《放大电路中的反馈》PPT课件.ppt

第六章放大电路中的反馈 6 1反馈的基本概念及判断方法 反馈的基本概念将放大器输出端的量全部或者部分地反过来作用到输入端 从而影响放大器的性能 称为反馈 反馈有正负之分 正反馈使得放大器的状态远离原来状态 而负反馈则使得放大器回到原来的状态 所以放大器中引入负反馈可以提高放大器的稳定性 反馈放大器的方框图 可见负反馈放大器由放大环节和反馈环节组成 第六章放大电路中的反馈 反馈的基本概念基本关系式 6 1反馈的基本概念及判断方法 第六章放大电路中的反馈 反馈的基本概念负反馈的自动调节过程 如果是正反馈 则最终结果是Xo更加远离原始状态 6 1反馈的基本概念及判断方法 第六章放大电路中的反馈 负反馈放大器的基本表达式 6 1反馈的基本概念及判断方法 负反馈使得放大器的增益降低 增益降低1 AF倍 其中 将1 AF定义为反馈深度 而将AF称为环路增益 如果是正反馈 则式中分母应为1 AF 反馈网络一般由纯电阻网络构成 在输入输出量均取电压或者电流量时 如果F 1则称为全反馈 而F 1则称为部分反馈 而且这种情况下F 1 第六章放大电路中的反馈 6 1反馈的基本概念及判断方法 反馈的实质是自动调节 而自动调节则是依靠反馈量与输入的基准量的差值即误差实现的 由于误差的变动与输出量 因为各种因素而导致的 的变动相反 所以 自动调节的最终结果是使得放大器的输出量最终回到原始状态 当自动调节完成后 误差量依然存在 而且不可能为零 因为如果误差量为零 则输出量必定为零 自动调节后 环路进入稳定状态 误差量的大小与环路增益 即AF 相关 环路增益越大 则误差 称为稳态误差 越小 说明如下 第六章放大电路中的反馈 6 1反馈的基本概念及判断方法 整个负反馈放大器的增益Af称为 闭环增益 而负反馈放大器中的放大环节 放大电路 的增益A则称为 开环增益 AF称为 环路增益 1 AF称为 反馈深度 增益Af A和反馈系数F共有如下四种形式 第六章放大电路中的反馈 正负反馈的判断首先将放大器输入端的误差量正确确定如果误差量Xd Xi Xf 则为负反馈 也可以采用动态变量法来判断 6 1反馈的基本概念及判断方法 假定输出量Xo发生变化 如果反馈的结果使得输出量的变动得到抵消 则为负反馈 否则为正反馈 图中可以看到 所以是负反馈 设输入Vi不变 则如果 Vo Vf Vd Vo 所以是负反馈 第六章放大电路中的反馈 串联负反馈 并联负反馈串联和并联负反馈是从放大器的输入端来看的 串联 并联 负反馈是指反馈网络的输出端与放大环节的输入端为串联 并联 连接形式 串联 并联 负反馈中放大器输入端的量应取电压 电流 量 并联负反馈 串联负反馈 第六章放大电路中的反馈 串联负反馈 设放大环节的输入电阻为Ri 设负反馈放大器的输入电阻为Rif 则必定有Rif Ri 这是因为放大环节和整个放大器的输入电流Ii是同一个电流 而显然Vi Vd Vf Vd 串联负反馈 引入串联负反馈后放大器的输入电阻提高为原来的1 AF倍 第六章放大电路中的反馈 串联负反馈 注意 串联负反馈是不能够用电流源激励的 否则反馈作用将消失 串联负反馈 第六章放大电路中的反馈 并联负反馈 并联负反馈 并联负反馈必定使得输入电阻下降 这是因为并联负反馈中 放大环节的输入电压和整个负反馈放大器的输入电压是同一个电压 而显然 Ii Id If Id 引入并联负反馈后放大器的输入电阻降低为原来的1 AF分之一倍 第六章放大电路中的反馈 并联负反馈 并联负反馈 注意 并联负反馈不能用电压源激励 否则 负反馈作用将消失 第六章放大电路中的反馈 电压负反馈 电流负反馈 电压和电流负反馈是从放大器的输出端来看的 电压 电流 