模拟电子技术基础-第七章放大电路的反馈

1,第7章 放大电路电路中的反馈,7.1 反馈的基本概念和类型,7.2 反馈放大电路的框图表示法,7.3 负反馈对放大电路性能的影响,7.4 负反馈放大电路的分析计算,7.5 放大电路中负反馈的正确引入,7.6 负反馈放大电路中的自激振荡及其消除方法,2,作业,思考题 7-1，7-2， 7-18作业 7-5 7-6 7-7 7-11 7-13 7-14 7-16,3,本章的重点与难点,本章是课程的重点，是学习模拟电路的基础，既是重点又是难点。 重点:反馈的概念、反馈性质的判断方法、深度负反馈条件下放大倍数的估算方法、引入负反馈的方法 难点:初学者感到困难的主要是反馈概念的建立、反馈的判断、反馈网络的确定。主要表现为基本概念和基本知识不清。,4,7.1 反馈的基本概念和类型,7.1.1 反馈的基本概念,一、什么叫反馈,反馈是将放大电路的输出量（输出电压或输出电流）的一部分或全部，通过一定的电路（反馈网络）反向送回到输入端或输入回路，从而使电子电路能按预期功能正常工作。,5,放大,传送反馈信号,图7-1 反馈放大电路原理框图,二、为什么要引入反馈,改善放大电路的交直流性能。,6,采用反馈只能减小 ICQ的变化而不能使变化量减为零。,图7-2 分压式偏置稳定共射放大电路,7,7.1.2 反馈的类型及判断方法,一、判断有无反馈,在放大电路中引入反馈必须将输出量通过反馈网络送回输入回路,与输入信号相互作用,改变放大电路的净输入量。 所以要判断电路中有无反馈，首先要看电路中有无反馈网络或反馈元件。,8,二、反馈的类型,直流反馈交流反馈,正反馈负反馈,根据反馈的极性：,根据反馈存在的通路：,9,电压反馈电流反馈,根据反馈在输出端的连接方式（取样方式）：,串联反馈并联反馈,根据反馈在输入端的连接方式：,10,三、直流反馈和交流反馈,直流反馈：反馈量只含有直流量（仅在直流通路存在）交流反馈：反馈量只含有交流量（仅在交流通路存在） 电路中许多情况为交直流共存。,直流负反馈用于稳定静态工作点。交流负反馈用于改善电路的动态性能。,研究重点：交流反馈。,11,四、正反馈和负反馈,正反馈：反馈信号加强了原输入信号，使放大电路净 输入量增大的反馈。负反馈：反馈信号削弱了原输入信号，使放大电路净 输入量减小的反馈。,研究重点：负反馈。只有正确引入交流负反馈才能改善放大电路的动态性能。,12,本章中的反馈网络一般为纯电阻网络，无移相作用。,五、反馈极性的判断- 瞬时极性法,瞬时极性法：先规定出输入信号对地的瞬时极性，依此判断出电路各相关点乃至输出信号及反馈信号对地的瞬时极性。,反馈信号使电路的净输入信号增大-引入了正反馈。反馈信号使电路的净输入信号减小-引入了负反馈。,13,净输入信号,14,相位关系 （1）单管晶体管,(+),(-),(+),(+),(+),(+),共射接法,共集接法,共基接法,15,（2）差动放大电路,(+),(-),(+),(+),16,（3）集成运放,(+),(+),(+),(-),17,图7-3 分立元件放大电路反馈极性的判断,有反馈。RF、R4构成的反馈网络引入了“级间”负反馈,例：试判断下图所示电路是否存在反馈，若存在请指出反馈的极性，并进行交直流反馈判断。,18,反馈的极性的判断：,(+),(+),(-),(+),(+),交流负反馈,19,对于分立元件放大电路，可以通过判断输入级晶体管的净输入量（b-e间净输入电压，或者iB净输入电流）因反馈的引入是增大了还是减小了，来判断反馈的极性。