模拟电路第六章.ppt

1、1,第六章 反 馈,2,61 反馈的基本概念及基本方程,611 什么是反馈,就是将放大器的输出量（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。,正反馈：反馈信号对输入信号起增强作用（如振荡器）。 负反馈：反馈信号对输入信号起减弱作用（使放大器的某些性能得到改善） 。,3,负反馈的作用： （1）稳定直流工作点。 （2）展宽放大器的频带。 （3）减小非线性失真。 （4）调节输入输出电阻的大小。,4,图61负反馈稳定工作点电路,5,基本放大器,A,取样,反馈网络,F,比较,X,f,.,X,i,.,净输入信号,反馈信号,输出信号,输入信号,A,f,反馈

2、放大器,X,i,.,X,o,.,图62反馈放大器基本框图,612反馈放大器的基本框图,.,.,.,6,613反馈放大器的基本方程,基本放大器的传输增益(也称开环增益或开环放大倍数),反馈网络的传输系数(也称反馈系数),环路增益(回归比),反馈放大器的传输增益（也称闭环增益）,注意：上述X可以指电压也可以指电流，因此A、F既可能是电压增益也可能是电流增益，也可能是互导增益或互阻增益。,7,反馈放大器的基本方程,8,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；,D1或AF 1 ，深反馈条件,9,（3）深反馈条件下，,（4）若正反馈，则,1

3、0,62 负反馈对放大器性能的影响,621负反馈使放大倍数稳定度提高,基本放大器,A,取样,反馈网络,F,比较,X,f,.,X,i,.,净输入信号,反馈信号,输出信号,输入信号,A,f,反馈放大器,X,i,.,X,o,.,图62反馈放大器基本框图,.,.,11,通常用放大倍数的相对变化量来衡量放大器的稳定性。,12,开环放大倍数相对稳定度为,闭环放大倍数相对稳定度为,若近似以增量代替微分，则：,13,结 论,引入负反馈使放大倍数的相对变化量减小为原相对变化量的1/(1+AF)，即反馈越深，放大倍数的增益稳定性越好。 在深度负反馈时，Af=1/F，因此，只要F稳定，Af也将稳定。 注意：负反馈被

4、稳定的对象与反馈信号的取样对象有关。如果取样对象是输出电压，则输出电压将被稳定；如果取样对象是输出电流，则输出电流将被稳定。,14,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，反馈深度D必须满足,因为,解 因为,15,所以,因为,所以,16,6-2-2 负反馈使放大器通频带展宽，线性失真减小,引入负反馈后，闭环增益：,因此：,17,式中：,同理可得出：,18,无反馈放大器的频率响应,有负反馈放大器的频率响应,增益,A,I,A,I,-3 dB,A,If,A,If,-3 dB,f,

5、Lf,f,L,f,H,无反馈放大器的带宽,负反馈放大器的带宽,f,Hf,f,(频率),图63负反馈改善放大器频率响应的示意图,19,图64 引起频率失真的因素必须包含在反馈环之内,20,6-2-3 负反馈使非线性失真减小，输入动态范围展宽,21,i,o,0,u,be,A,X,i,.,X,o,.,基本放大器,图65负反馈改善非线性失真的工作原理示意图,(a)无反馈,22,非线性失真系数：“全谐波失真率”,式中：Xnh为器件非线性产生的输出高次谐波分量，X1O为基波分量。,设加负反馈后，输出谐波分量为Xnhf,23,因为：Xnhf = (Xi -FXnhf) A=Xnh-AFXnhf,因此：,24

6、,因此：,负反馈使非线性失真减小了（1+AF）倍。失真减小，意味着线性动态范围的拓宽。 注意：非线性失真的减小只限于反馈环内放大器产生的非线性失真，对外来信号已有的非线性失真，负反馈将无能为力。而且，只在输入信号有增大的余地，非线性失真也不是十分严重的情况下才是正确的。,25,6-2-4 负反馈可以减小放大器内部产生的噪声与干扰的影响,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。,26,(1)负反馈使放大器的放大倍数下降，但增

