模电--反馈放大电路PPT课件

.,1,第六章反馈放大电路,6.1反馈的基本概念,6.2负反馈放大器的四种类型,6.3负反馈对放大器性能的影响,6.4负反馈放大器的计算,6.5负反馈放大器的自激振荡及消除方法,.,2,6.1反馈的基本概念,一、从一个例子说起,输入量：ui、ube、ib,输出量：uo、uce、ic,正向传输信号从输入端到输出端的传输,稳定工作点电路：,反馈将电子系统输出回路的电量（电压或电流），以一定的方式送回到输入回路的过程。,.,3,二.几个基本概念,1.开环与闭环,电路中只有正向传输，没有反向传输，称为开环状态。,正向传输信号从输入端到输出端的传输,反向传输信号从输出端到输入端的传输,既有正向传输，又有反馈称为闭环状态。,信号的正向传输,信号的正向传输,反向传输（反馈）,.,4,直流反馈若电路将直流量反馈到输入回路，则称直流反馈。,2.直流反馈与交流反馈,该电路引入直流反馈的目的，是为了稳定静态工作点Q。,交流反馈若电路将交流量反馈到输入回路，则称交流反馈。,交流反馈，影响电路的交流工作性能。,直流反馈,交流反馈,（如去掉电容Ce）,.,5,例：判断下图中有哪些反馈回路，是交流反馈还是直流反馈。,交、直流反馈,在阻容耦合放大器中注意电容的“隔直通交”作用！,交流反馈,.,6,反馈放大电路的组成（方框图）,反馈放大电路Af,净输入信号,输入信号,反馈信号,输出信号,.,7,例：基本放大器，,3.反馈极性：负反馈与正反馈,负反馈输入量一定时，引入反馈后使净输入量减小，放大倍数减小。,引入反馈后，净输入量ube=ui-uf，电压放大倍数为：,可见，净输入量减小，放大倍数减小，所以是负反馈。,正反馈输入量一定时，引入反馈后使净输入量增加，放大倍数增加。,无反馈，净输入量ube=ui。电压放大倍数为：,.,8,假设某一瞬时，在输入端加入一个正极性的信号，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。如果反馈信号使净输入减小，则为负反馈；反之为正反馈。,判定反馈极性的方法“瞬时极性法”,Re引入的反馈为负反馈！,+Uf,动画演示,.,9,例：用“瞬时极性法”判定Rf的反馈极性,所以Rf引入的反馈为负反馈！,.,10,本级反馈反馈只存在于某一级放大器中,级间反馈反馈存在于两级以上的放大器中,例,4.本级反馈与级间反馈,级间反馈,本级反馈,本级反馈,.,11,5.串联反馈和并联反馈,输入端进行电压比较，反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。,串联反馈：反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的两个电极,反馈网络与基本放大器串接，反馈信号以电压uf的形式出现，并在输入端进行电压比较：,.,12,在输入端，反馈信号与输入信号是电流相加减的关系。,并联反馈：在输入端反馈网络与基本放大器并接，反馈信号以电流if的形式出现，并在输入端进行电流比较：,.,13,6.取样方式电压反馈与电流反馈,电压反馈：在输出端，反馈网络与基本放大器并接，反馈信号取自负载上的电压，反馈信号的大小与输出电压uo成比例。,.,14,电流反馈：在输出端，反馈网络与基本放大器串接，反馈信号取自负载中的输出电流，反馈信号的大小与输出电流成比例。,.,15,假设输出端交流短路（RL=0），即uo=0，若反馈信号消失了，则为电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为电流反馈。,取样方式判断方法输出短路法：,.,16,6.2负反馈放大器的四种类型,负反馈类型有四种组态: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,.,17,一.电压串联负反馈,根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电压串联负反馈,故为串联反馈。,用“瞬时极性法”判断反馈极性：假设某一瞬时，在放大电路的输入端加入一个正极性的输入信号，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。,反馈电压：,因为反馈量与输出电压成比例，所以称电压反馈。,.,18,分立电路电压串联负反馈,RL,电压负反馈的特性稳定输出电压,稳定过程：,负载变化时，输出电压稳定输出电阻,ui一定,.,19,二.