资源描述
*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第4章 负反馈放大电路,本章主要内容,反馈的基本概念与分类,负反馈对放大电路性能的影响,深度负反馈放大电路的工程估算方法,引入负反馈的一般原则,负反馈放大电路自激振荡的原因及消除方法,11/24/2024,1,第4章 负反馈放大电路本章主要内容10/7/20231,1.,反馈,将放大电路的输出信号(电压或电流)的一部分或全部，通过反馈网络回送到输入回路，,与原来的输入信号（电压或电流）共同控制放大器,的过程。,2.,反馈放大器,具有反馈的放大电路，又称闭环放大电路。,3.,开环放大电路,没有反馈的放大电路,输入,输出,放大电路,反馈网络,4.1 反馈的基本概念与分类,4.1.1 反馈的基本概念,11/24/2024,2,1.反馈 将放大电路的输出信号(电压或电流)的一部分或全部，,4.,举例,以分压式偏置单管放大电路为例,该电路的集电极电流,I,C,通过,R,E,的作用产生,U,E,，它与原,U,B,共同控制,U,BE,，从而达到稳定静态集电极电流,I,C,的目的 。,反馈元件,11/24/2024,3,4.举例 以分压式偏置单管放大电路为例 该电路的集电,5.,放大器符号,反相输入端,同相输入端,输出端,当输入信号从放大器的同相端输入时，输出信号与输入信号极性相同；,当输入信号从放大器的反相端输入时，输出信号与输入信号极性相反。,11/24/2024,4,5.放大器符号反相输入端同相输入端输出端当输入信号从放大器的,4.1.2 反馈的基本形式及其判别,1. 正反馈和负反馈,正反馈,放大电路引入的反馈信号使放大电路的净输入信号增加，从而使放大电路的输出量比没有反馈时增加。,负反馈,反馈信号使放大电路的净输入信号减少，结果使输出量比没有反馈时减少。,判断法,采用,瞬时极性法,先假设放大电路输入信号对地的瞬时极性为正，表明该点的瞬时电位升高，在图中用（+）表示；,然后按照信号的传递途径，逐级标出有关点的瞬时电位是升高还是降低。,升高用（+）表示,，,降低用（-）表示,；,最后推出反馈信号的瞬时极性。,11/24/2024,5,4.1.2 反馈的基本形式及其判别1. 正反馈和负反馈正反,分析举例,反馈元件,可见，实现负反馈。,反馈使净输入减少,11/24/2024,6,分析举例反馈元件可见，实现负反馈。反馈使净输入减少10/7/,分析举例,反馈元件,可见，实现正反馈。,反馈使净输入增加,11/24/2024,7,分析举例反馈元件可见，实现正反馈。反馈使净输入增加10/7/,分析举例,反馈元件,可见，实现负反馈。,反馈使净输入减少,11/24/2024,8,分析举例反馈元件可见，实现负反馈。反馈使净输入减少10/7/,分析举例,反馈元件,不但每一级放大电路都有反馈，而且从电路的输出端到电路的输入端还存在反馈。,利用瞬时极性法，可判断出图中本级反馈和级间反馈均为负反馈。,反馈元件,反馈元件,11/24/2024,9,分析举例反馈元件不但每一级放大电路都有反馈，而且从电路的输出,2.直流反馈和交流反馈,如果反馈信号只含有直流成分，则称为,直流反馈,；,如果反馈信号只含有交流成分，则称为,交流反馈,；,如果反馈信号既含有直流分量，又有交流分量，则称为,交直流反馈,。,交直流反馈,交直流反馈,交流反馈,11/24/2024,10,2.直流反馈和交流反馈如果反馈信号只含有直流成分，则称为直流,3.电压反馈和电流反馈,电压反馈, 反馈量正比于输出电压。,电压反馈,判别法：,使,u,o,= 0,(,R,L,短路)，若反馈消失则为电压反馈。,电流反馈, 反馈量正比于输出电流。