《放大电路中的反馈》PPT课件.ppt

第6章放大电路中的反馈 本章重点 1 反馈的基本概念及反馈的判断方法 2 负反馈放大电路的方块图及一般表达式 3 深度负反馈条件下反馈系数及电压放大倍数的计算 5 引入负反馈的原则 4 负反馈对放大性能的响应 本章讨论的问题 1 什么是反馈 为什么要引入反馈 2 如何判断电路中有无引入反馈 引入的是什么反馈 3 负反馈放大电路的一般表达式是什么 4 放大电路中引入不同的负反馈后 对电路的性能会产生什么样的影响 5 什么是深度负反馈 在深度负反馈条件下 如何估算电路的放大倍数 6 负反馈愈深愈好吗 什么是自激振荡 什么样的负反馈放大电路容易产生自激振荡 6 1反馈的基本概念及判断方法 一 反馈的基本概念 二 交流负反馈的四种组态 三 反馈的判断 反馈 将电路输出量 电压或电流 的部分或全部 通过一定的元件 以一定的方式回送到输入回路并影响输入量 电压或电流 和输出量的过程 一 反馈的基本概念与分类 1 什么是反馈 例如 采用直流负反馈稳定静态工作点 UBEQ UBQ ICQRe 将输出电流ICQ IEQ 反馈回输入回路 改变UBEQ 使ICQ稳定 由此可见 欲稳定电路中的某个电量 应采取措施将该电量反馈回输入回路 信号的两种流向 一 反馈的基本概念与分类 1 什么是反馈 正向传输 信号从输入端到输出端的传输 信号的正向传输 电路中只有正向传输 没有反向传输 称为开环状态 反向传输 反馈 信号从输出端到输入端的传输 既有正向传输 又有反馈称为闭环状态 信号的正向传输 反馈传输 通路 反馈网络 反馈放大电路的方框图 一 反馈的基本概念与分类 输入信号 输出信号 反馈信号 净输入信号 比较环节 反馈网络 通路 信号反向传输的渠道 2 正反馈和负反馈 看反馈的效果 一 反馈的基本概念与分类 正反馈 反馈使净输入量增加 从而使输出量增大 负反馈 反馈使净输入量减小 从而使输出量减小 判断方法 瞬时极性法 3 直流反馈和交流反馈 反馈的性质 一 反馈的基本概念与分类 直流反馈 直流信号的反馈 或直流通路中存在的反馈 交流反馈 交流信号的反馈 或交流通路中存在的反馈 判断方法 看电容 直流负反馈的作用是稳定静态工作点 交流负反馈能改善放大电路动态性能 在很多电路中是交 直流负反馈兼而有之的 本章讨论的重点 4 局部反馈和级间反馈 只对多级放大电路中某一级起反馈作用的称为局部反馈 将多级放大电路的输出量引回到其输入级的输入回路的称为级间反馈 通过R3引入的是局部反馈 通过R4引入的是级间反馈 通常 重点研究级间反馈或称总体反馈 一 反馈的基本概念与分类 指放大电路和反馈网络在输出端的连接方式 即反馈网络的取样对象 5 电压反馈和电流反馈 一 反馈的基本概念与分类 电压反馈 反馈信号取自输出电压 或反馈信号与输出电压成比例 电流反馈 反馈信号取自输出电流 或反馈信号与输出电流成比例 6 串联反馈和并联反馈 放大电路和反馈网络在输入端的连接方式 一 反馈的基本概念与分类 串联反馈 反馈信号与输入信号以电压相比较 加或减 的形式在输入端出现 并联反馈 反馈信号与输入信号以电流相比较 加或减 的形式在输入端出现 ui ui uf ii ii if 二 反馈的判断 找输出回路与输入回路的联系 反馈通路 元件 若有则有反馈 否则无反馈 引入反馈了吗 将输出电压全部反馈回去 无反馈 1 有无反馈的判断 反馈通路 1 有无反馈的判断 既在输入回路又在输出回路 找输出回路与输入回路的联系 反馈通路 元件 若有则有反馈 否则无反馈 无反馈 二 反馈的判断 输入回路 输出回路 有反馈 2 直流反馈和交流反馈的判断 仅有直流反馈 设以下电路中所有电容对交流信号均可视为短路 看通路 即看反馈是存在于直流通路还是交流通路 