第四章-负反馈放大电路学习教案

1、会计学1第四章第四章-负反馈放大负反馈放大(fngd)电路电路第一页，共59页。4.1 反馈反馈(fnku)的基本概念的基本概念 反馈反馈(fnku)的定义的定义 净输入Xf反馈量输出量输入量基本放大电路AXo反馈网络FXiiX图 4 1 反馈(fnku)放大器的方框图 第1页/共59页第二页，共59页。定义： 叫开环放大倍数； 叫反馈系数(xsh)； 叫闭环放大倍数。因为所以ioXXAofXXF iofXXA ,iifiiFAXXXXXFAAXXAiof1第2页/共59页第三页，共59页。反馈类型及其判定反馈类型及其判定(pndng)1.电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈 (1) 电压电压

2、(diny)反馈：反馈： XfXi基本放大器Uo反馈网络XiRL图 4 2 电压(diny)反馈示意图 第3页/共59页第四页，共59页。(2) 电流电流(dinli)反馈：反馈： XfXi基本放大器Uo反馈网络XiRL图 4 3 电流(dinli)反馈示意图第4页/共59页第五页，共59页。 (3) 电压反馈和电流反馈的判定： 判定方法之一输出短路法。将反馈放大器的输出端对交流短路, 若其反馈信号随之消失, 则为电压反馈, 否则为电流反馈。 。 判定方法之二按电路结构判定：在交流通路中,若放大器的输出端和反馈网络(wnglu)的取样端处在同一个放大器件的同一个电极上, 则为电压反馈； 否则是

3、电流反馈。 第5页/共59页第六页，共59页。UoRLUCCRcRfUiRsClUsC2ReUoRLUCCRcRbUiRsClUsC2(a)(b)图 4 4 反馈电路(dinl)举例 第6页/共59页第七页，共59页。2. 串联串联(chunlin)反馈和并联反馈反馈和并联反馈 (1) 串联(chunlin)反馈： XoiURsUsUi基本放大器Uf反馈网络图 4 5 串联(chunlin)反馈示意图fiiUUU第7页/共59页第八页，共59页。(2) 并联(bnglin)反馈： XoRsIiUs基本放大器反馈网络iIIf图 4 6 并联(bnglin)反馈示意图 fiiIII第8页/共59页

4、第九页，共59页。 (3) 串联反馈和并联反馈的判定方法： 对于交变(jio bin)分量而言, 若信号源的输出端和反馈网络的比较端接于同一个放大器件的同一个电极上, 则为并联反馈；否则, 为串联反馈。 第9页/共59页第十页，共59页。3. 直流反馈直流反馈(fnku)和交流反馈和交流反馈(fnku) (1) 直流反馈：若反馈环路内, 直流分量(fn ling)可以流通, 则该反馈环可以产生直流反馈。直流负反馈主要用于稳定静态工作点。 (2) 交流反馈： 若反馈环路内, 交流分量(fn ling)可以流通, 则该反馈环可以产生交流反馈。交流负反馈主要用来改善放大器的性能；交流正反馈主要用来产

5、生振荡。 若反馈环路内, 直流分量(fn ling)和交流分量(fn ling)均可以流通, 则该反馈环既可以产生直流反馈, 又可以产生交流反馈。 图 4 - 4(a)中的Rf既可以引入直流反馈, 也可以引入交流反馈。 第10页/共59页第十一页，共59页。4.负反馈和正反馈负反馈和正反馈 若反馈信号使净输入信号减弱, 则为负反馈；若反馈信号使净输入信号加强, 则为正反馈。负反馈多用于改善放大器的性能；正反馈多用于振荡电路。 反馈极性的判定多用瞬时极性法, 其步骤如下： (1) 首先在基本放大器输入端设定一个递增(或递减)的净输入信号, 对并联反馈, 设定一个电流信号； 对串联反馈, 设定一个