,电流反馈,判别法：,使,i,o,= 0,(,R,L,开路)，若反馈消失则为电流反馈。,A,F,R,L,u,o,电压,反馈,电流,反馈,i,o,u,o,F,A,R,L,i,o,11/24/2024,11,3.电压反馈和电流反馈电压反馈 反馈量正比于输出电压。电,分析举例,若把,R,L,短路，此时，反馈信号为0，故为电压反馈,当负载,R,C2,短路时，在,R,E1,上仍有反馈电压，故为电流反馈,11/24/2024,12,分析举例若把RL短路，此时，反馈信号为0，故为电压反馈 当负,4.串联反馈和并联反馈,串联反馈,：反馈信号与输入信号以电压相加减的形式在输入端出现。,反馈信号必与输入信号相串联。,并联反馈,：反馈信号与输入信号以电流相加减的形式在输入端出现。,反馈信号必与输入信号相并联。,A,F,i,i,i,f,i,s,i,id,R,S,R,S,A,F,u,i,u,id,u,f,u,s,串联反馈,并联反馈,11/24/2024,13,4.串联反馈和并联反馈串联反馈：反馈信号与输入信号以电压相加,分析举例,反馈信号与输入信号是在输入端同一个节点引入，故为并联反馈,反馈信号与输入信号不在输入端同一个节点引入，故为串联反馈,11/24/2024,14,分析举例反馈信号与输入信号是在输入端同一个节点引入，故为并联,4.2 负反馈放大电路的组态和方框图表示法,4.2.1 负反馈放大电路的组态,根据基本放大器与反馈网络在输入、输出端连接方式的不同，负反馈放大电路可以分为四种组态:,电压并联负反馈,电压串联负反馈,电流并联负反馈,电流串联负反馈,11/24/2024,15,4.2 负反馈放大电路的组态和方框图表示法4.2.1 负反馈,四种基本反馈类型示意图,A,F,u,i,u,id,u,f,u,s,R,S,R,L,u,o,电压串联负反馈,A,F,u,i,u,id,u,f,u,s,R,S,i,o,u,o,R,L,i,o,电流串联负反馈,F,A,i,i,i,f,i,s,i,id,R,S,R,L,u,o,电压并联负反馈,F,A,i,i,i,f,i,s,i,id,R,S,i,o,u,o,R,L,i,o,电流并联负反馈,11/24/2024,16,四种基本反馈类型示意图uiuidufusRSRLuo电压串联,用瞬时极性法判断可知，该电路为负反馈。,反馈信号与输入信号在输入端同一节点引入，故为并联反馈。,将负载,R,L,短路，即,u,O,=0，则反馈信号也为0，故为电压反馈。,1.电压并联,负,反馈,同一节点引入,将负载R,L,短路，反馈信号也为0,特点（1）稳定输出电压（2）降低输出电阻（3）降低输入电阻,11/24/2024,17,用瞬时极性法判断可知，该电路为负反馈。 反馈信号与输入信号在,用瞬时极性法判断可知，该电路为负反馈。,反馈信号与输入信号不在输入端同一节点引入，故为串联反馈。,将负载,R,L,短路，即,u,O,=0，则反馈信号也为0，故为电压反馈。,2.电压串联,负,反馈,不在,同一节点引入,将负载R,L,短路，反馈信号也为0,特点（1）稳定输出电压（2）降低输出电阻（3）提高输入电阻,11/24/2024,18,用瞬时极性法判断可知，该电路为负反馈。 反馈信号与输入信号不,用瞬时极性法判断可知，该电路为负反馈。,反馈信号与输入信号在输入端同一节点引入，故为并联反馈。,将负载,R,L,短路，即,u,O,=0，反馈信号不为0，故为电流反馈。,3.电流并联,负,反馈,同一节点引入,将负载R,L,短路，反馈信号不为0,特点（1）稳定输出电流（2）提高输出电阻（3）降低输入电阻,11/24/2024,19,用瞬时极性法判断可知，该电路为负反馈。 反馈信号与输入信号在,用瞬时极性法判断可知，该电路为负反馈。