第八章负反馈放大电路

第八章放大电路中的负反馈 8 1负反馈的概念 8 2负反馈的类型及分析方法 8 3负反馈对放大电路的影响 8 4深度负反馈的计算 以改善放大电路性能 1 反馈的定义 把放大电路的输出量 电压或电流 的一部分或全部 送给反馈网络输入端 将反馈网络输出信号 电压或电流 送给输入端 反馈网络输出信号与输入信号进行叠加 理想叠加 将叠加的信号作为基本放大器的输入信号 8 1反馈的基本概念 双极型晶体管放大电路 B E 场效应管放大电路 G S 差分放大电路 B1 B2 运放电路 同相 反相输入端 放大元件的输入端 应用 好处 在精度 稳定度 其它性能方面有较高要求的 放大电路 都会引入反馈 由于输出参与控制 能使信号的失真从输出中 克服掉 使放大器工作在最佳状态 取样回来进行比较 叠加 把失真和不稳定性 放大元件的输出端 C E D S C1 C2 反馈电路的三个环节 叠加 基本放大电路A 开环放大倍数 反馈系数 闭环放大倍数 反馈放大器方框图 A向右传输 B向左传输 反馈网络B 输入信号 净输入信号 输出信号 反馈信号 比较 叠加 环节 开环放大电路 闭合环路 闭环放大电路 Rf RE1组成反馈网络 2 交流反馈与直流反馈 1 直流反馈 输出端的直流信号反馈到输入端 2 交流反馈 输出端的交流信号反馈到输入端 角度 目的 减小非线性失真 xid xi xi xo xf xid xi xf 直流通路 反馈网络 交流通路 输入回路 输出回路 反馈网络 3 正反馈与负反馈 正反馈 使净输入信号大于原输入信号 反馈信号加强了输入信号的作用 振荡器 负反馈 使净输入信号小于原输入信号 反馈信号削弱输入信号的作用 负反馈改善放大电路的性能 负反馈广泛应用于电子技术 自控等领域之中 从输出端看 反馈使输出量增大时为正反馈 反馈使输出量减小时为负反馈 反馈元件 1 连接输入端和输出端之间的元件 2 输入回路和输出回路共有的元件 Xid Xi Xid Xi 同相 反相 a 在输入端加入对地极性为正的电压ui 判断方法 定义 4 判断正负反馈 b 根据放大电路的工作原理 标出uo uf的极性 c 判断反馈信号是增强还是削弱了净输入信号 d 反馈信号削弱了输入信号 uid ui 为负反馈 e 反馈信号增强了输入信号 uid ui 为正反馈 uid和ui一定是同相 瞬时极性法依据 1 注意信号的走向 瞬时极性法判断反馈的类型 1 找到反馈环路 2 在任意一点将环路打开 3 在打开点输入任意极性的瞬时信号 或 基本放大器的信号走向 反馈网络的信号走向 2 各种放大电路组态的相位关系 共射 共基 共集 集成运放的相位关系 4 绕环路一周 回到起始点 5 比较回来的信号极性和输入的信号极性的关系 6 相同就是正反馈 相反就是负反馈 差放的相位关系 ui R R1 R2 uid uo 设ui 0 则u0 0 uf 0 净输入信号小于输入信号 所以为负反馈 设ui 0 则u0 0 uf 0 净输入信号大于输入信号 所以为正反馈 使用瞬时极性环路法进行判断 切记 要将输入信号去掉 不要考虑 负反馈 局部 正反馈 负反馈 负反馈 正反馈 负反馈 交流反馈 直流反馈 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 稳定静态工作点 5 负反馈的分类 1 电压反馈和电流反馈 根据反馈信号在输出端采样的方式不同 可以分为 电压负反馈 为了稳定输出电压 减小输出电阻 电流负反馈 为了稳定输出电流 增大输出电阻 电压反馈和电流反馈 改善交流参数 a 电压反馈 反馈信号与输出电压成正比 反馈信号的来源为输出电压 b 电流反馈 反馈信号与输出电流成正比 反馈信号的来源为输出电流 线性网络 c 判断电压和电流反馈的方法 1 令输出电压为零 uo 0 若反馈信号Xf Buo 0 则为电压反馈 负载短路 若反馈信号Xf Buo 0 则为电流反馈 2 令输出电流为零 io 0 若反馈信号Xf Bio 0 则为电流反馈 若反馈信号Xf Bio 0 则为电压反馈 输出开路 电压反馈采样的两种形式 采样点是输出端的话 一定是电压反馈 取样点 简单判断 取样点 电流反馈采样的形式 取样点 取样点 取样点 2 串联反馈和并联反馈 a 串联反馈 特点 反馈网络串联于输入回路 反馈信号为电压 反馈信号与输入信号电压叠加 b 并联反馈 特点 反馈网络并联于输入回路 反馈信号为电流 反馈信号与输入信号电流叠加 求和点是输入信号输入端的话 一定是并联反馈 求和点不是输入信号输入端的话 一定是串联反馈 并联反馈 求和点 串联反馈 求和点 并 串联反馈的两种形式 ii iid if io io ii iid if a 电压串联负反馈 模型 b 电压并联负反馈 c 电流串联负反馈 d 电流并联负反馈 电压并联负反馈仿真 电流串联负反馈仿真 6 负反馈放大电路举例 电压串联负反馈 a 判断反馈网络 寻找输入与输出回路的共有网络 输入回路 输出回路 反馈网络 b 判断反馈极性 当ui 0时 uo 0 uf 0 uid ui