模拟电路第五章教材课件

模 拟 电 子 技 术第第 五五章章5.15.1负反馈放大电路的组成和基本类型负反馈放大电路的组成和基本类型负反馈放大电路的组成和基本类型负反馈放大电路的组成和基本类型5.3 5.3 负反馈对放大电路应用中的几个问题负反馈对放大电路应用中的几个问题负反馈对放大电路应用中的几个问题负反馈对放大电路应用中的几个问题小结小结5.25.2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反反 馈馈 模 拟 电 子 技 术5.1负反馈放大电路的组成负反馈放大电路的组成和基本类型和基本类型 引言引言 5.1.2 负反馈放大电路的基本负反馈放大电路的基本类型类型 5.1.3 负反馈放大电路分析负反馈放大电路分析 5.1.1 反馈放大电路的组成及基本关系式反馈放大电路的组成及基本关系式模 拟 电 子 技 术1.反馈反馈 将电路的输出量将电路的输出量(电压或电流电压或电流)的部分或全的部分或全2.2.部部，通通过过一一定定的的元元件件，以以一一定定的的方方式式回回送送到到输输入回入回3.3.路并影响输入量路并影响输入量(电压或电流电压或电流)和和输出量的过程。输出量的过程。引言引言2.信号的两种流向信号的两种流向正向传输：正向传输：输入输入 输出输出反向传输：反向传输：输输出出 输入输入 开环开环 闭环闭环输入输入 输出输出 放大电路放大电路 反馈网络反馈网络模 拟 电 子 技 术A+比较比较环节环节5.1.1 反馈放大电路的组成反馈放大电路的组成一、反馈的组成和基本关系式一、反馈的组成和基本关系式基本放大电路基本放大电路F反馈网络反馈网络 xi 输入信号输入信号(ii 或或 ui)xid 净输入信号净输入信号(iid 或或 uid)xo 输出信号输出信号(io 或或 uo)xf 反馈信号反馈信号(if 或或 uf)模 拟 电 子 技 术二、反馈的分类二、反馈的分类1.正反馈和负反馈正反馈和负反馈正反馈正反馈 反馈使净输入电量增加，反馈使净输入电量增加，从而使输出量增大。从而使输出量增大。负反馈负反馈 反馈使净输入电量减小，反馈使净输入电量减小，从而使输出量减小。从而使输出量减小。判断法：瞬时极性法判断法：瞬时极性法2.直流反馈和交流反馈直流反馈和交流反馈直流反馈直流反馈 直流信号的反馈。直流信号的反馈。交流反馈交流反馈 交流信号的反馈。交流信号的反馈。模 拟 电 子 技 术例例 5.1.1输入输入回路回路输出输出回路回路判断电路是否存在反馈。是正反馈还是负反判断电路是否存在反馈。是正反馈还是负反馈？直反馈还是交流反馈？馈？直反馈还是交流反馈？RE 介于输入输出回路，有反馈。介于输入输出回路，有反馈。反馈使反馈使 uid 减小，为负反馈。减小，为负反馈。既有直流反馈，又有交流反馈。既有直流反馈，又有交流反馈。模 拟 电 子 技 术5.1.2 负反馈放大电路的基本类型负反馈放大电路的基本类型一、电压反馈和电流反馈一、电压反馈和电流反馈电压反馈电压反馈 反馈信号取自输出电压的部分或全部。反馈信号取自输出电压的部分或全部。判别法：判别法：使使 uo=0(RL 短路短路)，若若反馈消失则为电压反馈反馈消失则为电压反馈。电流反馈电流反馈 反馈信号取自输出电流。反馈信号取自输出电流。判别法：判别法：使使 io=0(RL 开路开路)，若反馈消失则为电流反馈。若反馈消失则为电流反馈。AFRLuo电压电压反馈反馈电流电流反馈反馈iouoFARLio模 拟 电 子 技 术二、串联反馈和并联反馈二、串联反馈和并联反馈串联反馈：串联反馈：反馈信号与输入信号以反馈信号与输入信号以电压相加减的形式在输入端出现。