,反馈信号与输入信号不在输入端同一节点引入，故为串联反馈。,将负载,R,L,短路，即,u,O,=0，反馈信号不为0，故为电流反馈。,4.电流串联,负,反馈,不在,同一节点引入,将负载R,L,短路，反馈信号不为0,特点（1）稳定输出电流（2）提高输出电阻（3）提高输入电阻,11/24/2024,20,用瞬时极性法判断可知，该电路为负反馈。 反馈信号与输入信号不,分析举例,交直流电流并联负反馈,电压串联交流负反馈,11/24/2024,21,分析举例交直流电流并联负反馈 电压串联交流负反馈 10/7/,分析举例,不在,同一节点引入,电压串联负反馈,将负载RL短路，反馈信号为0,11/24/2024,22,分析举例不在电压串联负反馈 将负载RL短路，反馈信号为010,4.2.2 反馈放大电路的方框图,输入信号,净输入信号,反馈信号,输出信号,基本放大器,反馈网络,11/24/2024,23,4.2.2 反馈放大电路的方框图输入信号净输入信号反馈信号,净输入信号为,开环放大倍数为,反馈系数为,11/24/2024,24,净输入信号为 开环放大倍数为反馈系数为10/7/2023,闭环放大倍数为,即有：,代入后可得：,若反馈深度 ，上式可简化为,闭环放大倍数仅与,反馈深度有关,11/24/2024,25,闭环放大倍数为即有：代入后可得：若反馈深度,4.3 负反馈对放大电路性能的影响,提高电路放大倍数的稳定性,减少非线性失真,扩展通频带,改变输入电阻和输出电阻,11/24/2024,26,4.3 负反馈对放大电路性能的影响提高电路放大倍数的稳定性1,4.3.1 提高电路放大倍数的稳定性,A,的相对变化量,A,f,的相对变化量,因为,可得,上式表明引入负反馈后，,A,f,的相对变化量为未加反馈时放大倍数A的相对变化量的1/（1+,AF,）倍。,负反馈使放大倍数降低为无反馈时的1/(1+AF)倍，放大倍数的稳定性却提高了 1/(1+AF)倍。,11/24/2024,27,4.3.1 提高电路放大倍数的稳定性A 的相对变化量因为可,例,已知某放大电路的,A,= 10,3,，当引入负反馈后，使放大倍数稳定性提高 100 倍。求 ：,F；,A,f,；,A,变化,10%,时的,闭环放大倍数,及,相对变化量,。,解：,1,),1 +,AF,= 100，,则,F,= (100,1) /,A,= 0.099,2,),= 10,3,/,100 = 10,3,),此时的,A,f,=,负反馈以牺牲放大倍数，换取了放大倍数稳定性的提高。,11/24/2024,28,例 已知某放大电路的A = 103 ，当引入负反馈后，使放,4.3.2 减少非线性失真,u,f,加入负反馈,无负反馈,F,u,f,A,u,i,u,o,+,u,id,u,o,大,小,略大,略小,略小,略大,u,i,A,接近正弦波,改善了波形失真,11/24/2024,29,4.3.2 减少非线性失真uf加入负反馈无负反馈FufAu,4.3.3 扩展通频带,中频开环放大倍数,中频闭环放大倍数,通常，引入,负反馈后，电压放大倍数下降为几倍，通频带就扩展几倍。可见，引入负反馈能扩展通频带。,11/24/2024,30,4.3.3 扩展通频带中频开环放大倍数 中频闭环放大倍数,4.3.4 改变放大电路的输入和输出电阻,1、对输入电阻的影响,串联负反馈使输入电阻增大。,引入负反馈后的输入电阻为未引入负反馈电路输入电阻的（1+,AF,）倍，即,R,if,=,R,i,(1+,AF,),并联负反馈使输入电阻减小。,引入负反馈后的输入电阻为,R,if,=,R,i,/(1+,AF,)，,R,i,为未引入反馈时的输入电阻。,负反馈对输入电阻的影响，取决于放大电路输入端引入负反馈的连接方式，与输出端的连接方式无关。