模拟电子技术电子教案：第六章--放大电路的反馈

第六章第六章 放大电路的反馈放大电路的反馈 主要内容主要内容 1 基本概念 反馈 正反馈和负反馈 电压反馈和电流反馈 并联反馈和串联反馈等基本概念 2 反馈类型判断 有无反馈 是直流反馈 还是交流反馈 是正反馈 还是负反馈 3 交流负反馈的四种组态及判断方法 4 交流负反馈放大电路的一般表达式 5 放大电路中引入不同组态的负反馈后 对电路性能的影响 6 深度负反馈的概念 在深度负反馈条件下 放大倍数的估算 本章学时分配本章学时分配 本章分为 3 讲 每讲 2 学时 第十九讲第十九讲 反馈的基本概念和判断方法及负反馈放大电路的方框图反馈的基本概念和判断方法及负反馈放大电路的方框图 一 一 主要内容主要内容 1 反馈的基本概念 1 什么是反馈 反馈 将放大器输出信号的一部分或全部经反馈网络送回输入端 反馈的示意图见下图所示 反馈信号的传输是反向传输 开环 放大电路无反馈 信号的传输只能正向从输入端到输出端 闭环 放大电路有反馈 将输出信号送回到放大电路的输入回路 与原输入信号相加 或相减后再作用到放大电路的输入端 图示中i X 是输入信号 f X 是反馈信号 i X 称为净输 入信号 所以有 fii XXX 2 负反馈和正反馈 负反馈 加入反馈后 净输入信号 i X i X 输出幅度增加 应用 正反馈提高了增益 常用于波形发生器 3 交流反馈和直流反馈 直流反馈 反馈信号只有直流成分 交流反馈 反馈信号只有交流成分 交直流反馈 反馈信号既有交流成分又有直流成分 直流负反馈作用 稳定静态工作点 交流负反馈作用 从不同方面改善动态技术指标 对 Au Ri Ro 有影响 2 反馈的判断 1 有无反馈的判断 1 是否存在除前向放大通路外 另有输出至输入的通路 即反馈通路 2 反馈至输入端不能接地 否则不是反馈 2 正 负反馈极性的判断之一 瞬时极性法 1 在输入端 先假定输入信号的瞬时极性 可用 或 表示 2 根据放大电路各级的组态 决定输出量与反馈量的瞬时极性 3 最后观察引回到输入端反馈信号的瞬时极性 若使净输入信号增强 为正反馈 否 则为负反馈 注意 极性按中频段考虑 必须熟悉放大电路输入和输出量的相位关系 反馈类型主要取决于电路的连接方式 而与 Ui 的极性无关 对单个运放一般有 反馈接至反相输入端为负反馈 反馈接至同相输入端为正反馈 3 电压反馈和电流反馈 1 电压反馈 反馈信号的大小与输出电压成比例 采样输出电压 2 电流反馈 反馈信号的大小与输出电流成比例 采样输出电流 3 判断方法 将输出电压 短路 若反馈回来的反馈信号为零 则为电压反馈 若反馈信号仍然存在 则为电流反馈 应用中 若要稳定输出端某一电量 则采样该电量 以负反馈形式送输入端 电压负反馈作用 稳定放大电路的输出电压 电流负反馈作用 稳定放大电路的输出电流 4 串联反馈和并联反馈 根据反馈信号在输入端的求和方式 1 串联反馈 反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的两个电极上 此时反馈信号 与输入信号是电压相加减的关系 2 并联反馈 反馈信号加在放大电路输入回路的同一个电极 此时反馈信号与输入信号 是电流相加减的关系 3 判别方法 将反馈节点对地短接 若输入信号仍能送入放大电路 则反馈为串联反馈 否则为并联反馈 对于三极管来说 反馈信号与输入信号同时加在输入三极管的基极或发射极 则为并 联反馈 一个加在基极 另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 另一个加在反相输入端则为串联反馈 5 正 负反馈极性的判断法之二 在明确串联反馈和并联反馈后 正 负反馈极性可用下列方法来判断 1 反馈信号和输入信号加于输入回路同一点时 瞬时极性相同的为正反馈 瞬时极性相反的是负反馈 2 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 对三极管放大电路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 注意 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 6 直 交流反馈方法判断 根据反馈网络中是否有动态元件进行判断 1 若反馈网络无动态元件 通常为电容 则反馈信号交 直流并存 2 若反馈网络有电容串联 则只有交流反馈 3 若反馈网络有电容并联 则只有直流反馈 3 负反馈放大电路的四种基本组态 1 负反馈的基本组态类型 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 2 负反馈放大电路反馈组态的判断方法 1 从放大器输出端的采样物理量 看反馈量取自电压还是电流 