电压相加减的形式在输入端出现。uid=ui uf特点：特点：信号源内阻越小，信号源内阻越小，反馈效果越明显。反馈效果越明显。并联反馈：并联反馈：反馈信号与输入信号以反馈信号与输入信号以电流相加减的形式在输入端出现。电流相加减的形式在输入端出现。iid=ii if特点：特点：信号源内阻越大，信号源内阻越大，反馈效果越明显。反馈效果越明显。AFiiifisiidRSRSAFuiuidufus模 拟 电 子 技 术三、四种基本反馈类型三、四种基本反馈类型AFuiuidufusRSRLuoAFuiuidufusRSiouoRLio电电压压串串联联负负反反馈馈电电流流串串联联负负反反馈馈模 拟 电 子 技 术FAiiifisiidRSRLuoFAiiifisiidRSiouoRLio电电压压并并联联负负反反馈馈电电流流并并联联负负反反馈馈模 拟 电 子 技 术5.1.3 负反馈放大电路分析负反馈放大电路分析例例 5.1.2 AF电压串联电压串联负负反馈反馈 模 拟 电 子 技 术uo 经经 Rf 与与 R1 分压反馈到输入回路，故有反馈。分压反馈到输入回路，故有反馈。反馈使净输入电压反馈使净输入电压 uid 减小，为负反馈。减小，为负反馈。RL=0，无反馈，故为电压反馈。无反馈，故为电压反馈。uf =uoR1/(R1+Rf)也说明是电压反馈。也说明是电压反馈。uid=ui uf 故故为串联反馈。为串联反馈。模 拟 电 子 技 术例例 5.1.3 Rf 为为输入回路和输出回路的公共电阻，故有反馈。输入回路和输出回路的公共电阻，故有反馈。反馈使净输入电压反馈使净输入电压 uid 减小，为负反馈。减小，为负反馈。RL=0，反馈存在，故为电流反馈。反馈存在，故为电流反馈。uf =ioRf，也说明是电流反馈。也说明是电流反馈。uid=ui uf 故故为串联反馈。为串联反馈。AF电流串联负反馈电流串联负反馈模 拟 电 子 技 术例例 5.1.4 Rf 为为输入回路和输出回路的公共电阻，故有反馈。输入回路和输出回路的公共电阻，故有反馈。反馈使净输入电流反馈使净输入电流 iid 减小，为负反馈。减小，为负反馈。RL=0，无反馈，故为电压反馈。无反馈，故为电压反馈。iid =ii if，故为并联反馈。故为并联反馈。AF电压并联电压并联负负反馈反馈模 拟 电 子 技 术例例 5.1.5 Rf 介于输入回路和输出回路，故有反馈。介于输入回路和输出回路，故有反馈。反馈使净输入电流反馈使净输入电流 iid 减小，为负反馈。减小，为负反馈。RL=0，反馈存在，故为电流反馈。反馈存在，故为电流反馈。iid=ii if，故为并联反馈。故为并联反馈。AF电流并联电流并联负负反馈反馈模 拟 电 子 技 术 电流串联负反馈电流串联负反馈电压串联负反馈电压串联负反馈例例 5.1.6 反馈类型的判断反馈类型的判断模 拟 电 子 技 术 RE 引入本级电流串联负反馈；引入本级电流串联负反馈；引入级间电流并联负反馈。引入级间电流并联负反馈。例例 5.1.7 反馈信号反馈信号与输入信号与输入信号在不同节点为串联在不同节点为串联反馈，在反馈，在同一个节点为并联反馈。同一个节点为并联反馈。反馈取自输出端或输出分压端为电压反反馈取自输出端或输出分压端为电压反馈，反馈取自非输出端为电流反馈。馈，反馈取自非输出端为电流反馈。规规 律：律：模 拟 电 子 技 术5.1.4反馈放大电路的框图表示法反馈放大电路的框图表示法一、反馈放大电路的框图一、反馈放大电路的框图在在一一个个带带反反馈馈的的放放大大电电路路中中，放放大大电电路路本本身身和和反反馈馈网网络络是是紧紧密密相相连连、混混为为一一体体的的。