第六章(1)模拟电子电路 PPT.ppt

1、第6章 反馈,61 反馈的基本概念及基本方程 62 负反馈对放大器性能的影响 63 反馈放大器的分类及对输入、 输出阻抗的影响 64 反馈放大器的分析和近似计算 65 反馈放大器稳定性讨论 66 运算放大器的小信号闭环带宽、 压摆率及功率带宽,61 反馈的基本概念及基本方程,611 什么是反馈 反谓反馈，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，从而使放大器的某些性能获得有效改善的过程。,反馈电路我们并不陌生。在第二章，曾经讨论过的电流负反馈稳定工作点偏置电路，就是一个很好的例子。如图61所示.,图61负反馈稳定工作点

2、电路,612反馈放大器的基本框图 为了使问题的讨论更具普遍性，我们将反馈放大器抽象为如图62所示的方框图。图中虚线表示反馈放大器，其输入信号为 ，输出信号为 。反馈放大器包含两部分，即基本放大器和反馈网络。基本放大器的传输方向为输入到输出；反馈网络的传输方向为输出到输入(图中箭头方向就是信号的传输方向)。,图62反馈放大器基本框图,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),(61),(62),(63),(64),反馈网络的传输系数(也称反馈系数),环路增益(回归比),现在，我们来推导闭环增益Af与开环增益以及反馈系数之间的关系。由图6-2可见,(6 5),

3、(66),(67),(68),(69),式(69)称为反馈放大器的基本方程。,由以上所述，可得如下结论： （1）负反馈使放大器的增益下降了（1+AF）倍。 （2）令1 +AF=D，称它为反馈深度，它是一个表征反馈强弱的量。,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 负反馈稳定放大器增益的原理是因为负反馈有自动调节作用。工作环境变化(如温度、湿度)、器件更换或老化、电源电压不稳等诸因素会导致基本放大器的放大倍数不稳定。,通常用放大倍数的相对变化量来衡量放大器的稳定性。 开环放大倍数相对稳定度为 闭环放大倍数相对稳定度为,(613),(614),例1设计一个负反馈放大器，要

4、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。 解 因为,所以，反馈深度D必须满足,因为,所以,因为,622负反馈使放大器通频带展宽，线性失真减小 简单的数学分析将告诉我们，频带展宽的程度与反馈深度有关。设开环增益的高频响应具有一阶极点，即,(615 ),(616),(617),(618a ),(618b),(619),显然，AIf是闭环中频放大倍数，它比开环中频放大倍数减小了(1+FAI)倍。fHf是闭环放大倍数的上限频率，它比开环上限频率展宽了(1+FAI)倍。定义增益频带积为中频增益与上限频率的乘积，即有,(

5、620),(621),图63负反馈改善放大器频率响应的示意图,图64引起频率失真的因素必须包含在反馈环之内,623负反馈使非线性失真减小，输入动态范围展宽 负反馈减小非线性失真的原理可以用图65简要说明。若输入信号 为单一频率的正弦波，由于放大器内部器件(如晶体管)的非线性，使输出信号产生了非线性失真，如图65(a)所示，将输出信号形象地描述为“上长下短”的非正弦波。引入负反馈后(如图65(b),图65负反馈改善非线性失真的工作原理示意图 (a)无反馈；(b)负反馈使非线性失真减小,(622),(623),(624),(625),624 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

6、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。,综上所述，负反馈有以下特点： (1)负反馈使放大器的放大倍数下降，但增益稳定度提高,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(1+AF)有关。 (2)被改善的对象就是被取样的对象。例如，反馈取样的是输出电流，则有关输出电流的性能得到改善；反之，取样对象是输出电压，则有关输出电压的性能得到改善。 (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

7、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。,63 反馈放大器的分类及对输入、输出阻抗的影响,631电压反馈与电流反馈 按反馈网络与基本放大器输出端的连接方式不同，反馈分为电压反馈和电流反馈两种类型。 如图66(a)所示，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，且与输出电压成正比。若令 ，则反馈信号 立即为零，我们将这种反馈称之为电压反馈。,图66电压反馈和电流反馈,632电压反馈和电流反馈对输出电阻的影响 电压反馈与电流反馈对放大器输出电阻的影响极为不同，电压负反馈使输出电阻减小，电流负反馈使输出电阻增大。图67给出分析电压负反馈输

8、出电阻的等效电路。其中，Ro为基本放大器的输出电阻(即开环输出电阻)， 为等效路电压(A0为不计负载时的放大倍数)。反馈放大器的输出电阻定义为,图67 电压负反馈放大器输出电阻的计算,(626),(627),(628),式(628)表明，电压负反馈使放大器输出电阻减少了(1+A0F)倍。输出电阻减小，意味着负载RL变化时，输出电压 的稳定度提高了。这与上一节的分析结果是完全一致的。 对于电流负反馈，由于反馈信号 与输出电流成正比，所以我们采用恒流源等效电路，如图68所示。输出电阻Rof为,图68电流负反馈放大器输出电阻的计算,(630),(629),式(630)表明，电流负反馈使放大器的输出电

