低频模拟电路b.ppt

2020 4 23 电信学院电子工程专业 1 第五章反馈与振荡 约2 3周 2 5 1反馈的基本概念与分类 一 基本概念 一 反馈的定义 反馈是指将输出量的一部分或全部 按一定的方式送回到输入回路 来影响输入量 电压或电流 的一种连接方式 净输入量 开环增益 闭环增益 反馈系数 2020 4 23 电信学院电子工程专业 3 一 基本概念 二 电路中的反馈形式 1 反馈与反馈通路 1 判断一个电路是否有反馈 是通过分析它是否存在反馈通路而进行的 而反馈通路是跨接在输出和输入间的网络 2 若电路中不存在反馈 开环 反馈通路 反馈网络 信号的正向传输 3 若电路中存在反馈 闭环 2020 4 23 电信学院电子工程专业 4 2 正反馈与负反馈 一 基本概念 二 电路中的反馈形式 用瞬时极性法判断 正反馈 使加强 使放大倍数增加 负反馈 使减弱 使放大倍数减少 2020 4 23 电信学院电子工程专业 5 3 交流反馈与直流反馈若反馈信号中只包含直流成份 直流反馈若反馈信号中只包含交流成份 交流反馈区分直流反馈还是交流反馈 可以通过观察反馈网络 或元件 所反映的变化是直流量还是交流量来辨认 也可以通过画出电路的交 直流通路来判定 一 基本概念 二 电路中的反馈形式 2020 4 23 电信学院电子工程专业 6 3 交流反馈与直流反馈 a 交流反馈与直流反馈 a 直流反馈 Rb1 UCC RC Rb2 CE Re RL ui uo 2020 4 23 电信学院电子工程专业 7 3 交流反馈与直流反馈 Rb1 UCC RC Rb2 CE Re RL ui uo ui R1 R2 uo Rf Cf a b 交流反馈与直流反馈 a 直流反馈 b 交流反馈 2020 4 23 电信学院电子工程专业 8 4 电压反馈和电流反馈这是按照反馈信号与输出信号之间的关系来划分的 若反馈信号取自输出电压为电压反馈 反之为电流反馈 只与输出端有关 判断是电压反馈还是电流反馈的常用办法是负载电阻短路法 亦称输出短路法 判断反馈信号是否还存在 若反馈信号不存在则为电压反馈 若反馈信号存在则为电流反馈 如下图所示 2020 4 23 电信学院电子工程专业 9 4 电压反馈和电流反馈 a b 电压反馈与电流反馈 a 电压反馈 b 电流反馈 if uf Rf Rb UCC RC Cf C1 RL ui uo ui RL io uo R C2 2020 4 23 电信学院电子工程专业 10 二 电路中的反馈形式 5 串联反馈和并联反馈根据反馈信号与输入信号在放大电路输入端的连接方式的不同来划分 2020 4 23 电信学院电子工程专业 11 反馈信号与输入信号串联 串联反馈 在输入端以电压的形式相加减 输入端的串联反馈 并联反馈及其判断方法 接于同一输入端 反馈信号与输入信号并联 并联反馈 在输入端以电流的形式相加减 反馈节点对地短路法 若ui 0 并联 若ui 0 串联 ui ui ui 2020 4 23 电信学院电子工程专业 12 二 电路中的反馈形式 5 串联反馈和并联反馈为了区分是串联反馈还是并联反馈 还可以假设把输入回路中的反馈节点对地短路 判断输入信号ui能否加到放大电路的输入端中去 若能加入则为串联反馈 反之为并联反馈 2020 4 23 电信学院电子工程专业 13 二 电路中的反馈形式 5 串联反馈和并联反馈 串联反馈 并联反馈 Rb1 UCC RC Rb2 Re RL ui uo us R1 R2 uo Rf Cf ui ube ui 0 if ui 2020 4 23 电信学院电子工程专业 14 1 正反馈与负反馈 三 负反馈的性质 用瞬时极性法判断 正反馈 使加强 使放大倍数增加 负反馈 使减弱 使放大倍数减少 2020 4 23 电信学院电子工程专业 15 瞬时极性法的三要素 1 按中频段考虑 即不考虑电路中所有的电容对相位的影响 2 用正 负号 或箭头 表示电路中各关键点对 地 的电位的瞬时极性 或瞬时变化 这种表示要符合放大器的基本原则 如 对共射极放大器 集电极与基极电位反相 