负反馈放大电路2.ppt

5 2负反馈对放大器性能的影响 5 4深度负反馈 5 3负反馈放大器的性能分析 5 1反馈放大器的基本概念 第五章放大器中的负反馈 学习要求 1 判断 在掌握反馈的基本概念和类型的基础上 判断反馈组态及其作用 2 引入 在熟悉各种反馈对放大电路性能影响的基础上 按要求引入适当的负反馈 3 计算 掌握深度负反馈电路交流性能指标的估算 对一般负反馈 了解方框图法 5 1反馈放大器的基本概念 5 1 1反馈放大器的组成 将放大器输出信号的一部分或全部 通过反馈网络回送到电路输入端 并对输入信号进行调整 所形成的闭合回路即反馈放大器 反馈放大器组成框图 反馈放大器增益一般表达式 开环增益 反馈系数 闭环增益 反馈深度 环路增益 反馈深度1 AF 或环路增益T 是衡量反馈强弱的一项重要指标 其值直接影响电路性能 当 1 AF 1 则 Af A 负反馈可见 引入负反馈后 放大倍数下降了 反馈越深 负反馈放大倍数越小 特别的当 1 AF 1 则 Af 1 F 深度负反馈可见 AF与A无关 只与反馈网络有关 其稳定性提高是显然的 反馈深度与反馈效果的关系 当1 AF 0 Af 自激 振荡器 说明放大器在没有输入信号时 能有输出信号 此时电路处于自激振荡状态 当 1 AF 1 则 Af A 正反馈虽然提高了放大倍数 但使放大电路的性能不稳定 所以较少使用 但可用来产生振荡信号 波形发生器 反馈极性 由于净输入信号 若xf削弱了xi 使x i xi 负反馈 若xf增强了xi 使x i xi 正反馈 负反馈具有自动调整作用 可改善放大器性能 例 某原因 正反馈使放大器工作不稳定 多用于振荡器中 负反馈的自动调整作用是以牺牲增益为代价的 反馈形式 本级反馈和级间反馈 本级反馈 指反馈网络连接在同一级放大电路的输出回路与输入回路之间 只影响这一级的性能 级间反馈 指反馈网络连接在两级或两级以上基本放大器组成的多级放大器的输出回路与输入回路之间 影响多级放大器的性能 若一个负反馈放大器同时兼有本级与级间反馈 则决定整个负反馈放大器性能的通常总是级间反馈 反馈形式 直流反馈和交流反馈 直流反馈 如果反馈网络仅能馈送直流信号 则只存在直流反馈 当然稳定的也只有直流信号 只存在负反馈 交流反馈 若只馈送交流信号 则只存在交流信号 交直流反馈 当引入反馈的电路是直接耦合放大电路 反馈网络可以同时馈送输出信号中的直流及交流分量到输入回路 则称为交直流反馈 直流反馈 只存在负反馈其作用 稳定静态工作点 交流反馈 有正负之分 5 1 2反馈极性及类型的判断 反馈的分类 正反馈和负反馈 直流反馈和交流反馈 串联反馈和并联反馈 输入连接方式分 电压反馈和电流反馈 输出连接方式分 直流反馈 只存在负反馈其作用 稳定静态工作点 交流反馈 有正负之分 Xi Xi正反馈 Xi Xi负反馈 瞬时极性法判断 负反馈 NOTE 极性 指正或负 类型指电压串联 电压并联 电流串联 电流并联 5 1 2反馈极性及类型的判断步骤 1 首先判断反馈的有无 关键找有无反馈支路 2 判直流或交流 书 3 判串联或并联 从输入端判断 4 判电压或电流 从输出端判断 5 判正反馈或负反馈 5 1 2反馈极性及类型的判断步骤 1 首先判断反馈的有无 关键找有无反馈支路 单级放大器 输入回路和输出回路的公共支路 跨接在输入回路和输出回路的一条支路 多级放大器 跨接在输入回路和输出回路的一条支路 