6、电压(diny)信号。 (2) 在上述设定下, 推演出反馈信号的变化极性。 (3) 判定在反馈信号的影响下, 净输入信号的变化极性。 若该极性与前面设定的变化极性相反, 则为负反馈；若相同, 则为正反馈。 第11页/共59页第十二页，共59页。 按上述方法可以(ky)判定图 4- 4(a)是负反馈。判定过程如下：因为是并联反馈,所以设定一个增大的iB, 则iBiCUCifiB 由于在if的影响下, iB的变化极性与原设定的变化极性相反,表明反馈(fnku)信号使净输入信号减弱, 所以是负反馈(fnku)。 第12页/共59页第十三页，共59页。负反馈放大器的四种负反馈放大器的四种(s zhn)

7、基本组态基本组态 为了使闭环增益(zngy)Af与开环增益(zngy)A满足Af=A/(1+FA)的关系, 应作如下约定： 被取样的输出信号反馈信号反馈系数号比较后产生的净输入信被取样的输出信号开环增益号参与比较的原始输入信被取样的输出信号闭环增益FfAA第13页/共59页第十四页，共59页。1. 串联串联(chunlin)电压负反馈电压负反馈 21Rb2Rc22Rb1Rc1RbUoUi基 本放大电路iURfUf(b) 方框图CeV2VlCRfUCCUo(a) 电路图Ui1Re2Re1Re2Rc图 4 7 串联电压(diny)负反馈放大器电路 第14页/共59页第十五页，共59页。称作(chn

8、 zu)开环电压放大倍数, 无量纲。 称作(chn zu)互阻反馈系数, 无量纲。 称作(chn zu)闭环电压放大倍数,无量纲。 ufuuuiuuiiufioiouofuioAAFAUAFUUAUUUUUFUUAUU1参与比较的原输入信号被取样的输出信号闭合放大倍数被取样的输出信号反馈信号反馈系数号比较后产生的净输入信被取样的输出信号开环放大倍数第15页/共59页第十六页，共59页。gfgrgioiorofofgioioAAFAUIXXFIUXXAUIXX1参与比较的被取样的闭合放大倍数被取样的反馈信号反馈系数比较产生的被取样的开环放大倍数称作开环互导放大(fngd)倍数, 其量纲是电导。

9、称作互阻反馈(fnku)系数, 其量纲是电阻。 称作闭环互导放大(fngd)倍数, 其量纲是电导。 2.串联电流负反馈串联电流负反馈 第16页/共59页第十七页，共59页。RL(b) 方框图UoCeRe3CIc21UbeRLRfRcUCC(a) 电路C14Uf4Io基本放大电路12RsUsIcUi RfUfFr反馈网络3UoIo IcIc IoiUAgUioILR RcRL2Rb1Rb图 4 8 串联(chunlin)电流负反馈放大器第17页/共59页第十八页，共59页。3.并联并联(bnglin)电压负反馈电压负反馈 UoIf314CeIfIiReRLUCCRcRfUiRsClUsC2Ib2

10、(a) 电路(b) 方框图4基本放大电路12RsUsUiRfFgAr反馈网络3UoIiIbLR RcRLLR图 4 9 并联(bnglin)电压负反馈放大器 第18页/共59页第十九页，共59页。rfrgrioiogofofrioioAAFAIUXXFIUXXAUIXX1参与比较的被取样的闭合放大倍数被取样的反馈信号反馈系数比较产生的被取样的开环放大倍数称作(chn zu)开环互阻放大倍数, 其量纲是电阻。 称作互导反馈系数, 其量纲(lin n)是电导。 称作闭环互阻放大倍数(bish), 其量纲是电阻。 第19页/共59页第二十页，共59页。4.并联并联(bnglin)电流负反馈电流负反馈

11、 C1UsoCUCC(a) 电路IfRsUiIiRfUoRLIIf(b) 方框图基本放大电路RsUsUiRfFiAi反馈网络IiIoLR RLRc2Io Ic2Ie Ic22RLUo1Rc1Re2Rc1Ib1Ce2Re2Ue2Ie2Ic2Ie2Re1Ib图 4 10 并联(bnglin)电流负反馈放大器 第20页/共59页第二十一页，共59页。ifiirioioiofofiioioAAFAIIXXFIUXXAUIXX1参与比较的被取样的闭合放大倍数被取样的反馈信号反馈系数比较产生的被取样的开环放大倍数称作开环电流(dinli)放大倍数, 无量纲。 称作电流(dinli)反馈系数, 无量纲。 称

