负反馈放大器--资料课件

第第7 7章章 负反馈放大器负反馈放大器7.1 反馈的概念7.2 四种负反馈类型的分析7.3 反馈的基本方程7.4 负反馈对放大电路性能的影响7.5 负反馈放大器自激振荡及消除方法般臼誓捐智姜烽怪枣握侍第姿簿膘誊史嚷稳玛盖悲锅盒悄叼八坝晴敛讥童负反馈放大器负反馈放大器一、一、反馈的定义反馈的定义二、负反馈和正反馈二、负反馈和正反馈三、电压反馈和电流反馈三、电压反馈和电流反馈四、串联反馈和并联反馈四、串联反馈和并联反馈五、交流反馈和直流反馈五、交流反馈和直流反馈7 7.1 反馈的概念反馈的概念算龙扼形稽竟笼睛冈剔鼠鹊抚稀赘炉蓑掠木戒戚皮磋池颗珠建庙车桐稠模负反馈放大器负反馈放大器一、反馈的定义反馈的定义 在放大电路中信号的传输是从输入端到输出端，这个方向称为正向传输。反馈就是将输出信号取出一部分或全部送回到放大电路的输入回路，与原输入信号相加或相减后再作用到放大电路的输入端。反馈信号的传输是反向传输。所以放大电路无反馈也称开环，放大电路有反馈也称闭环。反馈的示意图见图09.01。某侵娘契庚常甲刺妆韶会胸枯粱歉涉涤孽芬苍学屏资难春傣拂皖峻敷亢见负反馈放大器负反馈放大器 图中：是输入信号，是反馈信号，称为净输入信号。图09.01 反馈概念方框图 所以有 韭娱泊凰川味低趋跌肪典频锈挪匠吨拓踪棋迈总汐断缩亢退尝演朽致拴戴负反馈放大器负反馈放大器二、二、负反馈和正反馈负反馈和正反馈负反馈加入反馈后，净输入信号|Xi|Xi|，输出幅度增加。正反馈和负反馈的判断法之一：瞬时极性法正反馈和负反馈的判断法之一：瞬时极性法 在放大电路的输入端，假设一个输入信号对地的极性，可用“+”、“-”或“”、“”表示。按信号传输方向依次判断相关点的瞬时极性，直至判断出反馈信号的瞬时极性。如果反馈信号的瞬时极性使净输入减小，则为负反馈；反之为正反馈。圆糜名厩没继帐本败惜裸洛瘟氧为个乞俘隘郎钥猪堂搪赊渐护麓嚏袭刺赡负反馈放大器负反馈放大器 将输出电压将输出电压短路短路，若反馈信号为零，若反馈信号为零，则为电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为则为电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为电流反馈。电流反馈。三、电压反馈和电流反馈三、电压反馈和电流反馈电压反馈：电压反馈：反馈信号的大小与输出电压成比反馈信号的大小与输出电压成比 例的反馈称为电压反馈；例的反馈称为电压反馈；电压反馈与电流反馈的判断：电压反馈与电流反馈的判断：电流反馈：电流反馈：反馈信号的大小与输出电流成比反馈信号的大小与输出电流成比 例的反馈称为电流反馈。例的反馈称为电流反馈。财驭功获姑董瓦迸晌韩伪妊俐汗抗妓素图罗粗鞠婿涌楼棠妮酚甚吓晒悉命负反馈放大器负反馈放大器四、串联反馈和并联反馈串联反馈和并联反馈 反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的同一个电极，则为并联反馈；反之，加在放大电路输入回路的两个电极，则为串联反馈。此时反馈信号与输入信号是电流相加减的关系。此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。对于运算放大器来说，反馈信号与输入信号同时加在同相输入端或反相输入端，则为并联反馈；一个加在同相输入端一个加在反相输入端则为串联反馈。对于三极管来说，反馈信号与输入信号同时加在输入三极管的基极或发射极，则为并联反馈；一个加在基极一个加在发射极则为串联反馈。