看电路输出与输入之间是否接有元件 若有则为反馈电路 该元件即为反馈元件 经验 图 1 图 2 图 3 Re为反馈支路 交直流反馈 Rb为反馈支路 Rf为反馈支路 交直流反馈 交直流反馈 直流反馈 交流反馈 直流反馈 2 判直流反馈和交流反馈如果反馈网络仅能馈送直流信号 则只存在直流反馈 当然稳定的也只有直流信号 若只馈送交流信号 则只存在交流信号 当引入反馈的电路是直接耦合放大电路 反馈网络可以同时馈送输出信号中的直流及交流分量到输入回路 则称为交直流反馈 根据输入端连接方式 串联反馈 在输入端 反馈网络与基本放大器串接 反馈信号以电压uf的形式出现 并在输入端进行电压比较 即u i ui u 在输入端 反馈网络与基本放大器并接 反馈信号以电流if的形式出现 并在输入端进行电流比较 即ii ii if 并联反馈 3 判串联或并联反馈 定义法 书P273 并联反馈 串联反馈 串联反馈 5 1 2反馈极性及类型的判断步骤 续 若反馈支路与输入端 US或Ui的 端 相连 则为并联反馈 反之则为串联反馈 若反馈支路与输出端 UO的 端 相连 则为电压反馈 反之则为电流反馈 3 判串联或并联反馈 同点连接法 记笔记 串联反馈 串联反馈 并联反馈 5 1 2反馈极性及类型的判断步骤 电压反馈 若反馈信号取自输出电压 则为电压反馈 电流反馈 若反馈信号取自输出电流 则为电流反馈 从输出端连接形式上A与F是并联形式 只有并联才能取出输出电压的全部或一部分 分压形式取出 从输出端连接形式上A与F是串联形式 只有串联联才能取出输出电流的全部或一部分 分流形式取出 根据输出端连接方式 电压反馈 在输出端 凡反馈网络与基本放大器并接 反馈信号取自负载上输出电压的反馈称为电压反馈 输出量xo vo 在输出端 凡反馈网络与基本放大器串接 反馈信号取自负载中输出电流的反馈称为电流反馈 电流反馈 输出量xo io 4 判电压或电流反馈 定义法 并联反馈 串联反馈 电流反馈 电压反馈 电流反馈 串联反馈 5 1 2反馈极性及类型的判断步骤 续 若反馈支路与输入端 Ui的 端 相连 则为并联反馈 反之则为串联反馈 若反馈支路与输出端 UO的 端 相连 则为电压反馈 反之则为电流反馈 4 判电压或电流反馈 同点连接法 注意 该法当对uO的 端理解不是很好时 对各别电路不适用 建议用短路实验法再次验证 串联反馈 并联反馈 串联反馈 电流反馈 电压反馈 电流反馈 5 1 2反馈极性及类型的判断步骤4 判电压或电流反馈 短路试验法 若将输出端负载短路 使输出电压为0 若反馈信号存在 则为电流反馈 说明不是取自输出电压 反之则为电压反馈 P279 注意 该法对所有电路都适用 特别当用同点连接法不能确定是电压或是电流时 最万无一失 串联反馈 串联反馈 电流反馈 电压反馈 电流反馈 并联反馈 5 1 2反馈极性及类型的判断步骤 5 判正反馈或负反馈瞬时极性法 假设输入信号的瞬时极性为 则根据三基本电路的特点 逐极表出各电路的极性 最后根据输入信号和反馈信号的极性来判断 若判断出反馈信号的变化趋势是减弱输入信号的变化趋势 则为负反馈 反之则为正反馈 其有两方面的含义 一方面表示某时刻该端比地的电位高 用 表示 另一方面表示某一瞬间其为增大的过程 同端同号正反馈同端异号负反馈异端异号正反馈异端同号负反馈 NOTE 同端 异端指输入信号和反馈信号是否加在同一端子 同号 异号指两信号的极性是否相同 记笔记 