负反馈是指反馈网络的输入端的输入量取放大环节的输出端的电压 电流 电压 电流 负反馈中放大器输出端的量应取电压 电流 量 电压负反馈 电流负反馈 第六章放大电路中的反馈 电压负反馈 电压负反馈 电压负反馈稳定放大环节的输出电压 所以电压负反馈必定使得放大器的输出电阻降低 负反馈放大器与环路中放大环节的输出电阻的关系如下 闭环后 设放大器输出开路电压为Voof 输出短路电流为Ioshf 则 Ao为放大环节的开路增益 而Ioshf Iosh 负载短路时 反馈消失 第六章放大电路中的反馈 电流负反馈 电流负反馈 电流负反馈稳定放大环节的输出电流 所以电流负反馈必定使得放大器的输出电阻增大 负反馈放大器与环路中放大环节的输出电阻的关系如下 闭环后 设放大器输出开路电压为Voof 输出短路电流为Ioshf 则 Ash为放大环节的负载短路增益 而Voof Voo 负载开路时 反馈消失 第六章放大电路中的反馈 四种组态 电压串联负反馈 第六章放大电路中的反馈 四种组态 电压并联负反馈 第六章放大电路中的反馈 四种组态 电流串联负反馈 第六章放大电路中的反馈 四种组态 电流并联负反馈 第六章放大电路中的反馈 6 4深度负反馈放大电路放大倍数分析 1 基本表达式 特别要注意 在不同的组态下 Af和F的具有不同的量纲 由于 故当 1 AF 1时 Xd 0 Xi Xf 1 AF 1称为深度负反馈 故深度负反馈的实质是环路中放大环节的净输入量Xd趋近零 当Xd 0时 Xi Xf 故Af Xo Xi Xo Xf 1 F 第六章放大电路中的反馈 6 4深度负反馈放大电路放大倍数分析 2 反馈网络与放大倍数的分析 电压串联负反馈 1 输入输出量的确定 由于输出电压一旦被短接 则反馈作用完全消失 所以反馈类型为电压反馈 故输出量必须取电压量 即Xo Vo 由于反馈网络的输出端与放大环节的输入端为串联形式 故反馈类型为串联反馈 则反馈量 净输入量和输入量必须取电压量 即Xf Vf Xd Vd Xi Vi 所以环路放大器的增益A为电压增益AV 反馈系数F为电压传输系数FV 第六章放大电路中的反馈 2 闭环增益 反馈系数闭环增益 6 4深度负反馈放大电路放大倍数分析 2 反馈网络与放大倍数的分析 电压串联负反馈 3 电压极性和电流流向的标注输入电压极性 上正下负 习惯标注 输出电压Vi极性的假定决定了净输入电压Vd的极性 Vd的极性决定了输出电压Vo的极性 Vo的极性决定了反馈电压Vf的极性 这些电压极性都是具有关联性的 如果与习惯标注不同 则注意需要添加负号 第六章放大电路中的反馈 当按照关联确定各个电压量的极性后 则可以得到Vi Vd Vf 即Vd Vi Vf 由于反馈引入的结果使得放大环节的净输入量减小 故为负反馈 6 4深度负反馈放大电路放大倍数分析 2 反馈网络与放大倍数的分析 电压串联负反馈 反馈系数的计算 是一种近似 计算中忽略了放大器输入端对反馈系数的影响 从电路上看 放大环节的输入电阻 即运放的输入电阻Ri 与反馈网络中的电阻R2在形式上是并联的 但是一般满足Ri R2 故可以忽略不计 第六章放大电路中的反馈 其实由R2和Rf组成的反馈网络不仅会将输出量传输到放大器的输入端 同样也会将放大器输入端的量传输到放大器的输出端 即反馈网络并不是单向传输网络 而是双向传输的 输入信号通过而不通过放大器直接传输到放大器的输出端 这种现象称为直通效应 所以负反馈放大器的输出应该是放大环节的输出与直通效应的输出叠加 但是直通效应对输出的贡献比放大环节对输出的贡献小得多 因为在深度负反馈条件下 放大环节有比较大的增益 而反馈网络没有增益 故一般直通效应的影响一般忽略不计 第六章放大电路中的反馈 6 4深度负反馈放大电路放大倍数分析 