模拟电子反馈电路

1、,第六章 放大电路中的反馈,6.1 反馈的基本概念及判断方法,6.2 负反馈放大电路的四种组态,6.3 负反馈放大电路的基本放大电路,6.4 深度负反馈放大电路放大倍数分析,6.5 负反馈对放大电路性能的影响,6.6 负反馈放大电路的稳定性,本章目录,总目录,点击即可进入学习,习题解答,一、反馈的基本概念,将输出量的一部分或全部通过一定的电路形式作用到输入回路，用来影响输入量的措施。,1 什么是反馈？,输入 回路,输出 回路,反馈网络,反馈过程,输出电流ICQ发生变化,使RE压降UEQ ICQ RE变化,使UBE变化,抑制ICQ的变化,具有反馈的电路,看一个电路实例,6.1 反馈的基本概念和判

2、断方法,一、反馈的基本概念,输出信号,输入信号,反馈信号,净输入信号,反馈电路的结构框图,一、反馈的基本概念,反馈电路的三个环节：,放大：,反馈：,叠加：,输出信号,输入信号,反馈信号,净输入信号,一、反馈的基本概念,输出信号,输入信号,反馈信号,净输入信号,2 正反馈和负反馈,正反馈：使放大电路净输入量增大的反馈,负反馈：使放大电路净输入量减小的反馈,一、反馈的基本概念,输出信号,输入信号,反馈信号,净输入信号,3 直流反馈和交流反馈,直流反馈：反馈量只含有直流量,交流反馈：反馈量只含有交流量,二、反馈的判断,1 判断有无反馈,放大电路中存在反馈通路,并影响了净输入量,有反馈 ,否则就认为电

3、路中没有反馈,无反馈通路, 所以无反馈,R2引入了 反馈,R上的电压(电流)不影响放大电路的输入电压(电流) 因而没有引入反馈,放大电路中存在反馈通路,并影响了净输入量,有反馈 ,否则就认为电路中没有反馈,R上的电压(电流)不影响放大电路的输入电压(电流) 因而没有引入反馈,比较一下,uf 和 uo 有关,ud = ui- uf,结论:有反馈,二、反馈的判断,1 判断有无反馈,2 判断正反馈还是负反馈？-瞬时极性法,假定某一时刻输入信号对地的极性为正(负)，逐级判断电路中各相关点电流的流向和电位的极性，由输出信号的极性得出反馈信号的极性:若反馈信号使净输入信号增大，是正反馈，若反馈信号使净输入

4、信号减小，是负反馈。,+,+,uo,+,ud = ui- uf,+,-,-,ud = ui+ uf,(负反馈),(正反馈),二、反馈的判断,二、反馈的判断,2 判断正反馈还是负反馈？-瞬时极性法,假定某一时刻输入信号对地的极性为正(负)，逐级判断电路中各相关点电流的流向和电位的极性，由输出信号的极性得出反馈信号的极性:若反馈信号使净输入信号增大，是正反馈，若反馈信号使净输入信号减小，是负反馈。,+,-,+,-,由于输入信号与反馈信号作用于同一点,且极性相反,即反馈信号削弱了净输入信号,故为负反馈,瞬时极性法动画演示,二、反馈的判断,3 判断直流反馈还是交流反馈？,存在于直流通路中的反馈为直流反

5、馈,存在于交流通路中的反馈为交流反馈,直流通路,交流通路,(无反馈),(有反馈),存在直流反馈,二、反馈的判断,3 判断直流反馈还是交流反馈？,存在于直流通路中的反馈为直流反馈,存在于交流通路中的反馈为交流反馈,直流通路,交流通路,(有反馈),(无反馈),存在交流反馈,反馈量如果取自输出电压,我们称之为电压负反馈 反馈量如果取自输出电流,我们称之为电流负反馈,反馈量与输入量若以电压方式相叠加 :串联负反馈 反馈量与输入量若以电流方式相叠加 :并联负反馈,负反馈的四种组态:,从输出端来看:,从输入端来看:,电压串联负反馈,电流串联负反馈,电压并联负反馈,电压并联负反馈,6.2 负反馈放大电路的四