但但是是，为为了了突突出出反反馈馈的的作作用用，分分析析反反馈馈对对放放大大电电路路的的影影响响，我我们们又又希希望望把把反反馈馈放放大大电电路路分分解解为为两两部部分分：一一是是不不带带反反馈馈的的“基基本本放放大大电电路路”，二二是是“反反馈馈网网络络”。所所以以能能这这样样做做，依依据据的的是是所所谓谓“信号单方向作用的假定信号单方向作用的假定”。模 拟 电 子 技 术 前面已多次提到信号的正向和反向传输前面已多次提到信号的正向和反向传输 通道，前者是指放大电路本身，而后者通道，前者是指放大电路本身，而后者 是指反馈网络。实际上，这两个通道是是指反馈网络。实际上，这两个通道是 很难分开的。因为一般由无源元件很难分开的。因为一般由无源元件R和和C 组成的反馈网络显然是双向作用的，而组成的反馈网络显然是双向作用的，而 放大电路本身也存在固有的内部反馈。放大电路本身也存在固有的内部反馈。但是，在工程实践中的我们有必要也有但是，在工程实践中的我们有必要也有 理由来做一些合理的假定，目的在于突理由来做一些合理的假定，目的在于突 出主要的因素，略去次要的因素，使工出主要的因素，略去次要的因素，使工 作机理更清晰，问题的处理更简单作机理更清晰，问题的处理更简单。模 拟 电 子 技 术先看信号的正向传输，输入信号可以通过放大电路，也可以通过反馈网络作正向传输。前者有很强的放大作用，而后者只能由衰减作用。两相比较，我们有理由略去通过反馈网络的信号正向传输，而认为信号的正向传输只能通过放大电路。同样，如果略去放大电路本身固有的内部反馈，则可以认为信号的反向传输只能通过反馈网络。总之，通过基本放大电路的只有信号的正向传输，而通过反馈网络的只有信号的反向传输。模 拟 电 子 技 术再再作作这这样样的的假假定定之之后后，就就可可以以把把一一个个反反馈馈放放大电路表示为如图所示。大电路表示为如图所示。在在图图中中，各各量量既既可可为为电电压压，又又可可为为电电流流，因因此用一般的加相应的下标表示。此用一般的加相应的下标表示。图中，图中，A是基本放大电路的开环放大倍数是基本放大电路的开环放大倍数A+比较比较环节环节基本放大电路基本放大电路F反馈网络反馈网络模 拟 电 子 技 术F是是反反馈馈量量 与与输输出出量量 之之比比，叫叫“反反馈馈系系数数”，即即因此因此表表示示从从输输入入端端的的净净输输入入量量 经经正正向向通通道道A和和反反向向通通道道F,沿沿反反馈馈形形成成的的闭闭合合环环路路绕绕行行一一周周后后，作作为为反反馈馈量量出出现现在在输输入入端端的的信信号号传传输输系系数数，通通常常叫叫做做“环路增益环路增益”。模 拟 电 子 技 术二、闭环增益的一般表达式二、闭环增益的一般表达式 在在上上图图中中，输输出出量量与与输输入入量量之之比比叫叫做做反反馈馈放放大大电电路路的的“闭闭环环增增益益”，即即它它和和开开环环增增益益A有着本质的区别。有着本质的区别。所以可得：所以可得：这这就就是是反反馈馈放放大大电电路路中中闭闭环环增增益益与与开开环环增益的一般表达式。增益的一般表达式。模 拟 电 子 技 术三、三、反馈深度反馈深度由式由式 可得：可得：量量 是是开开环环增增益益与与闭闭环环增增益益幅幅值值之之比比，它它自自然然反反映映了了反反馈馈对对放放大大电电路路的的影影响响程程度度。我我们们把把 叫做叫做“反馈深度反馈深度”。模 拟 电 子 技 术1）如如果果 ，则则 。这这就就是是负负反反馈馈的的情情况况，因因为为它它表表示示反反馈馈的的引引入入削削弱弱了了输输入入量的作用，使闭环增益下降。量的作用，使闭环增益下降。