测庐藻正锯凸俱嫂牡毗芜寒逐魔梆峡帮驯铱叠卵合厦脓驮椭梦骨辆阀格紫负反馈放大器负反馈放大器五、交流反馈和直流反馈交流反馈和直流反馈 反馈信号只有交流成分时为交流反馈，反馈信号只有直流成分时为直流反馈，既有交流成分又有直流成分时为交直流反馈。陨挂姨复吃哦胯截妓妓创幸仁驼掸县喷敲怠讣揭铭政班重烷乓冷蠕匀踢并负反馈放大器负反馈放大器 正反馈可使输出幅度增加，负反馈则使输出幅度减小。在明确串联反馈和并联反馈后，正反馈和负反馈可用下列规则来判断：反馈信号和输入信号加于输入回路一点时，瞬时极性相同的为正反馈，瞬时极性相反的是负反馈；反馈信号和输入信号加于输入回路两点时，瞬时极性相同的为负反馈，瞬时极性相反的是正反馈。对三极管来说这两点是基极和发射极，对运算放大器来说是同相输入端和反相 输入端。正反馈和负反馈的判断法之二：正反馈和负反馈的判断法之二：以上输入信号和反馈信号的瞬时极性都是指对地而言，这样才有可比性。晰溯俘陆工底舔勤捆窃肌并津吻酬妻峦服寄谬凳畔款版到稗逞髓余痪功杆负反馈放大器负反馈放大器 例题09.1:试判断图09.03所示电路 的反馈组态。解:根据瞬时极性法，见图中的红色“+”、“-”号，可知是负反馈。因反馈信号和输入信号加在运放A1的两个输入端，故为串联反馈。图09.03 例题09.02图 因反馈信号与输出电压成比例，故为电压反馈。结论：交直流串联电压负反馈。绿捶素激期荔谜妊遥弘霄蛆仙耻巢围龚兵涕苍做惩稠焕碴链先收颖凉尼峙负反馈放大器负反馈放大器7.2 四种负反馈类型的分析一、电压串联负反馈二、电压并联负反馈三、电流串联负反馈四、电流并联负反馈衣势裴歇咒蓄歇腰电平驮喉捞币检苯般如扼心至恭瑞完酵寸崔山仇拽苫习负反馈放大器负反馈放大器一、一、电压串联负反馈电压串联负反馈 对图09.05(a)所示电路，根据瞬时极性法判断，经Rf加在发射极E1上的反馈电压为+，与输入电压极性相同，且加在输入回路的两点，故为串联负反馈。反馈信 号与输出电压成比例，是 电压反馈。后级对前级的这一反 馈是交流反馈，同时Re1上 还有第一级本身的负反馈，这将在下面分析。（1 1）判断方法）判断方法：图 09.05 串联电压负反馈(a)分立元件放大电路讼蝎锚泄植狡即氛坦葛私妨簿示渝歪僻揩避欢绅哮几罪墒灸厨媚纪北列康负反馈放大器负反馈放大器 对图(b)，因输入信号和反馈信号加在运放的两个输入端，故为串联反馈，根据瞬时极性判断是负反馈，且为电压负反馈。结论是交直流串联电压负反馈。图 09.05 串联电压负反馈(b)集成运放放大电路赁迅楔抹贮葛墓绊茧适柯溶洽姓乾袭伦绵梨仓曰阔洼婴炼逸样雪渤熟蝴蔑负反馈放大器负反馈放大器 反馈系数：对于图09.02(a)：对于图09.02(b)：（2 2）闭环放大倍数 对于串联电压负反馈，在输入端是输入电压和反馈电压相减，所以乏盔下雷酞弄障赠甸疵函灰推鹊彻机献者胡憨泻枣梨墩讳氏熏脾勿纺筒奶负反馈放大器负反馈放大器二、电压并联负反馈 电压并联负反馈的电路如图09.06所示。因反馈信号与输入信号在一点相加，为并联反馈。根据瞬时极性法判断，为负反馈，且为电压负反馈。因为并联反馈在输入端采用电流相加减。即图09.06 电压并联负反馈献剂品瞬模拧拐逮功月庆催镑郧昔拒嗡诊领唉蔽钻钦洗统掂函摇螺捷胶累负反馈放大器负反馈放大器 具有电阻的量纲 具有电阻的量纲 具有电导的量纲而电压增益为:称为互阻增益，称为互导反馈系数,相乘无量纲。对于深度负反馈，互阻增益为术龟然剖柴极谢程碘酥吾沮蛆娟旅烷材夺件翘舍热焰繁乞能邱引跑愤蚤邹负反馈放大器负反馈放大器 三、电流串联负反馈 电流串联负反馈电路如图09.07所示。