模电课件-第7章（华）放大电路中的反馈

第7章 放大电路中的反馈,7.1 反馈的基本概念及判断方法,7.1.1 反馈的基本概念,将放大电路输出回路的信号（电压或电流）的一部分或全部引回到输入回路，与输入信号迭加，就称为反馈。,1、反馈：,开环,闭环,反馈框图：,将放大电路输出回路的信号（电压或电流）的一部分或全部引回到输入回路，与输入信号迭加，就称为反馈。,1、反馈：,将输出电流反馈到输入,将输出电压反馈到输入,若引回的信号削弱了输入信号，就称为负反馈。若引回的信号增强了输入信号，就称为正反馈。,2、反馈的极性,3、交流反馈和直流反馈,反馈信号只有交流成分时为交流反馈，反馈信号只有直流成分时为直流反馈，既有交流成分又有直流成分时为交直流反馈。,引入直流负反馈的目的：稳定静态工作点。,引入交流负反馈的目的：改善放大电路的性能,交流反馈和直流反馈的判定，可以通过画反馈放大电路的交、直流通路来完成。在直流通路中，如果反馈回路存在，即为直流反馈；在交流通路中，如果反馈回路存在，即为交流反馈。,4、 局部反馈和级间反馈,多级放大电路R5：局部反馈R2：级间反馈,判断电路中是否存在反馈，并找出反馈网络。,无反馈,有反馈，反馈网络：R2，RL,有反馈，反馈网络：R2,7.1.1 反馈的判断方法,1、有无反馈的判断,RE只引入直流反馈,RC串联网络只引入交流反馈,在起反馈作用的电阻两端并联旁路电容，可以使其只对直流起作用。,若在反馈网络中串接隔直电容，则可以隔断直流，此时反馈只对交流起作用。,2、直流反馈和交流反馈的判断,3、反馈极性的判断,假设放大器一个输入信号对地的极性，用“+”、“-”表示。按信号传输方向依次判断相关点的瞬时极性，直至判断出反馈信号的瞬时极性。如果反馈信号的瞬时极性使净输入减小，则为负反馈；反之为正反馈。,瞬时极性法：,反馈信号和输入信号加于输入回路一点时，瞬时极性相同的为正反馈，瞬时极性相反的是负反馈。,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。,注意：以上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。,对三极管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。,+,+,+,根据反馈信号在输入端与输入信号比较形式的不同，可以分为串联反馈和并联反馈。,串联反馈：反馈信号与输入信号串联，即反馈信号与输入信号以电压的形式相比较。,并联反馈：反馈信号与输入信号并联，即反馈信号与输入信号以电流的形式相比较。,(1)串联反馈和并联反馈：,反馈信号与输入信号加在输入回路的同一个电极上，则为并联反馈；反之，加在放大电路输入回路的两个电极，则为串联反馈。,7.1.3 交流负反馈的四种组态,1.电压反馈和电流反馈、串联反馈和并联反馈的概念,ib=i-if,并联反馈,ube=ui-uf,串联反馈,此时反馈信号与输入信号是电流相加减的关系。,此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。,对于三极管来说，反馈信号与输入信号同时加在三极管的基极或发射极，为并联反馈；一个加在基极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一个加在反相输入端则为串联反馈。,此时反馈信号与输入信号是电流相加减的关系。,此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。,(2) 电压反馈和电流反馈,电压反馈：反馈信号取自输出电压信号。反馈信号的大小 与输出电压成比例。,根据反馈所采样的信号不同，可以分为电压反馈和电流反馈。,电流反馈：反馈信号取自输出电流信号。反馈信号的大小 与输出电流成比例。,输出短路法假设输出电压uo=0，或令负载电阻RL0，看反馈信号是否还存在，若反馈信号不存在，则说明反馈信号与输出电压成比例，是电压反馈；若反馈信号存在，则说明反馈信号不与输出电压成比例，而是与输出电流成比例，是电流反馈。,电压反馈采样的两种形式：,采样电阻很大,电流反馈采样的两种形式：,2.