二 反馈的判断 直流通路 交流通路 2 直流反馈和交流反馈的判断 仅有交流反馈 设以下电路中所有电容对交流信号均可视为短路 看通路 即看反馈是存在于直流通路还是交流通路 二 反馈的判断 直流通路 交流通路 2 直流反馈和交流反馈的判断 二 反馈的判断 交 直流反馈 交 直流反馈 2 直流反馈和交流反馈的判断 二 反馈的判断 直流反馈 交流反馈 2 直流反馈和交流反馈的判断 二 反馈的判断 直流反馈 交 直流反馈 直流通路 交流通路 3 电压反馈和电流反馈的判断 看输出 即看反馈是取自于输出电压 还是取自于输出电流 二 反馈的判断 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 或 使uo 0 RL短路 若反馈消失为电压反馈 或 使io 0 RL开路 若反馈消失为电流反馈 3 电压反馈和电流反馈的判断 分析输出回路 二 反馈的判断 电压反馈 电流反馈 3 电压反馈和电流反馈的判断 分析输出回路 二 反馈的判断 反馈通路 电压反馈 反馈通路 电压反馈 3 电压反馈和电流反馈的判断 分析输出回路 二 反馈的判断 反馈通路 仅受基极电流的控制 反馈通路 电流反馈 规律 取自输出端或输出分压端为电压反馈不是取自输出端为电流反馈 电流反馈 在分立元件电流负反馈放大电路中 反馈量常取自于输出级晶体管的集电极电流或发射极电流 而不是负载上的电流 4 串联反馈和并联反馈的判断 看输入 即看反馈信号和输入信号在输入端的连接方式 二 反馈的判断 判断方法 反馈信号与输入信号以电压形式求和 为串联反馈 如果以电流形式求和 为并联反馈 串联反馈 并联反馈 4 串联反馈和并联反馈的判断 分析输入回路 并联反馈 二 反馈的判断 并联反馈 特点 信号源内阻越大 反馈效果越明显 4 串联反馈和并联反馈的判断 分析输入回路 串联反馈 二 反馈的判断 串联反馈 特点 信号源内阻越小 反馈效果越明显 4 串联反馈和并联反馈的判断 分析输入回路 二 反馈的判断 级间反馈通路 vf 串联反馈 4 串联反馈和并联反馈的判断 分析输入回路 二 反馈的判断 规律 反馈信号与输入信号加在同一输入端 则为并联反馈反馈信号与输入信号加在不同输入端则为串联反馈 并联反馈 串联反馈 5 正 负反馈 反馈极性 的判断 二 反馈的判断 判断法 瞬时极性法 先假定输入信号的瞬对地极性 判断输出信号的瞬间电位 推出反馈信号的瞬时极性 看反馈信号对输入信号的影响 增强 正反馈 削弱 负反馈 对三极管而言 C与B极性相反 E与B极性相同 对集成运放而言 uO与uN极性相反 uO与uP极性相同 除了放大元件 信号经过电阻 电容等 不变号 5 正 负反馈 反馈极性 的判断 二 反馈的判断 集成运放反馈电路 分立元件反馈电路 uD uI uF 负反馈 uD uI uF 正反馈 5 正 负反馈 反馈极性 的判断 二 反馈的判断 输入信号和反馈信号在不同端子引入时 两者极性相同为负反馈 极性相反为正反馈 规律 uF uBE uI uF 负反馈 净输入电流减小 负反馈 净输入电流增大 正反馈 5 正 负反馈 反馈极性 的判断 二 反馈的判断 iF iF ii ii iP iN iN iI iF iN iI iF 5 正 负反馈 反馈极性 的判断 二 反馈的判断 当输入信号和反馈信号在同一节点引入时 两者极性相同为正反馈 极性相反为负反馈 规律 ii iF iB iB iI iF 负反馈 电压串联负反馈 电流串联负反馈 电压并联负反馈 电流并联负反馈 三 交流负反馈的四种组态 1 电压串联负反馈放大电路 输入以电压形式求和 KVL vid vi vf 稳定输出电压 特点 电压控制的电压源 三 交流负反馈的四种组态 2 电压并联负反馈放大电路 