青岛科技大学模拟电路第4章负反馈在放大电路中的应用.ppt

1、,4.1 反馈的基本概念,4.2 负反馈的四种组态和反馈的一表达式,4.4 负反馈放大电路的分析计算,4.6 反馈放大电路Mutisim仿真实例,4.3 负反馈对放大电路性能的影响,4.5 负反馈放大电路的自激振荡,第四章 负反馈在放大电路中的应用,4.1 反馈的基本概念,4.1.1反馈 1.什么是反馈,在电子电路中，将输出量 ( 输出电压或输出电流 )的一部分或全部通过一定的电路形式作用到输入回路，用来影响其输入量 (输入电压或输入电流 ) 的措施。,4.1 反馈的基本概念,4.1.1反馈 2. 反馈的基本框图,Xi,Xf,Xo,Xi,A,F,3、有无反馈的判别,如果放大电路中存在输出回路和

2、输入回路的连接通路，并且能够影响放大电路的净输入量，则该电路引入了反馈；反之则没有引入反馈。 反馈回路中影响反馈量的元件称为反馈元件。,（a）无反馈放大电路 （b）引入反馈的放大电路 （c）无反馈放大电路,4.1.2 反馈的极性,增强了放大电路外输入信号的作用，使输出量的变化增大的反馈。,削弱了放大电路外输入信号的作用，使输出量的变化减小的反馈。,正反馈:,负反馈:,1、正反馈与负反馈,2.反馈极性的判断：瞬时极性法, 规定电路输入信号在某一瞬时时刻对地的极性，并以此为依据，逐级判断电路中各相关点电流的流向和电位的极性，从而得到输出信号的极性；, 根据输出信号的极性判断出反馈信号的极性；, 若

3、反馈信号增强了放大电路外输入信号的作用，则说明引入了正反馈； 若反馈信号削弱了放大电路外输入信号的作用 ，则说明引入了负反馈。,负反馈,正反馈,增大,反馈电压增强了输入信号的作用，,反馈电压削弱了输入信号的作用，,减小,下页,上页,首页,uID = uI - uF,uID= uI ( uF）,表示瞬时极性的正，该点瞬时信号的变化为增大。,表示瞬时极性的负，该点瞬时信号的变化为减小。,B 输入，C 反相，E同相(跟随),分立元件三极管的瞬时极性：,uI,uf,集电极反相，发射极跟随,反馈通道：T2c T1e ，反馈元件R6 R3,+,+,+,输出取样点,反馈元件,反馈通道,使用瞬时极性法,反馈加

4、入点,反馈元件,4.1.3 直流反馈和交流反馈,直流反馈：反馈量只含有直流量； 或者说，仅在直流通路中存在的反馈。,在很多放大电路中，常常是交、直流反馈兼而有之。,交流反馈：反馈量只含有交流量； 或者说，仅在交流通路中存在的反馈。,交流负反馈：对放大电路的各项动态性能产生不同的影响，是用以改善电路技术指标的主要手段。,直流负反馈：可稳定静态工作点。,直流、交流反馈看通路。,直流通路,交流通路,例如：,直流反馈和交流反馈的判别方法,直流通路，电容器开路,无直流反馈,判断图示电路的反馈性质。,解：反馈通路，反馈元件。,+,-,+,uD = uI - uF,引入了直流、交流负反馈通路。,uouf，反

5、馈元件R4。,例4.1.1,4.2.1. 负反馈在输出端的取样,根据反馈信号在放大电路输出端采样方式的不同，分电压、电流反馈。,1.电压反馈:反馈取自输出端(或输出分压端) Uo; 2.电流反馈:反馈取自非输出端Uo。,4.2 负反馈电路的类型,3.电压负反馈与电流负反馈的判断：,令 UO = 0， 若反馈不存在了，则为电压反馈。,令 UO = 0，若反馈仍存在，则为电流反馈。,iF 0,电流反馈,负反馈,iB = iI iF,减小,下页,上页,首页,uF = 0,uBE = uI uF,负反馈,减小,下页,上页,电压反馈,首页,1.串联反馈:反馈信号与输入信号在不同节点上; 2.并联反馈:反

6、馈信号与输入信号在同一个节点上。,根据反馈信号与输入信号在放大电路输入端求和方式的不同，分为串联反馈和并联反馈。,4.2.2 反馈在输入端的接法,3.串联负反馈与并联负反馈的判断：,uD = uI uF,并联负反馈：输入信号与反馈信号接在相同的输入端上。,iD = ii if,串联负反馈：输入信号与反馈信号接在不同的输入端上。,Ui,Uf,Ube,当输入信号与反馈信号不是接在同一极上时，为串联电压叠加形式。,净输入信号：（一）串联叠加,净输入信号： 三极管电路为 Ube Ube = Ui - Uf,运放电路的差模输入电压 Ud = Ui - Uf,净输入信号：（二）并联叠加,当输入信号与反馈信