2 从输入端的连接方式 判断反馈是串联还是并联 3 四种负反馈组态及组态的判断 1 电压串联负反馈 表现形式 输出和反馈均以电压的形式出现 a 分立元件放大电路 b 集成运放放大电路 在放大器输出端 采样输出电压 反馈量 与 O V 成正比 为电压反馈 在放大器输入端 信号以电压形式出现 f V 与 i V 相串联 为串联反馈 参量表示 因输出端采样电压 在输入端是输入电压和反馈电压相减 所以 闭环放大倍数 i o i o f V V X X Avv vvvv vv FA A 1 反馈系数 F X X V V vv f o f o 对于图上 a 1 f f e1f e1 1 e vv vv R R A RR R F 对于图下 b 1 f f 1f 1 1 R R A RR R F vv vv 判断方法 对上图 a 所示电路 根据瞬时极性法判断 经Rf加在发射极 E1上的反馈电压为 与输入电压极性相同 且加在输入回路的两点 故为串联负反馈 反馈信号与输出电压成 比例 是电压反馈 后级对前级的这一反馈是交流反馈 同时Re1上还有第一级本身的负 反馈 对图 b 因输入信号和反馈信号加在运放的两个输入端 故为串联反馈 根据瞬时极 性判断是负反馈 且为电压负反馈 结论是交直流串联电压负反馈 2 电流串联负反馈 表现形式 输出采样输出电流 而反馈量则以电压的形式出现 电路如下图所示 图 a 是共射基本放大电路将 Ce去掉而构成 图 b 是由集成运放构成 a b 参量表示 对图 b 的电路 求其互导增益 f ivA 1 vi F R I RI Fvi o o 于是A ivf 1 R 这里忽略了 Rf的分流作用 电压增益为 R R RAR V I V V A iv vv L L fL i o i o f 判断方法 对图 a 反馈电压从 Re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 3 电压并联负反馈 表现形式 输出采样输出电压 而反馈量则以电流的形式出现 电路如下图所示 参量表示 i o f I V Avi 1 ivvi vi FA A f viA称为互阻增益 iv F 称为互导反馈系数 ivviF A 相乘无量纲 而电压增益为 1 f 11 f 1i o i o f 1 R R FRR A RI V V V A iv vi vv 判断方法 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 即为电压并联负反馈 4 电流并联负反馈 电流并联负反馈的电路如下图 a b 所示 表现形式 输出和反馈均以电流的形式出现 a b 参量表示 电流反馈系数是 of I I Fii 以图 b 为例 有 f2 2 o f RR R I I Fii 电流放大倍数 1 1 2 f f R R F A ii ii 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 1 L 2 f 1 L f 1i Lo i o f 1 R R R R R R A RI RI V V A iivv 判断方法 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 且因输出电压短路 反馈电压仍然存在 因为并联反馈 在输入端采用电流相加减 即为 电流并联负反馈 对于图 a 电路 反馈节点与输入点相同 所以是电流并联负反馈 对于图 b 电路 也为电流并联负反馈 二 二 本讲重点本讲重点 1 负反馈概念 2 各种反馈类型的判断 三 三 本讲难点本讲难点 三陵并联和串联负反馈及电流负反馈的判断 四 四 教学过程组织教学过程组织 讲授 第二十讲第二十讲 深度负反馈放大电路放大倍数的估算深度负反馈放大电路放大倍数的估算 一 主要内容一 主要内容 1 负反馈放大电路的方块图表示法 反馈放大电路的基本方程 放大电路的开环放大倍数 i o X X A 反馈网络的反馈系数 o f X X F 放大电路的闭环放大倍数 i o f X X A 有 o f i o i f X X X X X X FA FA 称为环路放大倍数 2 四种组态电路的方块图 将负反馈放大电路的基本放大电路与反馈网络均看成为二端口网络 则不同反馈组态 表明两个网络的不同连接方式 四种不同组态的方块图见图 6 10 不同组态负反馈放大电路的闭环放大倍数具有不同的物理意义 但在不同组态负反馈 放大电路中环路放大倍数FA 均为无量纲 3 闭环放大倍数的一般表达式和反馈深度 1 一般表达式 由于 fii XXX 则 A X X A i o f FA A XXX 1 fii 在中频段 AF A A 1 2 反馈深度 环路增益 AF 是指放大电路和反馈网络所形成环路的增益 当 AF 1 时称为深 