,结论（分立元件）:,20,例：试指出下图所示电路的反馈极性。,21,(+),(+),(+),设 的瞬时极性对地为（），则 的瞬时极性对地也为（）， 的瞬时极性对地也为（）。使真正加到运放输入端的净输入电压减小，故为负反馈。,22,例：试指出下图所示电路的反馈极性。,23,设 的瞬时极性对地为（），则 的瞬时极性对地为（-）。使真正加到运放输入端的净输入电流减小，故为负反馈。,(+),(+),(-),(-),24,对于由运放组成的反馈放大电路，可以通过分析集成运放的净输入量（净输入电压或净输入电流）因反馈的引入是增大还是减小，来判断反馈的极性。 凡使净输入量减小的为负反馈，凡使净输入量增大的为正反馈。,结论（集成运放）：,在分析反馈极性时，反馈量仅仅由输出量决定，而与输入量无关。,25,六、电压反馈和电流反馈,电压反馈：反馈对放大电路的输出电压取样。 电流反馈：反馈对放大电路的输出电流取样。,根据反馈在输出端的连接方式（取样方式），反馈分为电压反馈和电流反馈两种类型。,26,图7-5 输出端取样方式框图,反馈取自输出电压,反馈取自输出电流,27,令uo=0(RL=0)，若反馈量也随之为零，即引入了电压反馈令uo=0(RL=0)，若反馈量依然存在，即引入了电流反馈。,判断方法：输出端短路法。,28,根据反馈网络在放大电路输入端的连接方式，反馈分为串联反馈和并联反馈。,七、串联反馈和并联反馈,串联反馈：反馈信号和输入信号串联， 以电压形式相加减。,并联反馈：反馈信号和输入信号并联， 以电流形式相加减。,区分方法：根据输入量和反馈量的连接方式来区分。,29,图7-6 输入连接方式框图,电压求和串联反馈,电流求和并联反馈,30,7.1.3 负反馈放大电路的四种基本组态,负反馈放大电路 四种组态,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,31,一、电压串联负反馈,在负反馈放大电路中，若反馈网络从输出电压取样，其取样电压与输入电压串联相比较，把它们的差值电压作为净输入信号进行放大，从而使输出电压达到稳定，则是引入了电压串联负反馈。,32,例7-1 电路如图7-7所示,试分析其反馈组态。,图7-7,电压串联负反馈,电压反馈,串联反馈,(+),(+),(+),负反馈,电压求和,33,例7-2 试分析图7-8所示放大电路的反馈组态。,图7-8,电路中引入了级间电压串联负反馈。,电压求和,(+),(+),(-),(+),(+),34,二、电压并联负反馈,在负反馈放大电路中，若反馈网络对输出电压取样，并转换为反馈电流送到输入端，与输入电流进行比较，其差值作为净输入电流进行放大，则是引入了电压并联负反馈。 放大电路中，若输入信号为恒流源或近似恒流源，宜用并联负反馈。,35,电压并联负反馈,图7-9,例7-3 分析图7-9所示放大电路的反馈组态。,电流求和,36,例7-4 电路如图7-10所示,分析其反馈类型。,图7-10,该电路又叫集电极-基极偏置电路。静态时,(+),(-),(-),37,电压并联负反馈,电流求和,判断反馈的组态,38,三、电流串联负反馈,在负反馈放大电路中，若反馈网络从输出电流取样，并转换为反馈电压与输入电压相比较，把它们的差值电压作为净输入信号进行放大，则是引入了电流串联负反馈。,39,图7-11,电流串联负反馈,(+),(+),(+),电压求和,例7-5 电路如图7-11所示,分析其反馈组态。,40,例7-6 电路如图7-12所示,分析其反馈组态。