6、种组态,将放大器的输出端短路（使uo = 0），若其反馈信号随之消失，则为电压反馈，否则为电流反馈,一、反馈组态的判断,1 判断电压反馈还是电流反馈-输出短路法,使uo = 0,等效电路,(无反馈),引入的是电压反馈,将放大器的输出端短路（使uo = 0），若其反馈信号随之消失，则为电压反馈，否则为电流反馈,一、反馈组态的判断,1 判断电压反馈还是电流反馈-输出短路法,使uo = 0,等效电路,(反馈仍然存在),引入的是电流反馈,反馈信号与输入信号在输入端以电压形式叠加为串联反馈 反馈信号与输入信号在输入端以电流形式叠加为并联反馈,2 判断串联反馈还是并联反馈,uo,ud = ui uf,(电

7、压形式叠加),iN =iI - if,(电流形式叠加),一、反馈组态的判断,用“直接观测法”判断反馈组态,观察放大电路的输出端口：若反馈通路和放大电路的输出端接在同一点上，则为电压反馈，反之则是电流反馈。,1 判断电压反馈还是电流反馈,电压反馈,电流反馈,用“直接观测法”判断反馈组态,2 判断串联反馈还是并联反馈,观察放大电路的输入端口：若反馈输入和放大电路的输入接在同一点上，则为并联反馈，反之则是串联反馈。,并联反馈,串联反馈,反馈组态判断动画演示（一）,反馈组态判断动画演示（二）,例1：判断电路中是否有负反馈，若有，判断反馈的组态。,(1) 判断有无反馈,结论:Rf引入了反馈，且交直流通路

8、中都存在,例1：判断电路中是否有负反馈，若有，判断反馈的组态。,+UCC,RC,C2,C1,Rf,ui,uo,i,ib,+,-,(2) 判断反馈极性-瞬时极性法,结论:负反馈,例1：判断电路中是否有负反馈，若有，判断反馈的组态。,+UCC,RC,C2,C1,Rf,ui,uo,i,ib,+,-,(3) 判断电压反馈电流反馈-开路短路法,结论:电压负反馈,例1：判断电路中是否有负反馈，若有，判断反馈的组态。,+UCC,RC,C2,C1,Rf,ui,uo,i,ib,+,-,(4) 判断串联反馈并联反馈,结论:电压并联负反馈,例2：判断Rf是否引入负反馈，若是，判断反馈的组态。,uo,ui,RE2,R

9、f,RE1,RC1,RC2,+UCC,+,-,-,(1) 判断反馈极性-瞬时极性法,结论:负反馈,(2) 电压反馈电流反馈？-开路短路法,结论:电压并联负反馈,例3：判断如图电路中RE1、RE2的负反馈作用。,例4: 判断下图电路中引入了何种负反馈,(1) 判断反馈极性-瞬时极性法,+,-,+,+,结论:负反馈,(2) 判断电压反馈还是电流反馈-输出短路法,结论:电压负反馈,等效电路,例4: 判断下图电路中引入了何种负反馈,(3) 判断串联反馈还是并联反馈,结论:串联电压负反馈,例4: 判断下图电路中引入了何种负反馈,二 、反馈类型与作用,1 电压(电流)负反馈的作用,uF,uD = uI -

10、 uF,结论:电压负反馈能稳定输出电压!,同理,电流负反馈能稳定输出电流!,电压串联负反馈,该电路引入了什么反馈?,假设某种原因使输出电压变化时的稳定过程,一、负反馈放大电路的方块图表示法,基本放大 电路A,+,(开环放大倍数),(反馈系数),(闭环放大倍数),(路环放大倍数),6.3 负反馈放大电路的基本放大电路,一、负反馈放大电路的方块图表示法,当AF1时,当AF0时,引入了正反馈,当1+AF=0时,产生自激振荡,二、四种组态负反馈的方块图,电压串联负反馈,电流串联负反馈,电压并联负反馈,电流并联负反馈,三、负反馈放大电路中的基本放大电路,1 何为基本放大电路?,一般情况下,不能认为把反馈

