2.1反馈放大电路ppt课件

1、第七章第七章 反馈放大电路反馈放大电路一一. 从一个例子说起从一个例子说起稳定工作点电路稳定工作点电路输入量：输入量：Vi、VBE、iB反响反响将电子系统输出回路的电量电压或电流），以一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。定的方式送回到输入回路的过程。7.1 反馈的基本概念反馈的基本概念输出量：输出量：VO、VCE、iC正向传输正向传输信号从输入端到输出端的传输信号从输入端到输出端的传输TUBEICICUEIB二二. 几个基本概念几个基本概念1. 正向传输与反向传输正向传输与反向传输vIvO+- -RL电路中只有正向传输，没有反电路中只有正向传输，没有反向传

2、输，称为开环状态。向传输，称为开环状态。正向传输正向传输信号从输入端到信号从输入端到输出端的传输输出端的传输信号的正信号的正向传输向传输反向传输反向传输信号从输信号从输出端到输入端的传输出端到输入端的传输vIvO+- -RLR2R1反馈传输反馈传输(通路通路)（反馈网（反馈网络）络）信号的正信号的正向传输向传输既有正向传输，又有反馈既有正向传输，又有反馈 称为称为闭环状态。闭环状态。直流反馈直流反馈若电路将直流量反馈到输入回若电路将直流量反馈到输入回路，则称直流反馈。路，则称直流反馈。2.直流反馈与交流反馈直流反馈与交流反馈直流反馈直流反馈电路中引入直流反馈的目的，一般是为了稳定静态工作点电路

3、中引入直流反馈的目的，一般是为了稳定静态工作点Q。交流反馈交流反馈若电路若电路将交流量反馈到输入将交流量反馈到输入回路，则称交流反馈。回路，则称交流反馈。（如去掉电容（如去掉电容Ce）交流反馈交流反馈交流反馈，影响电路的交流工作交流反馈，影响电路的交流工作性能。性能。 解：根据反馈到输入端的信号是交流，还是直流，或同解：根据反馈到输入端的信号是交流，还是直流，或同时存在，来进行判别。时存在，来进行判别。例：判断下图中有哪些反馈回路，是交流反馈还是直例：判断下图中有哪些反馈回路，是交流反馈还是直流反馈。流反馈。vIvO- -+C2C1R1R2交流反馈交流反馈交、直流反交、直流反馈馈例：基本放大器

4、，无反馈，净输例：基本放大器，无反馈，净输入量入量Vbe=Vi，电压放大倍数为：，电压放大倍数为：3.负反馈与正反馈负反馈与正反馈负反馈负反馈输入量不变时，引入反馈后使净输入量减小，输入量不变时，引入反馈后使净输入量减小，放大倍数减小。放大倍数减小。引入反馈后，净输入量引入反馈后，净输入量Vbe =Vi- Vf ，电压放大倍数为：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。可见，净输入量减小，放大倍数减小，所以是负反馈。正反馈正反馈输入量不变时，引入反馈后使净输入量增加，输入量不变时，引入反馈后使净输入量增加，放大倍数增加。放大倍数增加。beLurRA =- RLrbe +

5、（1+ ）ReAu本级反馈本级反馈反馈只存在于某一级放大反馈只存在于某一级放大器中器中 级间反馈级间反馈反馈存在于两级以上的放大器中反馈存在于两级以上的放大器中例例vO- -+R4R5R3- -+vIR1R2反馈通路反馈通路本级反馈本级反馈通路通路级间反馈级间反馈通路通路4.本级反馈与级间反馈本级反馈与级间反馈基本放大电路基本放大电路AdX oX 反馈网络反馈网络FfX 放大：放大：doXXA迭加：迭加：fidXXX 1.方框图：方框图：A称为开环称为开环放大倍数放大倍数iX + 反响：反响：ofXXF AF称为闭环放大倍数称为闭环放大倍数AF=Xo / Xi输出信号输出信号输入信号输入信号反

6、馈信号反馈信号差值信号差值信号负反馈放大器负反馈放大器F称为反馈系数称为反馈系数设设Xf与与Xi同相同相三三. 负反馈放大电路的方框图负反馈放大电路的方框图2. 负反馈放大器的一般关系负反馈放大器的一般关系闭环放大倍数：闭环放大倍数：放大：放大：doXXA反响：反响：ofXXF 迭加：迭加：fidXXX AF=Xo / Xi =Xo / (Xd+ Xf)= Xo / ( + XoF) =XoA11A+F=A1+AF3. 关于反馈深度的讨论关于反馈深度的讨论一般负反馈一般负反馈称为反馈深度称为反馈深度FA 1FAAA 1F时，时， 11 )1( FA， FAA 时时， 11 )2( FA深度负反