12、作闭环电流(dinli)放大倍数, 无量纲。 第21页/共59页第二十二页，共59页。表4-1 四种反馈(fnku)组态下，A，F和Af的不同含义小小大大对RL的要求(yoqi)大小大小对Rs的要求(yoqi)闭环放大倍数反馈系数开环放大倍数参与比较的输入量Xi、 Xf、 XiIoIoUoUo被取样的输出信号Xo并联电流型串联电流型并联电压型串联电压型反馈方式ioXXA ofXXF ifiUUU、ifiIII、ifiUUU、ifiIII、iouUUA iorIUA iogUIA iouIIA ofuUUF ofgUIF ofrIUF ofiIIF uuuufAFAA1rgrufAFAA1grg

13、gfAFAA1iiiifAFAA1AFAXXAiof1第22页/共59页第二十三页，共59页。4.2 负反馈对放大器性能负反馈对放大器性能(xngnng)的影响的影响 使放大器的放大倍数下降使放大器的放大倍数下降 根据负反馈的定义可知根据负反馈的定义可知, 负反馈总是使净输入负反馈总是使净输入(shr)信号减弱。所以信号减弱。所以, 对于负反馈放大器而言对于负反馈放大器而言,必有必有所以所以 即即可见可见, 闭环放大倍数闭环放大倍数Af, 仅是开环放大倍数仅是开环放大倍数A的的(1+FA)分之一。分之一。 iiXX ioioXXXXFAAAAAff1,第23页/共59页第二十四页，共59页。稳

14、定被取样的输出稳定被取样的输出(shch)信号信号 1. 电压电压(diny)负反馈负反馈 对于图 4-7 所示的串联电压负反馈电路(dinl), 当某一因素使Uo增大时, 就会产生如下反馈过程： UoUE1UBE1UC1UB2 Uo UC2从而使Uo的变化量大大减小, Uo的稳定性大大提高。 第24页/共59页第二十五页，共59页。 对于图 4 - 9 所示的并联(bnglin)电压负反馈电路, 当某一因素使Uo增大时, 则UoIfIBICUo UC结果(ji gu)使Uo的变化量减小, Uo的稳定性提高。 第25页/共59页第二十六页，共59页。 2.电流负反馈电流负反馈 因为电流负反馈因

15、为电流负反馈, 被取样被取样(qyng)的输出信号是输出电流的输出信号是输出电流, 所以所以, 凡是电流负反馈凡是电流负反馈, 必然能稳定输出电流。必然能稳定输出电流。 对于图对于图 4 - 10 所示的并联电流负反馈电路所示的并联电流负反馈电路, 当某一因素使当某一因素使Ie2增大时增大时, 则：则： Ie2IfIb1Ic1Uc1Ub2Ie2 Ib2 结果使得Ie2的增量减小, 稳定性提高；因为Ic2Ie2, 所以(suy)Ie2稳定,Ic2也稳定。值得说明的是, 该反馈电路所稳定的电流是流过RL的电流, 不是流过RL的电流。 第26页/共59页第二十七页，共59页。使放大使放大(fngd)

16、倍数的稳定性提高倍数的稳定性提高 AdAFAAAAAFAAAFAFAAFAFAAAAAAAfffffff1111)1)(1 ()1)(1 (112121211212把Af2=A2/(1+FA2)和Af1=A1/(1+FA1)代入上式得： 用Af1=A1/(1+FA1)除以上(yshng)式两边得： 当A足够小时,AfdAf, 并且(bngqi)A1A2A, Af1Af2Af。 此种情况下, 上式可写为： 第27页/共59页第二十八页，共59页。可以展宽可以展宽(zhn kun)通频带通频带 AFAAf1hmhffjAA1第28页/共59页第二十九页，共59页。当反馈系数F不随频率变化时, 引入