7、号接在同一极上时，为并联电流叠加形式。 净输入信号： 三极管电路为 Ib IB = Ii +If 运放电路是输入电流 ib Ib = Ii + If,(1) 从输出端看，反馈量是取自,(2) 从输入端看，反馈量与输入量叠加,输出电流,输出电压,电流方式,电压方式,交流负反馈的四种组态：, 当反馈量取自输出电压时称为电压反馈，取自输出电流时称为电流反馈；,交流负反馈的四种组态:, 当反馈量与输入量以电压方式相叠加时称为串联反馈，以电流方式相叠加时称为并联反馈；,交流负反馈有四种组态或四种方式,电流串联,电压串联,电流并联,电压并联,电压串联负反馈电路,一、电压串联负反馈,电压串联负反馈： 若从输

8、出电压取样，通过反馈网络得到反馈电压，然后与输入电压相比较，求得差值作为净输入电压进行放大。,二、电流串联负反馈,io为电压uI控制的电流源。,（虚短）,三、电压并联负反馈, iI iF, uN uP =0, uO -iFR -iIR,（虚断）, iD 0,uo为电流iI控制的电压源。,电压并联负反馈： 若从输出电压取样，通过反馈网络得到反馈电流，然后与输入电流相比较，求得差值作为净输入电流进行放大。,四、电流并联负反馈,可将输出io视为电流iI控制的电流源。,电流并联负反馈： 若从输出电流取样，通过反馈网络得到反馈电流，然后与输入电流相比较，求得差值作为净输入电流进行放大。,返回,为电流串联

9、负反馈。,【例4.2.1 】,【例4.2.2】,返回,为电压串联负反馈。,+,-,+,iB = iI iF,为并联负反馈，,Rs不能为零。,下页,上页,首页,【例4.2.3】,uBE = uI uF,为串联负反馈,上页,首页,【例4.2.3】,四种组态电路的方框图,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,+,+,作业,P86 4.1、4.3（b,c,d),4.3 负反馈对放大器性能的影响 (p78),4.3.负反馈放大器的方块图,图4.3.1 负反馈放大电路的方框图,方块图意义：为了研究负反馈放大电路的共同规律。,Xi,Xf,Xo,Xi,A,F,-,之间的关系：,基本放

10、大倍数:,反馈系数:,闭环放大倍数:,回路增益:,反馈的一般表达式,净输入信号:,(4.3.7）,当电路引入反馈时的一般规律（结论）：,反馈深度,负反馈情况下，若：,则称为深度负反馈。,深度负反馈闭环放大倍数:,（6.2.2）,表明当电路引入深度负反馈(即1+AF1)时，放大倍数几乎仅仅决定于反馈网络，而与基本放大电路的A无关。 从深度负反馈的条件可知，反馈网络的参数确定后，基本放大电路的放大能力愈强，即A的数值愈大，反馈愈深，Af 与 1F 的近似程度愈好。,当电路引入反馈时的一般规律：,4.3.2 反馈网络的分析,（6.4.4）,（6.4.5）,6.4.2 反馈网络的分析,（6.4.6）,

11、（6.4.7）,深度负反馈，,（虚短）,ui uf,反馈系数：,（6.4.4）,（6.4.8）,一、电压串联负反馈,6.4. 3 基于反馈系数的放大倍数分析,深度负反馈时，,反馈系数：,（6.4.5）,（6.4.10）,二、电流串联负反馈,并联负反馈,三、电压并联负反馈：,（6.4.13）,戴维宁定理,并联负反馈,四、电流并联负反馈：,（6.4.15）,戴维宁定理,(2). 找出反馈网络,求解F并决定F的量纲.,求出各种组态的Af ,(4).转换出通常所关心的Auf(或Ausf),深度负反馈放大电路增益计算步骤：,(1). 正确判断反馈极性与反馈组态。,(3). 利用,深度负反馈时以下关系成立

12、：,串联负反馈时： 并联负反馈时：,1.从输入端看：,电流负反馈时： 电压负反馈时：,2.从输出端看：,4） 电压并联负反馈:,2） 电流串联负反馈:,3） 电流并联负反馈:,1） 电压串联负反馈:,（6.4.13）,（6.4.8）,（6.4.10）,（6.4.15）,结果：,结论：,(1)电压负反馈能够稳定输出电压； 电流负反馈能够稳定输出电流。,(2)串联负反馈电路适用于输入信号为恒压源或近似恒压源的情况；,并联负反馈电路适用于输入信号为恒流源或近似恒流源的情况。,从输出端看,从输入端看,图6.4.3 例6.4.3 电路图,（1）判断交流负反馈组态；,（2）求出深度负反馈Af和Auf.,+