2 反馈网络与放大倍数的分析 电压串联负反馈 图中可以明显看到F Vf Vo 1故Af 1 由于反馈系数等于1 故称为全反馈 该电路称为电压跟随器 具有输入电阻大 输出电阻小 电压增益小于等于1的特点 实际上 第六章放大电路中的反馈 6 4深度负反馈放大电路放大倍数分析 2 反馈网络与放大倍数的分析 电压并联负反馈 1 输入输出量的确定 由于输出电压一旦被短接 则反馈作用完全消失 所以反馈类型为电压反馈 故输出量必须取电压量 即Xo Vo 由于反馈网络的输出端与放大环节的输入端为并联形式 故反馈类型为并联反馈 则反馈量 净输入量和输入量必须取电流量 即Xf If Xd Id Xi Ii 所以环路放大器的增益A为互阻增益A 反馈系数F为互导传输系数Fg 第六章放大电路中的反馈 2 电压极性或电流流向的标注 设输入电流Ii流入放大器 按照习惯 放大环节的净输入电流Id则从运放正端流向负端 与Ii关联 6 4深度负反馈放大电路放大倍数分析 2 反馈网络与放大倍数的分析 电压并联负反馈 设输出电压Vo极性上正下负 按照习惯 则与真实极性相反 故放大环节的增益为 A Vo的极性与Id的流向关联 设反馈电流If的流向为流出反馈网络 则与真实极性相反 故反馈系数F应该添加一个负号 If的流向与Vo的极性关联 第六章放大电路中的反馈 6 4深度负反馈放大电路放大倍数分析 2 反馈网络与放大倍数的分析 电压并联负反馈 3 闭环增益 反馈系数闭环增益 注意 深度负反馈条件下 Id 0 故运放反相输入端近似等于地电位 第六章放大电路中的反馈 6 4深度负反馈放大电路放大倍数分析 2 反馈网络与放大倍数的分析 电流串联负反馈 1 输入输出量的确定 由于输出电流一旦被断开 则反馈作用完全消失 所以反馈类型为电流反馈 故输出量必须取电流量 即Xo Io 由于反馈网络的输出端与放大环节的输入端为串联形式 故反馈类型为串联反馈 则反馈量 净输入量和输入量必须取电压量 即Xf Vf Xd Vd Xi Vi 所以环路放大器的增益A为互导增益Ag 反馈系数F为互阻传输系数F 第六章放大电路中的反馈 6 4深度负反馈放大电路放大倍数分析 2 反馈网络与放大倍数的分析 电流串联负反馈 2 电压极性或电流流向的标注 设输入电压Vi极性上正下负 按照习惯 放大环节的净输入电压Vd则极性也必然是上正下负 与Vi关联 按照放大环节净输入电压Vd的极性 则图中输出电流Io的流向为实际流向 Io与Vd关联 按照输出电流Io的流向 则反馈电压Vf的极性应该是上正下负 Vf与Io关联 第六章放大电路中的反馈 6 4深度负反馈放大电路放大倍数分析 2 反馈网络与放大倍数的分析 电流串联负反馈 3 闭环增益 反馈系数闭环增益 第六章放大电路中的反馈 6 4深度负反馈放大电路放大倍数分析 2 反馈网络与放大倍数的分析 电流并联负反馈 1 输入输出量的确定 由于输出电流一旦被断开 则反馈作用完全消失 所以反馈类型为电流反馈 故输出量必须取电流量 即Xo Io 由于反馈网络的输出端与放大环节的输入端为并联形式 故反馈类型为并联反馈 则反馈量 净输入量和输入量必须取电流量 即Xf If Xd Id Xi Ii 所以环路放大器的增益A为电流增益AI 反馈系数F为电流传输系数FI 第六章放大电路中的反馈 2 电压极性或电流流向的标注 设输入电流Ii流入放大器输入端 按照习惯 放大环节的净输入电流Id则也必然从运放的反相输入端流入 与Ii关联 按照放大环节净输入电流Id的流向 则图中输出电流Io的流向与为实际流向相反 Io与Id关联 故放大环节的增益为 A 6 4深度负反馈放大电路放大倍数分析 2 反馈网络与放大倍数的分析 电流并联负反馈 