对共基极放大器 集电极与发射极电位同相 对共集极放大器 发射极与基极电位同相 对集成运放电路 看Xf是加在同相端还是反相端 3 要逐级进行 最后看反馈到输入端的信号的瞬时极性 若与原输入信号的位相相同 净输入信号增加 则为正反馈 若与原输入信号的位相相反 净输入信号减少 则为负反馈 2 正 负反馈的瞬时极性法的判断 2020 4 23 电信学院电子工程专业 16 1 净输入电压信号 净输入信号Xi 2 净输入电流信号 2020 4 23 电信学院电子工程专业 17 3 正反馈与负反馈判断举例 反馈通路 负反馈 负反馈 净输入量减少 反馈通路 瞬时极性法 2020 4 23 电信学院电子工程专业 18 二 电路中的反馈形式 3 负反馈和正反馈 负反馈 Rb1 UCC RC Rb2 Re RL ui uo 净输入ube减少 2020 4 23 电信学院电子工程专业 19 净输入量增加 正反馈 反馈通路 级间反馈通路 净输入量i 减少 级间负反馈 正反馈与负反馈判断举例 2020 4 23 电信学院电子工程专业 20 交 直流负反馈 4 交 直流正 负反馈判断举例 2020 4 23 电信学院电子工程专业 21 5 负反馈的一般表达式 1 方框图 信号源 输出信号 反馈信号 基本放大电路的输入信号 净输入信号 2020 4 23 电信学院电子工程专业 22 2 闭环增益的一般表达式 即 2 表达式推导 其中称为环路增益 为加负反馈后放大器增益下降的程度 叫做反馈深度 1 在 点 5 负反馈的一般表达式 2020 4 23 电信学院电子工程专业 23 6 反馈深度的讨论 一般负反馈 称为反馈深度 正反馈 自激振荡 深度负反馈 2020 4 23 电信学院电子工程专业 24 二 负反馈的分类与基本特点 1 负反馈的一般优点 负反馈具有自动调节的作用 这种作用可以克服外界不稳定因素的影响 使输出信号自动维持稳定 稳定过程 从而稳定Xo 电压 稳定输出电压 电流 稳定输出电流 此外 负反馈还可改善放大器的频率响应 减小放大器的非线性失真 按照要求改变放大器的输入和输出电阻 Xi是稳定的 Xi Xi Xf 2020 4 23 电信学院电子工程专业 25 二 负反馈的分类与基本特点 2 根据输入输出连接方式的不同 反馈可以分为四种类型 正反馈不但没有自动的调节作用 反而使放大器的性能恶化 破坏放大器的正常的工作 在放大器中要力争避免 3 四种类型负反馈的基本特点 26 1 电压串联负反馈 二 负反馈的分类与基本特点 该电路为电压串联负反馈 同相比例运算放大器 Rf uf 0 ui ui 0 所以电路为电压串联负反馈 2020 4 23 电信学院电子工程专业 27 1 电压串联负反馈 二 负反馈的分类与基本特点 Rb UCC C1 C2 Re RL ui uo 射极输出器是电压串联负反馈电路 28 特点 1 因为是电压串联负反馈电路 所以输出为电压 且反馈以电压的形式在输入端相加 1 电压串联负反馈 Re1 开环放大倍数为 2 反馈系数与闭环放大倍数 3 电压负反馈使输出电压稳定 ube uO RL uO uf 电压负反馈 稳定输出电压 RL ui uo 2020 4 23 29 2 电流串联负反馈 射极偏置电路为电流串联负反馈 ui RL Rf uo 注意RL的位置 uf A F ui ui 0 uf 0 所以电路为电流串联负反馈 30 2 电流串联负反馈 3 电流负反馈使输出电流稳定 iC uf ube ib iC io 特点 1 因为是电流串联负反馈电路 所以输出为电流 且反馈以电压的形式在输入端相加 开环放大倍数为 2 反馈系数与闭环放大倍数 互导放大倍数 电导量纲 互阻放大倍数 电阻量纲 2020 4 23 电信学院电子工程专业 31 3 电压并联负反馈 二 负反馈的分类与基本特点 ui uo Rf F A 该电路亦为电压并联负反馈 反相比例放大器 ui 0 A F 所以电路为电压并联负反馈 R1 32 3 电压并联负反馈 RL Rf UCC uo 特点 1 因为是电压并联负反馈电路 所以输出为电压 