因为因为 可可见见负负反反馈馈的的作作用用是是使使真真正正加加到到放放大大电电路路输输入端的净输入量减小到无反馈时的入端的净输入量减小到无反馈时的 ，从而使闭环增益下降。，从而使闭环增益下降。模 拟 电 子 技 术2）如如果果 ，则则 。这这是是正正反反馈馈的的情情况况，表表明明反反馈馈的的引引入入加加强强了了输输入入量量的的作作用用，使毕环增益加大。使毕环增益加大。3）当当 时时，闭闭环环增增益益 。这这意意味味着着即即使使没没有有输输入入量量也也仍仍然然有有输输出出量量。这这种种工工作作状状态态叫叫做做放放大大电电路路的的“自自激激”。在在自自激激时时，放放大大电电路路已已失失去去正正常常的的放放大大功功能能，因因而而一一般般是是必必须须加加以以消消除除的的。但但是是，有有时时又又要要对对自自激激状状态态加以利用。加以利用。模 拟 电 子 技 术4）当）当 时，就变为时，就变为 ，说说明明此此时时反反馈馈放放大大电电路路的的闭闭环环增增益益将将只只取取决决于于反反馈馈系系数数。因因为为反反馈馈网网络络通通常常由由无无源源元元件件组组成成，这这些些元元件件性性能能非非常常稳稳定定，所所以以在在这这种种情情况况下下反反馈馈放放大大电电路路的的工工作作也也将将非非常常稳稳定定，不不受受除除输输入入量量以以外外的干扰因素的影响。因为的干扰因素的影响。因为 ，所以叫做，所以叫做“深度反馈深度反馈”。模 拟 电 子 技 术5.2负反馈对负反馈对放大电路放大电路 性能的影响性能的影响 5.2.1 提高增益的稳定性提高增益的稳定性 5.2.2 减少失真和扩展通频带减少失真和扩展通频带 5.2.3 改变放大电路的输入和输出电阻改变放大电路的输入和输出电阻模 拟 电 子 技 术5.2.1 提高增益的稳定性提高增益的稳定性Af 的的相对变化量相对变化量A 的相对变化量的相对变化量放大倍数稳定性提高放大倍数稳定性提高模 拟 电 子 技 术例例 5.2.1 A=103，负反馈使负反馈使放大倍数稳定性提高放大倍数稳定性提高 100 倍，求倍，求 F、Af、A 变化变化 10%时的时的 A f，以及以及 dAf/Af。解：解：1)1+AF=100，则则 F=(100 1)/A=0.0992)=103/100=103)此时的此时的 A f =负负反反馈馈以以牺牺牲牲放放大大倍倍数数，换换取了放大倍数稳定性的提高。取了放大倍数稳定性的提高。模 拟 电 子 技 术5.2.2 减少失真和扩展通频带减少失真和扩展通频带一、减少非线性失真一、减少非线性失真uf加入加入负反馈负反馈无负反馈无负反馈FufAuiuo+uiduo大大小小略大略大略大略大略小略小略小略小略小略小略小略小略大略大略大略大uiA接近正弦波接近正弦波改善了波形失真改善了波形失真模 拟 电 子 技 术二、扩展通频带二、扩展通频带 BW无反馈时：无反馈时：BW=fH fL fH引入反馈后，引入反馈后，fA(f)OAm0.707AmfLfHBWAf(f)Amf0.707AmffLffHfBWf可证明：可证明：fHf=(1+AF)fHfLf=fL/(1+AF)=(1+AF)fH fHf=(1+AF)BW BWf =fHf fLf模 拟 电 子 技 术5.2.3 改变放大电路的输入和输出电阻改变放大电路的输入和输出电阻一、对输入电阻的影响一、对输入电阻的影响1.串联负反馈使输入电阻增大串联负反馈使输入电阻增大Rif深度负反馈：深度负反馈：ii A FuiuidufRiAFuid模 拟 电 子 技 术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Rif深度负反馈：深度负反馈：ifiidii A FuiRiAFiid模 拟 电 子 技 术二、对输出电阻的影响二、对输出电阻的影响1.