第6章反馈(机械工业黄丽亚)课件

第第6章章 反馈反馈6.1 反馈的基本概念及类型反馈的基本概念及类型6.1.1 反馈的概念反馈的概念6.1.2反馈放大器的基本框图反馈放大器的基本框图 6.1.3反馈放大器的基本方程反馈放大器的基本方程7/15/20241模拟电子技术6.1.4 负反馈放大电路的组态和四种基本类型负反馈放大电路的组态和四种基本类型一、电压反馈和电流反馈及其判断方法一、电压反馈和电流反馈及其判断方法 二、串联反馈和并联反馈及其判断方法二、串联反馈和并联反馈及其判断方法三、四种基本反馈类型三、四种基本反馈类型四、反馈类型汇总四、反馈类型汇总五、反馈放大器特征增益和特征反馈系数的定义五、反馈放大器特征增益和特征反馈系数的定义7/15/20242模拟电子技术6.2 负反馈对放大电路性能的影响负反馈对放大电路性能的影响6.2.1 稳定放大倍数稳定放大倍数 6.2.2 展宽通频带展宽通频带 6.2.3 减小非线性失真减小非线性失真6.2.4 减少反馈环内的干扰和噪声减少反馈环内的干扰和噪声 6.2.5 改变输入电阻和输出电阻改变输入电阻和输出电阻一、对输入电阻的影响一、对输入电阻的影响二、对输出电阻的影响二、对输出电阻的影响7/15/20243模拟电子技术6.3 深度负反馈放大电路的近似计算深度负反馈放大电路的近似计算6.3.1深度负反馈条件下，近似计算法的原理与步骤深度负反馈条件下，近似计算法的原理与步骤6.3.2 深负反馈放大电路的近似计算深负反馈放大电路的近似计算6.4 负反馈放大电路的稳定性负反馈放大电路的稳定性6.4.1 负反馈放大电路的自激振荡负反馈放大电路的自激振荡6.4.2 负反馈放大电路稳定性的判断负反馈放大电路稳定性的判断 7/15/20244模拟电子技术第第6章章 反馈反馈（1）掌握反馈的基本概念和反馈类型的判断方法。）掌握反馈的基本概念和反馈类型的判断方法。（2）掌握深度负反馈条件下放大电路的近似估算法。）掌握深度负反馈条件下放大电路的近似估算法。（3）了解负反馈对放大电路性能的影响。）了解负反馈对放大电路性能的影响。（4）了解负反馈放大电路产生自激振荡的原因、稳定）了解负反馈放大电路产生自激振荡的原因、稳定判据和消除自激振荡的方法。判据和消除自激振荡的方法。7/15/20245模拟电子技术6.1 反馈的基本概念及类型反馈的基本概念及类型6.1.1 反馈的概念反馈的概念反馈：反馈：将放大器的输出量（电流或电压）通过一将放大器的输出量（电流或电压）通过一定的网络定的网络，回送到放大器的输入回路回送到放大器的输入回路，并同输入并同输入信号一起参与放大器的输入控制作用信号一起参与放大器的输入控制作用，从而使放，从而使放大器的某些性能获得有效改善的过程。大器的某些性能获得有效改善的过程。7/15/20246模拟电子技术 图图6.1.1负反馈稳定静态工作点电路负反馈稳定静态工作点电路 7/15/20247模拟电子技术反馈网络反馈网络F基本放大器基本放大器A取样取样比较比较XfXi净输净输入信号入信号反馈信号反馈信号输输出出信信号号输输入入信信号号AfXiXo 图图62反馈放大器基本框图反馈放大器基本框图 6.1.2反馈放大器的基本框图反馈放大器的基本框图 注：对一个实际电路，当基本放大器的反向传输效应（与反馈网络注：对一个实际电路，当基本放大器的反向传输效应（与反馈网络的反向传输效应对比）和反馈网络的正向传输效应（与基本放大器的反向传输效应对比）和反馈网络的正向传输效应（与基本放大器的正向传输效应对比）均可忽略时，才可采用该模型。的正向传输效应对比）均可忽略时，才可采用该模型。7/15/20248模拟电子技术反馈网络反馈网络F基本放大器基本放大器AXfXiXiXo基本放大器的传输增益基本放大器的传输增益(开环增益开环增益或开环放大倍数或开环放大倍数)反馈反馈放大器的传输增益（放大器的传输增益（闭闭环增益环增益）反馈网络的传输系数反馈网络的传输系数(反馈系数反馈系数)环路增益环路增益(回归比回归比)反馈深度反馈深度 D=1+AF6.1.3反馈放大器的基本方程反馈放大器的基本方程7/15/20249模拟电子技术反馈反馈放大器的基本方程放大器的基本方程反馈网络反馈网络F基本放大器基本放大器AXfXiXiXo7/15/202410模拟电子技术结结 论论（1）负反馈使）负反馈使放大器的增益下降了（放大器的增益下降了（1+AF）倍；倍；（2）反馈深度）反馈深度D=1+AF，表征反馈强弱；表征反馈强弱；D1或或AF 1 深反馈条深反馈条件件（3）深反馈条件下，深反馈条件下，7/15/202411模拟电子技术一、电压反馈和电流反馈及其判断方法一、电压反馈和电流反馈及其判断方法(a).AFRLUoXf.