7、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D=(1+AF)有关。,(2)被改善的对象就是被取样的对象。,负反馈的特点,(3)负反馈只能改善包含在负反馈环节以内的放大器性能，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。,27,6-3 反馈放大器的分类及对输入、输出阻抗的影响,6-3-1 电压反馈与电流反馈,根据反馈网络与基本放大器输出端的连接方式不同，反馈可分为： 电压反馈：反馈网络与基本放大器输出端并联连接，反馈信号直接取自于输出电压。 电流反馈：反馈网络与基本放大器输出端串联连接，反馈信号直接取自于输出

8、电流。,28,(,a,),(,b,),(,c,),(,d,),图66电压反馈和电流反馈,29,采用“输出短路法”。即将输出端短路，观察反馈信号是否还存在。如果反馈信号不存在，说明是电压反馈；反之，则说明是电流反馈。,判断方法,30,6-3-2电压反馈和电流反馈对输出电阻的影响,图67 电压负反馈放大器输出电阻的计算,Ro为基本放大器的输出电阻（即开环输出电阻）,为等效开路电压（Ao为负载开路放大倍数）。,31,分析：在无反馈时，将输入短路Xi=0，则净输入Xi=0，所以AoXi=0，此时的输出电阻为Ro。,引入反馈后，当Xi=0时，净输入Xi0，而是Xi= -Xf，此时反馈放大器的输出电阻为：

9、,32,电压负反馈放大器,.,33,图68电流负反馈放大器输出电阻的计算,电流负反馈对输出电阻的影响,34,图68电流负反馈放大器输出电阻的计算,35,根据反馈网络和基本放大器输入端的连接方式不同，分为： 串联反馈：反馈网络串联在基本放大器的输入回路中。并联反馈：反馈网络并接在基本放大器的输入端。,633串联反馈与并联反馈,36,(a)串联反馈,1）Ui与Uf是串联关系。,2）输入信号与反馈信号不在同一节点上。,3）,37,A,R,i,F,U,i,.,R,i,f,I,i,.,I,i,.,I,f,.,(b)并联反馈,1）Ui与Uf是并联关系。,2）输入信号与反馈信号在同一节点上。,3）,38,图

10、610放大器输入回路中引入串联反馈和并联反馈,(a)串联反馈,(b)并联反馈,39,图611差分放大器中引入串联反馈和并联反馈,(a)串联反馈,(b)并联反馈,40,一般地，串联反馈是输入信号与反馈信号加在放大器的不同输入端上；而并联反馈则是两者并接在同一个输入端。,串联反馈和并联反馈的判断方法,41,634串联负反馈和并联负反馈对放大器输入电阻的影响,(a)串联反馈,42,A,R,i,F,U,i,.,R,i,f,I,i,I,i,I,f,.,(b)并联反馈,43,图612四种典型的负反馈组态电路,(a)串联电压负反馈,(b)串联电流负反馈,(c)并联电压负反馈,(d)并联电流负反馈,44,(a

11、)串联电压负反馈,6-4 反馈放大器的分析和近似计算,6-4-1四种组态反馈放大器增益和反馈系数的定义及近似计算,一、串联电压负反馈,45,二、串联电流负反馈,(b)串联电流负反馈,46,三、并联电压负反馈,(c)并联电压负反馈,47,四、并联电流负反馈,(d)并联电流负反馈,48,深度负反馈条件下,对串联反馈,对并联反馈,放大器工作在深度负反馈条件下，即,求Auf时，可以利用如下关系式：,49,正反馈和负反馈的判决方法,瞬时极性法：假设输入信号向某一方向变化，沿闭环系统，逐级推出电路中其它各有关点信号的瞬时变化极性，最后看反馈到输入端信号的极性对原来的信号是增强还是削弱。增强则为正反馈，削弱