且反馈以电流的形式在输入端相加 开环放大倍数为 2 反馈系数与闭环放大倍数 3 同样 电压负反馈使输出电压稳定 互阻放大倍数 电阻量纲 互导放大倍数 电导量纲 ib ic uO RL uO if uce icRC 2020 4 23 电信学院电子工程专业 33 4 电流并联负反馈 A F A F Re2 Rf Re1 io io io 二 负反馈的分类与基本特点 UCC ui uo ui ui 0 uf 0 Rf 交流通路 所以电路为电流并联负反馈 2020 4 23 电信学院电子工程专业 34 3 同样 电流负反馈使输出电流稳定 Re2 Rf Re1 4 电流并联负反馈 io 特点 1 因为是电流并联负反馈电路 所以输出为电流 且反馈以电流的形式在输入端相加 开环放大倍数为 2 反馈系数与闭环放大倍数 ib1 ic1 io RL io uRe2 if uc1 ic1RC1 ic2 ib2 35 1 有无反馈是否存在输出回路和输入回路连接起来的支路 2 交流反馈与直流反馈反馈存在于直流 交流或交直流通路中 3 正反馈与负反馈瞬时极性法 净输入X 4 反馈的组态输出端 并联取电压 串连取电流 输入端 串联分压 并联分流 反馈类型的判别总结 2020 4 23 电信学院电子工程专业 36 5 3深度负反馈 1 深度负反馈的特点 即深度负反馈条件下 闭环增益只与反馈网络有关 已知深度负反馈的条件为 这要求AF 1 102 一般的F103 105 容易满足深度负反馈的条件 此时有 2020 4 23 电信学院电子工程专业 37 5 3深度负反馈条件下的近似计算 1 深度负反馈的特点 又因为 代入上式得 可见 输入量近似等于反馈量 净输入量近似等于零 由此可得深度负反馈条件下基本放大电路的 两虚 概念 什么是 两虚 2020 4 23 电信学院电子工程专业 38 令Xi 电压 深度负反馈条件下 虚短 5 3深度负反馈条件下的近似计算 1 深度负反馈的特点 Ui Vi Ii 令Xi 电流 Ii 虚断 开 Ui 2020 4 23 39 2 简化电压放大倍数计算 射极偏置电路为电流串联负反馈 Rb1 Rb2 RC uf ui uo io ic uf 射极输出器是电压串联深度负反馈电路 与P37 2 25 式一致 虚短 2020 4 23 电信学院电子工程专业 40 电压串联负反馈 三 深度负反馈条件下的近似计算 3k 100 uf uo 2020 4 23 电信学院电子工程专业 41 一 提高增益的稳定性 闭环时 则 只考虑幅值有 即闭环增益相对变化量比开环减小了1 AF倍 另一方面 在深度负反馈条件下 即闭环增益只取决于反馈网络 当反馈网络由稳定的线性元件组成时 闭环增益将有很高的稳定性 四 负反馈对放大器性能的改善 例 A 1000 10 即dA A 10 设1 AF 100 则dAf AF 0 1 进而算出F 0 1 AF 10 42 二 减少非线性失真 四 负反馈对放大器性能的改善 若输入信号本身就是失真波形 是不能靠引入负反馈来改善的 只有放大器内部所产生的非线性失真用负反馈改善才有效 43 开环幅频响应 闭环幅频响应 三 扩展频带 四 负反馈对放大器性能的改善 计算表明 引入负反馈后使通频带扩展了 1 AIF 倍 且AI H AIF HFGBW不变 I A AIF 44 电压 电流负反馈可改变输出电阻ro 电压负反馈使输出电压稳定 输出电压稳定意味著对负载而言 放大器输的出端可等效为一理想电压源 其内阻很小 即电压负反馈放大器的输出电阻ro变小 且与输入端的接法无关 所以电压负反馈放大器的输出电阻ro变小 且与输入端接法无关 四 改变电路输入输出电阻 电流负反馈使输出电流稳定 输出电流稳定意味著对负载而言 放大器输的出端可等效为一理想电流源 其内阻很大 即电流负反馈放大器的输出电阻ro变大 且与输入端的接法无关 所以电流负反馈放大器的输出电阻ro变大 与输入端接法无关 45 串 并联负反馈可改变输入电阻ri 串联负反馈由于串联有反馈电压uf且与ui极性相反 放大器输入电流ii减小 输入电阻变大 