7、馈深度负反馈正反馈正反馈时，时， 11 )3( FA， FAA 自激振荡自激振荡时时， 01 )4( FA， F A7.2 负反馈放大器的四种类型负反馈放大器的四种类型负反馈类型有四种组态负反馈类型有四种组态: : 电压串联负反馈电压串联负反馈 电压并联负反馈电压并联负反馈 电流串联负反馈电流串联负反馈 电流并联负反馈电流并联负反馈一一. . 电压串联负反馈电压串联负反馈因为反馈电压：因为反馈电压：从输入端看，有：从输入端看，有：根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电压串联负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反馈vd = vi -vF故为串联负反馈。故为串联负反馈。用用“瞬

8、时极性法判断反馈极性：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。瞬时极性使净输入减小，则为负反馈；反之为正反馈。fRRRUU11of反馈量与输出电压成比例，反馈量与输出电压成比例，所以是电压反馈。所以是电压反馈。分立电路电压串联负反馈分立电路电压串联负反馈RLv OvFvd(vbe)

9、 vO电压负反馈的特性电压负反馈的特性稳定输出电压稳定输出电压稳定过程：稳定过程：负载变化时，输出电压稳定负载变化时，输出电压稳定输出电阻输出电阻二二. .电压并联负反馈电压并联负反馈 因为反馈电流：根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电压串联负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反馈id = ii -iF从输入端看有：从输入端看有：反馈量与输出电压成比例，反馈量与输出电压成比例，所以是电压反馈。所以是电压反馈。ffRURUUIoof故为并联负反馈。故为并联负反馈。分立电路电压并联负反馈分立电路电压并联负反馈+UCCRCC2C1RfuiuoibifiiffRURUUIioof

10、反馈量与输出电压成比例，反馈量与输出电压成比例，所以是电压反馈。所以是电压反馈。根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电压串联负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反馈id = ii -iF在输入端有在输入端有故为并联负反馈。故为并联负反馈。 因为反馈电流：三三. .电流并联负反馈电流并联负反馈 因为反馈电流：根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电流串联负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反馈又因为在输入端有又因为在输入端有: :id = iI -iFRRRIIfof反馈量与输出电流成比例，反馈量与输出电流成比例，所以是电流反馈。所以是电流反馈。故为并联负反

11、馈。故为并联负反馈。分立电路组成的电流并联负反馈分立电路组成的电流并联负反馈引入电流负反馈的目的引入电流负反馈的目的稳定输出电流稳定输出电流稳定过程：稳定过程：负载变化时，输出电流稳定负载变化时，输出电流稳定输出电阻输出电阻RL iOiFid iO 四.电流串联负反馈 因为反馈电压：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反馈vd = vi -vF又因为在输入端有又因为在输入端有反馈量与输出电流成比例，反馈量与输出电流成比例，所以是电流反馈。所以是电流反馈。故为串联负反馈。故为串联负反馈。分立电路组成的电流串联负反馈分立

12、电路组成的电流串联负反馈IO vF vd IO 引入电流负反馈的目的引入电流负反馈的目的稳定输出电流稳定输出电流稳定过程：稳定过程：负载变化时，输出电流稳定负载变化时，输出电流稳定输出电阻输出电阻RL 五.反馈类型及判别方法总结1.1.直流反馈与交流反馈直流反馈与交流反馈注意电容的注意电容的“隔直通交作用隔直通交作用 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？2.2.反馈极性：正反馈与负反馈反馈极性：正反馈与负反馈判定方法判定方法“瞬时极性法瞬时极性法”例题例题2:试判断下列电路中反馈支路的反馈极性。试判断下列电路中反馈支路的反馈极性。vIvO- -+RLR2R1对于串