度负反馈 相当于 1 AF 1 则 闭环放大倍数 f A 1 1FFA A 在深度负反馈条件下 闭环放大倍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 将 1FA 称为反馈深度 1FA f A A 它反映了反馈对放大电路影响的程度 可分为下列三种情况 当 1 AF 1 时 A f A 相当负反馈 当 1 AF 1 时 A f A 相当正反馈 当 1 AF 0 时 A f 相当于输入为零时仍有输出 故称为 自激状态 3 深度负反馈放大电路放大倍数的分析 在深度负反馈条件下往往采用的近似计算 1 利用闭环放大倍数 1 F Af 求解 这里的A f是广义的 其含义因反馈组态而异 对于电压串联负反馈为vf A 对于电 流并联负反馈为 if A 对于电压并联负反馈为 rf A 对于电流串联负反馈为 gf A 如要估算 电压放倍数 了 vf A 外 其它几种增益都要转换 反馈系数的确定 如果是并联反馈 将输人端对地短路 可求出反馈系数 O f X X F 如果是串联反馈 将输人回路开路 可求出反馈系数 O f X X F 2 利用 if XX 求解 对于串联反馈 if VV 相当于基本放大器输人端电压为 O 虚短特性体现 对于并联反馈 if II 相当于基本放大器输入端电流为 0 虚断特性体现 抓住这个特点写出有关方程式 往往可以直接而且简捷地得到电压放大倍数 这是分析反 馈电路的一种实用方法 3 对非深反馈电路 利用由方块图导出的公式求解 Rif Rofy 及 fA 关键 找出 A 和 F 即把闭环的反馈放大器分解成基本放大器和反馈网络两个独立部分 确定 A 的原则 不计主反馈作用 计入反馈网络的负载效应 二 本讲重点本讲重点 1 反馈基本框图和基本反馈方程 2 深度负反馈条件下的电压增益工程估算 三 本讲难点本讲难点 1 深度负反馈条件下的电压增益工程估算 四 教学过程组织四 教学过程组织 讲授 五 五 课后习题课后习题 见相应章节的 习题指导 第二十一讲第二十一讲 负反馈对放大电路的影响负反馈对放大电路的影响 一 主要内容一 主要内容 1 负反馈对放大倍数的影响 根据负反馈基本方程 不论何种负反馈 都可使反馈放大倍数下降 1 AF 倍 只不过 不同的反馈组态 AF 的量纲不同而已 在负反馈条件下放大倍数的稳定性也得到了提高 A A AFA A AF A AF AAFAAF A d 1 1d 1 d 1 dd 1 d f f 22 f 有反馈时 增益的稳定性比无反馈时提高了 1 AF 倍 2 负反馈对输入和输出电阻的影响 负反馈对输入电阻的影响与反馈加入的方式有关 即与串联反馈或并联反馈有关 而 与电压反馈或电流反馈无关 负反馈对输出电阻的影响与反馈采样的方式有关 即与电压反馈或电流反馈有关 而与串 联反馈或并联反馈无关 1 对输入电阻的影响串联负反馈使输入电阻增加 并联负反馈使输入电阻减小 2 电压负反馈使输出电阻减小 电流负反馈可以使输出电阻增加 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 3 负反馈对通频带的影响 放大电路加入负反馈后 增益下降 但通频带却加宽了 有反馈时的通频带为无反馈时的通频带的 1 AmF 倍 负反馈放大电路扩展通频带有一个重要的特性 即增益与通频带之积为常数 4 负反馈对非线性失真的影响 负反馈可以改善放大电路的非线性失真 但是只能改善反馈环内产生的非线性失真 因加入负反馈 放大电路的输出幅度下降 不好对比 因此必须要加大输入信号 使加入 负反馈以后的输出幅度基本达到原来有失真时的输出幅度才有意义 5 负反馈对噪声 干扰和温漂的影响 负反馈只对反馈环内的噪声和干扰有抑制作用 且必须加大输入信号后才使抑制作用有效 6 放大电路中引人负反馈的一般原则 二 本讲重点二 本讲重点 负反馈对放大器性能的影响和改善 三 本讲难点三 本讲难点 非深度负反馈电路的计算 可只讲参数的含义和计算方法 可不作仔细的数学推导 四 教学过程组织四 教学过程组织 讲授 五 课后习题五 课后习题 见相应章节的 习题指导 本章小结本章小结 本章主要讲述了反馈的基本概念 负反馈放大电路的方块图及一负反馈对放大电路性 能的影响和放大电路的稳定性等问题 阐明了反馈的判断方法 深度负反馈条件下放大倍 数的估算方法 根据需要正确引入负反馈的方法 负反馈放火电路稳定性的判断方法和自 激振荡的消除方法等 主要小结为 一 反馈的概念 在电子电路中 将输出量 输出电压或输出电流 的一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 放大电路的输入电压或输入电流 的措施称为反 馈 若反馈的结果使输出量的变化 或净输入量 减小 则称之为负反馈 反之 则称之 为正