17、负反馈后的高频(o pn)特性为 )1/(1)1/(1)1/(/1)/1/(1)/1/(1hmmfhmmmhmmhmhmhffFAfjAfFAfjFAAfjfFAAfjfAFfjfAAFAAhmhffFAf)1 ( 1111fFAfmf第29页/共59页第三十页，共59页。按照通频带(pndi)的定义： 开环放大器的通频带(pndi)为： fbw=fh-fl 闭环放大器的通频带(pndi)为：fbwf=fhf-flf由于fhffh, flffl时, fbw=fh-flfh, 所以(suy) fbwf=fhf-flffhf=(1+FAm)fh(1+FAm)fbw第30页/共59页第三十一页，共5

18、9页。对输入电阻的影响对输入电阻的影响(yngxing) 1. 串联串联(chunlin)负反馈使输入电阻提高负反馈使输入电阻提高 UfiUUiIi Au 或 AgXoriririf Fu或 Fr图 4 - 11 串联(chunlin)负反馈方框图。 第31页/共59页第三十二页，共59页。开环输入电阻： 闭环输入电阻： iiiiiiifiiiifrFAIUFAIFAUUIUUIUr)1()1(iiiIUr第32页/共59页第三十三页，共59页。2.并联并联(bnglin)负反馈使输入电阻减小负反馈使输入电阻减小 riUsRsIiUirifIi Ar 或 Airi Fg或 FIfXo图 4 -

19、 12 并联(bnglin)负反馈的方框图。 第33页/共59页第三十四页，共59页。开环输入电阻： iiiIUr 闭环输入电阻： iiiiiifiiiiifrFAIUFAFAIIUIIUIUr1111第34页/共59页第三十五页，共59页。对输出电阻的影响对输出电阻的影响(yngxing) 1.电压电压(diny)负反馈使输出电阻减小负反馈使输出电阻减小 XiXfXiFroIoUorofAoXi图4 13 电压(diny)负反馈方框图 第35页/共59页第三十六页，共59页。FArIUrrFAUrFAUUrXAUIFAUAXXAooooofooooooooioooooofio1)1 ( 可见

20、, 引入电压负反馈后可使输出电阻减小到ro(1+AoF) 。不同的反馈形式,其A、F的含义不同。串联(chunlin)电压负反馈F=Fu=Uf/Uo, A=Au=Uo/Ui; 并联电压负反馈F=Fg=If/Uo, A=Ar=Uo/Ii。 第36页/共59页第三十七页，共59页。2. 电流电流(dinli)负反馈使输出电阻增大负反馈使输出电阻增大 XiXfXiFroIoUorofAXi图4 14 电流(dinli)负反馈方框图 第37页/共59页第三十八页，共59页。oooofoooooooofiooiorAFIUrrUIAFrUFAIIFAIAXAXrUAXI)1 ()1 (A为RL=0 时的

21、短路(dunl)开环放大倍数)第38页/共59页第三十九页，共59页。减小非线性失真和抑制减小非线性失真和抑制(yzh)干扰、噪声干扰、噪声 XiAXott大小(a) 无反馈XiAXoXiXfF(b) 有负 反馈t大小t大小t图 4 15 负反馈减小非线性失真 第39页/共59页第四十页，共59页。 【例1】某放大器的Au=1000, ri=10k, ro=10 k,fh=100kHz, fL=10kHz,在该电路中引入串联电压负反馈后, 当开环放大倍数变化(binhu)10%时, 闭环放大倍数变化(binhu)不超过1%, 求Auf, rif, rof, fhf, flf。 009. 099

22、10110/1uuuuufufuuuuAFAFAAAAAF解解 第40页/共59页第四十一页，共59页。kHzfAFrkHzrAFrkAFrkrAFrAFAAuufhuuhfuuofiuuifuuuuf11010111100010010)1 (110101111001010)1 (100101000111第41页/共59页第四十二页，共59页。4.3 负反馈放大器的指标负反馈放大器的指标(zhbio)计算计算 等效电路法等效电路法 把反馈放大器中的非线性器件用线性电路等效把反馈放大器中的非线性器件用线性电路等效, 然后然后根据电路理论来求解各项指标根据电路理论来求解各项指标(zhbio)。其求

