第5章 负反馈放大电路.ppt

1、第5章 负反馈放大电路,5.1 反馈的基本概念 5.2 负反馈放大器的四种组态 5.3 反馈的表示方法 5.4 负反馈对放大电路性能的影响 5.5 负反馈放大电路应用中的几个问题 小结,5.1 反馈的基本概念,5.1.1反馈的定义 所谓反馈，就是在电子系统中把输出量(电流量或电压量)的一部分或全部以某种方式送回输入端，使原输入信号增大或减小并因此影响放大电路某些性能的过程。 这里有两种不同的信号流通方向：一个是从输入到输出的信号(放大)流向；一个是从输出到输入的信号(反馈)流向。,下一页,5.1 反馈的基本概念,5.1.2反馈放大电路的方框图 所有的反馈放大电路都可以看成是由基本放大电路和反馈

2、网络两部分组成，如图5-1所示。 反馈可以在一级放大器内存在，称为本级反馈，也可以在多级放大电路中存在，称为级间反馈。级间反馈能改善整个放大电路的性能；本级反馈只能改善本级电路的性能。,下一页,上一页,5.1 反馈的基本概念,5.1.3电路中的反馈形式 从反馈的定义来看，一个电路中是否有反馈，一般有以下两种情况： 一是有反馈支路一端接于放大电路的输出端，另一端接于放大电路的输入端，用以将输出信号送回输入端，如图5-2(a)中的反馈电阻RF； 二是有反馈支路同时处于放大电路的输入回路和输出回路中，如图5-2(b)中的射极电阻RE，由于射极电阻RE上既有输入信号又有输出信号，因此，RE本身就已经担

3、当了将输出信号送回输入端的作用。,下一页,上一页,5.1 反馈的基本概念,5.1.3电路中的反馈形式 1.正反馈与负反馈 反馈极性的判别，通常采用瞬时极性法。方法如下: (1)先假定放大器输入端的输入信号在某一瞬间时的极性为正，说明该点瞬时电位的变化是升高的，在图中用“+”号表示。 (2)根据各级电路输入输出电压的相位关系，依次推断出有瞬时输入信号所引起的各点电位的瞬时极性，分别用“+”或表示。 (3)最后在放大器的输入回路比较反馈信号和原输入信号的极性。 例如图5-3所示。,下一页,上一页,5.1 反馈的基本概念,5.1.3电路中的反馈形式 2.直流反馈和交流反馈 如果反馈网络存在于放大电路

4、的交流通路中，影响放大电路交流性能的称为交流反馈；如果反馈网络存在于放大电路的直流通路中，对放大电路的静态产生影响的称为直流反馈。 图5-5给出了交流反馈和直流反馈的例子。 直流反馈和交流反馈的区分可以通过画出整个反馈电路的交、直流通路来判定。 直流反馈的作用是稳定放大器的静态工作点。 交流负反馈的作用是改善放大器的动态特性。,下一页,上一页,5.1 反馈的基本概念,5.1.3电路中的反馈形式 3.电压反馈和电流反馈 由于基本放大电路和反馈网络均是四端双口，因此基本放大电路AF与反馈网络的端口连接方式就有串联和并联的区别。 基本放大电路A与反馈网络F在反馈放大电路输出端的连接方式，叫做采样方式

5、。根据采样方式的不同，其分为电压反馈和电流反馈，如图5-6所示。 区分电压反馈和电流反馈可以采用假想负载短路法。假设把输出负载短路，即u0=0，若反馈信号因此消失，则为电压反馈；如果反馈信号依然存在，则为电流反馈。,下一页,上一页,5.1 反馈的基本概念,5.1.3电路中的反馈形式 4.串联反馈和并联反馈 基本放大电路A与反馈网络F在反馈放大电路输入端的连接方式，叫做比较方式。根据比较方式的不同，其分为串联反馈和并联反馈，如图5-8所示。 区分串联反馈和并联反馈的方法是：如果反馈信号和输入信号在同一节点引入，为并联反馈；如果反馈信号和输入信号不在同一节点引入，为串联反馈。 在图5-8( a)所

6、示的电路中，反馈信号和输入信号在同一节点上，为串联反馈。对于图5-8(b)所示电路，反馈信号和输入信号不在同一节点上，为并联反馈。,上一页,返 回,5.2 负反馈放大器的四种组态,1.电压串联负反馈 图5-9所示的放大电路称为电压串联负反馈电路。 电压串联负反馈放大器的特点是：输出电压稳定，输出电阻小，输入电阻大。 它是良好的电压-电压放大器。,下一页,5.2 负反馈放大器的四种组态,5.1.3电路中的反馈形式 2.电流串联负反馈 在图5-10所示电路中，由Rf构成输入、输出间的反馈回路。反馈回路能同时通过交流和直流信号，所以该反馈为交、直流反馈。 图5-10为电流串联负反馈放大电路。 电流串