输入以电流形式求和 KCL iid ii if 稳定输出电压 电流控制的电压源 特点 三 交流负反馈的四种组态 3 电流串联负反馈放大电路 输入以电压形式求和 KVL vid vi vf 稳定输出电流 电压控制的电流源 特点 三 交流负反馈的四种组态 4 电流并联负反馈放大电路 输入以电流形式求和 KCL iid ii if 稳定输出电流 电流控制的电流源 特点 三 交流负反馈的四种组态 6 2负反馈放大电路的方块图及一般表达式 一 负反馈放大电路的方块图 三 负反馈放大电路放大倍数的一般表达式 二 四种组态电路的方块图 一 负反馈放大电路的方块图 断开反馈 且考虑反馈网络的负载效应 决定反馈量和输出量关系的所有元件所组成的网络 负反馈放大电路的基本放大电路 反馈网络 方框图中信号是单向流通的 电压串联负反馈 电流串联负反馈 电压并联负反馈 电流并联负反馈 二 四种组态电路的方块图 三 负反馈放大电路放大倍数的一般表达式 基本放大电路的放大倍数 也称为开环放大倍数 反馈系数 反馈放大电路的放大倍数 也称为闭环放大倍数 三 负反馈放大电路放大倍数的一般表达式 反馈深度讨论 一般负反馈 称为反馈深度 深度负反馈 正反馈 自激振荡 一般情况下 A和F都是频率的函数 当考虑信号频率的影响时 Af A和F分别用 和表示 即 负反馈放大电路放大倍数的量纲 P273 三 负反馈放大电路放大倍数的一般表达式 不同反馈类型 组态 A F及Af的量纲不同 6 3深度负反馈放大电路放大倍数的估算 一 深度负反馈的实质 二 基于反馈系数的放大倍数分析 三 基于理想运放的放大倍数分析 即在深度负反馈条件下 闭环增益只与反馈网络有关 由于 则 又因为 代入上式 得 净输入量近似等于零 由此可得深度负反馈条件下 基本放大电路 两虚 的概念 输入量近似等于反馈量 一 深度负反馈的实质 串联负反馈 输入端电压求和 深度负反馈条件下xi xi xf 0 虚短 虚断 虚短 虚断 并联负反馈 输入端电流求和 ui ui uf 0 ii ii if 0 ui ii Ri 0 一 深度负反馈的实质 ui uf ii if 二 基于反馈系数的电压放大倍数估算 1 电压串联负反馈电路 虚短 例1 例2 例3 二 基于反馈系数的电压放大倍数估算 2 电压并联负反馈电路 Rif很小 二 基于反馈系数的电压放大倍数估算 虚短 虚断 2 电压并联负反馈电路 二 基于反馈系数的电压放大倍数估算 例1 虚断 虚地 例2 二 基于反馈系数的电压放大倍数估算 3 电流串联负反馈电流 二 基于反馈系数的电压放大倍数估算 4 电流并联负反馈电路 二 基于反馈系数的电压放大倍数估算 深度负反馈条件下四种组态负反馈放大电路的电压放大倍数 求解深度负反馈放大电路电压放大倍数的一般步骤 1 判断反馈组态 2 求解反馈系数F 3 利用反馈系数F求解Auf 或Ausf 二 基于反馈系数的电压放大倍数估算 讨论一 比较两电路 uF 求解在深度负反馈条件下电路的电压放大倍数 iO 电流串联负反馈 1 第三级从射极输出 2 若在第三级的射极加旁路电容 且在输出端和输入端跨接一电阻 讨论二 求解在深度负反馈条件下电路的电压放大倍数 6 4负反馈对放大电路性能的影响 一 提高放大倍数的稳定性 二 改变输入电阻和输出电阻 三 展宽频带 四 减小非线性失真 五 引入负反馈的一般原则 一 提高放大倍数的稳定性 在中频段 放大倍数 反馈系数等均为实数 放大倍数减小到基本放大电路的 放大倍数的稳定性是基本放大电路的倍 放大倍数的稳定性是以损失放大倍数为代价的 例5 2 1A 103 负反馈使放大倍数稳定性提高100倍 求F Af A变化 10 时的dAf Af 解 1 1 AF 100 则F 100 1 A 0 