,图7-12,(+),(+),电压求和,电流串联负反馈,此电路稳定了输出(集电极/发射极）电流,41,(+),(-),(+),(+),(+),电流反馈,负反馈,串联反馈,电流串联负反馈,例：放大电路如下图所示,分析其反馈组态。,42,四、电流并联负反馈,在反馈放大电路中，若反馈网络从输出电流取样，其取样电流与输入电流相比较，把它们的差值电流作为净输入信号进行放大，则是引入了电流并联负反馈。,43,例7-7 电路如图7-13所示,分析其反馈组态。,图7-13,电流并联负反馈,(+),(-),(-),(-),电流求和,44,例7-8 电路如图7-14所示,分析其反馈组态。,图7-14,电流并联负反馈,(+),(-),(-),(-),电流求和,45,7.1.3 负反馈在放大电路中的重要作用和性质,负反馈的基本作用是将引回的反馈量与输入量相减以调整电路的净输入量与输出量。 无论反馈量以何种方式引回到输入端，其实质都是利用电路输出量本身通过反馈网络对放大电路起自动调节作用，从而使输出量维持稳定。,电压负反馈的重要作用是稳定输出电压,电流负反馈的重要作用是稳定输出电流。,46,电压负反馈的重要作用是稳定输出电压,47,电流负反馈的重要作用是稳定输出电流,48,2.直流负反馈能稳定放大电路的静态工作点， 交流负反馈能改善放大电路的动态性能。3.串联负反馈和并联负反馈对信号源内阻有不同要求 串联负反馈应采用电压源激励，信号源内阻越小，反馈效果越好。并联负反馈应采用电流源激励，信号源内阻越大，反馈效果越好。,49,RSUS,串联负反馈应采用电压源激励，信号源内阻越小，反馈效果越好。,50,并联负反馈应采用电流源激励，信号源内阻越大，反馈效果越好。,51,4.电压并联负反馈电路常叫做“电流电压转换电路”(即互阻放大电路)，它适用于输入为高内阻的电流源，而要求输出为低内阻的电压信号的场合。 电流串联负反馈电路常叫做“电压电流转换电路”（即互导放大电路），它适用于输入为低内阻的电压源，而要求输出为高内阻的电流信号的场合。,52,电压串联负反馈电路可作为压控电压源（电压放大电路）。 电流并联负反馈电路可作为流控电流源（电流放大电路）。,53,7.2 反馈放大电路的框图表示法,7.2.1 反馈放大电路的框图,54,工程上，常做“信号单方向作用的假定”：通过基本放大电路的只有信号的正向传输，通过反馈网络的只有信号的反向传输。,7.2.1 反馈放大电路的框图,55,7.2.1 反馈放大电路的框图,56,环路增益AF:,7.2.1 反馈放大电路的框图,57,7.2.2 闭环增益 及其一般表达式,闭环增益:,58,1.如果|1+AF|1，则Af1时，闭环增益 ，此时反馈放大电路的闭环增益Af将只取决于反馈系数F，叫做“深度负反馈”。,闭环增益:,59,3. 当|1+AF|=0 时，闭环增益 ，这种工作状态叫作放大电路的“自激”。,2. 如果|1+AF| A，此反馈为正反馈。,60,7.3 负反馈对放大电路性能的影响,引入交流负反馈，可以改善放大电路的性能：提高闭环增益的稳定性。展宽通频带，减小频率失真。减小非线性失真，抑制干扰和噪声。对输入电阻和输出电阻产生影响。,61,7.3.1 提高闭环增益的稳定性,Af对A求微分：,相对变化量：,闭环增益的相对变化量减小到开环增益相对变化量的1/（1+AF）,因此负反馈可提高闭环增益的稳定性。,闭环增益:,62,7.3.2 展宽通频带，减小频率失真,0.707Am,f,Amf,Am,0.707Amf,BWf,BW,0,A,fHf增大到fH的(1+AF)倍。 