13、联反馈：输入量与反馈量作用在不同的两点上，若瞬时极性对于串联反馈：输入量与反馈量作用在不同的两点上，若瞬时极性相同为负反馈，瞬时极性相反为正反馈。相同为负反馈，瞬时极性相反为正反馈。对于并联反馈：输入量与反馈量作用在同一点上，若反馈元件两端对于并联反馈：输入量与反馈量作用在同一点上，若反馈元件两端瞬时极性相反为负反馈，瞬时极性相同为正反馈。瞬时极性相反为负反馈，瞬时极性相同为正反馈。vO- -+R4R5R3- -+vIR1R23. 取样方式取样方式电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈 假设输出端交流短路假设输出端交流短路RL=0），即），即UO=0，若反馈信号消失了，则为电压反馈；若反馈信号若

14、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。仍然存在，则为电流反馈。电压反馈：反馈信号的大小与输出电压成比电压反馈：反馈信号的大小与输出电压成比 例。例。判断方法判断方法输出短路法：输出短路法：电流反馈：反馈信号的大小与输出电流成比电流反馈：反馈信号的大小与输出电流成比 例。例。例题例题3:试判断下列电路中引入的反馈是电试判断下列电路中引入的反馈是电压反馈还是电流反馈。压反馈还是电流反馈。 4.比较方式串联反馈和并联反馈串联反馈：反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路串联反馈：反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的两个电极。有：的两个电极。有： 此时反馈信号与输入信号是电

15、流相加减的关系。 此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。 对于运算放大器来说，反馈信号与输入信号同时加在同相输入端或反相输入端，则为并联反馈；一个加在同相输入端一个加在反相输入端则为串联反馈。 对于三极管来说，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；一个加在基极一个加在发射极则为串联反馈。并联反馈：反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路并联反馈：反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的同一个电极。有：的同一个电极。有： vd = vi -vFid = iI -iF例题例题4:试判断下列电路中引入的反馈是串试判断下列电路中引入的反馈是串联反馈还是并联反馈。联反馈还是并联

16、反馈。vO- -+R4R5R3- -+vIR1R2例题例题5:试判断下列电路中的反馈组态。试判断下列电路中的反馈组态。解解:电压串联负反馈。电压串联负反馈。（a）：）：解解:电压并联负反馈。电压并联负反馈。（b）：）：（1串联反馈串联反馈 5. 信号源对反馈效果的影响信号源对反馈效果的影响vd = vI -vF 所以所以vI应为恒压源，即信号源内阻应为恒压源，即信号源内阻RS越小越好。越小越好。 要想反馈效果明显，要想反馈效果明显，就要求就要求vF变化能有效变化能有效引起引起vd的变化。的变化。（2并联反馈并联反馈id = iI -iF 所以所以iI应为恒流源，即应为恒流源，即信号源内阻信号源

17、内阻RS越大越好。越大越好。 要想反馈效果明显，就要想反馈效果明显，就要求要求iF变化能有效引起变化能有效引起id的的变化。变化。 例题: 回答下列问题。 1.若要实现串联若要实现串联电压反馈电压反馈, Rf 应应接向何处接向何处?2.要实现串联电要实现串联电压负反馈压负反馈,运放运放的输入端极性如的输入端极性如何确定？何确定？7.3 负反馈对放大电路性能的影响负反馈对放大电路性能的影响 提高增益的稳定性提高增益的稳定性 减少非线性失真减少非线性失真 扩展频带扩展频带 改变输入电阻和输出电阻改变输入电阻和输出电阻 在放大器中在放大器中引入负反馈引入负反馈 降低了放大倍数降低了放大倍数 使放大器

18、的性能得以改使放大器的性能得以改善：善：一一. 提高放大倍数的稳定性提高放大倍数的稳定性闭环时闭环时FAAA 1F那么那么2F)1(1AFdAdA 只考虑幅值有只考虑幅值有AFAA 1FAdAAFAdA 11FF即闭环增益相对变化量比开环减小了即闭环增益相对变化量比开环减小了1+AF倍倍另一方面另一方面:在深度负反馈条件下在深度负反馈条件下FA1F 即闭环增益只取决于反馈网络。当反馈网络由稳定的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。线性元件组成时，闭环增益将有很高的稳定性。2. 改善放大器的非线性失真改善放大器的非线性失真Auiufuiuoud

19、加反馈前加反馈前加反馈后加反馈后AF+ 失真失真改善改善uouo3. 扩展放大器的通频带 放大电路加入负反馈后，增益下降，但通频带却加宽了。放大电路加入负反馈后，增益下降，但通频带却加宽了。 无反馈时放大器的通频带： fbw= f HfL f H 有反馈时放大器的通频带： fbwf= f HffLf f Hf可以证明：可以证明：fbwf = (1+AF) fbw放大器的一个重要特性：增益与通频带之积为常数。放大器的一个重要特性：增益与通频带之积为常数。 即：即： Amf fbwf= Am fbw4. 4. 负反馈对输入电阻的影响负反馈对输入电阻的影响 (1) 串联负反馈使输入电阻增加 无反馈时