判断反馈极性 采用瞬时极性法 用正负号表示电路中各点电压的瞬时极性 或用箭头表示各节点电流瞬时流向的方法称瞬时极性法 比较xf与xi的极性 xi xi xf 若xf与xi同相 使xi 减小的 为负反馈 若xf与xi反相 使xi 增大的 为正反馈 Rb为反馈之路 交直流反馈 Rf为反馈之路 交直流反馈 负反馈 Re为反馈之路 交直流反馈 负反馈 负反馈 无连接正反馈 串联反馈 电流反馈 并联反馈 电压反馈 串联反馈 电流反馈 用瞬时极性法比较xf与xi极性时 若是并联反馈 则需根据电压的瞬时极性 标出相关支路的电流流向 然后用电流进行比较 ii ii if 若是串联反馈 则直接用电压进行比较 ui ui uf 按交 直流性质分 直流反馈 交流反馈 反馈信号为直流量 用于稳定电路静态工作点 反馈信号为交流量 用于改善放大器动态性能 多级放大器中的反馈 局部反馈 越级反馈 反馈由本级输出信号产生 可忽略 输出信号跨越一个以上放大级向输入端传送的称为级间 或越级 反馈 例1判断电路的反馈极性和反馈类型 假设输出端交流短路 Rf引入的反馈消失 电压反馈 假设输入端交流短路 Rf的反馈作用消失 并联反馈 分析 形成的if方向如图示 ii if ib 因净输入电流ib ii if ii 负反馈 结论 Rf引入电压并联负反馈 例2判断图示电路的反馈极性和反馈类型 假设输出端交流短路 RE上的反馈依然存在 电流反馈 假设输入端交流短路 RE上的反馈没有消失 串联反馈 分析 因净输入电压ube ui uf vi 负反馈 结论 RE引入电流串联负反馈 例3判断下列电路的反馈极性和反馈类型 电压串联负反馈 电流并联负反馈 书图5 1 5 5 1 4 例3自看 例4判断下列电路的反馈极性和反馈类型 电流并联负反馈 电流串联正反馈 电压并联负反馈 电压串联负反馈 例5判断下列电路的反馈极性和反馈类型 电流串联负反馈 电流并联负反馈 例6判断下列电路的反馈极性和反馈类型 电压并联正反馈 电压串联负反馈 四种类型负反馈放大器增益表达式 电压串联负反馈 开环电压增益 电压反馈系数 闭环电压增益 电压并联负反馈 开环互阻增益 互导反馈系数 闭环互阻增益 电流串联负反馈 开环互导增益 互阻反馈系数 闭环互导增益 电流并联负反馈 开环电流增益 电流反馈系数 闭环互阻增益 表5 1四种类型反馈电路的A Kf Af的表示形式 负反馈放大电路 Ii IO Io Ii VO Af VO Ii r If g Vi Vi Vf VO Af VO Vi V Kf Vf Vo V Af IO Ii i Kf If Io i Af IO Vi g Kf Vf Io r NOTE Af与Kf对偶性深度负反馈的条件下Af 1 Kf 1降低增益 5 2负反馈对放大器性能的影响 反馈越深 电路增益越小 注 当取源增益时 上式依然成立 即 2减小增益灵敏度 或提高增益稳定性 定义 由 得 2 1 得 1 2 反馈越深 增益灵敏度越小 5 2负反馈对放大器性能的影响 5 2负反馈对放大器性能的影响 P274 结论1 不同类型的负反馈能够稳定相应的输出量和相应的增益 如 电压负反馈可稳定电压 电流负反馈可稳定输出电流 电压串联负反馈能稳定电压增益 电压并联负反馈互阻增益电流串联负反馈互导增益电流并联负反馈电流增益 AVf VO Vi Arf VO Ii Agf Io Vi Aif IO Ii 5 2负反馈对放大器性能的影响 