fLf减小到fL的(1+AF)分之一。,通常 fBW= fH- fL fH fBWf= fHf- fLf fHf ，,引入负反馈后，放大电路的通频带展宽到约为基本放大电路的(1+AF)倍。,63,在加入负反馈前后，“增益带宽积” GBP是常数,引入负反馈后，放大电路的增益变为原来的1/ (1+AF), 通频带展宽到约为原来的(1+AF)倍。因此：,7.3.2 展宽通频带，减小频率失真,64,7.3.3 减小非线性失真，抑制干扰和噪声,加入负反馈后，非线性失真减小为原来的1/(1+AF)。 但负反馈只能对反馈环路内的电量起作用，抑制环路内的非线性失真。对来自外部的失真与干扰，则负反馈不起作用。,65,7.3.3 减小非线性失真，抑制干扰和噪声,为了衡量干扰和噪声对信号的影响程度，工程上采用信号与噪声电压之比，简称“信噪比”。采用用分贝（dB）为单位时，表示为：,66,7.3 负反馈对放大电路性能的影响,引入交流负反馈，可以改善放大电路的性能：提高闭环增益的稳定性。展宽通频带，减小频率失真。减小非线性失真，抑制干扰和噪声。对输入电阻和输出电阻产生影响。,?,67,7.3.4 对输入电阻和输出电阻的影响,负反馈对放大电路输入电阻的影响必然与反馈在输入端的连接方式有关，即与串联反馈和并联反馈有关。,负反馈对放大电路输出电阻的影响必然与反馈在输出端的连接方式（采样方式）有关，即与电压反馈和电流反馈有关。,68,1.对输入电阻的影响,串联负反馈削弱了放大电路的输入电压，使净输入电压减小。对相同的输入电压而言，其输入电流减小，因此输入电阻增大。,并联负反馈削弱了放大电路的输入电流，使净输入电流减小。对相同的输入电压而言，为了保持同样的净输入电流，总的输入电流将增大。换言之，因此输入电阻减小。,69,1）串联负反馈,使输入电阻增大,1.对输入电阻的影响,如果|1+AF|，则Rif 。,70,2）并联负反馈,使输入电阻减小,如果|1+AF|，则Rif 0。,71,2.对输出电阻的影响,电压负反馈将稳定输出电压，使之接近于恒压源。因此电压负反馈必然减小输出电阻，使输出电阻变为原来的1/(1+AF)。同理电流负反馈将增大电阻，使输出电阻变为原来的(1+AF) 倍。,如果|1+AF|，则电压负反馈Rof 0，电流负反馈Rof 。,72,3. 负反馈对放大电路动态性能的影响,73,7.4 负反馈放大电路的分析计算,7.4.1 深度负反馈放大电路的特点,当|AF|1时，闭环增益 ，此时反馈放大电路的闭环增益Af将只取决于反馈系数F，叫做“深度负反馈”。,对于深度负反馈可以采用近似方法来进行计算和分析。,问题：闭环增益是否就是闭环电压增益呢？,74,因此，,7.4.1 深度负反馈放大电路的特点,75,深度负反馈放大电路的两大特点：（1）输入量 反馈量，即（2）净输入量接近于零，即,（2）对并联型深度负反馈电路,（1）对串联型深度负反馈电路,7.4.1 深度负反馈放大电路的特点,76,7.4.2 深度负反馈放大电路的近似计算,1. 深度负反馈放大电路的闭环增益的估算：,（1）输入量 反馈量，即（2）净输入量接近于零，即,方法1：利用深度负反馈放大电路的特点进行推算，方法2：从反馈系数就直接求出闭环增益，,77,深度负反馈放大电路的输入电阻的估算： 利用串联反馈增大输入电阻， 并联反馈减小输入电阻。3. 深度负反馈放大电路的输出电阻的估算： 利用电压反馈减小输出电阻， 电流反馈增大输出电阻。