模拟电子技术-第6章-反馈.ppt

2020年4月16日星期四 模拟电子技术 1 第6章反馈 6 1反馈的基本概念及类型 6 1 1反馈的概念 6 1 2反馈放大器的基本框图 6 1 3反馈放大器的基本方程 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 2 6 1 4负反馈放大电路的组态和四种基本类型 一 电压反馈和电流反馈及其判断方法 二 串联反馈和并联反馈及其判断方法 三 四种基本反馈类型 四 反馈类型汇总 五 反馈放大器特征增益和特征反馈系数的定义 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 3 6 2负反馈对放大电路性能的影响 6 2 1稳定放大倍数 6 2 2展宽通频带 6 2 3减小非线性失真 6 2 4减少反馈环内的干扰和噪声 6 2 5改变输入电阻和输出电阻 一 对输入电阻的影响 二 对输出电阻的影响 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 4 6 3深度负反馈放大电路的近似计算 6 3 1深度负反馈条件下 近似计算法的原理与步骤 6 3 2深负反馈放大电路的近似计算 6 4负反馈放大电路的稳定性 6 4 1负反馈放大电路的自激振荡 6 4 2负反馈放大电路稳定性的判断 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 5 第6章反馈 1 掌握反馈的基本概念和反馈类型的判断方法 2 掌握深度负反馈条件下放大电路的近似估算法 3 了解负反馈对放大电路性能的影响 4 了解负反馈放大电路产生自激振荡的原因 稳定判据和消除自激振荡的方法 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 6 6 1反馈的基本概念及类型 6 1 1反馈的概念 反馈 将放大器的输出量 电流或电压 通过一定的网络 回送到放大器的输入回路 并同输入信号一起参与放大器的输入控制作用 从而使放大器的某些性能获得有效改善的过程 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 7 图6 1 1负反馈稳定静态工作点电路 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 8 取样 比较 净输入信号 反馈信号 输出信号 输入信号 图6 2反馈放大器基本框图 6 1 2反馈放大器的基本框图 注 对一个实际电路 当基本放大器的反向传输效应 与反馈网络的反向传输效应对比 和反馈网络的正向传输效应 与基本放大器的正向传输效应对比 均可忽略时 才可采用该模型 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 9 基本放大器的传输增益 开环增益或开环放大倍数 反馈放大器的传输增益 闭环增益 反馈网络的传输系数 反馈系数 环路增益 回归比 反馈深度 D 1 AF 6 1 3反馈放大器的基本方程 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 10 反馈放大器的基本方程 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 11 结论 1 负反馈使放大器的增益下降了 1 AF 倍 2 反馈深度D 1 AF 表征反馈强弱 D 1或AF 1 深反馈条件 3 深反馈条件下 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 12 一 电压反馈和电流反馈及其判断方法 节点型连接形式 图6 1 4电压反馈和电流反馈框图 6 1 4负反馈放大电路的组态和四种基本类型 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 13 一 电压反馈和电流反馈及其判断方法 节点型连接形式 U CC R C2 u o R E2 R C1 R E1 R f u i R B1 R B2 V 2 V 1 图6 1 4电压反馈和电流反馈框图 A F 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 14 回路型连接形式 图6 1 4电压反馈和电流反馈框图 一 电压反馈和电流反馈及其判断方法 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 15 回路型连接形式 图6 1 4电压反馈和电流反馈框图 一 电压反馈和电流反馈及其判断方法 A F 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 16 二 串联反馈和并联反馈及其判断方法 a 串联反馈 若为负反馈 回路型连接形式 图6 1 7串联反馈和并联反馈框图 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 17 图6 1 7串联反馈和并联反馈框图 b 并联反馈 节点型连接形式 若为负反馈 二 串联反馈和并联反馈及其判断方法 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 18 图6 1 9四种典型的负反馈组态电路 a 电压串联负反馈 b 电流串联负反馈 c 电压并联负反馈 d 电流并联负反馈 三 四种基本反馈类型 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 19 反馈组态的判断 avi 瞬时极性法 avi 四 反馈类型汇总 本级 级间 直流 交流 正 负 压串 压并 流串 流并 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 20 五 反馈放大器特征增益和特征反馈系数的定义 UiU iUf IiI iIf Uo Io 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 21 1 电压串联负反馈 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 22 2 电流串联负反馈 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 23 3 电压并联负反馈 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 24 4 电流并联负反馈 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 25 6 2负反馈对放大电路性能的影响 6 2 1稳定放大倍数 A不稳定 Af稳定 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 26 开环放大倍数相对变化量为 闭环放大倍数相对变化量为 若近似以增量代替微分 则 通常用放大倍数的相对变化量来衡量放大器的稳定性 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 27 例1设计一个负反馈放大器 要求闭环放大倍数Af 100 当开环放大倍数A变化 10 时 Af的相对变化量在 0 5 以内 试确定开环放大倍数A及反馈系数F值 所以 因为 解 因为 所以 由于 所以 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 28 6 2 2展宽通频带 有源低通滤波器 令 则 同理 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 29 无反馈放大器的频率响应 增益 A I A I 3dB f L f H 无反馈放大器的带宽 f 频率 负反馈改善放大器频率响应的示意图 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 30 i o 0 u be A X i X o x o 0 t 0 t x i 基本放大器 i o 0 u be A F t x o X o t 0 x i X i X f 0 t x i x f 0 t X i 0 图6 2 1负反馈改善非线性失真的工作原理示意图 a 无反馈 b 负反馈使非线性失真减小 输入动态范围展宽 6 2 3减小非线性失真 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 31 非线性失真系数 非线性失真减小 输入动态范围展宽只在非线性失真不是十分严重的情况下才是正确的 此时 输入信号和反馈回来的谐波信号不发生相互作用 即不产生新的频率分量 