节点型连接形式节点型连接形式电压取样电压取样图图6.1.4电压反馈和电流反馈框图电压反馈和电流反馈框图UCCRC2uoRE2RC1RE1RfuiRB1RB2V2V16.1.4 负反馈放大电路的组态和四种基本类型负反馈放大电路的组态和四种基本类型7/15/202412模拟电子技术一、电压反馈和电流反馈及其判断方法一、电压反馈和电流反馈及其判断方法(a).AFRLUoXf.节点型连接形式节点型连接形式UCCRC2uoRE2RC1RE1RfuiRB1RB2V2V1电压取样电压取样图图6.1.4电压反馈电压反馈和电流反馈框图和电流反馈框图7/15/202413模拟电子技术(b)Io.AFRLUoXf.回路型连接形式回路型连接形式电流取样电流取样图图6.1.4电压反馈电压反馈和电流反馈框图和电流反馈框图一、电压反馈和电流反馈及其判断方法一、电压反馈和电流反馈及其判断方法UCCRC2uoRE2RC1RE1RfuiRB1RB2V2V17/15/202414模拟电子技术(b)Io.AFRLUoXf.回路型连接形式回路型连接形式电流取样电流取样图图6.1.4电压反馈电压反馈和电流反馈框图和电流反馈框图一、电压反馈和电流反馈及其判断方法一、电压反馈和电流反馈及其判断方法UCCRC2uoRE2RC1RE1RfuiRB1RB2V2V17/15/202415模拟电子技术二、串联反馈和并联反馈及其判断方法二、串联反馈和并联反馈及其判断方法ARiFUi.RifUfUiIi.(a)串联反馈串联反馈若为负反馈若为负反馈回路型连接形式回路型连接形式图图6.1.7串联反馈和并联反馈框图串联反馈和并联反馈框图7/15/202416模拟电子技术.ARiFUi.RifIiIi.If.图图6.1.7串联反馈和并联反馈框图串联反馈和并联反馈框图(b)并联反馈并联反馈节点型连接形式节点型连接形式若为负反馈若为负反馈二、串联反馈和并联反馈及其判断方法二、串联反馈和并联反馈及其判断方法7/15/202417模拟电子技术Ui.AFUo.Uf.Ui.AFUo.Us.RsIi.If.Ii.图图6.1.9 四种典型的负反馈组态电路四种典型的负反馈组态电路(a)电压串联负反馈电压串联负反馈(b)电流串联负反馈电流串联负反馈(c)电压并联负反电压并联负反馈馈(d)电流并联电流并联负反馈负反馈AFUo.IoUs.RsIi.Ii.If.AFUo.Ui.Uf.Ui.Io.三、四种基本反馈类型三、四种基本反馈类型7/15/202418模拟电子技术反馈组态的判断反馈组态的判断.avi瞬时极性法瞬时极性法.avi 四、四、反馈类型汇总反馈类型汇总分类依据分类依据反馈类型反馈类型反馈范围反馈范围流通信号流通信号反馈极性反馈极性连接形式连接形式本级本级级间级间直流直流交流交流正正反反压串压串压并压并流串流串流并流并7/15/202419模拟电子技术五、反馈放大器五、反馈放大器特征增益特征增益和和特征反馈系数特征反馈系数的定义的定义反馈网络反馈网络F基本放大器基本放大器AXfXiXiXo 物理量物理量反馈类型反馈类型输入端输入端输出端输出端电压电压电流电流串联串联并联并联Ui Ui UfIi Ii IfUoIo7/15/202420模拟电子技术1.电压串联负反馈电压串联负反馈7/15/202421模拟电子技术2.电流串联负反馈电流串联负反馈7/15/202422模拟电子技术3.电压并联负反馈电压并联负反馈7/15/202423模拟电子技术4.电流并联负反馈电流并联负反馈7/15/202424模拟电子技术6.2 负反馈对放大电路性能的影响负反馈对放大电路性能的影响6.2.1 稳定放大倍数稳定放大倍数 A不稳定不稳定Af稳定稳定反馈网络反馈网络F基本放大器基本放大器AXfXiXiXo7/15/202425模拟电子技术开环放大倍数相对变化量为开环放大倍数相对变化量为闭环放大倍数相对变化量为闭环放大倍数相对变化量为若近似以增量代替微分，则：若近似以增量代替微分，则：通常用放大倍数的通常用放大倍数的相对变化量相对变化量来衡量放大器的稳定性。