uf ui c 负反馈的组态判断 反馈网络B与RL并联 属电压反馈 反馈电压uf与输入电压ui串联于输入端 属串联反馈 d 电压负反馈的作用 稳定输出电压 uo 原理 电压并联负反馈 a 判断反馈网络 b 判断反馈极性 c 负反馈的组态判断 d 电压并联负反馈作用 稳定输出电压 由运算放大器组成的电压并联负反馈电路 电流串联负反馈 UCC T1 T2 T3 RB1 RC1 RB2 RC2 RB3 RC3 RE3 ui RE1 a 判断反馈回路网络 b 判断反馈极性 c 负反馈的组态判断 d 电流串联负反馈作用 稳定输出电流 电流并联正反馈 8 2负反馈对放大电路性能的影响 提高增益的稳定性 减少非线性失真 扩展通频带 改变输入电阻和输出电阻 在放大器中引入交流负反馈 降低了放大倍数 使放大器的交流性能得以改善 负反馈放大电路的一般表达式 开环增益 A Xo Xid 闭环增益 Af Xo Xi 反馈系数 B Xf Xo 净输入信号 Xid Xi Xf 闭环放大倍数 1 AB 1 负反馈 1 AB 1 正反馈 1 AB 0 形成振荡器 引回的信号削弱了输入信号 引回的信号增强了输入信号 当 1 AB 1时 负反馈放大器的闭环 当 1 AB 1时 为深度负反馈 强负反馈 结论 放大倍数与晶体管无关 只与反馈网络有关 即负反馈可以稳定放大倍数 即闭环增益相对变化量是开环的1 1 AB 若A波动10 1 AB 100则Af波动0 1 1 提高放大倍数的稳定性 2 对放大倍数的影响 负反馈使放大倍数下降 当 1 AB 1 在深度负反馈的情况下 放大倍数只与反馈网络有关 稳定性提高了1 AB倍 3 减小非线性失真 xid xi xi xo xf xid xi xf 无反馈时放大器的通频带 有反馈时放大器的通频带 引入负反馈使电路的通频带宽度增加 4 对通频带的影响 fbw fH fL fH fbwf fHf fLf fHf 集成运放开环差模增益为105 上限频率fH为10Hz 试估算反馈深度 通频带BWf V i u u o 反馈系数 反馈深度 通频带 抑制反馈环内的干扰和噪声 无反馈时信号与噪声的输出波形 提高输入信号幅度后的输出波形 有反馈时信号与噪声的输出波形 5 对输入 输出电阻的影响 1 串联负反馈使电路的输入电阻增加 故输入电阻增加 理解 串联负反馈相当于在输入回路中串联了一个电阻 2 并联负反馈使电路的输入电阻减小 理解 并联负反馈相当于在输入回路中并联了 一条支路 故输入电阻减小 3 电压负反馈使电路的输出电阻减小 理解 电压负反馈目的是阻止 uo的变化 稳定输出电压 输出电阻越小 带负载能力加强 A B Ro Xf Buo Xi 0 Xid Xf 理解 电流负反馈目的是阻止 io的变化 稳定输出电流 输出电阻越大 输出电流越稳定 反之亦然 4 电流负反馈使电路的输出电阻增加 Xf Bio Xi 0 Xid Xf A B Ro 总结 1 根据反馈信号与外加输入信号在输入端求和方式不同 2 反馈信号在输出端的采样方式不同 3 反馈对输出电阻和输入电阻的影响 与反馈 对放大电路的输入电阻产生不同的影响 串联反馈增大输入电阻 并联反馈减小输入电阻 对放大电路的输出电阻产生不同的影响 电流反馈增大输出电阻 电压反馈减小输出电阻 深度有关 在输入端有串联反馈和并联反馈两种 在输出端有电压反馈和电流反馈两种 表交流负反馈对输入电阻输出电阻的影响 反馈组态 电压串联 电流串联 电压并联 电流并联 增大 减小 0 增大 增大 增大 减小 0 减小 0 减小 0 不同反馈信号量纲 为改善性能引入负反馈的一般原则 1 要稳定直流工作点 引直流负反馈 要改善交流性能 引交流负反馈 2 根据信号源的性质 恒压源或电压源 串联反馈 恒流源或电流源 并联反馈 3 根据负载对输出量的要求 4 需要进行信号变换时 选择合适的组态 电流信号转换成电压信号 电压并联负反馈 电压信号转换成电流信号 电流串联负反馈 8 3负反馈放大电路的计算 重点讨论深度负反馈条件下的近似计算 1 估算的依据 深度负反馈 即 深度负反馈条件下 一 估算反馈放大倍数 即 输入量近似等于反馈量 闭环增益只与反馈系数有关 净输入量近似等于零 由此可得深度负反馈条件下 放大电路 1 虚短 2 虚断 虚短 虚断 的概念 uid 0 iid 0 几种放大电路输入端口的 虚短 虚断 1 电压串联负反馈 交流负反馈计算 用方法一 1 B法 求反馈系数 求闭环电压放大倍数 用方法二 然后利用虚短 虚断 首先判断是否负反馈 电流并联负反馈 然后利用虚短 虚断 首先判断是否负反馈 虚地 1 B法 求反馈系数 电压串联负反馈 电流并联负反馈 引入反馈不会改变输出信号的极性 运放组成的电压串联负反馈电路 利用虚短的概念得知 由虚断 作业一 1 计算ICQ1 3 差分放大电路的差模放大倍数 Rid Rod 2 ui 0时uo 0 计算电阻Rc的大小和UCEQ2 4 引入合适的交流负反馈 使得电路能够稳定输出电压 说明反馈类型 在图中画出Rf的连接情况 并在深度负反馈情况下 写出加负反馈后的电压增