四种组态负反馈放大电路的方框图,(1)电压串联负反馈放大电路,瞬时极性法,当vi一定时：,若 RL,vo,vf,vid,vo,电压负反馈,串联负反馈,输出回路,输入回路,A,F,vi,vid,vf,vo,电压负反馈稳定输出电压,反馈信号与电压成比例，是电压反馈,反馈电压Vf与输入电压Vid是串联关系， 故为串联反馈。,反馈信号和输入信号加于输入回路两点时，瞬时极性相同为负反馈。,例1：,试分析该电路存在的反馈，并判断其反馈组态。,经Rf加在发射极E1上的反馈电压Vf与输入电压Vi是串联关系，故为串联负反馈。,解：根据瞬时极性法判断,该电路为负反馈。,输出回路,反馈信号与电压成比例，是电压反馈。,输入回路,反馈信号和输入信号加于输入回路两点时，瞬时极性相同为负反馈。,电压串联负反馈,例2：,试分析该电路存在的反馈，并判断其反馈组态。,解: 根据瞬时极性法,电路是负反馈。,反馈信号vf和输入信号vi加在运放A1的两个输入端，故为串联反馈。,反馈信号与输出电压成比例，故为电压反馈。,反馈信号和输入信号加于输入回路两点时，瞬时极性相同为负反馈。,串联电压负反馈,判断Rf是否引入负反馈，若是，判断反馈的组态。,此电路是电压串联负反馈，对直流不起作用。,例3：,增加隔直电容C后，Rf只对交流起反馈作用。,例3 - 1：,增加旁路电容C后，Rf只对直流起反馈作用。,例3 - 2：,(2) 电流并联负反馈放大电路,当ii一定时：,若 RL,io,if,iid,io,电流负反馈稳定输出电流,电流负反馈,输出端的取样是电流,并联负反馈,输入端ii和if以并联的方式进行比较,反馈信号和输入信号加于输入回路同一点时，瞬时极性相反为负反馈。,判断Rf是否引入负反馈，若是，判断反馈的组态。,例 ：,反馈信号和输入信号加于输入回路同一点，瞬时极性相反是负反馈。,电流并联负反馈。对直流也起作用，可以稳定静态工作点。,判断反馈的组态,判断反馈的极性,例 2：,反馈信号和输入信号加于输入回路同一点时，瞬时极性相反是负反馈。,试分析该电路存在的反馈，并判断其反馈组态。,电流并联负反馈,输入信号与反馈信号是并联的形式， 所以是并联负反馈。,反馈信号取自于输出电流，所以是电流负反馈。,解：根据瞬时极性法判断,(3) 电压并联负反馈放大电路,vo,反馈信号和输入信号加于输入回路同一点时，瞬时极性相反为负反馈。,电压负反馈,输出端的取样是电压,并联负反馈,输入端Ii和If以并联的方式进行比较,判断Rf是否引入负反馈，若是，判断反馈的组态。,此电路是电压并联负反馈，对直流也起作用。,例1：,+UCC,RC,C2,C1,Rf,ui,uo,i,ib,if,注意：三极管的静态工作点如何提供？不可在反馈回路加隔直电容！,Rf 的作用：1. 提供静态工作点。2. 直流负反馈，稳定静态工作点。3. 交流负反馈，稳定放大倍数等。,例1-1：,(4) 电流串联负反馈放大电路,vi,vid,vf,反馈信号和输入信号加于输入回路两点时，瞬时极性相同为负反馈。,输出端的取样是电流，所以是电流负反馈。,输入端Vid和Vf以串联的方式进行比较，所以是串联负反馈。,例：,电流串联负反馈,试分析该电路存在的反馈，并判断其反馈组态。,反馈信号和输入信号加于输入回路两点时，瞬时极性相同为负反馈。,解：根据瞬时极性法判断,电压,串联,负反馈,反馈类型的判别举例,7.3 负反馈放大电路的方框图及一般表达式,反馈网络的反馈系数,放大电路的闭环放大倍数,式中：,由于,放大电路的开环放大倍数,相当于引入负反馈。,相当于引入正反馈。,相当于输入为零时仍有输出，故称为“自激状态”。,当 1时称为深度负反馈，则闭环放大倍数,无量纲,稳定性好，但由于不同反馈 组态电路放大倍数的物理意义不同， 量纲不同，因而电路的功能不同。,各电路的功能？,7.3 深度负反馈放大电路放大倍数的分析,7.3.1 深度负反馈的实质,1. 增益的近似表达式：,2. 