20、： 有反馈时：.i.ii=IVR.i.d=IV.i.iif=IVR.i.fd=IVV .i.od=IFVV .i.dd=IAFVV .i.d)1 (=IAFVAF)(1i R(2)并联负反馈使输入电阻减小并联负反馈使输入电阻减小 无反馈时： 有反馈时：.i.ii=IVR.d.i=IV.i.iif=IVR.fd.i=IIV.od.i=FVIV.dd.i=AFIIV.d.i)1 (=AFIV.i)1 (=AFR5. 负反馈对输出电阻的影响 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。(1) 电压负反馈使输出电阻减小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

21、阻大。(2) 电流负反馈使输出电阻提高电流负反馈使输出电阻提高为改善性能引入负反馈的一般原则为改善性能引入负反馈的一般原则 要稳定直流量要稳定直流量引直流负反馈引直流负反馈 要稳定交流量要稳定交流量引交流负反馈引交流负反馈 要稳定输出电压要稳定输出电压 引电压负反馈引电压负反馈 要稳定输出电流要稳定输出电流 引电流负反馈引电流负反馈 要增大输入电阻要增大输入电阻 引串联负反馈引串联负反馈 要减小输入电阻要减小输入电阻 引并联负反馈引并联负反馈7.4 负反馈放大电路的计算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. 估算的依据估算的依据 深度负反馈：深度负反馈：即，深度负反馈

22、条件下，闭环增益只与反馈系数有关即，深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈系数有关 11 FA由由FAAA 1F得得FFAA1 11 FA 方法一：方法一：一一. 估算电压增益估算电压增益 方法二：方法二：FAAA 1F根据根据FFAA1 将将ioFXXA ofXXF ifXX 代入上式代入上式得得即：输入量近似等于反馈量即：输入量近似等于反馈量0fidXXX净输入量近似等于零净输入量近似等于零由此可得深度负反馈条件下，基本放大电路由此可得深度负反馈条件下，基本放大电路“虚短虚短”、“虚断的概念虚断的概念深度负反馈条件下：深度负反馈条件下：Xd=Xi-Xf0V+=V-（运放电路）（运放电路）Ve=

23、Vb三极管电路）三极管电路）(1)“虚短虚短”Vd0(2)“虚断虚断”Id0ii+=ii-=0 （运放电路）（运放电路）ib=0三极管电路）三极管电路）“虚短与虚短与“虚断虚断”（1 1） 电压串联负反馈电压串联负反馈 例1.分立电路电压串联负反馈2. 举例举例 解：用方法一。 求反馈系数： 求闭环电压放大倍数：uuFofUUfeeRRR11ioUUAufF111efeRRR例例2.2.运放组成的电压串联负反馈电路运放组成的电压串联负反馈电路 解：用方法二。 利用虚短和虚断的概念得知利用虚短和虚断的概念得知那么那么闭环电压增益闭环电压增益00iIVdfoioUFVVVVA11RRffORRRV

24、11fiVV =（2 ）电流并联负反馈放大器）电流并联负反馈放大器反馈系数为反馈系数为闭环增益闭环增益闭环电压增益闭环电压增益 解：用方法一。se2e2fifsiosousfRRRRRRRIRIUUALL)(e2fe2ofRRRIIe2fe2ofiiRRRIIFe2e2fiifoiifRRRFIIA1 例1.分立电路电流并联负反馈闭 环 电 压 增 益 ：闭 环 电 压 增 益 ：Ausf=VO/Vi利用虚短和虚断可知利用虚短和虚断可知例例2. 运放组成的电流并联负反馈放大器运放组成的电流并联负反馈放大器022IRRRIff1RIRIiLo122RRRRRLf 解：用方法二。1RIRIfLoV

25、i=Ii R1 Ii=If+VCCRCC2C1RfuSuoibifiiRSRL（3电压并联负反馈电压并联负反馈 例1.分立电路电压并联负反馈反馈系数为反馈系数为闭环增益闭环增益闭环电压增益闭环电压增益 解：用方法一。f1.RUIFofiuffRURUUIboof 例2.运放组成的电压并联负反馈利用虚短和虚断可知利用虚短和虚断可知V+=V-=0Ii=IfVi/R1=-VO/Rf1fRR得：得：Auf=VO/Vi闭环增益闭环增益闭环电压增益闭环电压增益例例1. 分立元件组成的电流串联负反馈分立元件组成的电流串联负反馈反馈系数为反馈系数为e1bec)1 (RrR 解：用方法一。1eofuiRIUF.