续 记笔记 3改变输入 输出电阻 输入电阻 串联反馈 基放输入电阻 环路增益 反馈电路输入电阻 并联反馈 反馈电路输入电阻 基放输入电阻 环路增益 输出电阻 电压反馈 Ro 考虑反馈网络负载效应后 基放输出电阻 Ast 负载开路时 基本放大器源增益 由定义得Rof电路模型 得 电流反馈 Ro 考虑反馈网络负载效应后 基放输出电阻 Asn 负载短路时 基本放大器源增益 由定义得Rof电路模型 得 4减小频率失真 或扩展通频带 由于负反馈降低了电路增益灵敏度 因此放大器可在更宽的通频带范围内维持增益不变 单极点系统引入负反馈后 反馈越深 上限角频率越大 增益越小 但其增益带宽积维持不变 设基放为单极点系统 则 若反馈网络反馈系数为 则闭环系统 其中 注意 通频带的扩展是以降低增益为代价的 5减小非线性失真 v i 例如 一基本放大器 引入负反馈 注意 负反馈只能减小反馈环内的失真 若输入信号本身产生失真 反馈电路无能为力 输入正弦信号时 输出产生失真 vo失真减小 6噪声性能不变 同减小非线性失真一样 引入负反馈可减小噪声 注意 负反馈在减小噪声的同时 有用信号以同样的倍数在减小 其信噪比不变 因此 引入负反馈放大器噪声性能不变 综上所述 负反馈对放大器性能影响主要表现为 降低增益 减小增益灵敏度 或提高增益稳定性 改变电路输入 输出电阻 减小频率失真 或扩展通频带 减小非线性失真 噪声性能不变 在电路输出端 5 2 2基本放大器引入负反馈的原则 在电路输入端 反馈效果与信号源内阻RS的关系 例1 为了实现下列目的 应引入A 直流负反馈B 交流负反馈为了稳定静态工作点 应引入 为了稳定放大倍数 应引入 为了改变输入电阻和输出电阻 应引入 为了抑制温漂 应引入 为了展宽频带 应引入 例2 A 电压B 电流C 串联D 并联 1 为了稳定放大电路的输出电压 应引入 负反馈 2 为了稳定放大电路的输出电流 应引入 负反馈 3 为了增大放大电路的输入电阻 应引入 负反馈 4 为了减小放大电路的输入电阻 应引入 负反馈 5 为了增大放大电路的输入电阻和减小放大电路的输出电阻 应引入 负反馈 例3 1 为稳定输出电流和增大输入电阻应如何引入负反馈 2 为稳定输出电压和减小输入电阻应如何引入负反馈 例4 为稳定输出电压和减小输入电阻应如何引入负反馈 反馈效果与RS关系的说明 串联负反馈 采用电压源激励时 若RS 0 则 由于vS恒定 则vf的变化量全部转化为vi 的变化量 此时反馈效果最强 采用电流源激励时 若RS 由于iS恒定 vi 固定不变 结果导致反馈作用消失 并联负反馈 采用电压源激励时 若RS 0 则 由于iS恒定 则if的变化量全部转化为ii 的变化量 此时反馈效果最强 采用电流源激励时 若RS 由于vi 固定不变 结果导致反馈作用消失 深度负反馈条件 5 4深度负反馈 当电路满足深度负反馈条件时 或 称深度负反馈条件 将 串联反馈电路输入电阻 并联反馈电路输入电阻 电压反馈电路输出电阻 电流反馈电路输出电阻 深度负反馈条件下AvSf的估算 根据反馈类型确定F含义 并计算F 分析步骤 若并联反馈 将输入端交流短路 若串联反馈 将输入端交流开路 则反馈系数 确定Af xo xi 含义 并计算Af 1 kf 将Af转换成Avfs vo vs F xf xo 计算此时xo产生的xf 例1图示电路 试在深度负反馈条件下估算Avfs 该电路为电压串联负反馈放大器