,7.4.2 深度负反馈放大电路的近似计算,78,补充：集成运放线性应用时的特点,集成运放构成负反馈放大电路（线性应用）时具有：,79,1.电压串联负反馈,1）闭环增益的估算,7.4.2 深度负反馈放大电路的近似计算,方法1：,80,方法2: 先求解反馈系数，再利用 的关系求出闭环增益。,电压串联负反馈,步骤1：判断反馈组态,步骤2：求解反馈系数,步骤3：估算闭环增益,81,从输入端看进去的闭环输入电阻,串联反馈提高输入电阻。,2）输入电阻的估算,1.电压串联负反馈,82,去掉RL，从输出端向左看进去的闭环输出电阻,电压反馈减小输出电阻。,1.电压串联负反馈,3）输出电阻的估算,83,2.电压并联负反馈,闭环增益：,闭环电压增益：,方法1,1）闭环增益的估算,84,2.电压并联负反馈,方法2,电压并联负反馈,闭环电压增益：,闭环增益：,85,从信号源内阻的右侧向放大电路看进去的输入电阻为,并联反馈减小输入电阻。,2.电压并联负反馈,从信号源向右看的输入电阻为,2）输入电阻的估算,86,电压反馈，输出电阻为：,2.电压并联负反馈,3）输出电阻的估算,87,3.电流串联负反馈,88,3.电流串联负反馈,89,4.电流并联负反馈,90,91,例7-9:下图所示为三级负反馈放大电路。按深度负反馈计算其闭环电压增益。,92,交流通路：,电流串联负反馈,93,电流串联负反馈,方法2,94,闭环电压增益:,闭环增益(互导):,电流串联负反馈,95,例7-11：下图是由理想运放构成的反馈放大电路。分析电路中存在哪些反馈，判断它们的反馈组态，并推导出电压闭环增益的表达式。,（1）存在的反馈,96,（2）分析反馈组态,I A2引入了电压并联负反馈,II A3引入了电压串联负反馈,III 整 个电路引入了何种反馈？,97,(+),(-),(+),(+),(+),电压串联负反馈,98,（2）求闭环电压增益,99,7.5 放大电路中反馈的正确引入,引入负反馈的原则：,稳定静态工作点，需引入直流反馈; 改善动态性能，需引入交流反馈。,增大输入电阻引串联反馈; 减小输入电阻引并联反馈。,（1）根据动态及静态设计要求,（2）根据对输入电阻的要求,100,稳定输出电压引电压反馈; 稳定输出电流引电流反馈。,（4）根据需要稳定的输出量要求,7.5 放大电路中反馈的正确引入,增大输出电阻引电流反馈;减小输出电阻引电压反馈。,（3）根据对输出电阻的要求,101,IV，引入电压并联负反馈；VV，引入电压串联负反馈；V I，引入电流串联负反馈；II， 引入电流并联负反馈。,（6）根据信号变换的要求,（5）根据信号源的要求,信号源为内阻较小的电压源，引入串联负反馈；信号源为内阻较大的电流源，引入并联负反馈。,7.5 放大电路中反馈的正确引入,102,例7-13 试在一个集成运放（主要参数为 ）电路中引入负反馈，把输入电阻提高到大于 把输出电阻降低到小于 ，使闭环增益为1。,解：要求提高输入电阻，在输入端采用串联接法； 要求降低输出电阻，在输出端采用电压取样； 所以，应该引入电压串联负反馈。,103,反馈深度,为深度负反馈,由于闭环增益为1，集成运放应接成电压跟随器，同时接入限流电阻R1和RF,都取为10k。,104,输入电阻和输出电阻：,电压串联负反馈,105,例7-12：电路如下图所示，试说明如何引入负反馈。,（1）如果希望静态时电路元件参数的改变，对输出的直流电压影响较小。 （2）要求稳定动态时VT3管的集电极电流。（3）如果希望接上负载电阻后，电压增益基本不变。,106,(1) 如果希望静态时电路元件参数的改变对输出的直流电压影响较