13、,-,+,+,uf,例.4.2,电压串联负反馈,电压串联负反馈,例6.4.3电路图,（1）判断交流负反馈组态,（2）在深度负反馈下，|Ai|=10,则Rf=?Ausf=?,+,-,+,Io,-,Io,Ii,1k,1k,1k,10k,10k,?,6.4.4 基于理想运放的放大倍数分析,两个工作区： 线性区、 非线性区,1、理想运放的性能指标：,集成运放的理想化参数是： (1)开环差模增益(放大倍数) Aod = ，105 (2)差模输入电阻 Rid = ； 2M (3)输出电阻 ro = 0； 0 (4)共模抑制比 KCMR = ； 105 (5)上限截止频率 fH = ； (6)失调电压 UO

14、I 、失调电流 IOI 和它们的温漂均为零，且无任何内部噪声。,一、理想运放的线性工作区,2. 理想运放在线性区的特点,（1）uP = uN 虚短,（2）iP = iN =0 虚断,3. 集成运放工作在线性区 的电路特征：,电路中必须引入负反馈。,uO = Aod(up-uN ),Aod = ,运放的同相输入端和反相输入端的电位“无穷”接近，好象短路一样，但却不是真正的短路。,运放的同相输入端和反相输入端的电流趋于0，好象断路一样，但却不是真正的断路。,反之，集成运放将工作在非线性区。,例6.4.4 求Auf?,IR2,IO,X,电流串联负反馈,Ue,10k,100k,5k,代入已知数得：,6

15、.5 负反馈对放大电路性能的影响,放大电路中引入交流负反馈后，其性能会得到多方面的改善： 1）稳定放大倍数； 2）改变输入电阻和输出电阻； 3）展宽频带； 4）减小非线性失真等。,6.5.1 稳定放大倍数,（6.5.1）,（6.5.2）,当 A 改变时，Af 的相对变化两是A 的1( 1+AF ),在中频段：,Rif=(1+AF)Ri,（6.5.4）,一、对输入电阻的影响,1、串联负反馈增大输入电阻,6.5.2 改变输入电阻和输出电阻,图6.5.2 Rb在反馈环之外时串联 负反馈电路的方框图,图6.4.3 电路图,Rif=(1+AF)Ri,Rif= Rb/Rif,图6.5.3 并联负反馈电路的

16、方框图,（6.5.5）,2、并联负反馈减小输入电阻,图6.5.4 电压负反馈电路的方框图,二、对输出电阻的影响,1、电压负反馈减小输出电阻,Rof=Ro/(1+AF),（6.5.7）,Rof=Uo/Io,图6.5.5 电流负反馈电路的方框图,2、电流负反馈增大输出电阻,Rof=(1+AF)Ro,（6.5.4）,Rof=Uo/Io,串联负反馈使输入电阻增大 。,并联负反馈使输入电阻减小 。,电压负反馈使输出电阻减小。,电流负反馈使输出电阻增大。,对输入电阻影响,对输出电阻影响,6.5.3 展宽频带,加入负反馈将展宽频带。,fbwf=(1+AF) fbw,图6.5.6 消除 ib失真的方法,6.5

17、.4 减小非线性失真,图6.5.7 引入负反馈使非线性失真减小,6.5.5 放大电路中引入反馈的一般原则,结论：负反馈对放大电路性能方面的影响，均与反馈深度 ( 1+AF ) 有关。,设计放大电路时，应根据需要和目的，引入合适负反馈，其一般原则为：,(1)为了稳定静态工作点，应引入直流负反馈；,为了改善电路的动态性能，应引入交流负反馈。,当信号源为恒压源或内阻较小的电压源时，为增大放大电路的输入电阻，以减小信号源的输出电流和内阻上的压降，应引入串联负反馈。,(2)根据信号源的性质决定引入串联负反馈或者并联负反馈：,当信号源为恒流源或内阻较大的电压源时，为减小放大电路的输入电阻，使电路获得更大的

18、输入电流，应引入并联负反馈。,(3)根据负载对放大电路输出量的要求，决定引入电压负反馈或电流负反馈:,当负载需要稳定的电压信号时，应引人电压负反馈； 当负载需要稳定的电流信号时，应引入电流负反馈。,(4)根据四种组态反馈电路的功能，在需要进行信号变换时，选择合适的组态:,电流信号,电压信号：,电压并联负反馈,电流信号：,电压信号,电流串联负反馈,电压信号,电压信号：,电压串联负反馈,电流信号：,电流信号,电流并联负反馈,(1)减小电路从信号源索取的电流并增强带负载能力,+,+,-,+,-,+,应引入电压串联负反馈。,例6.5.1 电路如图,(2) 输入电流转换成稳定线性关系的输出电流,-,-,+,-,+,应引入电流并联负反馈。,例6.5.1 电路如图,(3) 输入电流转换为稳定的输出电压uo,+,+,-,