7、联负反馈放大器的特点是：输出电流稳定，输出电阻增大，输入电阻增大。它是良好的电压-电流放大器。,下一页,上一页,5.2 负反馈放大器的四种组态,5.1.3电路中的反馈形式 3.电流并联负反馈 图5-11为两级放大电路，负载电阻RL接于V2的集电极。该电路为电流并联负反馈放大电路。 电流并联负反馈放大器的特点是：输出电流稳定，输出电阻增大，输入电阻减小。它是良好的电流一电压放大器。 4.电压并联负反馈 在图5-12由集成运算放大器构成的反馈放大电路中，反馈电阻RF构成交直流反馈。 图5-12为电压并联负反馈放大电路。 电压并联负反馈放大器的特点是：输出电压稳定，输出电阻减小，输入电阻减小它是良好

8、的中流一中压放大器。,上一页,返 回,5.3 反馈的表示方法,5.1.3电路中的反馈形式 从图5-1反馈放大电路的框图中，还可以得到负反馈的几个一般表达式: 基本放大电路的放大倍数 (开环放大倍数) 反馈网络的反馈系数 反馈放大电路的放大倍数 (闭环放大倍数),下一页,5.3 反馈的表示方法,反馈放大电路闭环增益的一般表达式为 式中， 称为反馈深度，一般用D表来示，是衡量反馈强弱程度的一个重要指标。,上一页,返 回,5.4 负反馈对放大电路性能的影响,5.4.1闭环增益的三种结果 (1)当 时， ，即闭环增益降低了，说明此时放大电路引人了负反馈。) (2)如果 时，则 ，即闭环增益升高了，说明

9、此时放大电路引入了正反馈。 (3)若 ，则 说明放大电路在没有输入信号时，也会有信号输出，技术上称此种情况为自激振荡。,下一页,5.4 负反馈对放大电路性能的影响,5.4.2负反馈对放大器性能的影响 1.交流负反馈可以提高放大器增益的稳定性 引入负反馈后，电压放大倍数下降，但其相对变化量却大大减小了，从而提高了电压放大倍数的稳定性。结合具体的反馈组态，可得出：电压负反馈使输出电压稳定:电流负反馈使输出电流稳定。,下一页,上一页,5.4 负反馈对放大电路性能的影响,5.4.2负反馈对放大器性能的影响 2.交流负反馈可以减小非线性失真 给三极管设置合适的工作点可以减小非线性失真。然而当输入信号的幅

10、度较大时，三极管就可能工作在特性曲线的非线性部分，从而使输出波形失真，这是用合理设置工作点也解决不了的问题。用交流负反馈就可以解决这个问题。 如图5-16(a)所示。图5-16中输出波形的失真是由三极管固有的非线性所造成的，下面以输出波形出现上大下小为例，说明负反馈对非线性失真的改善作用。,下一页,上一页,5.4 负反馈对放大电路性能的影响,5.4.2负反馈对放大器性能的影响 3.交流负反馈可以抑制电路内部的干扰和噪声 对于三极管内部由于载流子的热运动而引起的干扰和噪声，负反馈也可以对其进行抑制，其原理与改善信号的非线性失真相同。 4.交流负反馈可以扩展放大器的通频带 把信号频率的变化看成为变

11、动因素，当频率的变动引起放大倍数的下降时，引入负反馈，则负反馈具有抑制放大倍数下降的作用。这样可使放大倍数在高频段或低频段下降的速度变缓，意味着闭环放大倍数比中频时下降3dB所对应的上限频率将增大，下限频率将减小，因而使放大电路的带宽扩展。,下一页,上一页,5.4 负反馈对放大电路性能的影响,5.4.2负反馈对放大器性能的影响 5.交流负反馈可以改变放大电路的输入电阻和输出电阻 1)串联负反馈使放大电路输入电阻增大，并联负反馈使输入电阻减小 2)电压负反馈使放大电路输入电阻减小，电流负反馈使输入电阻增大 (1)电压串联负反馈的输入电阻大、输出电阻小。 (2)电流串联负反馈的输入电阻大、输出电阻