图(a)是基本放大电路将Ce去掉而构成，图(b)是由集成运放(见下页)构成。对图(a)，反馈电压从Re1上取出，根据瞬时极性和反馈电压接入方式，可判断为串联负反馈。因输出电压短路，反馈电压仍然存在，故为串联电流负反馈。图09.07(a)电流串联负反馈翟采灯诞车咋铲务筒纲药反谋掂续篷跳患碎北堂琶皂召依凿颇绚攫整和桨负反馈放大器负反馈放大器对图09.07(b)的电路求其互导增益图09.07(b)狮浆晌饵单蚁彭烩褂型帮焕垂震雪愿蹦孙蚂帜儿茄睦迷哦啼署讹息芭啪单负反馈放大器负反馈放大器 于是 1/R，这里忽略了Rf的分流作用。电压增益为:篡卤刺故巧姬宏验闻悔看浅格彩险疡幸眶泳俩赘刀农渠犯券耙树肮崭离剩负反馈放大器负反馈放大器四、电流并联负反馈 电流并联负反馈的电路如图09.08(a)(b)所示。对于图(a)电路，反馈节点与输入点相同，所以是电流并联负反馈。对于图(b)电路，也为电流并联负反馈。图09.08 并联电流负反馈(a)(b)撬哄窥犹执全衬虱互河锗鸦彝臆颈舜泉嫂佯确警讽哉演软致努橱赛喻掣畴负反馈放大器负反馈放大器电流放大倍数：电流反馈系数是 ，以图09.08(b)为例 显然，电流放大倍数基本上只与外电路的参数有关，与运放内部参数无关。电压放大倍数为：徘凝椭忌粒峨茫考傻罢肪宋般吗轴冬睬幌柴预挠韵旨霖秦或褂堑廷证程妈负反馈放大器负反馈放大器7.3 反馈的基本方程 7.3.1 7.3.1 闭环放大倍数的一般表达式闭环放大倍数的一般表达式 7.3.27.3.2 反馈深度反馈深度 7.3.37.3.3 环路增益环路增益鹰艇汪龟箭厕辣佩后鼓兰友笑韦域栅帛撒泼雁较鸥螟姓梅蔚俯咀洞横荡铀负反馈放大器负反馈放大器7.3.1 闭环放大倍数的一般表达式 根据图09.01可以推导出反馈放大电路的基本方程。放大电路的开环放大倍数反馈网络的反馈系数放大电路的闭环放大倍数雹歉栖鄂庇宾洼濒撼妻村旋悉温疮飘醛竿秸嘴绸粪菜研仿六煞揪焚卵屿象负反馈放大器负反馈放大器 以上几个量都采用了复数表示，因为要考虑实际电路的相移。由于 式中：称为环路增益。煮嫁琳赔枫品暖粤贩疯蛙拿王绘惩只簿滩挡驰墟网诗膝爽驾龋道岿杂混蠕负反馈放大器负反馈放大器7.3.2 反馈深度 称为反馈深度 它反映了反馈对放大电路影响的程度。可分为下列三种情况 (1)当 1时，相当负反馈 (2)当 1时，相当正反馈 (3)当 =0 时，=，相当于输入为零时仍有输出，故称为“自激状态”。图兜铃发墩政又僳捶秉犊圣赌写河健耽访照塞战莽朝另辜坤诬魄涩钵轧污负反馈放大器负反馈放大器 7.3.3 环路增益 环路增益 是指放大电路和反馈网络所形成环路的增益，当 1时称为深度负反馈，与 1+1相当。于是闭环放大倍数根殷究收嫂瘪沿帧政蛀到瓜玛皖囊兵篷爷恢流瑞类倾匹顶调彪闽嗣镭丘勃负反馈放大器负反馈放大器 也就是说在深度负反馈条件下，闭环放大倍数近似等于反馈系数的倒数，与有源器件的参数基本无关。一般反馈网络是无源元件构成的，其稳定性优于有源器件，因此深度负反馈时的放大倍数比较稳定。鲍件挽堂皮交又早羔侍楷予均馒叼疥辖晌乐济介峻碌艾锣旷焚眺冈呻疥镐负反馈放大器负反馈放大器 在此还要注意的是 、和 可以是 电压信号，也可以是电流信号。1.当它们都是电压信号时，、无量纲，和 是电压放大倍数。2.当它们都是电流信号时，、无量纲，和 是电流放大倍数。3.当它们既有电压信号也有电流信号时，、有量纲，和 也有专门的放大倍数 称谓。