即串联负反馈放大器的输入电阻ri增大 且与输出端的接法无关 所以串联负反馈放大器的输入电阻ri变大 并联负反馈由于附加有反馈电流if 放大器输入电流ii增大 输入电阻变小 即并联负反馈放大器的输入电阻ri减小 且与输出端的接法无关 所以电流并联负反馈放大器的输入电阻ri变小 46 rif rof 电压 电流 串联 串联 并联 并联 四 负反馈对输入电阻和输出电阻的影响 变大 变小 变大 变大 变小 变小 2020 4 23 电信学院电子工程专业 47 本章小结 1 所谓反馈 通常指将输出量通过一定方式引回到输入端 从而对输出量进行控制和调节的过程 2 反馈有多种分类方法 不同类型的反馈 对放大电路的性能产生不同影响 3 负反馈可以改善放大电路的各项性能指标 4 按反馈网络与基本放大电路输入端连接方式和输出端连接方式的不同 负反馈可分为四种组态 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 5 常用的RC振荡器是桥式振荡器和移相式振荡器 2020 4 23 电信学院电子工程专业 48 作业及练习 1 填空题 1 反馈是把放大器的 的一部分或全部返送到 回路的过程 因此要判断一个放大电路是否有反馈 就看放大器中是否有 存在 2 负反馈放大器有 4种类型 3 为了判别正负反馈 一般采用 输出信号 输入 反馈信号 网络 电压串联 电压并联 电流串联 电流并联 瞬时极性法 2020 4 23 电信学院电子工程专业 49 2 选择正确的答案填空 1 在放大电路中 为了稳定静态工作点 可以引入 若要稳定放大倍数 应引入 希望展宽频带 可以引入 如要改变输入或输出电阻 可以引入 为了抑制温漂 可以引入 a 直流负反馈 b 交流负反馈 c 直流负反馈和交流负反馈 2 如希望减小放大电路从信号源索取的电流 则可采用 如希望取得较强的反馈作用而信号源内阻很大 则宜采用 如希望负载变化时输出电流稳定 则应引入 如希望负载变化时输出电压稳定 则应引入 a 电压负反馈 b 电流负反馈 c 串联负反馈 d 并联负反馈 a b b b a c d b a 2020 4 23 电信学院电子工程专业 50 3 1 要得到一个由电压控制的电流源 应选 反馈放大电路 要得到一个由电流控制的电压源 应选 反馈放大电路 2 如信号源内阻很大 为提高反馈效果 应采用 负反馈为宜 如信号源内阻很小 为提高反馈效果 以采用 负反馈为宣 电流串联负 电压并联负 并联 串联 2020 4 23 电信学院电子工程专业 51 第五章结束 2020 4 23 电信学院电子工程专业 52 第五章结束 习题 P1423 4 6 10 2020 4 23 电信学院电子工程专业 53 页行61 倒121010 21 10倒15 11919习题1 4 5 621倒4 227366 372537 5412561 9 复习范围 2020 4 23 电信学院电子工程专业 54 页行59 63习题2 1 2 3 4 9 797 80倒1832 11100习题4 1 3 4142习题5 3 4 61483 14921514 1525附加例题1 2 3 4 2020 4 23 电信学院电子工程专业 55 附加例题1 1 如图所示 输入交流信号vi为5mV 设C对交流短路 求 1 流过二极管支路电流ID等于多少 2 画出该电路的小信号模型电路图 3 交流输出电压vo的值 C25 vi vo 5 1k D6V 2020 4 23 电信学院电子工程专业 56 附加例题1 1 如图所示 输入交流信号vi为5mV 设C对交流短路 求 1 流过二极管支路电流ID等于多少 2 画出该电路的小信号模型电路图 3 交流输出电压vo的值 C25 vi vo 5 1k D6V 2020 4 23 电信学院电子工程专业 57 解 1 求ID 25 vi vo R5 1k 2 rD 26 3 求vo R rD rD vo vi rD 25 rD vi 2 2 5mV 2020 4 23 电信学院电子工程专业 58 附加例题2 计算vo A2 vi R4 R2