电压并联负反馈,根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电压并联负反馈。,因为反馈量与输出电压成比例，所以是电压反馈。,反馈电流：,故为并联反馈。,反馈元件Rf,.,20,分立电路电压并联负反馈,反馈量与输出电压成比例，所以是电压反馈。,根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电压并联负反馈,id=ii-if,在输入端有,故为并联反馈。,因为反馈电流：,电压并联负反馈稳定输出电压,.,21,三.电流并联负反馈,根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电流并联负反馈。,因为在输入端有:,反馈电流：,因为反馈量与输出电流成比例，所以是电流反馈。,故为并联反馈。,.,22,分立电路组成的电流并联负反馈,引入电流负反馈的目的稳定输出电流,稳定过程：,负载变化时，输出电流稳定输出电阻,RL,注意：稳定ic2，不能稳定iL,.,23,四.电流串联负反馈,反馈电压：uf=ioRf,根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电流串联负反馈,因为反馈量与输出电流成比例，所以是电流反馈。,故为串联反馈。,.,24,引入电流负反馈的目的稳定输出电流,稳定过程：,负载变化时，输出电流稳定输出电阻,RL,.,25,五.反馈类型及判别方法总结,1.直流反馈与交流反馈注意电容的“隔直通交”作用,例题1:试判断下图电路中有哪些反馈支路，各是直流反馈还是交流反馈？,.,26,2.比较方式串联反馈和并联反馈,*当反馈网络直接与输入端相并时，为并联反馈；否则为串联反馈。,串联反馈：输入量、反馈量、净输入量三者均为电压。(基本放大器和反馈网络串联）并联反馈：输入量、反馈量、净输入量三者均为电流。(基本放大器和反馈网络并联）,判别方法：观察法,.,27,对于三极管电路：,若反馈信号与输入信号同时加在三极管的基极或发射极，则为并联反馈。,若反馈信号与输入信号一个加在基极一个加在发射极则为串联反馈。,.,28,对于运放电路：,若反馈信号与输入信号同时加在同相端或反相端为并联反馈,若反馈信号与输入信号一个加在同相端一个加在反相端则为串联反馈。,.,29,例题2:试判断下列电路中引入的反馈是串联反馈还是并联反馈。,.,30,.,31,3.取样方式电压反馈与电流反馈,电压反馈：反馈信号的大小与输出电压成比例。,电流反馈：反馈信号的大小与输出电流成比例。,判别方法：输出短路法,假设输出端交流短路（RL=0），即uo=0，若反馈信号消失了，则为电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为电流反馈。,观察法：如果反馈元件的一端接在uo端，一般为电压反馈。否则为电流反馈。,.,32,例题3:试判断下列电路中引入的反馈是电压反馈还是电流反馈。,.,33,.,34,4.正反馈与负反馈,判定方法“瞬时极性法”,负反馈输入量不变时，引入反馈后使净输入量减小，放大倍数减小。,正反馈输入量不变时，引入反馈后使净输入量增加，放大倍数增加。,注意：1、若为串联反馈，则进行电压比较；若为并联反馈，则进行电流比较。2、若放大器是由各种组态的分立电路构成，则要注意各种组态放大器的相位关系（共射：输入与输出反相，共基：输入与输出同相，共集：输入与输出同相）；若放大器是由集成运放构成，则要注意运放的相位关系（反相输入端与输出反相，同相输入端与输出同相）,.,35,例题4:试判断下列电路中反馈支路的反馈极性,+V,+,_,-,+,1,R,5,R,6,R,cc,R,O,2,u,4,u,R,i,3,R,7,R,3,C,C,1,C,2,(+),(-),(+),(+),(-),(+),(+),(+),.,36,(+),(-),(-),(+),(-),(-),(+),(-),(+),(+),.,37,例题5:试判断下列电路中的反馈类型。,电压串联负反馈,综合练习,1,(+),(-),(+),(+),.,38,电压并联负反馈,例题6:试判断下列电路中的反馈类型。,(+),(+),(-),.,39,（1）串联反馈,5.信号源对反馈效果的影响,ud=ui-uf,所以us应为恒压源，即信号源内阻RS越小越好。