模拟电路新版第六章课件

第六章第六章 放大电路中的反馈放大电路中的反馈要求：要求：掌握反馈的相关概念；掌握反馈的相关概念；掌握各种反馈的判断方法；掌握各种反馈的判断方法；掌握深度反馈下的放大电路相关计算；掌握深度反馈下的放大电路相关计算；1一、反馈（一、反馈（feedback）系统系统的输出量通过的输出量通过一定的途径一定的途径返回到输入端，返回到输入端，从而对输入量产生影响的过程，也称为回授；从而对输入量产生影响的过程，也称为回授；1、含义、含义：说说 明：明：系统是一个系统是一个广义广义的概念，经过的途径称为的概念，经过的途径称为反馈网络反馈网络；通通 常：常：引入反馈的系统称为引入反馈的系统称为闭环闭环系统；系统；没有引入反馈的系统称为没有引入反馈的系统称为开环开环系统；系统；2分压式工作点稳定电路分压式工作点稳定电路VCCRb1RCuIuoRLC2C1Rb2ReCeic通过通过Re对对ube产生影响产生影响第二章习题第二章习题VCCRbRCuIuoC2C1ibiRbuo通过通过Rb对对ib产生影响产生影响3 说说 明：首先找到明：首先找到反馈网络反馈网络(支路支路)(将将输入输入和和输出输出联系到一起联系到一起)输入：基极输入：基极(CE、CC)、发射极、发射极(CB)、同、同(反反)相端相端(运放运放)；输出：集电极输出：集电极(CE、CB)、发射极、发射极(CC)；2、反馈的分类、反馈的分类正反馈和负反馈正反馈和负反馈(按照极性按照极性)若反馈信号若反馈信号增强增强输入信号的作用，则称正反馈；输入信号的作用，则称正反馈；若反馈信号若反馈信号削弱削弱输入信号的作用，则称负反馈；输入信号的作用，则称负反馈；判断方法：瞬时极性法判断方法：瞬时极性法4瞬时极性法瞬时极性法在输入端加入一个在输入端加入一个瞬时极性为正瞬时极性为正的输入电压的输入电压；按按信号通路信号通路(包括反馈包括反馈)，看，看各点各点的瞬时极性，的瞬时极性，直到输入直到输入端；端；若若净输入信号净输入信号被加强则为正反馈，被削弱则为负反馈；被加强则为正反馈，被削弱则为负反馈；说说 明：净输入信号指在输入信号中明：净输入信号指在输入信号中去掉反馈信号去掉反馈信号后的那部分；后的那部分；按照按照反馈支路的方向反馈支路的方向判断各点；判断各点；“”、“”不是不是信号信号极性极性，而指信号，而指信号“增大增大”、“减小减小”；5例例1、判断下列电路中反馈的极性、判断下列电路中反馈的极性+AR1uIuOR2R3+uF+ui+净输入净输入极性为极性为“”，此反馈为正反馈，此反馈为正反馈+uFRbuIRFC1R1VCCRCuoC2R2+反馈极性为反馈极性为“正正”净输入净输入6+uF+RC3+VCCRC1Re3RR1uo-VEET1T2uIT3R+此反馈为负反馈此反馈为负反馈净输入净输入分压式稳定电路分压式稳定电路VCCRb1RCuIuoRLC2C1Rb2ReCe+通过通过Re引入了负反馈引入了负反馈7n常见放大电路常见放大电路nCE(CS):输入输入(b)、输出、输出(c)反相反相,若若b为为“+”,则则c为为“”;nCC(CD):输入输入(b)、输出、输出(e)同相同相,若若b为为“+”,则则e为为“+”;nCB(CG):输入输入(e)、输出、输出(c)同相同相,若若e为为“+”,则则c为为“+”;n集成运放集成运放n若同相端输入为若同相端输入为“+”,则输出为则输出为“+”;n若反相端输入为若反相端输入为“+”,则输出为则输出为“”;n差动放大差动放大n若从同一管的基极入集电极出若从同一管的基极入集电极出，则输入输出反相则输入输出反相;n若从一管基极入，另一管集电极出若从一管基极入，另一管集电极出，则输入输出同相则输入输出同相;总结总结(判断原则判断原则)8 说说 