减小 65 负反馈对输出电阻的影响 电压负反馈可以使输出电阻减小 这与电压负反馈可以使输出电压稳定是相一致的 输出电阻小 带负载能力强 输出电压的降落就小 稳定性就好 以串联电压负反馈为例 有 1 电压负反馈使输出电阻减小 负载开路 66 2 电流负反馈使输出电阻增加 电流负反馈可以使输出电阻增加 式中Ais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 再将负载开路的增益 这与电流负反馈可以使输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流源的特性 输出电流的稳定性就好 电流并联负反馈为例 将负载电阻开路 在输出端加入一个等效的电压V o 并令输入信号源为零 即VS 0 可得 67 负反馈类型的判别 输出端 看反馈信号是取自输出电压还是输出电流 如果取自输出电压 电压反馈 如果取自输出电流 电流反馈 输入端 看整个反馈放大器的输入端 基本放大器的输入端 反馈网络的输出端 这三个端口之间的关系 如果是并联关系 并联反馈 如果是串联关系 串联反馈 采用瞬时极性法 判断反馈信号是增强了基本放大器的输入信号还是削弱了基本放大器的输入信号 判断是正反馈还是负反馈 负反馈类型的判别 68 深度负反馈条