来衡量放大器的稳定性。7/15/202426模拟电子技术例例1设设计计一一个个负负反反馈馈放放大大器器，要要求求闭闭环环放放大大倍倍数数Af=100，当当开开环环放放大大倍倍数数A变变化化10%时时，Af的的相相对对变变化化量量在在0.5%以以内内，试确定开环放大倍数试确定开环放大倍数A及反馈系数及反馈系数F值。值。所以所以因为因为 解：解：因为因为所以所以 由于由于所以所以 7/15/202427模拟电子技术6.2.2 展宽通频带展宽通频带 有源低通滤波器有源低通滤波器 令令则则同理同理7/15/202428模拟电子技术无反馈放大器的频率响应无反馈放大器的频率响应有负反馈放大器的频率响应有负反馈放大器的频率响应增益增益AIAI-3 dBAIfAIf-3 dBfLfH无反馈放大器的带宽无反馈放大器的带宽f(频率频率)负反馈改善放大器频率响应的示意图负反馈改善放大器频率响应的示意图 fLf负反馈放大器的带宽负反馈放大器的带宽fHf7/15/202429模拟电子技术io0ubeAXi.Xo.xo0t0txi基本放大器基本放大器io0ubeAFtxoXo.t0 xiXi.Xf.0txixf0tXi.0图图6.2.1负反馈改善非线性失真的工作原理示意图负反馈改善非线性失真的工作原理示意图(a)无反馈无反馈(b)负反馈使非线性失真减小负反馈使非线性失真减小输入动态范围展宽输入动态范围展宽 6.2.3 减小非线性失真减小非线性失真7/15/202430模拟电子技术非线性失真系数非线性失真系数非线性失真减小，输入动态范围展宽非线性失真减小，输入动态范围展宽只在只在 非线性失真非线性失真不是十分严重的情况下才是正确的。不是十分严重的情况下才是正确的。（此时，输入信号和反馈回来的谐波信号不发生相互作（此时，输入信号和反馈回来的谐波信号不发生相互作用，即不产生新的频率分量。）用，即不产生新的频率分量。）负反馈对非线性失真的影响负反馈对非线性失真的影响.avi负反馈对非线性失真的影响负反馈对非线性失真的影响(示波器图示波器图).avi7/15/202431模拟电子技术6.2.4 减少反馈环内的干扰和噪声减少反馈环内的干扰和噪声 利用负反馈抑制放大器内部噪声及干扰的机理与减利用负反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，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，输出信号且其幅度可以增大，输出信号分量保持不变，那么分量保持不变，那么放大器的信噪比将提高放大器的信噪比将提高(1+AF)倍。倍。7/15/202432模拟电子技术图图 6.2.2 负反馈抑制干扰和噪声负反馈抑制干扰和噪声（a）无反馈，信号与噪声的输出波形）无反馈，信号与噪声的输出波形（b）有反馈，信号与噪声的输出波形）有反馈，信号与噪声的输出波形（c）提高输入信号幅度后的输出波形）提高输入信号幅度后的输出波形 7/15/202433模拟电子技术(1)负反馈使放大器的放大倍数下降，但增益稳定度提高，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，且所有性能有性能改善的程度均与反馈深度改善的程度均与反馈深度(1+AF)有关有关。(2)被被改改善善的的对对象象就就是是被被取取样样的的对对象象。例例如如，反反馈馈取取样样的的是是输输出出电电流流，则则有有关关输输出出电电流流的的性性能能得得到到改改善善；反反之之，取取样样对对象是输出电压，则有关输出电压的性能得到改善。象是输出电压，则有关输出电压的性能得到改善。负反馈的特点负反馈的特点(3)负负反反馈馈只只能能改改善善包包含含在在负负反反馈馈环环节节以以内内因因素素引引起起的的放放大大器器性性能能下下降降，对对反反馈馈环环以以外外的的，与与输输入入信信号号一一起起进进来来的的失失真真、干扰、噪声及其它不稳定因素是无能为力的。