12、则为负反馈。,50,负反馈,51,负反馈,52,正反馈,53,负反馈,54,正反馈,55,负反馈,56,643分立元件负反馈放大器的分析计算,一、单级负反馈放大器电路,1. 单级串联电压负反馈电路,57,58,图618三种不同反馈组态的单级放大器,2. 单级串联电流负反馈电路,59,用等效模型精确计算：,60,图618三种不同反馈组态的单级放大器,3. 单级并联电压负反馈电路,61,62,图619串联电压负反馈对,二、多级反馈放大器电路,63,1. 串联电压负反馈对,64,(,a,),(,b,),U,f,.,R,3,R,3,R,4,U,o,F,U,o,.,.,图620等效到第一级射极的反馈电压

13、 (a)输入回路等效；(b)戴文宁等效电路,65,图621 并联电流负反馈对,2. 并联电流负反馈对,66,67,图622 串联电流负反馈电路,3.串联电流负反馈电路,68,69,图623 三级并联电压负反馈电路,4.并联电压负反馈电路,70,71,图624 串联电流正反馈电路,5. 串联电流正反馈电路,72,6、复反馈放大器,73,(b)复反馈补偿电流高频响应,74,集成运算放大器，有三级：输入级、中间级和输出级。是一种直接耦合的高增益的放大器，Aud可以达到上千。 如果在其外围加上负反馈，可以实现信号的运算，处理，波形的产生和信号的变换等功能，应用十分广泛。,642 集成运算放大器的两种基

14、本反馈组态,为了分析方便，把实际运算放大器简化成理想运算放大器。,75,运算放大器符号,(1)“+”表示同相输入端，表明从该端输入的信号输出为同相放大。 (2)“”表示反相输入端，表明从该端输入的信号输出为反相放大。 (3) 集成运放是高增益的直接耦合放大器。其开环放大倍数非常大。,76,一、理想运算放大器概念,1.开环差模电压增益Aud,2.差模输入电阻Rid,3.差模输出电阻Rod0,4. KCMR,5.输入失调电流IIO、失调电压UIO和它们的温漂均为零,6.输入偏置电流IIB=0,7. 3dB带宽BW=,77,集成运算放大器的开环传输特性：,(a)运算符号； (b)开环传输特性,78,

15、二、反相比例放大器,因此：,由深度负反馈可知：,并联电压负反馈,79,三、同相比例放大器,串联电压负反馈,根据深负反馈的条件（或理想运放的虚短概念）可知：,80,图627 例2电路,反馈放大器例题分析,81,例2电路如图627所示。这是一个两级放大器，第一级为场效应管差分放大器，第二级为运放构成的反相比例放大器。 (1)为进一步提高输出电压稳定度，试正确引入反馈。 (2)计算没有引入反馈时放大倍数。 (3)计算引入反馈后的闭环放大倍数Auf=? (4)若一定要求引入并联电压负反馈，电路应如何改接?,82,图627 例2电路,解：,83,65 反馈放大器稳定性讨论,651 负反馈放大器稳定工作的

16、条件,若A、F都是常数，则,84,-振荡的振幅条件,-产生自激振荡,-振荡的相位条件,85,环路增益,|,AF,|/dB,0,附加相移,f,(频率）,幅度裕度,0,f,相位裕度,135,180,A,B,图628用环路增益来判断稳定性,86,652 利用开环增益的波特图来判别放大器的稳定性,87,0.01,0.1,1,10,100,1000,A,/dB,80,60,40,20,0,20,40,45,|,A,(j,),|,(开环),20dB/10,倍频程,135,40dB/10,倍频程,180,225,稳定,不稳定,（闭环）,A,f,F,1,A,f,F,1,(不稳定),60dB/10,倍频程,f,/ kHz,a,(,a,),图629用开环特性波特图来判断放大器的稳定性,88,在低频和中频 区：,89,653常用的消振方法相位补偿法,一、电容滞后补偿,90,图630电容滞后补偿