明：放大电路多采用负反馈，有稳定电路的作用；明：放大电路多采用负反馈，有稳定电路的作用；正反馈可以获得较大的放大倍数，但不稳定；正反馈可以获得较大的放大倍数，但不稳定；直流反馈和交流反馈直流反馈和交流反馈(按照信号的交直流性质按照信号的交直流性质)反馈信号反馈信号中只包括中只包括直流直流成分则称直流反馈；成分则称直流反馈；只包括只包括交流交流成分则称交流反馈；成分则称交流反馈；通常二者兼而有之；通常二者兼而有之；直流反馈作用是调整静态工作点；直流反馈作用是调整静态工作点；交流反馈只对动态性能起作用；交流反馈只对动态性能起作用；9uIC1Re1VCCRC2uoC2RC1Re2CeRFRb1+直流直流负反馈负反馈CFuIC1Re1VCCRC2uoC2RC1Re2RFRb1+交流交流负反馈负反馈10电压反馈和电流反馈电压反馈和电流反馈(按照输出端的采样方式按照输出端的采样方式)反馈信号反馈信号取自取自输出电压输出电压则称电压反馈；则称电压反馈；取自取自输出电流输出电流则称电流反馈；则称电流反馈；判判 断断 方方 法法(一一)：假设假设输出短路输出短路，若，若没有没有反馈信号则此反馈为反馈信号则此反馈为电压电压反馈，反馈，否则为电流反馈；否则为电流反馈；(二二)：反馈支路和负载反馈支路和负载以输出端为公共节点以输出端为公共节点则为则为电压电压反馈，反馈，否则为电流反馈；否则为电流反馈；11电压电压负反馈负反馈电流电流负反馈负反馈12串联反馈和并联反馈串联反馈和并联反馈(按照输入端的求和方式按照输入端的求和方式)反馈反馈信号和信号和输入输入信号以信号以电压形式求和电压形式求和则称串联反馈；则称串联反馈；以以电流形式求和电流形式求和则称并联反馈；则称并联反馈；判判 断断 方方 法法 反馈支路与输入信号反馈支路与输入信号以输入端为公共节点以输入端为公共节点则为则为并联并联反馈，反馈，否则为串联反馈；否则为串联反馈；并联并联负反馈负反馈串联串联负反馈负反馈13反馈组态：输出方式、输入方式、反馈极性；反馈组态：输出方式、输入方式、反馈极性；说说 明：反馈的分类方法并不是固定不变；明：反馈的分类方法并不是固定不变；比如局部反馈比如局部反馈(单级单级)、级间反馈、级间反馈(多级多级)等；等；通过通过R3引入的是局部反馈引入的是局部反馈通过通过R4引入的是级间反馈引入的是级间反馈通常主要研究级间反馈或称总体反馈通常主要研究级间反馈或称总体反馈14RC3+VCCRC1Re3RR1uo-VEET1T2uIT3RRbuIRFC1R1VCCRCuoC2R2+电压串联正反馈电压串联正反馈+电压串联负反馈电压串联负反馈电流并联负反馈电流并联负反馈RSusC1VCCRC1uoRLC2Re-VCCRf+15uIC1Re1VCCRC2uoC2RC1Re2CeRFRb1+电流并联负反馈电流并联负反馈CFuIC1Re1VCCRC2uoC2RC1Re2RFRb1+电压串联负反馈电压串联负反馈163、反馈的一般表达、反馈的一般表达AF+-XiXfXoXi、Xo:系统输入、输出量；系统输入、输出量；Xf:系统的反馈量；系统的反馈量；Xi:系统净输入量；系统净输入量；反馈组态反馈组态电压串联电压串联电压并联电压并联电流串联电流串联电流并联电流并联方框图中信号是单向流通的方框图中信号是单向流通的17几个概念几个概念三者的关系三者的关系闭环增益闭环增益(引入反馈后引入反馈后)开环增益开环增益(没有反馈时没有反馈时)反馈系数反馈系数基本反馈方程式基本反馈方程式AF称为回路增益，称为回路增益，1AF称为反馈深度称为反馈深度18 说说 明：明：Af、A、F是一般性定义，它们常常是有量纲的是一般性定义，它们常常是有量纲的 讨讨 论：论：a、若、若AF0，则，则|1+AF|1，此时反馈极性为负，此时反馈极性为负，|Af|A|；b、若、若AF0，则，则|1+AF|A|；c、若、若|1+AF|1，成为深度负反馈，此时，成为深度负反馈，此时d、若、若|1+AF|=0，则有，则有 Af ，也就是，也就是说Xi=0，而，而Xo0；自激振荡自激振荡常用常用19AuiFiuUiIfUoIiIi电压并联负反馈电压并联负反馈 举举 