干扰、噪声及其它不稳定因素是无能为力的。7/15/202434模拟电子技术6.2.5 改变输入电阻和输出电阻改变输入电阻和输出电阻负反馈对于输入、输出阻抗的影响仅限于负反馈对于输入、输出阻抗的影响仅限于负反馈环内负反馈环内。正反馈正反馈 对于输入、输出阻抗的影响与负反馈相反。对于输入、输出阻抗的影响与负反馈相反。7/15/202435模拟电子技术ARiFUi.RifUfUiIi.串联负反馈使串联负反馈使输入电阻变大输入电阻变大一、对输入电阻的影响一、对输入电阻的影响7/15/202436模拟电子技术.ARiFUi.RifIiIi.If.并联负反馈使并联负反馈使输入电阻变小输入电阻变小7/15/202437模拟电子技术 电压负反馈放大器输出电阻的计算电压负反馈放大器输出电阻的计算 二、对输出电阻的影响二、对输出电阻的影响7/15/202438模拟电子技术电压负反馈使输出电阻变小电压负反馈使输出电阻变小7/15/202439模拟电子技术电流负反馈放大器输出电阻的计算电流负反馈放大器输出电阻的计算 7/15/202440模拟电子技术电流负反馈使输出电阻变大电流负反馈使输出电阻变大7/15/202441模拟电子技术 1.深度负反馈条件下，近似计算法的原理深度负反馈条件下，近似计算法的原理 串联反馈串联反馈并联反馈并联反馈6.3 深度负反馈放大电路的近似计算深度负反馈放大电路的近似计算 6.3.1深度负反馈条件下，近似计算法的原理与步骤深度负反馈条件下，近似计算法的原理与步骤7/15/202442模拟电子技术求求Xf的的方法：方法：注：反馈网络的输出注：反馈网络的输出X1由两部分构成由两部分构成反馈网络的反向传输效应产生的分量反馈网络的反向传输效应产生的分量Xf 反馈网络在放大器输入端的负载效应产生的分量反馈网络在放大器输入端的负载效应产生的分量X1-Xf 串联断路；并联短路；串联断路；并联短路；2.深度负反馈条件下，近似计算法的步骤深度负反馈条件下，近似计算法的步骤（1）判断反馈类型；）判断反馈类型；（2）求）求Xi、Xf的表达式的表达式；（3）依据）依据Xi Xf求求Auf的表达式的表达式；7/15/202443模拟电子技术1.电压串联负反馈电压串联负反馈电路电路6.3.2 深负反馈放大电路的近似计算深负反馈放大电路的近似计算7/15/202444模拟电子技术图图6.3.1 电压串联负反馈电路电压串联负反馈电路 7/15/202445模拟电子技术(a)R4Ui.Ui.R3Uo.Uf.V1(b)Ui.V1R3|R4Uf.R3R3R4UoFUo.等效到第一级射极的反馈电压等效到第一级射极的反馈电压(a)输入回路等效输入回路等效；(b)戴维南等效电路戴维南等效电路 本级反馈本级反馈负载效应负载效应7/15/202446模拟电子技术2.电压并联负反馈电路电压并联负反馈电路7/15/202447模拟电子技术图图6.3.2 电压并联负反馈电路电压并联负反馈电路 7/15/202448模拟电子技术3.电流串联负反馈电路电流串联负反馈电路7/15/202449模拟电子技术 图图6.3.3串联电流负反馈电路串联电流负反馈电路 7/15/202450模拟电子技术4.电流并联负反馈电流并联负反馈电路电路7/15/202451模拟电子技术 图图6.3.4 电流并联负反馈电路电流并联负反馈电路 7/15/202452模拟电子技术6.4 负反馈放大电路的稳定性负反馈放大电路的稳定性6.4.1 负反馈放大电路的自激振荡负反馈放大电路的自激振荡若若F为常数，则为常数，则 7/15/202453模拟电子技术-产生产生自激振荡自激振荡 反馈网络反馈网络F基本放大器基本放大器AXfXiXiXo.7/15/202454模拟电子技术-振荡的振幅条件振荡的振幅条件-振荡的相位条件振荡的相位条件 反馈网络反馈网络F基本放大器基本放大器AXfXi0Xo.ttXi.Xf.tXo.7/15/202455模拟电子技术幅度裕度幅度裕度Gm相位裕度相位裕度m180AB图图6.4.2 负反馈电路环路增益的频率特性负反馈电路环路增益的频率特性 增益交界频率增益交界频率增益交界频率增益交界频率 f f0 0相位交界频率相位交界频率相位交界频率相位交界频率 f f 自激自激稳定稳定判断方法判断方法判断方法判断方法相移相移0f环路增益环路增益0f(频率）频率）6.4.2 负反馈放大电路稳定性的判断负反馈放大电路稳定性的判断 1.