反馈和负反馈放大电路课件.ppt

1、7 反馈和负反馈放大电路,7.1 反馈的基本概念及类型,实际问题举例,1. 什么是反馈,7.1.1 反馈的基本概念,直流电流负反馈电路,反馈过程,输出电流ICQ发生变化,在RE上产生压降UEQ ICQ RE的变化,输入回路,输出回路,反馈网络,使放大元件的输入UBE产生变化,抑制输出电流ICQ的变化,直流电流负反馈可以稳定输出电流ICQ,以影响放大电路性能。,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，,经过反馈网络，,返送到输入回路一个反馈量（电压或电流），,反馈量与原来的外加输入量进行比较，,得到一个净输入量加到某一放大器件的真正的输入端，,双极型晶体管 B、E,单极型晶体

2、管 G、S,双极型晶体管组成的差分放大电路 B1、B2,运算放大器 同相、反相输入端,放大元件的输入端,反馈信号,输入信号,输出信号,净输入信号,比较环节,反馈电路方框图,开环放大电路,闭环放大电路,闭合环路,2交流反馈与直流反馈,(1) 直流反馈反馈作用仅在直流通路中存在,直流通路,反馈网络,(2) 交流反馈 在交流通路中存在的反馈,交流通路,输入回路,输出回路,反馈网络,(1) 正反馈反馈信号加强输入信号的作用，使净输入信号大于原输入信号。,3. 正反馈与负反馈,正反馈往往把放大器转变为振荡器,反馈网络,(2) 负反馈反馈信号削弱输入信号的作用，使净输入信号小于原输入信号。,负反馈改善放大

3、电路的性能,负反馈广泛应用于电子技术、自控等领域之中。,a. 在输入端加入对地瞬时极性为正的电压uI。,判断方法,4. 瞬时极性法判断正负反馈,b. 根据放大电路的工作原理，标出电路中各点电压 的 瞬时极性。,c. 判断反馈信号是增强还是削弱输入信号。,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。,净输入信号小于输入信号，所以为负反馈。,uI,例1 判断图示电路反馈的极性。,解 假设uI的瞬时极性为正。即,uI0,那么,uO0,uF0,净输入信号大于输入信号，所以为正反馈。,例2 判断图示电路反馈的极性。,解,假设 uI0,那么

4、,uO0,uF0,a. 电压反馈,7.1.2 负反馈放大电路的四种基本类型,1. 电压反馈和电流反馈,反馈信号与输出电压成正比,反馈信号来源于输出电压,b. 电流反馈,反馈信号与输出电流成正比,反馈信号来源于输出电流,c. 判断电压和电流反馈的方法,a. 令输出电压为零（输出短路）,反馈网络,b. 令输出电流为零（输出开路）,.,2. 串联反馈和并联反馈,特点,反馈网络串联于输入回路,反馈信号为电压,a. 串联反馈,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,3. 负反馈放大电路的四种基本类型,a. 电压串联负反馈,b. 电压并联负反馈,c. 电流串联负反馈,d. 电流并联负

5、反馈,电压串联 电压并联 电流串联 电流并联,3四种类型负反馈的表达式,反馈类型的判别步骤,3) 判别是交流或直流反馈？,2) 采用瞬时极性法判别正负反馈,4) 是负反馈！判断是何种类型的负反馈？,1) 找出反馈网络（一般是电阻、电容）。,7.1.3 负反馈与正反馈的判别方法,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,负反馈的类型,稳定静态工作点,运算放大器电路反馈类型的判别方法：,1. 反馈电路直接从输出端引出的，是电压反馈； 从负载电阻RL的靠近“地”端引出的，是电流反馈； 2. 输入信号和反馈信号分别加在两个输入端（同相和反相）上的，是串

6、联反馈；加在同一个输入端（同相或反相）上的，是并联反馈； 3. 对串联反馈，输入信号和反馈信号的极性相同时，是负反馈；极性相反时，是正反馈； 4. 对并联反馈，净输入电流等于输入电流和反馈电流之差时，是负反馈；否则是正反馈。,例1：,试判别下图放大电路中从运算放大器A2输出端引至A1输入端的是何种类型的反馈电路。,解：,因反馈电路直接从运算放大器A2的输出端引出，所以是电压反馈；,因输入信号和反馈信号分别加在反相输入端和同相输入端上，所以是串联反馈； 因输入信号和反馈信号的极性相同，所以是负反馈。,串联电压负反馈,先在图中标出各点的瞬时极性及反馈信号；,例2：,试判别下图放大电路中从运算放大器