,要想反馈效果明显，就要求ui一定。,.,40,（2）并联反馈,id=ii-if,所以is应为恒流源，即信号源内阻RS越大越好。,要想反馈效果明显，就要求ii变化一定。,.,41,放大：,迭加：,1.方框图：,A称为开环放大倍数,AF称为闭环放大倍数,输出信号,输入信号,反馈信号,净输入信号,F称为反馈系数,六.负反馈放大电路的方框图,.,42,2.反馈放大器的一般关系,闭环放大倍数：,反馈放大器的一般表达式,.,43,3.关于反馈深度的讨论,负反馈,称为反馈深度,深度负反馈,正反馈,自激振荡,.,44,6.3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,扩展频带,改变输入电阻和输出电阻,在放大器中引入负反馈,降低了放大倍数,.,45,电压负反馈的特性稳定输出电压,一.提高放大倍数的稳定性,定性：,电流负反馈的特性稳定输出电流,对于深度负反馈：,有,.,46,闭环时,只考虑幅值有,即闭环增益相对变化量是开环的1/(1+AF)，稳定性提高了1+AF倍。,定量：,.,47,二.改善放大器的非线性失真,加反馈前,加负反馈后,由半导体器件的非线性引起的失真，改善的程度与反馈深度有关。,只有反馈环之内的失真可以得到改善。,因加入负反馈，放大电路的输出幅度下降，不好对比，因此必须要加大输入信号，使引入反馈前后的输出信号同样大的情况下，才可真正体现出负反馈的改善效果。,可抑制放大器内部的干扰、噪声和温漂。,动画演示,.,48,三.扩展放大器的通频带,无反馈时放大器的通频带：fbw=fHfLfH,可以证明：fbwf=(1+AF)fbw,有反馈时放大器的通频带：fbwf=fHffLffHf,.,49,四.负反馈对输入电阻的影响,无反馈时：,有反馈时：,(1)串联负反馈使输入电阻增加,.,50,但是，对于下图所示电路则有：,.,51,无反馈时：,有反馈时：,(2)并联负反馈使输入电阻减小,.,52,五.负反馈对输出电阻的影响,(1)电压负反馈使输出电阻减小,电流负反馈稳定输出电流（当负载变化时）恒流源输出电阻大。,(2)电流负反馈使输出电阻提高,电压负反馈稳定输出电压（当负载变化时）恒压源输出电阻小。,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，输出电压的降落就小，稳定性好。当1+AF趋于无穷大时，输出电阻近似为0。因此，电压负反馈的输出可近似看作是恒压源。,当1+AF趋于无穷大时，输出电阻近似为无穷大。因此，电流负反馈的输出可近似看作是恒流源。,.,53,为改善性能引入负反馈的一般原则,要稳定直流工作点,引直流负反馈,要改善动态性能,引交流负反馈,要稳定输出电压，减小输出电阻,引电压负反馈,要稳定输出电流，增大输出电阻,引电流负反馈,要增大输入电阻,引串联负反馈,要减小输入电阻,引并联负反馈,要求向信号源索取的电流较小,引串联负反馈,要求扩展放大电路的频带,引交流负反馈,信号源能提供电压信号（电压源），或为了提高输入电阻，应引入串联负反馈；信号源能提供电流信号（电流源），或为了减小输入电阻，应引入并联负反馈,若将电流信号转换成电压信号，应引入电压并联负反馈；若将电压信号转换成电流信号，应引入电流串联负反馈。,.,54,举例：在下面的放大器中按要求引入适当的反馈。（1）希望加入信号后，ic3的电流稳定。,(+),(-),(+),(-),引交流电流负反馈,(+),.,55,（2）希望接入负载后，输出电压uO基本稳定。,(+),(-),(+),(+),引交流电压负反馈,.,56,（3）希望输入端向信号源索取的电流小。,(+),(-),(+),(+),引交流串联负反馈,.,57,（4）希望稳定静态工作点。,解：以上两种反馈都同时具有交、直流负反馈，所以能够稳定静态工作点。,如果要求只引入直流负反馈，去除交流负反馈。怎样接？,(+),(-),(+),(-),.,58,电路如图所示，为了达到下列目的，分别说明应引入哪种组态的负反馈以及电路如何连接。减小放大电路从信号源索取的电流并增强带负载能力；将输入电流iI转换成与之成稳定线性关系的输出电流iO；将输入电流iI转换成稳定的输出电压uO。