11、简单地去掉就是基本放大电路了.,2 如何得到基本放大电路?,找到反馈网络;,求反馈网络在放大电路输入端的等效负载,要考虑反馈网络在输入端和输出端引入的等效负载.,电压反馈:令uo=0,求出反馈网络在输入端的等效电阻电流反馈:令io =0,求出反馈网络在输入端的等效电阻,求反馈网络在放大电路输出端的等效负载,断开反馈网络和输入量之间的联系,求出反馈网络在输出端的等效电阻,三、负反馈放大电路中的基本放大电路,(1) 电压串联负反馈电路的基本放大电路,X,电压反馈:令uo=0,求出反馈网络在输入端的等效电阻,串联反馈:断开输入信号对反馈网络的影响,求出反馈网络在输出端的等效电阻,基本放大电路,电压串

12、联负反馈,三、负反馈放大电路中的基本放大电路,(2) 电流串联负反馈电路的基本放大电路,电流反馈:令io=0,求出反馈网络在输入端的等效电阻,串联反馈:断开输入信号对反馈网络的影响,求出反馈网络在输出端的等效电阻,X,X,基本放大电路,三、负反馈放大电路中的基本放大电路,(3) 电压并联负反馈电路的基本放大电路,电压反馈:令uo=0,求出反馈网络在输入端的等效电阻,并联反馈:断开输入信号对反馈网络的影响,求出反馈网络在输出端的等效电阻(输入对地短路),基本放大电路,三、负反馈放大电路中的基本放大电路,(4) 电流并联负反馈电路的基本放大电路,电流反馈:令io=0,求出反馈网络在输入端的等效电阻

13、,并联反馈:断开输入信号对反馈网络的影响,求出反馈网络在输出端的等效电阻(输入对地短路),基本放大电路,一 、什么是深度负反馈,反馈深度,当 时,称为深度负反馈,二、深度负反馈的特点,(串联反馈),(并联反馈),6.4 深度负反馈放大电路放大倍数分析,三、反馈网络和放大倍数分析,1 电压串联负反馈,注：与负载RL无关,2 电流串联负反馈,三、反馈网络和放大倍数分析,3 电压并联负反馈,三、反馈网络和放大倍数分析,信号源内阻 必不可少(269),4 电流并联负反馈,三、反馈网络和放大倍数分析,4 电流并联负反馈,总结: 1深度负反馈时的反馈系数 决定于反馈网络； 与放大电路的输入、输出特性无关；

14、 及负载电阻无关,三、反馈网络和放大倍数分析,2放大倍数的求法 正确判断反馈组态； 求出反馈系数； 利用反馈系数求出放大倍数,四、 例题,解：判断反馈类型为电流串联负反馈,例1 已知R1=10K， R2=100K， R3=2K， RL=5K, 求深度负反馈条件下的Auf,四、例题,解：经判断反馈类型为电压串联负反馈,例2 已知R2=10K， R4=100K求深度负反馈条件下的Auf,四、例题,解:（1）电压串联负反馈,例3 (1) 判断电路中引入了哪种组态的交流负反馈; (2) 求出深度负反馈条件下的Af和Auf,四、例题,解: (1)电流并联负反馈,例4 (1) 判断电路中引入了哪种组态的交

15、流负反馈; (2) 求出深度负反馈条件下的Af和Auf,(1)电流/电压（I/V）变换电路,使输出电压和输入电流成线性关系，而与负载RL无关。,利用虚短和虚断可知:,五、深度负反馈的应用,(2)电压/电流（V/I）变换电路（负载不接地型）,输出电流与输入电压成线性关系，与负载RL大小无关。,负载不接地型V/I电路,利用虚短和虚断可知:,在许多场合，负载必须接地，此时可列方程组后求 得输入电压与输出电流关系：,解得：,负载接地型V/I电路,(3) 电压/电流（V/I）变换电路（负载接地型）,叠加原理,自举电容,(4)自举电路,不加自 举电容,虽然引入电压串联负反馈，可输入电阻不大，约为R1+R2