,11/24/2024,31,4.3.4 改变放大电路的输入和输出电阻1、对输入电阻的影,2、对输出电阻的影响,电压负反馈使输出电阻减小。,R,of,=,R,o,/(1+,AF,),电流负反馈使输出电阻增大。,R,of,=,R,o,(1+,AF,),负反馈对输出电阻的影响，取决于放大电路输出端引入负反馈的连接方式，与输入端的连接方式无关。,3、各种负反馈组态输入电阻和输出电阻的特点,（1）电压串联负反馈的输入电阻大、输出电阻小；,（2）电流串联负反馈的输入电阻大、输出电阻大；,（3）电压并联负反馈的输入电阻小、输出电阻小；,（4）电流并联负反馈的输入电阻小、输出电阻大。,11/24/2024,32,2、对输出电阻的影响电压负反馈使输出电阻减小。Rof=Ro/,4.3.5 放大电路引入负反馈的一般原则,1、,要稳定直流量（如静态工作点），应引入直流负反馈。,2、,要改善交流性能（如放大倍数、通频带、失真、输入电阻和输出电阻），应引入交流负反馈。,3、,要稳定输出电压或减小输出电阻，应引入电压负反馈；要稳定输出电流或提高输出电阻，应引入电流负反馈。,4、,要提高输入电阻，应引入串联负反馈；要减小输入电阻，应引入并联负反馈。,5、,要反馈性能好，在信号源为电压源时，应引入串联负反馈；在信号源为电流源时，应引入并联负反馈。,6、,要想性能改善明显，反馈深度要足够大。但并不是反馈深度越大越好。,11/24/2024,33,4.3.5 放大电路引入负反馈的一般原则1、要稳定直流量（,4.4 深度负反馈放大电路的特点及性能估算,4.4.1 深度负反馈的特点：,条件为：,1+,AF,1,深度负反馈放大电路的一般表达式为,深度负反馈放大电路有以下特点：,1外加输入信号近似等于反馈信号,A,f,=,X,o,/X,i,1,/ F,则有,X,o,X,i,/F,又因,X,f,=F X,o,即,X,o,= X,f,/F,故,11/24/2024,34,4.4 深度负反馈放大电路的特点及性能估算4.4.1 深,上式表明，在深度负反馈条件下，反馈信号,X,f,与外加输入信号,X,i,近似相等，也就是说，深度负反馈放大电路的净输入信号,X,i,d, 0,。 对于串联型反馈，取输入电压与反馈电压近似相等，即,U,i,U,f,，因而,U,i,d, 0,；对于并联型反馈，取输入电流与反馈电流近似相等，即,I,i,I,f,，因而,I,i,d, 0,，,U,i,d, 0,。,2,闭环输入电阻和输出电阻近似看成零或无穷大,深度串联负反馈的,R,if,深度并联负反馈的,R,if,0,深度电压负反馈的,R,of,0,深度电流负反馈的,R,of,。,11/24/2024,35,上式表明，在深度负反馈条件下，反馈信号Xf与,4.4.2 深度负反馈电路性能的估算,集成运放的电路符号,两个输入端一个输出端,集成运放的主要特点,开环增益很高，输出电阻很小，输入电阻很大。,11/24/2024,36,4.4.2 深度负反馈电路性能的估算集成运放的电路符号 两,例43,图415所示是集成运放组成的电压串联负反馈电路，请估算电路的电压放大倍数、输入电阻,R,if,和输出电阻,R,of,。,解,：由于集成运放有很高的开环增益，所以很容易构成深度负反馈放大器。,图4-15,放大倍数与内部参数无关,输入电阻,R,if,；,输出电阻,R,of,0。,11/24/2024,37,例43 图415所示是集成运放组成的电压串联负反馈电路，,例44,如图所示电路为由集成运放构成的电压并联负反馈放大电路，试求电路的电压放大倍数、输入电阻,R,if,和输出电阻,R,of,。