7、A2输出端引至A1输入端的是何种类型的反馈电路。,解：,因反馈电路是从运算放大器A2的负载电阻RL的靠近“地”端引出的，所以是电流反馈；,因输入信号和反馈信号均加在同相输入端上，所以是并联反馈;,因净输入电流 id 等于输入电流和反馈电流之差，所以是负反馈。,并联电流负反馈,例3：,ui 与 uf 串联,以电压形式比较 串联反馈,分立元件的放大电路反馈类型的判别,结论：,反馈过程：,电流负反馈具有稳定输出电流的作用,反馈类型 串联电流负反馈,Ic,Uf,Ube,ib,Ic ,uf ic RC,+ uf ,+ ,ube,Ube = Ui - Uf,例4：,净输入信号：,ii 与 if 并联，以电

8、流形式比较 并联反馈,ii 正半周时，if 也是正半周，即两者同相,负反馈,if 正比于输出电压电压反馈,if 与 uo反相,并联电压负反馈,ib = ii - if,Ib = Ii - If,可见 Ib Ii , 反馈电流 If 削弱了净输入电流,反馈过程：,电压负反馈具有稳定输出电压的作用,反馈类型 并联电压负反馈,例4：,Uo,if,ib,ic,Uo,Ib = Ii - If,4. 利用瞬时极性法判断负反馈,+,+,+,(1)设接“地”参考点的电位为零，在某点对“地”电压（即电位）的正半周，该点交流电位的瞬时极性为正；在负半周则为负。,(2)设基极瞬时极性为正，根据集电极瞬时极性与基极相

9、反、发射极(接有发射极电阻而无旁路电容时)瞬时极性与基极相同的原则，标出相关各点的瞬时极性。,4. 利用瞬时极性法判断负反馈,+,+,(3)若反馈信号与输入信号加在同一电极上，,(4)若反馈信号与输入信号加在两个电极上，,两者极性相反为负反馈；,极性相同为正反馈。,两者极性相同为负反馈；,极性相反为正反馈。,反馈到基极为并联反馈,反馈到发射极为串联反馈,判断串、并联反馈,ib= ii if,ube= ui uf,共发射极电路,判断电压、电流反馈,从集电极引出为电压反馈,从发射极引出为电流反馈,判断反馈类型的口诀：,共发射极电路,共集电极电路为典型的电压串联负反馈。,集出为压，射出为流， 基入为

10、并，射入为串。,例3：判断图示电路中的负反馈类型。,解: RE2对交流不起作用，引入的是直流反馈；,RE1对本级引入电流串联负反馈。,RE1、RF对交、直流均起作用，所以引入的是交、直流反馈。,例3：判断图示电路中的负反馈类型。,解:,RE1、RF引入越级串联电压负反馈。,+,+,T2集电极的 反馈到T1的发射极，提高了E1的交流电位，使Ube1减小，故为负反馈； 反馈从T2的集电极引出，是电压反馈；反馈电压引入到T1的发射极，是串联反馈。,例4：如果RF不接在T2 的集电极，而是接C2与RL 之间，两者有何不同 ？,解: 因电容C2的隔直流作用，这时RE1、RF仅 引入交流反馈。,例5：如果

11、RF的另一端不接在T1 的发射极，而是接在它的基极，两者有何不同，是否会变成正反馈 ？,解: T2集电极的 反馈到T1的基极，提高了B1的交 流电位，使Ube1增大，故为正反馈； 这时RE1、RF引入越级正反馈。,+,+,RF2(R1、R2): 直流反馈,（稳定静态工作点）,RF 、CF : 交流电压并联负反馈,+UCC,(a),RE1,+,R1,RF1,RF2,C2,RC2,RC1,CE2,RE2,R2,+,C,+,RF1、RE1: 交直流电压串联负反馈,+,+,+,例6：,RF,RE2: 直流反馈,+,+,电流并联负反馈,正反馈,两个2k电阻 构成交直流反馈,两个470k,反馈组态判断举例