虚短虚断概念的运用：,“ 虚短”,“ 虚断 ”,串联负反馈,并联负反馈,7.3.2 深度负反馈条件下电压放大倍数的分析,(1)电压串联负反馈电路,例 1,例 2,(2)电压并联负反馈,运算放大器在线性应用时同时存在虚短和虚断,虚断,虚地,例 1,虚断,虚地,例 2,(3)电流串联负反馈,(3)电流串联负反馈,虚短,虚断,例 1,虚短,例 2,(4)电流并联负反馈,例,虚地,法1,虚断,(4)电流并联负反馈,例,虚地,法2,虚断,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,Af 的相对变化量,A 的相对变化量,放大倍数稳定性提高,7.4.2 改变输入电阻和输出电阻,1 对输入电阻的影响,(1) 引入串联负反馈，增大输入电阻,深度负反馈：,(2) 引入并联负反馈，减小输入电阻,深度负反馈：,(1) 电压负反馈使输出电阻减小,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，稳定性就好。,(2) 电流负反馈使输出电阻增加,这与电流负反馈可以使输出电流稳定是相一致的。输出电阻大，负反馈放大电路接近电流源的特性，输出电流的稳定性就好。,2 对输出电阻的影响,7.4.3 展宽频带,无反馈时： BW = fH fL fH,引入反馈后，,f,A(f),O,Am,0.707Am,fL,fH,BW,Af(f),Amf,0.707Amf,fLf,fHf,BWf,可证明：,fHf = (1 + AF) fH,fLf = fL / (1 + AF),= (1 + AF) fH, fHf, BWf = fHf fLf,加入负反馈,无负反馈,F,uf,uo,略大,略小,略小,略大,接近正弦波,改善了波形失真,7.4.4 减小非线性失真,7.4.5 引入负反馈的一般原则,一、欲稳定或改善某个量，则引对应量的负反馈,稳定静态Q点，,引直流反馈；,改善动态性能，,引交流反馈；,稳定输出电压，,引电压反馈；,稳定输出电流，,引电流反馈。,二、根据对输入、输出电阻的要求选择负反馈类型,欲提高输入电阻，,采用串联反馈；,欲降低输入电阻，,采用并联反馈；,要求高内阻输出，,采用电流反馈；,要求低内阻输出，,采用电压反馈。,三、根据输入信号对输出信号的控制关系确定交流负反馈类型,输入电压控制输出电压，,引入电压串联负反馈；,输入电流控制输出电压，,引入电压并联负反馈；,输入电压控制输出电流，,引入电流串联负反馈；,输入电流控制输出电流，,引入电流并联负反馈。,若要实现串联电压负反馈, Rf 应接向何处?要实现串联电压负反馈,运放的输入端极性如何确定？求引入电压串联负反馈后的闭环电压放大倍数。,回答下列问题。,解 :,解既然是串联反馈, 反馈和输入信号接到差放的两个输入端。要实现负反馈，必为同极性信号。差放输入端的瞬时极性，见图中红色标号。根据串联反馈的要求，可确定B2的极性，,见图中绿色标号，由此可确定运放的输入端极性。,解,为了保证获得运放绿色标号的极性，B1相当同相输入端，B2相当反相输入端。为此该电路相当同相输入比例运算电路。所以电压增益为,:求引入电压串联负反馈后的闭环电压增 益，可把差放和运放合为一个整体看待。,7.5 负反馈放大电路的自激振荡及消除方法,负反馈对放大电路性能的改善取决于反馈深度,或环路增益,的大小，,值越大，电路的性能越好。,但是如果引入负反馈不当，有时放大电路就不能稳定工作，而产生振荡现象，称电路自激。,7.5.1 产生自激振荡的原因及条件,相当于放大倍数无穷大，电路无输入，,放大电路也有输出，这时放大电路产生自激。,自激振荡的条件,由于电路通电后输出量有一个从小到大直至稳幅的过程，起振条件为,7.5.2 负反馈放大电路稳定性的分析,附加相移由放大电路决定;振荡只可能产生在高频段。,设反馈网络为电阻网络，放大电路为直接耦合形式。,因没有满足相位条件的频率，故引入负反馈后不可能振荡。,因没有满足幅值条件的频率，故引入负反馈后不可能振荡。,对于产生180附加相移的信号频率，有可能满足起振条件，故引入负反馈后可能振荡。,对于单管放大电路:,对于两级放大电路:,对于三级放大电路:,什么样的放大电路引入负反馈后容易产生自激振荡？,三级或三级以上的直接耦合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,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。,环路