099 2 103 100 10 3 负反馈以牺牲放大倍数 换取了放大倍数稳定性的提高 一 提高放大倍数的稳定性 二 改变输入电阻和输出电阻 1 引入串联负反馈时 对输入电阻的影响仅与反馈网络与基本放大电路输入端的接法有关 即决定于是串联反馈还是并联反馈 1 对输入电阻的影响 2 引入并联负反馈时 串联负反馈增大输入电阻 并联负反馈减小输入电阻 二 改变输入电阻和输出电阻 2 对输出电阻的影响 1 引入电压负反馈时 对输出电阻的影响仅与反馈网络与基本放大电路输出端的接法有关 即决定于是电压反馈还是电流反馈 二 改变输入电阻和输出电阻 2 引入电流负反馈时 二 改变输入电阻和输出电阻 电压负反馈减小输出电阻 电流负反馈增大输出电阻 三 展宽频带 引入负反馈后的通频带 fL fH 开环时的通频带 四 减小非线性失真 由于晶体管输入特性的非线性 当b e间加正弦波信号电压时 基极电流的变化不是正弦波 可以设想 若加在b e之间的电压正半周幅值大于负半周的幅值 则其电流失真会减小 甚至为正弦波 四 减小非线性失真 可以证明 在输出基波幅值相同的情况下 引入负反馈后 非线性失真减小到基本放大电路的1 1 AF P291 净输入信号的正半周幅值小于负半周幅值 设基本放大电路的输出信号与输入信号同相 五 引入负反馈的一般原则 P292 1 稳定Q点应引入直流负反馈 改善动态性能应引入交流负反馈 2 增大输入电阻应引入串联负反馈 减小输入电阻应引入并联负反馈 3 需稳定输出电压 即减小输出电阻 应引入电压负反馈 需稳定输出电流 即增大输出电阻 应引入电流负反馈 4 信号源为恒压源时 应引入串联负反馈 信号源为恒流源时 应引入并联负反馈 5 要求负载能力强 应引入电压负反馈 要求恒流源输出 应引入电流负反馈 讨论一 1 为减小放大电路从信号源索取的电流 增强带负载能力 应引入什么反馈 2 为了得到稳定的电流放大倍数 应引入什么反馈 3 为了稳定放大电路的静态工作点 应引入什么反馈 4 为了使电流信号转换成与之成稳定关系的电压信号 应引入什么反馈 5 为了使电压信号转换成与之成稳定关系的电流信号 应引入什么反馈 讨论二 试在图示电路中分别引入四种不同组态的交流负反馈 电流反馈 电压反馈 串联反馈 并联反馈 讨论三 只可能引入电压并联或电流串联两种组态的交流负反馈 在图示电路中能够引入哪些组态的交流负反馈 6 5负反馈放大电路的稳定性 一 自激振荡产生的原因及条件 二 负反馈放大电路稳定性的分析 三 负反馈放大电路稳定性的判断 四 消除自激振荡的方法 一 自激振荡产生的原因及条件 1 自激振荡现象 在不加输入信号的情况下 放大电路仍会产生一定频率的信号输出 2 自激振荡的条件 一 自激振荡产生的原因及条件 2 自激振荡的条件 一 自激振荡产生的原因及条件 3 自激振荡的原因 中频时 为负反馈 在高频或低频区 当放大器产生的附加相移达到180 时 变为正反馈 此时 若满足 则Xi 0 仍会有输出信号 二 负反馈放大电路稳定性的分析 附加相移由放大电路决定 振荡可能产生在低频或高频段 设反馈网络为电阻网络 则 例 单管阻容耦合共射放大电路的频率响应 二 负反馈放大电路稳定性的分析 可见 在低 高频段 放大电路分别产生了0 90 和0 90 的附加相移 两级放大电路将产生0 180 附加相移 三级放大电路将产生0 270 的附加相移 对于多级放大电路 如果某个频率的信号产生的附加相移为180o 则 满足自激振荡的相位条件 如果同时满足自激振荡的幅度条件 放大电路将产生自激振荡 放大电路的级数越多 耦合电容 旁路电容越多 引入的负反馈越深 产生自激振荡的可能性越大 二 负反馈放大电路稳定性的分析 结论 单级放大电路不会产生自激振荡 两级放大电路当频率