电压负反馈电压负反馈 F 与与 A 并联，使输出电阻减小。并联，使输出电阻减小。AFRoRofA 为负载开路时的源电压放大倍数。为负载开路时的源电压放大倍数。深度负反馈：深度负反馈：2.电流负反馈电流负反馈 F 与与 A 串联，使输出电阻增大串联，使输出电阻增大AFRoRofA 为负载短路时的源电压放大倍数。为负载短路时的源电压放大倍数。深度负反馈：深度负反馈：模 拟 电 子 技 术5.3负反馈对负反馈对放大电路放大电路应用中的几个问题应用中的几个问题 5.3.1 放大电路引入负反馈的一般原则放大电路引入负反馈的一般原则 5.3.2 深度负反馈放大电路的特点及深度负反馈放大电路的特点及 性能估算性能估算 5.3.3 负反馈放大电路的稳定性负反馈放大电路的稳定性模 拟 电 子 技 术5.3.1 放大电路引入负反馈的一般原则放大电路引入负反馈的一般原则一、欲稳定某个量，则引该量的负反馈一、欲稳定某个量，则引该量的负反馈稳定直流，稳定直流，引直流反馈；引直流反馈；稳定交流，稳定交流，引交流反馈；引交流反馈；稳定输出电压，稳定输出电压，引电压反馈；引电压反馈；稳定输出电流，稳定输出电流，引电流反馈。引电流反馈。二、根据对输入、输出电阻的要求选择反馈类型二、根据对输入、输出电阻的要求选择反馈类型欲提高输入电阻，欲提高输入电阻，采用串联反馈；采用串联反馈；欲降低输入电阻，欲降低输入电阻，采用并联反馈；采用并联反馈；模 拟 电 子 技 术要求高内阻输出，要求高内阻输出，采用电流反馈；采用电流反馈；要求低内阻输出，要求低内阻输出，采用电压反馈。采用电压反馈。三、为使反馈效果强，根据信号源及负载确定反馈类型三、为使反馈效果强，根据信号源及负载确定反馈类型信号源为恒压源，信号源为恒压源，采用串联反馈；采用串联反馈；信号源为恒流源，信号源为恒流源，采用并联反馈；采用并联反馈；要求负载能力强，要求负载能力强，采用电压反馈；采用电压反馈；要求恒流源输出，要求恒流源输出，采用电流反馈。采用电流反馈。模 拟 电 子 技 术5.3.2 深度负反馈放大电路的特点及性能估算深度负反馈放大电路的特点及性能估算一、深度负反馈放大电路的特点一、深度负反馈放大电路的特点1.深度负反馈的特点：深度负反馈的特点：AFAxidAFxid(1+AF)xid即：即：串联负反馈：串联负反馈：虚短虚短并联负反馈：并联负反馈：虚断虚断模 拟 电 子 技 术2.深度负反馈电路性能的估算：深度负反馈电路性能的估算：(1)电压串联负反馈电压串联负反馈8uiC1R1uoR2Rfuiduf虚短虚短RifR ifRof 例例 1 模 拟 电 子 技 术 例例 2 R ifRifR0f 例例 3 模 拟 电 子 技 术(2)电压并联负反馈电压并联负反馈运算放大器在线性运算放大器在线性应用时同时存在虚应用时同时存在虚短和虚断短和虚断虚断虚断虚地虚地 例例 1 模 拟 电 子 技 术虚断虚断虚地虚地 例例 2 模 拟 电 子 技 术(3)电流串联负反馈电流串联负反馈虚短虚短虚断虚断 例例 1 模 拟 电 子 技 术虚短虚短 例例 2 模 拟 电 子 技 术(4)电流并联负反馈电流并联负反馈 例例 1 虚地虚地模 拟 电 子 技 术5.3.3 负反馈放大电路的稳定性负反馈放大电路的稳定性(消除自激振荡消除自激振荡)一、自激振荡的现象一、自激振荡的现象ui=0AuouiAuo二、产生自激振荡的条件和原因二、产生自激振荡的条件和原因1.自激条件自激条件 2.