12、（交流）,(+),(-),(+),(+),级间电压串联负反馈,(+),反馈组态判断举例（交流）,电压并联负反馈,直流反馈,交、直流反馈,反馈组态判断举例（交流）,(+),(+),(-),(+),(+),(+),电流串联负反馈,图中,7.1.5 负反馈放大电路的一般表达式,方框图,由以上各式得,闭环增益,在图示电路中,即 电路的闭环放大倍数是开环放大倍数的1/(1+AF)倍。,D=1+AF 称为反馈深度,负反馈放大电路的放大倍数的一般表达式,a. 放大倍数下降的原因,即引入负反馈之后，电路的净输入信号降为原输入信号的1/(1+AF) 。,故,b. 对负反馈放大电路放大倍数的一般表达式讨论,电路引

13、入负反馈,电路引入正反馈,电路没有反馈,此时,a. 便于设计、分析和计算放大电路,b. 提高了闭环放大倍数的稳定性,主要特点,即电路没有输入，但仍有一定的输出。,电路产生了自激振荡,小结： 反馈深度讨论,一般负反馈,称为反馈深度,深度负反馈,正反馈,自激振荡,一般情况下，A和F都是频率的函数，当考虑信号频率的影响时，Af、A和F分别用 、 和 表示。,即,end,负反馈放大电路增益的一般表达式,7.2.1 负反馈对放大电路性能的影响,反馈放大电路的基本方程,反馈系数,净输入信号,开环 放大倍数,闭环 放大倍数,1. 降低放大倍数,负反馈使放大倍数下降。,则有：,(参见教材例题),| 1+AF|

14、 称为反馈深度，其值愈大，负反馈作用愈强，Af也就愈小。,射极输出器、不带旁路电容的共射放大电路的电压放大倍数较低就是因为电路中引入了负反馈。,2.提高放大倍数的稳定性,引入负反馈使放大倍数的稳定性提高。,放大倍数下降至1/(1+|AF|)倍，其稳定性提高1+|AF|倍。,若|AF| 1，称为深度负反馈，此时：,在深度负反馈的情况下，闭环放大倍数仅与反馈电路的参数有关。,例：|A|=300，|F|=0.01。,3. 改善波形失真,加反馈前,加反馈后,大,略小,略大,略小,略大,负反馈是利用失真的波形来改善波形的失真，因此只能减小失真，而不能完全消除失真。,小,接近正弦波,正弦波,4.展宽通频带

15、,引入负反馈使电路的通频带宽度增加,无负反馈,有负反馈,例：中频放大倍数 |A0| =10，反馈系数 |F| = 0.01,在原上限、下限频率处,说明加入负反馈后，原上限、下限频率仍在通频带内，即通频带加宽了。,5、抑制反馈环内的干扰和噪声,6. 对输入电阻的影响,1) 串联负反馈,无负反馈时：,有负反馈时：,使电路的输入电阻提高,无负反馈时：,有负反馈时：,2) 并联负反馈,使电路的输入电阻降低,电压负反馈具有稳定输出电压的作用， 即有恒压输出特性，故输出电阻降低。,电流负反馈具有稳定输出电流的作用， 即有恒流输出特性，故输出电阻提高。,1) 电压负反馈使电路的输出电阻降低,2) 电流负反馈

16、使电路的输出电阻提高,7.对输出电阻的影响,负反馈对放大电路性能的改善，是以牺牲增益为代价的，且仅对环内的性能产生影响。,串联负反馈 ,并联负反馈 ,电压负反馈 ,电流负反馈 ,特别注意表7.4.1的内容,增大输入电阻,减小输入电阻,减小输出电阻，稳定输出电压,增大输出电阻，稳定输出电流,小结： 对输入电阻和输出电阻的影响,end,7.3.1 设计负反馈放大电路的一般步骤,1. 选定需要的反馈类型,2. 确定反馈系数的大小,3. 适当选择反馈网络中的电阻阻值,4. 通过仿真分析，检验设计是否满足要求,信号源性质,对输出信号的要求,对输入、输出电阻的要求,对信号变换的要求（V-V、V-I、I-V