,.,59,解：减小放大电路从信号源索取的电流并增强带负载能力，应引入电压串联负反馈，电路如图：,.,60,将输入电流iI转换成与之成稳定线性关系的输出电流iO，应引入电流并联负反馈，电路如图：,.,61,将输入电流iI转换成稳定的输出电压uO，应引入电压并联负反馈，电路如图：,.,62,六负反馈放大器的四种类型,负反馈类型有四种组态: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,.,63,六负反馈放大器的四种类型,.,64,6.4负反馈放大电路的计算,本节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，闭环增益只与反馈系数有关。,由,得,方法一：,一.估算反馈放大倍数,.,65,方法二：,根据,又知,代入上式,得,即：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“虚短”、“虚断”的概念,或,.,66,深度负反馈条件下：Xd=Xi-Xf0,(1)“虚短”ud0,(2)“虚断”id0,“虚短”与“虚断”,uiuf,iiif,串联反馈,并联反馈,.,67,（1）电压串联负反馈,例1.分立电路电压串联负反馈,2.举例(交流负反馈),解：用方法一,求反馈系数：,求闭环电压放大倍数：,.,68,例2.运放组成的电压串联负反馈电路,解：用方法二,利用虚短的概念得知,闭环电压增益,则,又虚断,（运放的Ri很大）,.,69,闭环增益,闭环电压增益,例1.分立元件组成的电流串联负反馈,解：用方法一,反馈系数:,由第二章知，该电路闭环电压增益:,（2）电流串联负反馈,.,70,例2.运放组成的电流串联负反馈,闭环电压增益:,利用虚短和虚断可知:,解：用方法二,闭环增益,.,71,（3）电压并联负反馈,例1.分立电路电压并联负反馈,闭环增益,闭环电压增益,解：方法一,反馈系数:,.,72,例2.运放组成的电压并联负反馈,利用虚断可知,u-0（运放的A很大）,id0iiif,又虚短,闭环增益,闭环电压增益,用方法二：,.,73,（4）电流并联负反馈放大器,反馈系数:,闭环增益,闭环电压增益,解：用方法一,例1.分立电路电流并联负反馈,.,74,闭环电压增益,利用虚短和虚断可知,例2.运放组成的电流并联负反馈放大器,解：用方法二,闭环增益,.,75,二.估算输入输出电阻,在深度负反馈条件下：,注：表中的输入、输出电阻均指反馈环中的输入、输出电阻。,.,76,（1）电压串联负反馈,举例,RifRif/Rb1,ROf0,Rb1,.,77,（2）电压并联负反馈,RS,ROf0,RifRif+RS,.,78,（3）电流并联负反馈,RC2,RifRS,ROfROf/RC2,.,79,（4）电流串联负反馈,ROfRC,RifRb1/Rb2,Rif,Rif,Rof,Rof,.,80,综合举例1：求图示反馈放大电路的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。,求电压放大倍数,交流负反馈,uf,.,81,求输入电阻、输出电阻：,ROf0,R5,RifRif/R5,.,82,综合举例2：求图示反馈放大电路的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。,求电压放大倍数,交流负反馈,.,83,求输入电阻、输出电阻,Rf1,RifRif/Rf1,Rf2/RC3,ROfROf/Rf2/RC3,.,84,6.5负反馈放大电路的自激振荡及消除方法,一.产生自激振荡的原因及条件,1.自激振荡现象,在不加输入信号的情况下，放大电路仍会产生一定频率的信号输出。,.,85,2.产生自激振荡的原因,中频时：,高频或低频时，放大器产生的附加相移达到180时。,为负反馈。,变为正反馈。,此时，若满足,则Xi=0，仍会有输出信号。,.,86,3.自激振荡的条件,幅值条件,相位条件（附加相移）,自激振荡条件：,分解为幅值条件与相位条件：,由以上分析知：,.,87,二.稳定判椐及稳定裕度,方法一：,则放大器稳定。否则自激。,同理，为了切实保证稳定，要留有-10dB的余量，称为幅值裕度,方法二：,则放大器稳定。否则自激。,为了切实保证稳定，要留有45余量，称为相位裕度,.,88,三.负反馈放大电路稳定性分析,若P点在水平线之下，稳定；否则不稳定。,或,判断稳定性方法：,将写为：,即：,.,89,举例：设一基本放大器的增益为：,三.负反馈放大电路稳定性分析,1.设反馈系数，分析其稳定性,三个极点频率为：fp1=0.5106Hz，fp2=5106Hz，fp3=5107Hz。其中fp1=0.5106Hz最低，它决定了整个