自激的原因自激的原因附加相移附加相移 AF 使负反馈使负反馈 正反馈正反馈模 拟 电 子 技 术3.消除自激的方法消除自激的方法 相位补偿相位补偿在在电电路路中中加加入入 C，或或 R、C 元元件件进进行行相相位位补补偿偿，改变电路的高频特性，从而破坏自激条件。改变电路的高频特性，从而破坏自激条件。相位补偿形式相位补偿形式滞后补偿滞后补偿电容滞后电容滞后 RC 滞后滞后超前补偿：超前补偿：密勒效应补偿密勒效应补偿电容滞后补偿电容滞后补偿RC 滞后补偿滞后补偿密勒效应补偿密勒效应补偿R模 拟 电 子 技 术小小 结结第第 5 章章模 拟 电 子 技 术一、反馈的判断方法一、反馈的判断方法1.有无有无反馈反馈:2.正反馈和负反馈正反馈和负反馈主要看信号有无反向传输通路。主要看信号有无反向传输通路。采用采用瞬时极性法瞬时极性法，看反馈是增强还是削弱净输入信号。，看反馈是增强还是削弱净输入信号。对于对于串联负反馈串联负反馈，反馈信号与输入信号，反馈信号与输入信号极性相同极性相同；对于对于并联负反馈并联负反馈，反馈信号与输入信号，反馈信号与输入信号极性相反极性相反。3.四种反馈组态四种反馈组态电压和电流反馈：电压和电流反馈：模 拟 电 子 技 术规则：规则：RL 短路，短路，反馈消失则为电压反馈，反馈消失则为电压反馈，反馈存在为电流反馈。反馈存在为电流反馈。规律：规律：电压反馈取自输出端或输出分压端；电压反馈取自输出端或输出分压端；电流反馈取自非输出端。电流反馈取自非输出端。串联和并联反馈：串联和并联反馈：规则：规则：串联负反馈串联负反馈：uid =ui uf并联负反馈并联负反馈：iid=ii if反馈信号反馈信号与输入信号与输入信号在不同节点为串联反馈；在不同节点为串联反馈；反馈信号反馈信号与输入信号与输入信号在在同一个节点为并联反馈。同一个节点为并联反馈。规律：规律：模 拟 电 子 技 术习题习题 5.1电压串联电压串联交、直流负反馈交、直流负反馈电流串联电流串联直流负反馈直流负反馈正反馈正反馈模 拟 电 子 技 术 A2：本级交、直流本级交、直流 电压串联负反馈电压串联负反馈R2：级间正反馈级间正反馈R3：电压并联交直流负反馈电压并联交直流负反馈R7：电压串联交直流负反馈电压串联交直流负反馈 R2：电压串联电压串联交流负反馈交流负反馈R4：级间电压并联交流负反馈级间电压并联交流负反馈模 拟 电 子 技 术习题习题 5.2模 拟 电 子 技 术模 拟 电 子 技 术并联负反馈使输入电阻减小并联负反馈使输入电阻减小二、负反馈对放大电路性能的影响二、负反馈对放大电路性能的影响1.提高增益的稳定性提高增益的稳定性2.减少失真和扩展通频带减少失真和扩展通频带3.对输入电阻和输出电阻的影响对输入电阻和输出电阻的影响串联负反馈使输入电阻增大串联负反馈使输入电阻增大电压反馈使输出电阻减小电压反馈使输出电阻减小(稳定了输出电压稳定了输出电压)电流反馈使输出电阻增大电流反馈使输出电阻增大(稳定了输出电流稳定了输出电流)模 拟 电 子 技 术三、负反馈放大电路的方框图和基本关系三、负反馈放大电路的方框图和基本关系A基本放大电路基本放大电路F 负反馈方程负反馈方程四、深度负反馈的特点四、深度负反馈的特点 深度深度负反馈负反馈串联负反馈：串联负反馈：虚短虚短并联负反馈：并联负反馈：虚断虚断模 拟 电 子 技 术五、深度负反馈放大电路电压放大倍数的计算举例五、深度负反馈放大电路电压放大倍数的计算举例ui+VCCRCuoufRC VEEI18I2RBRBRf电压串联负反馈电压串联负反馈例例 1:模 拟 电 子 技 术IIui+VCCuoRE8R1RfRIF电压并联负反馈电压并联负反馈例例 2: