模拟电子技术负反馈放大电路.pptVIP

第7章负反馈放大电路7 1反馈的基本概念7 2负反馈放大电路的类别及判断7 3负反馈放大电路的一般表达式及四种组态7 4负反馈对放大电路性能的影响7 5负反馈放大电路的分析计算7 6负反馈放大电路的稳定性 7 1反馈的基本概念 7 1 1反馈的概念 放大电路中的反馈 是指将输出量 输出电压或输出电流 的部分或全部 通过一定的电路形式作用到输入回路 用来影响其输入量的措施 反馈网络 输出量 输入量 净输入量 反馈量 反馈通路 信号反向传输的渠道 开环 无反馈通路 闭环 有反馈通路 7 1 2正反馈和负反馈 1 负反馈反馈信号削弱了输入信号 使得净输入信号减小 从而使放大电路的放大倍数减小 使输出信号减小 这种反馈称为负反馈 2 正反馈反馈信号增强了输入信号 使得净输入信号增大 从而使放大电路的放大倍数增大 使输出信号增大 这种反馈称为正反馈 电路引入了反馈 放大电路存在将输出回路与输入回路连接的通路 该通路影响放大电路的净输入量 7 2负反馈放大电路的类别及判断 7 2 1有无反馈的判别 注意 既在输出回路又在输入回路的元件 正是它将输出量的部分或全部引回输入回路 形成反馈通路 没有引入反馈 引入了反馈 引入了反馈 引入了反馈 7 2 2正 负反馈的判别 设接地参考点的电位为零 电路中某点在某瞬时的电位高于零电位 则该点电位的瞬时极性为正 用 表示 反之为负 用 表示 反馈极性的判断 输入信号极性 净输入信号增大 正反馈 净输入信号减小 负反馈 集成运放有两个输入端 反向输入端u 和同相输入端u 反向输入端u 与输出uo相位相反 同相输入端u 与输出uo相位相同 净输入电压 运放两个输入端所加的差模输入电压 u u 净输入电流 运放某个输入端的输入电流 i 或i 1 集成运放电路正负反馈判断 负反馈 负反馈 1 对于双极型三极管而言 共射电路 输出与输入相位相反 若三极管的b极极性为正 c极极性即为负 共集电路 输出与输入相位相同 若三极管的b极极性为正 e极极性即为正 共基电路 输出与输入相位相同 若三极管的e极极性为正 c极极性即为正 然后通过判断输入级三极管的净输入电压 uBE 或净输入电流 iB或iE 因反馈的引入增大还是减小来判断正负反馈 2 分立元件放大电路正负反馈的判别 用下列原则来推导相应点的电位极性 共源 g极 d极反相共漏 g极 s极同相共栅 s极 d极同相然后通过判断输入级场效应管的净输入电压 g s间或s g间电压 或净输入电流 iS 因反馈的引入是被增大还是被减小来判断正负反馈 2 对场效应管而言 负反馈 负反馈 3 差动放大电路正负反馈的判别若信号从同一管的基极输入 集电极输出 则输出与输入相位相反 若信号从一管的基极输入 另一管的集电极输出 则输出与输入相位相同 差动放大电路的净输入电压是两三极管的基极电位之差 正反馈 直流反馈 反馈到输入端的信号只是直流成分 7 2 3直流反馈和交流反馈 直流通路中存在反馈的 就是直流反馈 交流通路中存在反馈的 就是交流反馈 一般说来 反馈通路中如果存在隔直电容 就是交流反馈 反馈通路中存在旁路电容 就是直流反馈 如果不存在电容 就是交 直流反馈共存 主要用来稳定Q点 主要用来改善动态性能 交流反馈 反馈到输入端的信号只是交流成分 交流电路 由于电容C对交流信号可视为短路 直流电路 由于电容C对直流信号可视为开路 引入了直流反馈 没有引入交流反馈 R4C引入了交流反馈 没引入直流反馈 7 2 4串联反馈和并联反馈判别 串联反馈 反馈信号与输入信号在输入回路中以电压形式求和 决定净输入电压信号 并联反馈 反馈信号与输入信号在输入回路中以电流形式求和 决定净输入电流信号 串联反馈 并联反馈 并联反馈 串联反馈 ui与uf在集成运放的不同输入端 ui ui uf 并联反馈 ii与if在集成运放的相同输入端 ii ii if 串联反馈 电压反馈 反馈信号取自输出电压 电压负反馈的反馈信号与输出电压成比例 判断方法 假设将输出端交流短路 如果反馈信号消失 则为电压反馈 否则为电流反馈 电流反馈 反馈信号取自输出电流 电流负反馈的反馈信号与输出电流成比例 7 2 5电压反馈和电流反馈 Re1两端的电压与输出信号无关 即反馈信号消失 所以为电压反馈 电流反馈 电压反馈 例7 2 2 交流电压串联负反馈 例7 2 3 电压并联负反馈 7 3 1负反馈放大电路的方框图和反馈的一般表达式 开环放大倍数 反馈系数 闭环放大倍数 环路增益 7 3负反馈放大电路的一般表达式及四种组态 方框图 负反馈放大电路的一般表达式 反馈深度 讨论分析 1 若 则 引入了负反馈 若 则 引入了正反馈 2 若 则为深度负反馈 深度负反馈条件下 基本与无关 主要取决于 反馈网络常为无源网络 受温度影响极小 因而可获得很高的稳定性 反馈网络确定后 越大 反馈越深 与越接近 常采用大的集成运放 注 实用电路中 几乎均可认为引入的是深度负反馈 3 若 则即 时 自激振荡时 输出信号不受输入信号控制 放大电路失去放大作用 引入满足自激振荡条件的正反馈 从而产生各种波形的信号 注 通常所说的负反馈放大电路是指中频段的反馈极性 可处理为实数 当频率进入低频段或高频段 负反馈电路可能产生正反馈 甚至产生自激振荡 四种交流负反馈组态 输出端 反馈量取自 输出电压 输出电流 电压反馈 电流反馈 与uo有关 与io有关 输入端 反馈量与输入量 以电压方式相叠加 串联反馈 ui uf 以电流方式相叠加 并联反馈 ii if 7 3 2电压串联负反馈 开环电压放大倍数 反馈系数 闭环电压放大倍数 7 3 3电流串联负反馈 反馈系数 开环放大倍数 闭环放大倍数 转移电导 7 3 4电压并联负反馈 开环放大倍数 反馈系数 转移电阻 闭环放大倍数 开环电流放大倍数 反馈系数 7 3 5电流并联负反馈 闭环放大倍数 四种负反馈组态的电压放大倍数 反馈系数之比较 电压放大倍数 转移电阻 转移电导 电流放大倍数 7 4负反馈对放大电路性能的影响 7 4 1提高放大倍数的稳定性 放大倍数的相对变化量 结论 引入负反馈后 放大倍数的稳定性提高了 1 AF 倍 放大倍数稳定性的提高 是以损失放大倍数为代价的 在中频范围内 例 在电压串联负反馈放大电路中 估算反馈系数和反馈深度 估算放大电路的闭环电压放大倍数 如果开环差模电压放大倍数A的相对变化量为 10 此时闭环电压放大倍数Af的相对变化量等于多少 解 反馈系数 反馈深度 闭环放大倍数 Af的相对变化量 当开环差模电压放大倍数变化 10 时 电压放大倍数的相对变化量只有 0 0001 而稳定性提高了一万倍 加入负反馈 无负反馈 F xf xo 略大 略小 略小 略大 接近正弦波 预失真 7 4 2减小非线性失真和抑制干扰 负反馈减小了波形失真 但当非线性信号混入输入量或干扰来源于外界时 负反馈无用 7 4 3扩展放大电路的通频带 所以 增益带宽积基本不变 结论 引入负反馈使频带展宽到基本放大电路的倍 7 4 4对输入电阻的影响 不同类型的负反馈 对输入电阻影响不同 1 串联负反馈使输入电阻增大 得 结论 引入串联负反馈后 输入电阻增大为无反馈时的倍 2 并联负反馈使输入电阻减小 得 结论 引入并联负反馈后 输入电阻减小为无负反馈时的1 7 4 5负反馈对输出电阻的影响 1 电压负反馈使输出电阻减小 Rof 结论 引入电压负反馈后 放大电路的输出电阻减小到无反馈时的 2 电流负反馈使输出电阻增大 结论 引入电流负反馈后 放大电路的输出电阻增大到无反馈时的倍 1 对输入电阻的影响 1 串联负反馈 增大输入电阻 2 并联负反馈 减小输入电阻 结论 2 对输出电阻的影响 1 电压负反馈 2 电流负反馈 稳定输出电压 稳定输出电流 放大电路中引入负反馈的一般原则 1 稳定Q点 直流负反馈 改善动态性能 交流负反馈 2 增大输入电阻 串联负反馈 减小输入电阻 并联负反馈 3 稳定的输出电压 电压负反馈 稳定的输出电流 电流负反馈 减小输出电阻 增大输出电阻 例7 4 2放大电路如图所示 若希望提高电路的输入电阻 并增强带负载能力 应该引入什么类型的反馈 反馈电阻RF应接在哪两点之间 应从VT4的发射极e4引出反馈 将反馈引回到VT2的基极b2 7 5负反馈放大电路的分析计算 7 5 1估算的依据及步骤 则 在近似计算中 忽略净输入量 1 估算的依据 方法一 方法二 1 计算 2 计算 3 计算 2 计算的步骤 例 方法1 方法2 ube 0 7 5 2电压串联负反馈 例 uf 方法1 方法2 7 5 3电压并联负反馈 例 0 方法1 方法2 例 方法1 方法2 0 7 5 4电流串联负反馈 例 取即作 方法1 方法2 例 例 方法1 方法2 例 取即作 7 5 5电流并联负反馈 方法1 0 例 方法2 0 例 方法1 0 例 0 方法2 例7 5 9假设电容的容抗可以忽略 试分析 1 电路存在哪些级间反馈 并分析这些反馈对放大电路的影响 2 如果想进一步增宽通频带 应如何调整电阻R7 是增加还是减小 3 估算放大电路的电压放大倍数 常见电路形式及求解要点 三极管电路 并联负反馈 Rif很小 忽略不计 所以一般ui 0 即ub 0 电流负反馈 1 取即作 2 常见电路一般从共射放大电路的e极引出反馈通路 反馈网络与其Re形成并联电路对分流 差分 3 根据交流通路写出输出电压与输出电流关系的表达式 共射放大电路中 选作 则 1 虚短和虚断 集成运放电路 2 对集成运放两个输入端运用KCL定律列写电流方程 并用各点电位和电阻表示电流 3 如有未知电位 可再对该点用KCL定律列写电流方程 并用电位和电阻表示 4 整理成关于输入电压和输出电压的表达式 求出 7 6负反馈放大电路的稳定性 7 6 1负反馈放大电路产生自激振荡的原因及条件 1 产生自激振荡的原因 在中频段 相角 负反馈 在低频段 每个电容引起0O 90O的附加相移 在高频段 每个电容引起0O 90O的附加相移 当在低频段或高频段的附加相移达到180O的奇数倍时 即 如能达到动态平衡 即反馈信号与输入信号相互依存 则产生自激振荡 2 产生自激振荡的相位条件和幅值条件 即 幅值条件 相位条件 起振条件 注 电路自激振荡是由其本身决定的 与输入信号无关 合闸后 信号 小 以直接耦合放大电路为例 反馈网络为纯阻性 单管 附加相移0O 90O 不满足 两级 附加相移0O 180O 不满足 三级 附加相移0O 270O 可能 f0 7 6 2负反馈放大电路稳定性的定性分析 什么样的放大电路引入负反馈后容易产生自激振荡 三级或三级以上放大电路引入负反馈后有可能产生高频振荡 同理 耦合电容 旁路电容等为三个或三个以上的放大电路 引入负反馈后有可能产生低频振荡 环路放大倍数AF越大 越容易满足起振条件 闭环后越容易产生自激振荡 结论 放大电路级数越多 旁路电容 耦合电容越多 引入负反馈后 越容易产生自激振荡 实用电路中 以三级放大电路最为常见 7 6 3负反馈放大电路稳定性的判断 稳定性判断方法 自激振荡 当时 如果则放大电路稳定 否则 放大电路不稳定 1 判断方法 f HZ f HZ fc 60 40 20 0 0 90 180 AF 不稳定 f HZ f HZ 60 40 20 O O 90 180 AF fc 稳定 2 稳定裕度 1 幅度裕度Gm 对于稳定的负反馈放大电路 Gm为负值 Gm值愈负 负反馈放大电路愈稳定 一般要求Gm 10dB 2 相位裕度 m 对于稳定的负反馈放大电路 m为正值 m值愈大 负反馈放大电路愈稳定 一般要求 m 45 m 电路稳定的幅度条件 分析负反馈放大电路的稳定性 即当时 若 则电路稳定 例 反馈网络是电阻性的 所以 F 0 1 F 0 001 F越小越该电路越稳定 7 6 4负反馈放大电路中自激振荡的消除方法 1 电容滞后补偿 常用的方法为滞后补偿方法 设放大电路为直接耦合方式 反馈网络为电阻网络