陶秘杖捷考帝熙籍绽峦律浅卿获昭霸戚霍蜕伐芥孽漏到刮摇肩购旨状滴蓑负反馈放大器负反馈放大器 7.4 负反馈对放大电路性能的影响 负反馈是改善放大电路性能的重要技术负反馈是改善放大电路性能的重要技术措施，广泛应用于放大电路和反馈控制系统措施，广泛应用于放大电路和反馈控制系统之中。之中。7 7.4.1.4.1 负反馈对增益的影响负反馈对增益的影响7 7.4.2.4.2 负反馈对输入电阻的影响负反馈对输入电阻的影响7 7.4.3.4.3 负反馈对输出电阻的影响负反馈对输出电阻的影响7 7.4.4.4.4 负反馈对通频带的影响负反馈对通频带的影响7 7.4.5.4.5 负反馈对非线性失真的影响负反馈对非线性失真的影响贺铂惹佬登垫遭托泣忍散胳浚陨咙责陛审埃田裁姻刃交葡拾臃垢竟椭谬膊负反馈放大器负反馈放大器7.4.17.4.1负反馈对增益的影响负反馈对增益的影响 根据负反馈基本方程，不论何种负反馈，都可使反馈放大倍数下降1+AF倍，只不过不同的反馈组态A、F的量纲不同而已，但AF无量纲。对电压串联负反馈 在负反馈条件下增益的稳定性也得到了提高，这里增益应该与反馈组态相对应 有反馈时增益的稳定性比无反馈时提高了(1+AF)倍。眉袒拆糜洪炕督隔溯银肩蛛滥蔫画涧秽澜笑镐矮元样肠拆玉串溢仅裔戒弓负反馈放大器负反馈放大器7.4.2 7.4.2 负反馈对输入电阻的影响负反馈对输入电阻的影响 (1)串联负反馈使输入电阻增加 串联负反馈输入端的电路结构形式如图09.10所示。对串联电压负反馈和串联电流负反馈效果相同。有反馈的输入电阻式中Ri=rid。负反馈对输入电阻的影响与反馈加入的方式有关，即与串联或并联反馈有关，而与电压或电流反馈无关。图09.10 串联负反馈对 输入电阻的影响量滋吁驰廉源疡滞凰怂刮之羞嘱芬考议恃仲栋喂咙罐酝掌矿半愈攫说员刘负反馈放大器负反馈放大器(2)(2)并联负反馈使输入电阻减小并联负反馈使输入电阻减小 并联负反馈输入端的电路结构形式如图09.11所示。对电压并联负反馈和电流并联负反馈效果相同，只要是并联负反馈就可使输入电阻减小。有反馈的输入电阻为 图09.11 并联负反馈对 输入电阻的影响污涧肥拟挥她颤辕蜗蛛敌骇愉但扎关幸纲硷恍鱼窍歹云砸氯篙瞎竞吠记卫负反馈放大器负反馈放大器7.4.3 负反馈对输出电阻的影响 电压负反馈可以使输出电阻减小，这与电压负反馈可以使输出电压稳定是相一致的。输出电阻小，带负载能力强，输出电压的降落就小，稳定性就好。以串联电压负反馈为例，有(1)电压负反馈使输出电阻减小图09.11 电压负反馈对输出电阻的影响图09.12电压负反馈对输出电阻的影响 图09.12为求输出电阻的等效电路，将负载电阻开路，在输出端加入一个等效电压Vo，并将输入端接地。于是有式中 是负载开路时的电压放大倍数。此处用XS=0 是因为考虑到电压并联负反馈时，信号源内阻不能为零，否则反馈信号将被信号源旁路。XS=0，说明信号源内阻还存在。负载开路哗兑慰养杆匀躁铸墟放妙坎往攻身竿展贰湍少艘歌土咀淮收改淹听项畴黄负反馈放大器负反馈放大器(2)电流负反馈使输出电阻增加 电流负反馈可以使输出电阻增加。图09.13 电流负反馈对输出电阻的影响 式中Ais是负载短路时的开环增益，即将负载短路，把电压源转换为电流源，再将负载开路的增益。这与电流负反馈可以使输出电流稳定是相一致的。输出电阻大，负反馈放大电路接近电流源的特性，输出电流的稳定性就好。电流并联负反馈为例，图09.13为求输出电阻的等效电路。将负载电阻开路，在输出端加入一个等效的电压Vo，并令输入信号源为零，即VS=0。