23、解过程可借。其求解过程可借助计算机实现。助计算机实现。 第42页/共59页第四十三页，共59页。 分离法分离法 把负反馈放大器分离成基本放大器和反馈网络两把负反馈放大器分离成基本放大器和反馈网络两部分部分, 然后分别求出基本放大器的各项指标然后分别求出基本放大器的各项指标(zhbio)和反馈网络的反馈系数和反馈网络的反馈系数, 再按上一节的有关公式再按上一节的有关公式, 分别分别求得求得Af, rif、 rof, fhf等。等。 第43页/共59页第四十四页，共59页。强负反馈放大器的增益强负反馈放大器的增益(zngy)估算法估算法 1. 强负反馈的概念强负反馈的概念 若若AF1, 则称之为强

24、负反馈。通常则称之为强负反馈。通常, 只要是多级负反馈放大器只要是多级负反馈放大器, 我们就可以认为我们就可以认为(rnwi)是强负反馈电路。因为多级负反馈放大器是强负反馈电路。因为多级负反馈放大器, 其开环增益很高其开环增益很高, 都能满足都能满足AF1 的条件。的条件。 第44页/共59页第四十五页，共59页。2. 估算依据估算依据对于对于(duy)强负反馈放大器来说强负反馈放大器来说, 因为因为AF1, 所以所以FAFAFAAAf11强负反馈条件(tiojin)下： FAf1把Af=Xo/Xi, F=Xf/Xo 代入上式得 foioXXXX对于(duy)串联负反馈 fiUU 对于并联负反

25、馈 fiII 第45页/共59页第四十六页，共59页。 【例【例2】估算】估算( sun)图图4-16(a)所示串联电压负反馈放大器的闭环电压增益所示串联电压负反馈放大器的闭环电压增益Auf=Uo/Ui。 UiC1C2RfUoV2C3CFRfUo(a) 电路(b) 反馈网络UCCUfV11Rc1Rb2Rc2Re2Ce1Ce22Rb21Rb1Re1eR1Re图 4-16 串联(chunlin)电压负反馈电路 第46页/共59页第四十七页，共59页。 解解 由于是串联电压负反馈由于是串联电压负反馈, 故故UiUf。由图。由图4-16(b)可知可知, 输出电压输出电压Uo经经Rf和和Re1分压后反馈

26、至输入分压后反馈至输入(shr)回路回路, 即即ofeefURRRU1111111efefefooufRRRRRUUUUA第47页/共59页第四十八页，共59页。 【例3】 求图4-17(a)所示的串联电流负反馈电路(dinl)的闭环电压增益Auf=Uo/Ui。 UCCUiRfRfUf(a) 电路(b) 反馈网络V1V2V3RLUo1Re2Re3Re3Ie31Rb21Rb11Rb12Rb1Rc22Rb2Rc3Rc32Rb3Ie1Re3ReIf图 4-17 串联电流(dinli)负反馈电路 第48页/共59页第四十九页，共59页。解解 因为因为(yn wi)是串联负反馈是串联负反馈, 所以所以U

27、iUf。 1113313133333331313313)/(LeeefeioufLoefeeeffLoceLcLLcoeefeeeeffeefeefRRRRRRUUARURRRRRUURUIIRRRRIUIRRRRRRIUIRRRRI式中第49页/共59页第五十页，共59页。 【例4】 求图 4-18 所示的并联电压负反馈电路(dinl)的源电压闭环增益Ausf=Uo/Us。 图图 4 18 并联并联(bnglin)电压负反馈电路电压负反馈电路 V3IfrifRsUCCUsRfRfUo(a) 电路(b) 反馈网络V1V2RLUoIfIsCf12Rb1Rc22Rb2Rc3Rc32Rb1Re2Re3Re31Rb21Rb11Rb第50页/共59页第五十一页，共59页。解解 sfsousffossfofssifssiRRUUARURURUIRUrRUI第51页/共59页第五十二页，共59页。 【例 5】 求图 4 - 19(a)所示并联电流负反馈电路(dinl)的闭环源电压增益Ausf。 V2V1RbIfRf(b) 反馈网络IfUsIiRsRLRfUo(a) 电路rifUCC1Rc2Rc1Re2Re2Ie2Ie2Re图图 4 19 并联电流并联电流(dinl