16、。,加自举电容,引入正反馈,使输入端动态电位 升高（自举）,使输入电阻大大提高,当A、B间用大电容(自举电容)跨接后，使A点电位与发射极电位相同，从而使A点电位升高。,流过Rb支路的电流减小，Rb支路的等效电阻增加。但该电路中，由于rbe1支路电阻比Rb支路电阻小得多，所以自举电容对整个放大器的输入电阻增加不多。,例5,稳定放大倍数,减少非线性失真,扩展频带,改变输入电阻和输出电阻,6.5 负反馈对放大电路性能的影响,一、提高放大倍数的稳定性,闭环时,则:,只考虑幅值有,即闭环增益相对变化量比开环减小了1+AF倍,另一方面:,在深度负反馈条件下,即闭环增益只取决于反馈网络。当反馈网络由稳定的线

17、性元件组成时，闭环增益将有很高的稳定性。,(1) 串联负反馈使输入电阻增加,无反馈时：,有反馈时：,二、改变输入电阻,无反馈时：,有反馈时：,(2) 并联负反馈使输入电阻减小,二、改变输入电阻,三、改变输出电阻,(1) 电压负反馈使输出电阻减小,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。,三、改变输出电阻,(2) 电流负反馈使输出电阻提高,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。,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：fbwf = (1+AF) fbw 放大器的一个重要特性

18、：增益与通频带之积为常数。 即： Amf fbwf= Am fbw,四、扩展频带,假定反馈网络为纯电阻，反馈系数F为实数，且放大电路在低频段和高频段都只有一个转折频率（极点频率）。因此，高低频段频率特性的复数表达式分别为：,低频段,高频段,四、扩展频带,可见闭环后，上限频率展宽了。,加了负反馈后的高频段频率特性,可见闭环后，中频增益下降了。,四、扩展频带,加了负反馈后的低频段频率特性,可见闭环后，下限频率展宽了。,可见闭环后，低频增益下降了。,四、扩展频带,加反馈前,加反馈后,失真!,改善!,五、减小非线性失真,非线性失真的定量分析,假定失真由末级引起，如图所示：,开环时：,闭环后：输出信号降

19、低了，并为,模拟失真的信号,五、减小非线性失真,注意：信号本身的非线性，负反馈将无能为力。,上式表明，闭环使有用信号 和失真信号部分 都下降为开环时的 。比较反馈效果应该在同一输出幅度下才有意义，所以应加大 使其反馈后的输出电压 和反馈前的 相等。,增大 后，上式变为：,由上式可见，引入负反馈后，可以通过加大有用的输入信号，使损失部分得以补尝，而负反馈将失真部分的信号得到了抑制。,五、减小非线性失真,非线性失真的定量分析,要稳定直流量,引直流负反馈,要稳定交流量,引交流负反馈,要稳定输出电压,引电压负反馈,要稳定输出电流,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

20、,六、放大电路中引入负反馈的原则,解：1. 电压串联负反馈,2. 电流串联负反馈,3. 电流并联负反馈,4. 电压并联负反馈,例2：根据要求选择合适的负反馈，正确连接下列电路。,1. 减小放大电路从信号源索取的电流并增强带负载能力；,解：电压串 联负反馈,解：电流并 联负反馈,2.将输入电流 iI 转换成与之成稳定线性关系的输出电流iO；,例2：根据要求选择合适的负反馈，正确连接下列电路。,解：电压并 联负反馈,3.将输入电流 iI 转换成稳定的输出uO,例2：根据要求选择合适的负反馈，正确连接下列电路。,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

21、产生一定频率的信号输出。,6.6 负反馈放大电路的稳定性,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。,反馈性质为负反馈。,变为正反馈。,此时，若满足,则Xi=0，仍会有输出信号。,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：,二、稳定判据及稳定裕度,方法一：,则放大器稳定。否则自激。,0,0,-90,-180,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,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：,例1：设一基本放大器的增益为：,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，它决定了整个基本放大器的上限频率，称为主极点频率。,2.设反馈系数 ， 分析其稳定性,与E点相对应的附加相位移为 ，因此，放大器不稳定。,例1：,(1)