按照输出电流Io的流向 则反馈电流If的流向与图中标注相反 If与Io关联 故反馈系数F应该添加负号 第六章放大电路中的反馈 6 4深度负反馈放大电路放大倍数分析 2 反馈网络与放大倍数的分析 电流并联负反馈 3 闭环增益 反馈系数闭环增益 第六章放大电路中的反馈 6 4深度负反馈放大电路放大倍数分析 3 反馈放大器分析举例 射极跟随器 放大器输出端的电压Vo对输入Vbe有影响 故肯定存在着反馈 反馈类型 电压串联负反馈 故电路具有输入电阻高 输出电阻低的特点 反馈网络的反馈系数Fv Vf Vo 1 故闭环电压增益Avf 1 Fv 1 如果不按照深度负反馈的条件计算 则 第六章放大电路中的反馈 6 4深度负反馈放大电路放大倍数分析 3 反馈放大器分析举例 射极跟随器 输入电阻 暂先不考虑偏置电阻 第六章放大电路中的反馈 6 4深度负反馈放大电路放大倍数分析 3 反馈放大器分析举例 射极跟随器 输出电阻 注意 求输出电阻时放大环节的输入电压为Vd即Vbe 而不是Vi 第六章放大电路中的反馈 6 4深度负反馈放大电路放大倍数分析 3 反馈放大器分析举例 射极跟随器 输出电阻 第六章放大电路中的反馈 6 4深度负反馈放大电路放大倍数分析 3 反馈放大器分析举例 实验四 负反馈放大电路 第六章放大电路中的反馈 6 4深度负反馈放大电路放大倍数分析 3 反馈放大器分析举例 实验四 负反馈放大电路 交流通路 第六章放大电路中的反馈 6 4深度负反馈放大电路放大倍数分析 3 反馈放大器分析举例 实验四 负反馈放大电路 反馈划分 反馈类型 电压串联负反馈 第六章放大电路中的反馈 基本计算 6 4深度负反馈放大电路放大倍数分析 3 反馈放大器分析举例 实验四 负反馈放大电路 反馈系数Fv 从反馈网络的输出端来看 第一级电路成为共基极组态 其输入电阻为反馈网络的负载 即 第六章放大电路中的反馈 设rbe 1 100 则Avf 10 6 4深度负反馈放大电路放大倍数分析 3 反馈放大器分析举例 实验四 负反馈放大电路 输入电阻 显然 放大环节的输入电阻就是rbe 所以闭环输入电阻应该为 而电压放大倍数是可以测量的 所以 根据测量所得的开环放大倍数可以估算闭环输入电阻以及输出电阻 第六章放大电路中的反馈 6 5负反馈对放大器性能的影响 1 稳定性的改善 即放大器的稳定性提高了 1 AF 倍 6 5负反馈对放大器性能的改善 第六章放大电路中的反馈 2 改变输入输出电阻 串联负反馈输入电阻提高 1 AF 倍 并联负反馈输入电阻降低 1 AF 倍 电压负反馈输出电阻降低 1 AoF 倍 电流负反馈输出电阻提高 1 AshF 倍 6 5负反馈对放大器性能的影响 6 5负反馈对放大器性能的改善 第六章放大电路中的反馈 3 展宽频带 当输入信号频率比较高时 管子的结电容的容抗不再能够忽略不计 从而导致增益的下降 用高端截止频率表示 当输入信号频率比较低时 放大器的耦合电容的容抗不能忽略不计 从而导致增益的下降 用低端截止频率表示 带宽B fH fL 无论是放大器的工作频率升高还是降低 都会使得放大环节的增益下降 但是 负反馈的自动调节作用将会维持输出量的恒定 所以 负反馈将使得放大器的带宽展宽 当放大器的工作频率的太高或者太低 使得放大环节的增益下降得太多 则负反馈的调节作用将会丧失 从而导致整个负反馈放大器的增益下降 6 5负反馈对放大器性能的影响 6 5负反馈对放大器性能的改善 第六章放大电路中的反馈 3 展宽频带 6 5负反馈对放大器性能的影响 将放大环节中放大器的耦合电容对增益的影响等效为RC高通滤波器 管子结电容的影响等效为RC低通滤波器 而将放大器本身等效为带宽无限宽的理想放大器 当放大器的工作