负反馈对非线性失真的影响 avi 负反馈对非线性失真的影响 示波器图 avi 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 32 6 2 4减少反馈环内的干扰和噪声 利用负反馈抑制放大器内部噪声及干扰的机理与减小非线性失真是一样的 负反馈输出噪声下降 1 AF 倍 如果输入信号本身不携带噪声和干扰 且其幅度可以增大 输出信号分量保持不变 那么放大器的信噪比将提高 1 AF 倍 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 33 图6 2 2负反馈抑制干扰和噪声 a 无反馈 信号与噪声的输出波形 b 有反馈 信号与噪声的输出波形 c 提高输入信号幅度后的输出波形 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 34 1 负反馈使放大器的放大倍数下降 但增益稳定度提高 频带展宽 非线性失真减小 内部噪声干扰得到抑制 且所有性能改善的程度均与反馈深度 1 AF 有关 2 被改善的对象就是被取样的对象 例如 反馈取样的是输出电流 则有关输出电流的性能得到改善 反之 取样对象是输出电压 则有关输出电压的性能得到改善 负反馈的特点 3 负反馈只能改善包含在负反馈环节以内因素引起的放大器性能下降 对反馈环以外的 与输入信号一起进来的失真 干扰 噪声及其它不稳定因素是无能为力的 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 35 6 2 5改变输入电阻和输出电阻 负反馈对于输入 输出阻抗的影响仅限于负反馈环内 正反馈对于输入 输出阻抗的影响与负反馈相反 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 36 串联负反馈使输入电阻变大 一 对输入电阻的影响 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 37 并联负反馈使输入电阻变小 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 38 电压负反馈放大器输出电阻的计算 二 对输出电阻的影响 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 39 电压负反馈使输出电阻变小 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 40 电流负反馈放大器输出电阻的计算 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 41 电流负反馈使输出电阻变大 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 42 1 深度负反馈条件下 近似计算法的原理 串联反馈 并联反馈 6 3深度负反馈放大电路的近似计算 6 3 1深度负反馈条件下 近似计算法的原理与步骤 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 43 求Xf的方法 注 反馈网络的输出X1由两部分构成反馈网络的反向传输效应产生的分量Xf反馈网络在放大器输入端的负载效应产生的分量X1 Xf 串联断路 并联短路 2 深度负反馈条件下 近似计算法的步骤 1 判断反馈类型 2 求Xi Xf的表达式 3 依据Xi Xf求Auf的表达式 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 44 1 电压串联负反馈电路 6 3 2深负反馈放大电路的近似计算 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 45 图6 3 1电压串联负反馈电路 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 46 a b U f R 3 R 3 R 4 U o F U o 等效到第一级射极的反馈电压 a 输入回路等效 b 戴维南等效电路 本级反馈 负载效应 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 47 2 电压并联负反馈电路 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 48 图6 3 2电压并联负反馈电路 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 49 3 电流串联负反馈电路 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 50 图6 3 3串联电流负反馈电路 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 51 4 电流并联负反馈电路 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 52 图6 3 4电流并联负反馈电路 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 53 6 4负反馈放大电路的稳定性 6 4 1负反馈放大电路的自激振荡 若F为常数 则 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 54 产生自激振荡 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 55 振荡的振幅条件 振荡的相位条件 0 t t t 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 56 幅度裕度Gm 相位裕度 m 180 A B 图6 4 2负反馈电路环路增益的频率特性 增益交界频率f0 相位交界频率f 自激 稳定 判断方法 6 4 2负反馈放大电路稳定性的判断 1 利用环路增益判断负反馈放大电路的稳定性 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 57 45 135 225 稳定 不稳定 闭环 不稳定 2 利用开环增益的渐近波特图判断负反馈放大电路的稳定性 若闭环增益线交于开环增益线 稳定 若闭环增益线交于及以下开环增益线 自激 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 58 作业 6 1 6 7 6 2 6 9 6 3 6 11 6 13 6 15 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 59 负反馈放大器的定量计算方法 1 等效电路法2 拆环分析法3 深度负反馈条件下的近似计算 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 60 正向传输效应 负载效应 电压并联负反馈放大器中反馈网络的等效电路 反馈效应 并联短路 求Xf的方法 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 61 正向传输效应 负载效应 电流串联负反馈放大器中反馈网络的等效电路 电流串联负反馈示意图 反馈效应 串联断路 求Xf的方法 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 62 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 63 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 64 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 65 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 66 对于线性无源两端口网络 其端口电压 电流关系可有6种参数表征 Z参数 端口电流作自变量 端口电压作应变量 Y参数 端口电流作应变量 端口电压作自变量 H参数 作自变量 作应变量 A参数 作自变量 作应变量 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 67 A F X f X i A f X i X o 负反馈 正反馈 反馈放大器输入端波形示意图 2020年4月16日星期四 模拟电子技术 68 U CC R C2 u o R E2 R C1 R E1 R f u i R B1 R B2 V 2 A 1 a 串联电压负反馈 F 2020年4月16日星期四 模拟