例例电流串联负反馈电流串联负反馈IO+AuIuORLRFAiuFuiUiUfIoUiRLAui为转移电阻，为转移电阻，Fiu为互导为互导Aiu为转移电导，为转移电导，Fui为互阻为互阻VCCRbRCuIuoC2C120电压串联负反馈电压串联负反馈电流并联负反馈电流并联负反馈AuuFuuUoUiUfUiUiIfIiIiAiiFiiIoRLAuu为电压放大倍数为电压放大倍数Fuu为电压反馈系数为电压反馈系数Aii为电流放大倍数为电流放大倍数Fii为电流反馈系数为电流反馈系数21二、负反馈对放大电路的影响二、负反馈对放大电路的影响1、提高放大倍数的稳定性提高放大倍数的稳定性2、减小非线性失真（仅限于放大区内的失真）减小非线性失真（仅限于放大区内的失真）3、展宽频带（减小频率失真）展宽频带（减小频率失真）4、对输入、输出电阻的影响对输入、输出电阻的影响输入电阻输入电阻串联负反馈串联负反馈并联负反馈并联负反馈22小结小结n串联负反馈使得串联负反馈使得Ri增大，并联负反馈使得增大，并联负反馈使得Ri降低；降低；n电压负反馈使得电压负反馈使得Ro下降，电流负反馈使得下降，电流负反馈使得Ro增大；增大；n引入负反馈对输入、输出电阻的影响均指反馈环路内；引入负反馈对输入、输出电阻的影响均指反馈环路内；n性能的提高牺牲了电压放大倍数；性能的提高牺牲了电压放大倍数；输出电阻输出电阻电压负反馈电压负反馈电流负反馈电流负反馈23三三、引入负反馈的一般原则、引入负反馈的一般原则n稳定稳定Q点应引入直流负反馈，改善动态性能应引入交流负反馈；点应引入直流负反馈，改善动态性能应引入交流负反馈；n根据信号源特点，增大输入电阻应引入串联负反馈，减小输入电根据信号源特点，增大输入电阻应引入串联负反馈，减小输入电阻应引入并联负反馈；阻应引入并联负反馈；n根据负载需要，输出稳定电压（即减小输出电阻）应引入电压负根据负载需要，输出稳定电压（即减小输出电阻）应引入电压负反馈，输出稳定电流（即增大输出电阻）应引入电流负反馈；反馈，输出稳定电流（即增大输出电阻）应引入电流负反馈；n从信号转换关系上看，输出电压是输入电压受控源的为电压串联从信号转换关系上看，输出电压是输入电压受控源的为电压串联负反馈，输出电压是输入电流受控源的为电压并联负反馈，输出负反馈，输出电压是输入电流受控源的为电压并联负反馈，输出电流是输入电压受控源的为电流串联负反馈，输出电流是输入电电流是输入电压受控源的为电流串联负反馈，输出电流是输入电流受控源的为电流并联负反馈；流受控源的为电流并联负反馈；24讨讨 论论 一：一：n为为减小放大电路从信号源索取的电流，增强带负载能减小放大电路从信号源索取的电流，增强带负载能力，应引入什么反馈？力，应引入什么反馈？n为了得到稳定的电流放大倍数，应引入什么反馈？为了得到稳定的电流放大倍数，应引入什么反馈？n为了稳定放大电路的静态工作点，应引入什么反馈？为了稳定放大电路的静态工作点，应引入什么反馈？n为了使电流信号转换成与之成稳定关系的电压信号，为了使电流信号转换成与之成稳定关系的电压信号，应引入什么反馈？应引入什么反馈？n为了使电压信号转换成与之成稳定关系的电流信号，为了使电压信号转换成与之成稳定关系的电流信号，应引入什么反馈？应引入什么反馈？25讨讨 论论 二：二：试在图示电路中分别引入四种不同组态的交流负反馈试在图示电路中分别引入四种不同组态的交流负反馈电流反馈电流反馈电压反馈电压反馈串联反馈串联反馈并联反馈并联反馈26讨讨 论论 三：三：电路中能够引入哪些组态的交流负反馈？电路中能够引入哪些组态的交流负反馈？只可能引入电压并联或电流串联两种组态的交流负反馈只可能引入电压并联或电流串联两种组态的交流负反馈27四四、负反馈放大电路的分析、负反馈放大电路的分析深度负反馈情况下深度负反馈情况下Af有两种计算方法有两种计算方法1、利用基本反馈方程、利用基本反馈方程2、深度负反馈时、深度负反馈时 XiXf ，利用此条件求解，利用此条件求解Auf 注注 意：此时意：此时Af不一定是电压放大倍数，有时需要转换成不一定是电压放大倍数，有时需要转换成Auf28例例2、计算深度负反馈情况下的、计算深度负反馈情况下的AufVCCRb1RCuiuoRLC2C1ReRb2电流串联电流串联负反馈负反馈两种方法求解：两种方法求解：交流通路：交流通路：RbuiuoRLRe+uf利用利用XiXf (a)29+AR1uiuORFR2电压并联电压并联负反馈负反馈(b)IfIi利用利用XiXf计算计算n一般步骤一般步骤:画交流通路、判断反馈组态、选择适当方法画交流通路、判断反馈组态、选择适当方法;n利用利用 Af=1/F 只有在电压串联负反馈组态时直接得到只有在电压串联负反馈组态时直接得到 