12、大。 (3)电压并联负反馈的输入电阻小、输出电阻小。 (4)电流并联负反馈的输入电阻小、输出电阻大。,上一页,返 回,5.5 负反馈放大电路应用中的几个问题,5.5.1放大电路引入负反馈的一般原则 1.为改善性能引入负反馈的一般原则 (1)要稳定直流量(如静态工作点)，应引入直流负反馈。 (2)要改善放大电路的动态(交流)性能(如稳定放大倍数、展宽通频带、减小非线性失真等)，应引入交流负反馈。 (3)要稳定输出电压，减小输出电阻，提高带负载能力，应引入电压负反馈；要稳定输出电流，提高输出电阻，应引入电流负反馈。 (4)要提高输入电阻，应引入串联负反馈；要减小输入电阻，应引入并联负反馈。 (5)

13、要得到一个电压控制的电压源，获得一个良好的电压放大电路，应选用电压串联负反馈。,下一页,5.5 负反馈放大电路应用中的几个问题,5.5.1放大电路引入负反馈的一般原则 (6)要得到一个电流控制的电流源，获得一个良好的电流放大电路，应选用电流并联负反馈。 (7)要得到一个电流控制的电压源，获得一个良好的电流一电压转换电路，应选用电压并联负反馈。 (8)要得到一个电压控制的电流源，获得一个良好的电压一电流转换电路，应选用电流串联负反馈。,下一页,上一页,5.5 负反馈放大电路应用中的几个问题,5.5.1放大电路引入负反馈的一般原则 2.引入负反馈应注意的问题 (1)引入负反馈的前提是放大倍数要足够

14、大，因为改善性能是以降低放大倍数为代价的。 (2)性能的改善与反馈深度(1 + AF)有关，负反馈越深，放大性能越好。 (3)要确保引入负反馈。 (4)为达到改善性 能的目的，所引人的负反馈，可以在本级内部，也可以是在两级或多级之间，应视需要灵活掌握。,下一页,上一页,5.5 负反馈放大电路应用中的几个问题,5.5.2深度负反馈放大电路的特点及估算 1.深度负反馈 反馈深度I1 +AFI是衡量负反馈程度的重要指标，I1 +AFI越大，负反馈的程度就越深。 深度负反馈条件下的闭环放大倍数的表达式可近似为,下一页,上一页,5.5 负反馈放大电路应用中的几个问题,5.5.2深度负反馈放大电路的特点及

15、估算 2.深度负反馈放大电路的特点 (1)深度负反馈放大电路的放大倍数Af取决于反馈系数F，而与基本放大电路的放大倍数A基本无关。 (2)深度负反馈放大电路的闭环输入电阻可以认为是无穷大，输出电阻可以看成是零。 (3)在深度负反馈条件下,下一页,上一页,5.5 负反馈放大电路应用中的几个问题,5.5.3负反馈放大电路的稳定性 1.产生自激振荡的条件 产生自激振荡的条件为 可以分别写成自激的幅度条件和相位条件:,下一页,上一页,5.5 负反馈放大电路应用中的几个问题,5.5.3负反馈放大电路的稳定性 2.自激振荡产生的原因 当信号工作频率在放大器的通频带范围内，放大器不存在附加相移。当单级放大电

16、路工作在低频或高频段时，就会产生附加相移，最大的附加相移可达90。两级放大电路的最大附加相移可达180 ，但这时电路的放大倍数为零，不满足幅度条件，因此两级负反馈放大电路也是稳定的。,下一页,上一页,5.5 负反馈放大电路应用中的几个问题,5.5.3负反馈放大电路的稳定性 3.消除自激振荡的常用方法 1)电容补偿 在放大电路中选择时间常数最大的回路，对地并接一个小电容，其方法简单，但却使放大器的通频带变窄了，对反映快速变化不利，如图5-17所示。 2)RC滞后补偿 除了电容校正以外，还可以利用电阻、电容元件串联组成的RC校正网络来消除自激振荡，这种补偿是采用RC串联的网络来取代电容补偿中的电容

17、C，如图5-18所示。,上一页,返 回,小结,(1)负反馈是实际放大器必须采用的技术，可用来提高和改善放大器的性能。 (2)判断正负反馈的方法是用瞬时极性法。 (3)直流负反馈的作用是稳定静态工作点，交流负反馈的作用是改善放大器的动态性能。 (4)交流负反馈降低了放大器的增益，提高了放大器增益的稳定性，降低了电路内部的噪声，改善了非线性失真，拓宽了通频带，改变了放大器的输入电阻和输出电阻。,下一页,小结,(5)交流负反馈有四种组态，各种组态有不同的特点。 (6)判断电压负反馈和电流负反馈的方法是负载短路法，判断串联负反馈和并联负反馈的方法是同点比较法。 (7)在电路中引人负反馈的原则：一是放大器的开环增益要足够大；二是级间反馈的级数要尽量少于三级，以免引起自激振荡；三是要根据电路的要求选择合适的组态。 (8)深度负反馈放大器的估算具有实际意义，可按照定义法来进行具体计算。,上一页,返