利用环路增益判断负反馈放大电路的稳定性利用环路增益判断负反馈放大电路的稳定性 7/15/202456模拟电子技术-45|A(j)|(开环开环)-20dB/10 倍频程倍频程-135-40dB/10 倍频程倍频程-225稳定稳定不稳定不稳定（闭环）（闭环）AfF1fA F1(不稳定不稳定)-60dB/10倍频程倍频程0.010.11101001000A/dB806040200-20-40f/kHz2.利用开环增益的渐近波特图判断负反馈放大电路的稳定性利用开环增益的渐近波特图判断负反馈放大电路的稳定性 若闭环增益线交于若闭环增益线交于 开环增益线开环增益线稳定稳定若闭环增益线交于若闭环增益线交于 及以下开环增益线及以下开环增益线自激自激7/15/202457模拟电子技术作作 业业6.16.76.26.96.36.116.136.157/15/202458模拟电子技术负反馈放大器的定量计算方法负反馈放大器的定量计算方法1.等效电路法等效电路法2.拆环分析法拆环分析法3.深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈条件下的近似计算7/15/202459模拟电子技术正向传输效应正向传输效应 负载效应负载效应 电压并联负反馈放大器中反馈网络的等效电路电压并联负反馈放大器中反馈网络的等效电路UiUoRR2k2UiI2I1k1Uo1IfAF电压并联负反馈示意图电压并联负反馈示意图+_+_反馈效应反馈效应 并联短路并联短路求求Xf的方法的方法7/15/202460模拟电子技术正向传输效应正向传输效应 负载效应负载效应 电流串联负反馈放大器中反馈网络的等效电路电流串联负反馈放大器中反馈网络的等效电路电流串联负反馈示意图电流串联负反馈示意图 AF+_+_+_+_U1U2RR2k2IiIoIik1Io1反馈效应反馈效应 串联断路串联断路求求Xf的方法的方法7/15/202461模拟电子技术7/15/202462模拟电子技术7/15/202463模拟电子技术7/15/202464模拟电子技术7/15/202465模拟电子技术对对于于线线性性无无源源两两端端口口网网络络，其其端端口口电电压压、电电流流关关系系可有可有6种参数表征。种参数表征。Z参数：端口电流作自变量，端口电压作应变量；参数：端口电流作自变量，端口电压作应变量；Y参数：端口电流作应变量，端口电压作自变量；参数：端口电流作应变量，端口电压作自变量；H参数：参数：作自变量，作自变量，作应变量；作应变量；A参数：参数：作自变量，作自变量，作应变量；作应变量；7/15/202466模拟电子技术AFXfXiAfXiXo负反馈：负反馈：正反馈：正反馈：反馈放大器输入端波形示意图反馈放大器输入端波形示意图7/15/202467模拟电子技术UCCRC2uoRE2RC1RE1RfuiRB1RB2V2V1(a)串联电压负反馈串联电压负反馈Ui.AFUo.Uf.Ui.7/15/202468模拟电子技术UCCRC2uoRE2RC1RE1RfuiRB1RB2V2V1AFUo.Ui.Uf.Ui.Io.(b)串联电流负反馈串联电流负反馈7/15/202469模拟电子技术UCCRC2uoRE2RC1RE1RfuiRB1RB2V2V1(c)并联电压负反馈并联电压负反馈AFUo.Us.RsIi.If.Ii.7/15/202470模拟电子技术(d)并联电流并联电流负反负反馈馈AFUo.IoUs.RsIi.Ii.If.UCCRC2uoRE2RC1RE1RfuiRB1RB2V2V17/15/202471模拟电子技术7/15/202472模拟电子技术7/15/202473模拟电子技术7/15/202474模拟电子技术7/15/202475模拟电子技术7/15/202476模拟电子技术7/15/202477模拟电子技术7/15/202478模拟电子技术7/15/202479模拟电子技术7/15/202480模拟电子技术7/15/202481模拟电子技术7/15/202482模拟电子技术