,解,：由于电路满足深度负反馈条件，故有,i,I,i,F,，且净输入电压,u,ID, 0,，不难看出A点电位近似为0,放大倍数取决于,R,F,和,R,1,的比值,输入电阻,R,if,0,；,输出电阻,R,of,0。,负号表示,输出与输入反相,11/24/2024,38,例44如图所示电路为由集成运放构成的电压并联负反馈放大电路,例45,图示电路为集成运放构成的电流串联负反馈放大电路，在深度负反馈条件下，试估算电路的电压放大倍数,A,uf,。,解,：,由于电路为串联负反馈，故有,u,I,u,F,。,放大倍数取决于,R,L,和,R,的比值,11/24/2024,39,例45 图示电路为集成运放构成的电流串联负反馈放大电路，在,例46,图示电路为集成运放构成的电流并联负反馈放大电路，在深度负反馈条件下，试估算电路的电压放大倍数,A,uf,。,解,：,由于 ，,不难看出，,A,点电位近似为0。,11/24/2024,40,例46 图示电路为集成运放构成的电流并联负反馈放大电路，在,4.5 负反馈放大电路的稳定性,负反馈有一个潜在的缺点，即可能使负反馈放大电路产生自激振荡，使放大电路不能正常工作。在实际应用中，应尽量避免并设法消除自激振荡。,4.5.1 负反馈电路的自激振荡,自激振荡,是指在放大电路的输入端不加输入信号时，在输出端会产生一定频率和幅度信号的现象。,自激振荡的产生会使放大电路工作不稳定,附加相移使负反馈变成了正反馈,自激振荡的实质是放大电路的负反馈变成了正反馈,11/24/2024,41,4.5 负反馈放大电路的稳定性 负反馈有一个潜在的缺,4.5.2 负反馈放大电路自激振荡的消除方法,1高频自激振荡的消除,在电路中加入,C,，或,R,、,C,元件进行相位补偿，改变电路的高频特性，从而破坏自激条件。,（1）滞后补偿,电容滞后补偿,RC滞后补偿,密勒电容补偿,11/24/2024,42,4.5.2 负反馈放大电路自激振荡的消除方法 1高频自激振,（2）超前补偿,加入补偿电容改变反馈网络或基本放大器的频率特性，使反馈电压的相位超前于输出电压。,并接补偿电容,11/24/2024,43,（2）超前补偿 加入补偿电容改变反馈网络或基本,2.低频自激振荡的消除,低频自激振荡一般是由直流电源耦合引起的,消除低频自激的方法有两种：,一是采用低内阻的稳压电源；,二是在电路的电源进线处加去耦电路。,选小容量的无感电容，用以滤除高频,选大容量的电解电容，用以滤除低频,选用几百至几千欧姆,电源去耦电路,11/24/2024,44,2.低频自激振荡的消除低频自激振荡一般是由直流电源耦合引起的,本章小结,为了改善放大电路的性能，通常引入负反馈。,按反馈性质的不同，反馈有正反馈和负反馈之分，它们可用瞬间极性法来判别；按输出端采样的不同，反馈分为电压反馈和电流反馈；按输入端比较对象的不同，反馈分为串联反馈和并联反馈。在放大电路中广泛采用的是负反馈放大电路。,负反馈有四种基本组态：电压串联、电压并联、电流并联、电流串联。电压负反馈可以稳定输出电压，降低输出电阻；电流负反馈可以稳定输出电流，增大输出电阻；串联负反馈可以提高输入电阻；并联负反馈可以降低输入电阻。,11/24/2024,45,本章小结为了改善放大电路的性能，通常引入负反馈。10/7/2,负反馈放大器还对稳定电路的放大倍数、扩展通频带、减小非线性失真等起积极作用。,实际运用时，常用到的是深度负反馈放大电路。对于深度负反馈放大电路，可利用,A,f,1/,F,或,X,i,X,f,进行估算。,负反馈改善放大电路的性能是以牺牲放大倍数为代价的。反馈越深，性能改善的效果越显著，但是也可能产生自激振荡。对于负反馈放大电路的自激振荡，可采用相位补偿的方法加以消除。,11/24/2024,46,10/7/202346,
展开阅读全文