9、阻增大为Ro的(1+AF)倍。输出电阻增大，意味着负载变化时，输出电流稳定。这一点和上一节的分析结果也是完全一致的。,633串联反馈与并联反馈 根据反馈网络和基本放大器输入端的连接方式不同，反馈有串联反馈和并联反馈之分。如图69(a)所示，反馈网络串联在基本放大器的输入回路中，输入信号支路与反馈支路不接在同一节点上，控制端的净输入电压 等于输入电压 和反馈电压 的矢量和。如果是负反馈，则有,(631),图69串联反馈和并联反馈框图 (a)串联反馈；(b)并联反馈,图69(b)所示电路中，反馈网络直接并联在基本放大器的输入端，输入信号支路与反馈信号支路接到基本放大器的同一节点上。在这种反馈方式中

10、，用节点电流描述较为方便、直观，即放大器的净输入电流 等于输入电流 和反馈电流 的矢量和。如果是负反馈，则有,(632),图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,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,634串联负反馈和并联负反馈对放大器输入电阻的影响 串联负反馈使输入电阻增大，并联负反馈使输入电阻减小。 如图69(a)所示，输入电阻Rif为,(633),(634),(635),(636),(637),式(637) 表明，并联负反馈使放大器的输入电阻减小了（1+AF）倍。,通过以上分析，可得如下结论： （1）反馈电路可

11、归纳为四种组态(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 。 （2）串联负反馈使放大器的输入电阻增大为无反馈时的（1+AF）倍，并联负反馈使放大器的输入电阻减小为无反馈时的（1+AF）倍；电压负反馈使放大器的输出电阻减小为无反馈时的（1+AF）倍，电流负反馈使放大器的输出电阻增大为无反馈时的（1+AF）倍。,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,64 反馈放大器的分析和近似计算,641四种组态反馈放大器增益和反馈系数的定义及近似计算 为了分析计算公式的一致性和反映四

12、种反馈组态的特点，定义不同的增益和反馈系数。 一、串联电压负反馈 如图612(a)所示，串联电压负反馈的增益和反馈系数的定义为 ,二、串联电流负反馈 如图612(b)所示，电流反馈的反馈信号正比于输出电流，故串联电流负反馈的增益和反馈系数的定义为,(638),(639),三、并联电压负反馈 如图612(c)所示，并联反馈的输入量取电流，反馈量也为电流，而输出量是电压，故并联电压负反馈的增益和反馈系数的定义,(640),四、并联电流负反馈 如图612(d)所示，并联电流负反馈的输入量、反馈量及输出量均取电流，故增益和反馈系数定义为,(641),可见，Ai、Aif及Fi都是无量纲的。,(642),

13、(643),642集成运算放大器的两种基本反馈阻态 一、集成运算放大器的开环传输特性 集成运算放大器是高增益的直接耦合放大器。在集成运算放大器中施加深度负反馈，就可以得到性能十分优异的放大电路。 集成运算放大器有两个输入端和一个输出端，输出电压正比于两个输入电压之差。开环放大倍数非常大，所以输入差模信号必须在一个很小的范围内，才能保证放大器工作在线性放大状态。,图613集成运算放大器开环传输特性 (a)运算符号；(b)开环传输特性,二、并联电压负反馈反相比例放大器 如图614(a)所示,图614并联电压负反馈反相比例放大器 (a)电路；(b)闭环传输特性,1. 闭环增益Auf 根据深反馈条件,

14、(644),(645),2.闭环输入电阻Rif 由图614(a)可见，反馈电阻R2跨接在运放的输入端和输出端，应用密勒定理，将R2等效到运放的输入端，则等效阻抗Z1为,(646）,(647),图615反相比例放大器的输入电阻,3. 闭环输出电阻Rof 因为理想运算放大器的输出电阻Ro0，施加电压负反馈后的输出电阻进一步减小，所以,(648),三、串联电压负反馈同相比例放大器 如图616(a)所示,(649),(650),(651),图617 运放构成的电压跟随器,理想运算放大器开环输入阻抗Ri,输出电阻Ro0,串联电压负反馈又使输入阻抗增大，输出电阻减小,所以，闭环输入电阻Rif=,闭环输出电

15、阻Rof=0。,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 图618给出了三个单级放大器电路。这三个电路是大家十分熟识的电路，其放大倍数、输入电阻、输出电阻在第二章用等效电路方法已经计算过，这里我们仅从负反馈的角度进一步认识它们。,1. 单级串联电压负反馈电路 图618(a)为共集放大器，即射极跟随器。,图618三种不同反馈组态的单级放大器,图618三种不同反馈组态的单级放大器,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 图618(b)电路是一个基极输入、集电极输出的共射放大器。,(655),(656),该电路的输出电阻可视为集电极负载电阻RC与管子支路的等效输出电阻Rof并联。因为电流反馈使管子支路的输出电阻增大了，所以总的输出电阻Rof为,(657),