Auf,其他组其他组态需要转换态需要转换;n各种组态均可用各种组态均可用 Xi=Xf 估算估算 Auf,对于串联负反馈为对于串联负反馈为 ui=uf,并联负并联负反馈为反馈为 Ii=If;n深度负反馈下一般不计算深度负反馈下一般不计算 Rif、Rof ,串联串联:Rif 并联并联:Rif00电压电压:Rof 00 电流电流:Rof ;结结 论：论：30例例3、计算深度负反馈情况下的、计算深度负反馈情况下的Auf(Ausf)判断组态：判断组态：电流并联负反馈电流并联负反馈并联反馈：并联反馈：Ii=If同相放大同相放大RSusRC1uoRLReRfRC2IiIfIC2交流通路交流通路RSusC1VCCRC2uoRLC2Re-VCCRfRC131RC3+VCCRC1Re3RR1uo-VEET1T2uiT3R+uf判断组态：判断组态：电压串联负反馈电压串联负反馈串联反馈：串联反馈：ui=uf也可：也可：32五、放大电路的自激振荡五、放大电路的自激振荡(Self Excited Oscillation)1、产生的物理过程、产生的物理过程 AF=-1时时 Af ,即即Xi=0,而而Xo0现现 象：输入信号为象：输入信号为0 0时，输出有一定幅值、一定频率的信号时，输出有一定幅值、一定频率的信号 负反馈放大电路自激振荡的频率在负反馈放大电路自激振荡的频率在低频段低频段或或高频段高频段 没有输入，净输入信号可没有输入，净输入信号可以沿反馈环路不断循环下去以沿反馈环路不断循环下去AF+-XiXfXo33由于电路通电后输出量有一个从小到大直至稳幅的过程由于电路通电后输出量有一个从小到大直至稳幅的过程2、条、条 件件 净输入信号每沿反馈环路走完一周后即会净输入信号每沿反馈环路走完一周后即会增大增大，此时振荡，此时振荡不仅能够维持且振荡幅度不断增大直至受到器件非线性限制不仅能够维持且振荡幅度不断增大直至受到器件非线性限制AF+-XiXfXo起振条件：起振条件：34自激振荡产生的条件：自激振荡产生的条件：相位条件相位条件是主要的是主要的fLfHBW|Au|fAum-90-180-2700f单管共射放大电路的频响单管共射放大电路的频响一般两级负反馈放大电路一般两级负反馈放大电路也不会产生自激也不会产生自激单管放大电路一定不会自激单管放大电路一定不会自激(反馈网络一般无附加相移反馈网络一般无附加相移)35什么样的负反馈放大电路易产生自激振荡？什么样的负反馈放大电路易产生自激振荡？三级或三级以上的直接耦合放大电路引入负三级或三级以上的直接耦合放大电路引入负反馈后有可能产生高频振荡；同理，耦合电容、反馈后有可能产生高频振荡；同理，耦合电容、旁路电容等为三个或三个以上的放大电路，引入旁路电容等为三个或三个以上的放大电路，引入负反馈后有可能产生低频振荡；负反馈后有可能产生低频振荡；放大电路的级数越多，耦合电容、旁路电容越多，放大电路的级数越多，耦合电容、旁路电容越多，引入的负反馈越深，产生自激振荡的可能性越大引入的负反馈越深，产生自激振荡的可能性越大 环路放大倍数环路放大倍数AF越大，越容易满足起振条件，越大，越容易满足起振条件，闭合后越容易产生自激振荡闭合后越容易产生自激振荡363、判断方法、判断方法通过波特图通过波特图若若则会产生自激则会产生自激fcf0fcf0电路不稳定电路不稳定电路稳定电路稳定使使环路增益下降到环路增益下降到0dB的频率，记作的频率，记作 fc使使AF(2n1)的频率，记作的频率，记作 f0374、Gm和和m(Gain Margin/Phase Margin)幅度裕度幅度裕度对于稳定电路，对于稳定电路，Gm为负值为负值，负的越多电路越稳定，负的越多电路越稳定对于稳定电路，对于稳定电路，m为正值为正值，值越大电路越稳定，值越大电路越稳定相位裕度相位裕度38fcf0电路稳定电路稳定电路稳定电路稳定Gm幅值裕度幅值裕度m相位裕度相位裕度 Gm10dB，且，且m45，负反馈放大负反馈放大电路才具有可靠的稳电路才具有可靠的稳定性。定性。相位条件无法避免，相位条件无法避免，破坏幅度条件破坏幅度条件(一般减小一般减小A)5、校正措施、校正措施一般方法：电容校正、一般方法：电容校正、RC校正校正39本章结束本章结束40