17、、I-I ）,深度负反馈时,尽量减小反馈网络对基本放大电路的负载效应,7.3.2 正确引入反馈,减小信号源的负载、提高输出端的负载能力。,正确引入应考虑的两个主要问题,a. 选择合适的负反馈类型,选择负反馈类型应该考虑,b. 正确选用各元件参数,负反馈放大电路中各种信号量的含义,负反馈放大电路增益的一般表达式,对于电压 电流变换器,对于电流 电压变换器,对于电压放大器,对于电流放大器,选择电压串联负反馈,选择电流并联负反馈,选择电流串联负反馈,选择电压并联负反馈,选择元件参数的依据,反馈深度（1+AF）,设计放大电路大多都选用集成运算放大器，在运放选定后，Au、Ro、Ri即被确定，剩下的工作就

18、是估算反馈系数F。,正确选用各元件参数,1. 对于高内阻、低内阻的信号源，应该分别选择何种类型的负反馈电路？,思 考 题,2. 由于负反馈可以展宽频带，所以只要反馈深度足够深，就可以用低频管代替高频管组成放大电路来放大高频信号。这种说法是否正确？,负反馈放大电路的分析计算常用方法,a. 等效电路法,7.4 负反馈放大电路的分析及近似计算,等效电路法,分离法,近似计算法,把放大器中的非线性器件用线性电路等效，然后根据电路理论求解各项指标。,(b) 分别求出基本放大电路的A、Ri、Ro、fH 和fL等指 标及反馈网络的反馈系数F。,(c) 分别求出Af、Rid、Rof、fHf 和fLf等指标。,(

19、a) 分负反馈放大电路为基本放大电路和反馈网络 两部分。,分离法的基本思想,b. 分离法,由于集成运算放大器和多级放大电路的放大倍数一般都比较大，很容易使放大电路满足深度负反馈的条件。,放大电路满足深度负反馈的条件,7.4.1 深度负反馈放大电路近似计算的一般方法,1. 采用近似计算的条件,在深度负反馈（AF 1）的条件下,3. 近似计算的原理,(1) 当电路引入串联负反馈时,(称为虚短),(2) 当电路引入并联负反馈时,由于基本放大电路的电压放大倍数也很大，条件,也同时成立。,深度负反馈的特点,串联负反馈，输入端电压求和,深度负反馈条件下 xid= xi - xf 0,虚短,虚断,虚短,虚断

20、,并联负反馈，输入端电流求和,vid= iid ri 0,1电压串联负反馈（同相输入比例放大器）,7.4.2 电压模运放组成的反馈电路,根据电路在深度负反馈条件下的分析依据,有,故 电路的闭环电压放大倍数,Rif,Rof,2电压并联负反馈（反相输入比例放大器）,在深度负反馈条件下,故 闭环互阻增益,闭环电压放大倍数,输入电阻,Rif,输出电阻,Rof,3电流串联负反馈 电压电流变换器,故电路的闭环互导增益,闭环电压放大倍数,输入、输出电阻,4电流并联负反馈 电流放大器,在深度负反馈的条件下,闭环电流放大倍数,闭环电压放大倍数,输入、输出电阻,Rif,Rof,1电压串联负反馈,7.4.3 分立元

21、件组成的反馈电路,(1) 负反馈的判断,(2) 闭环电压放大倍数,由于,(3) 输入电阻,Rif,(4) 输出电阻,Rof,2电流并联负反馈,(1) 负反馈的判断,由于反馈电流iF来自于输出级晶体管T2集电极电流iC2,故 电路稳定的是iC2，而不是负载电流iO,(2) 闭环电流放大倍数,F,(3) 闭环电压放大倍数,(4) 输入电阻,(5) 输出电阻,从T2集电极看进去的闭环输出电阻,从负载看进去的输出电阻,2. 举例,电压串联负反馈,反馈系数,实际上该电路就是第2章介绍的同相比例放大电路，该结果与第2章所得结果相同,设电路满足深度负反馈条件，试写出该电路的闭环电压增益表达式。,解：,根据虚

22、短、虚断,闭环增益 （就是闭环电压增益）,2. 举例 (例7.5.1),电压串联负反馈,设电路满足深度负反馈条件，试写出该电路的闭环电压增益表达式。,解：,根据虚短、虚断,闭环电压增益,2. 举例 (例7.5.4),电流并联负反馈,设电路满足深度负反馈条件，试写出该电路的闭环增益和闭环源电压增益表达式。,解：,根据虚短、虚断,闭环增益,所以闭环电压增益,注意：若io参考方向不同，将影响闭环增益的结果,又因为,解:（3）,闭环增益,例7.5.5 （3）求大环反馈的闭环增益以及对信号源的闭环电压增益；,电压并联负反馈,根据虚短、虚断,0V,2. 举例,end,例,电路如图所示，近似计算它的电压增益