26、e1uiioiufRFUIA11.e1cicoioufRRURIUUA.由第二章知，该电由第二章知，该电路闭环电压增益路闭环电压增益:（4电流串联负反馈电流串联负反馈 Uf=-IORe1例例2.2.运放组成的电流串联负反馈运放组成的电流串联负反馈闭环电压增益闭环电压增益:利用虚短和虚断可知利用虚短和虚断可知ifUUUUfoioufUUUUARRRIRILoLo 解：用方法二。二二. 估算输入输出电阻估算输入输出电阻在深度负反馈条件下：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。注：表中的输入、输出电阻均指反馈环中的输入、输出电阻。（1 1电压串联负反馈电压串联负反

27、馈举例举例 RifRifRb1/Rb2ROf0（2 2电压并联负反馈电压并联负反馈Rif0RifRSROf0（3电流串联负反馈电流串联负反馈ROfRC1RifRifRb1/Rb2ROf综合举例综合举例1：求电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。：求电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。+C1RC1RC2R2C2uoui+T1T2RF2RLRE1CER1Re2RF1综合举例综合举例2综合举例综合举例3例例求：求：(1)判断反馈阻态；判断反馈阻态；闭环电压增益闭环电压增益fiVV 在深度负反馈条件下，在深度负反馈条件下，利用虚短和虚断可知利用虚短和虚断可知解：解：(1)电压串联负反馈电压串联负反馈则反馈系

28、数为则反馈系数为 (2)深度负反馈下大环深度负反馈下大环的闭环电压增益的闭环电压增益 。(2)o3878fVRRRV o3655pVRRRV o434pVRRRV ofVVVF 878565434RRRRRRRRR ioVFVVA V1F 865487543)()()(RRRRRRRRR 7.5 负反馈放大电路的自激振荡及消除方法负反馈放大电路的自激振荡及消除方法 4.5.1 自激及稳定工作条件 *4.5.2 频率补偿技术频率补偿技术7.5.1 自激及稳定工作条件自激及稳定工作条件1. 自激振荡现象自激振荡现象Xo基基本本放放大大A电电路路XidXf+Xi反馈网络反馈网络F 在不加任何输在不加

29、任何输入信号的情况下，入信号的情况下，放大电路仍会产生放大电路仍会产生一定频率的信号输一定频率的信号输出。出。2. 产生原因产生原因 在高频区或低频区产生的附加相移达到在高频区或低频区产生的附加相移达到180，使，使中频区的负反馈在高频区或低频区变成了正反馈，当满足了中频区的负反馈在高频区或低频区变成了正反馈，当满足了一定的幅值条件时，便产生自激振荡。一定的幅值条件时，便产生自激振荡。FA和和7.5.1 自激及稳定工作条件自激及稳定工作条件3. 自激振荡条件自激振荡条件自激振荡自激振荡反馈深度反馈深度时，时， 01 FA即即1 FA为为环环路路增增益益）（ FAVf反馈网络反馈网络F基本放大电

30、路基本放大电路AVo1Vid又又)()()()(fa FAFA得自激振荡条件得自激振荡条件1)()(kk FA 180)12()()(kfkan 幅值条件幅值条件相位条件附加相移）相位条件附加相移）FAAA 1F闭环增益闭环增益7.5.1 自激及稳定工作条件自激及稳定工作条件4. 稳定工作条件稳定工作条件破坏自激振荡条件破坏自激振荡条件1 FA 180fa 1 FA 180fa 或或1m GFA 180fa 1 FA 180mfa 或写为或写为其中其中 Gm幅值裕度，一般要求幅值裕度，一般要求Gm -10dB m相位裕度，一般要求相位裕度，一般要求 m 45 保证可靠稳定，保证可靠稳定，留有余地。留有余地。7.5.1 自激及稳定工作条件自激及稳定工作条件5. 负反馈放大电路稳定性分析负反馈放大电路稳定性分析FAFA1lg20lg20lg20 环路增益的幅频响应写为环路增益的幅频响