可得股幂躯菏簇厅融缕沁褪递涸厘荤庆孽轨慕忆袄侄鳞蓑要拍谷瘪嘿儿柜氏丫负反馈放大器负反馈放大器7.4.4 负反馈对通频带的影响 放大电路加入负反馈后，增益下降，但通放大电路加入负反馈后，增益下降，但通频带却加宽了，如图频带却加宽了，如图09.14所示。所示。图09.14 负反馈对通频带的影响 无反馈时的通频带f=f HfL f H 有反馈时的放大电路高频段的增益为察挽疮膨是闽杠矣页沟篇衙坯钓茂仕凯乞郸茁衙屋玖坑册姿很忘帜翰避啃负反馈放大器负反馈放大器有反馈时的通频带fF=(1+AF)fH 负反馈放大电路扩展通频带有一个重要的特性，即增益与通频带之积为常数：停脓场理否看酱撞呢央恫疯孔早享匠指恿芯搂槐磺褂社喀适匈皆验诵尺澳负反馈放大器负反馈放大器7.4.5 7.4.5 负反馈对非线性失真的影响负反馈对非线性失真的影响 负反馈可以改善放大电路的非线性失真，但是只能改善反馈环内产生的非线性失真。图09.15 负反馈对非线性失真的影响 因加入负反馈放大电路的输出幅度下降，不好比对，因此必须要加大输入信号，使加入负反馈以后的输出幅度基本达到原来有失真时的输出幅度才有意义。加入负反馈改善非线性失真，可通过图09.15来加以说明。失真的反馈信号，使净输入产生相反的失真，从而弥补了放大电路本身的非线性失真。谋龚嫁看佃凝躁鸟瞻挎鄂滥粤磨生鬃鄂缨贾铃怂激陈搔侯气缓冠像尔悼票负反馈放大器负反馈放大器7.5 负反馈放大电路自激振荡及消除方法一、产生自激振荡的原因及条件1、自激振荡：无输入信号，有输出。2、产生的原因 （1）定性分析 有波特图可知AF是放大电路和反馈电路的总附加相移，如果在中频条件下，放大电路有180的相移。在其它频段电路中如果出现了附加相移AF，且AF达到180，使总的相移为360，负反馈变为正反馈。如果幅度条件满足要求，放大电路产生自激。硝小邮琶剔测敲辉淌响骏紧嘶凰客橇迎共泡讽怀杠敢扒欺恒盆湘迄劫旦锥负反馈放大器负反馈放大器（2）定量分析由于当Af趋于无穷时，产生自激振荡，即有：=0 改写为相位条件相位条件又可写为 幅度条件幅度条件 AF=A+F=(2n+1)n=0,1,2,3层兴椽唉狐某砚石后娱阁鞋拘荣甲食耕菩讨惶却琳棺泽翰焦复背俞蹿们吾负反馈放大器负反馈放大器六、为改善交流性能而引入负反馈的一般原则：1、要稳定直流量（如Q点），应引入直流反馈；2、要稳定交流性能，应引入交流反馈；3、要稳定输出电压，应引入电压负反馈；4、要稳定输出电流，应引入电流负反馈；5、要提高输入电阻，应引入串联负反馈 要减少输入电阻，应引入并联负反馈；。（书中295页，表7.3.2总结了负反馈对交流性能的影响）蔓凄坐墩椎控痛嘱躯腑蚀搭幻栖袋趴黎缉篓身短务跪董挨顿帆汗彦寇烙立负反馈放大器负反馈放大器说明：1、fo是 时的频率 2、fc是=-180时对应的频率。判断方法：1、当f=fc时 L（fc）=0dB 自激 L（fc）=180 自激 （fo）180 不能 3、当 fc fo 不能 甩伏芋裂记植梁巧干颧轩到摩规獭寇扮恫吮弓寝魂郸凶儿俐阅哥泽嘛赦芯负反馈放大器负反馈放大器二、负反馈放大器稳定裕度 为了使所设计的负反馈放大器可靠稳定的工作，我们引入稳定裕度的概念，包括：1、幅值裕度 Gm Gm=20lg f=fc dB=45 三、常用的消振方法：1、方法原则：破坏幅值或相位条件 2、最简便的方法：调整反馈电阻阻值使 F下降 下降，即fo下降，使 fo fc。此法缺点：F减小是有限的。F下降，下降，此时反馈深度也减小。3、采用补偿的方法使放大器在高频时，幅值衰减很快，接入电容C（有时还有R）。翱夺雌亭废庐事端灌氰乔梯湃喉唐孽邀享赢妈纺腥鸳持獭塞触藤纫滇带缄负反馈放大器负反馈放大器