23、。,闭环增益,闭环电压增益,解：,忽略基极直流偏置电路后的交流通路如下图所示。,电路为电流串联负反馈,则反馈系数为,注：电路必须满足深度负反馈条件才有此结论,在深度负反馈条件下，利用虚短和虚断可知,例,求：(1)大环组态； (2)二、三级局部组态；,闭环增益,闭环电压增益,在深度负反馈条件下，利用虚短和虚断可知,解：,(1)电压并联负反馈,则反馈系数为,(3)深度负反馈下大环的闭环电压增益 。,(2),T2 电流串联负反馈,T3 电流串联负反馈,T2和T3级间电流串联正反馈,(3),例,求：(1)大环组态； (2)二、三级局部组态；,在深度负反馈条件下，利用虚短和虚断可知,解：,(3)深度负反

24、馈下大环的闭环电压增益 。,(3),则,所以,另外,例,求：(1)判断反馈组态；,在深度负反馈条件下，利用虚短和虚断可知,解：,(1)电压串联负反馈,(2)深度负反馈下大环的闭环电压增益 。,(2),例,闭环电压增益,在深度负反馈条件下，利用虚短和虚断可知,解：,(1)电压串联负反馈,则反馈系数为,(2)深度负反馈下大环的闭环电压增益 。,(2),end,求：(1)判断反馈组态；,7.5 负反馈放大电路的频率响应,7.5.2 增益-带宽积,7.5.1 频率响应的一般表达式,7.5.1 频率响应的一般表达式,基本放大电路的高频响应,比开环时增加了,为基本放大电路通带增益,通带闭环增益,其中,同理

25、可得,闭环上限频率,比开环时减小了,闭环下限频率,引入负反馈后，放大电路的通频带展宽了,7.5.1 频率响应的一般表达式,例7.7.1的波特图,开环增益,反馈系数为0.01时,反馈系数为0.1时,反馈系数为1时,7.2.2 增益-带宽积,放大电路的增益-带宽积为常数,闭环增益-带宽积,开环增益-带宽积,end,7.6.1 负反馈放大电路的自激振荡条件,将上式写成,7.6 负反馈放大电路的自激振荡及消除,相位条件,幅度条件,基本放大电路在高频或低频区内产生的 附加相移,反馈网络高频或低频区内产生的附加相移,式中,相位条件,幅度条件,对于负反馈电路,1. 在中频区，反馈信号与输入信号反相，即,2.

26、 高频或低频区，放大电路与反馈网络，因电路 中的电容而产生附加相位移A、F。,反馈电压信号和输入电压信号同相,负反馈变为正反馈,(1) 这时如果AF1，产生自激振荡。,电路中存在,b. 放大电路内部元器件的热噪声电压,a. 开启电源时的瞬间冲击电压,由于噪声和冲击电压具有很宽的频谱，其中必有某一种频率分量满足自激振荡的条件，即使无输入信号，也有一定的信号输出。,输出信号在不断的减小,不会产生自激振荡。,(2) 如果AF1,结论,相位条件是产生自激振荡的必要条件,幅度条件是产生自激振荡的充分条件,a. 电路包含一或二个惯性环节时，附加相移最大不会超过180，不会产生自激振荡。,7.6.2 负反馈放大电路的稳定性,b. 电路的级数愈多，附加相移 愈大，愈容易产生自激振荡。,c.反馈系数F愈大，愈容易产生自激振荡。,(1) 找相位临界频率 fc,电路不稳定,1判断放大电路是否稳定的方法,b. 如果,电路稳定,电路1,电路2,稳定,不稳定,(2) 找幅度条件临界频率f0,a. 如果,电路稳定,b. 如果,电路不稳定,电路1,电路2,稳定,不稳定,(3) 根据 fc 和 f0 的位置判断,a. 当 fcf0 时,电路不稳定,b.当 fcf0 时,电路稳定,2稳定裕度,(1) 幅度裕度Gm(dB