放大电路中的反馈ppt课件

第七章 放大电路中的反馈,反馈概念 反馈类型判断 反馈电路指标计算 反馈对电路性能的影响 自激振荡及其消除,1,7.1 反馈的基本概念,反馈概念 内部反馈与外部反馈 反馈与反馈通路 直流反馈与交流反馈 正反馈与负反馈,2,1. 反馈概念,把放大电路的输出信号通过一定的电路形式（反馈网络）引回到电路的输入端就是反馈。,放大器与反馈网络构成闭环放大器。 未引入反馈的放大电路称为开环放大器。,3,2. 内部反馈与外部反馈,内部反馈：器件内部产生的反馈。 例如三极管小信号模型中Vce对Vbe的影响。,4,内部反馈与外部反馈,外部反馈：通过外接电路元件实现的反馈。,例如电路中的发射极电阻Re1、Re2,5,3. 反馈与反馈通路,判断电路中是否存在反馈， 并标明反馈通路。,无反馈,有反馈，反馈通路：R1，RL,有反馈，反馈通路：R1，R2,6,反馈与反馈通路,多级放大电路 R5：局部反馈 R2：全局反馈,有反馈，反馈通路是短路线,7,4. 直流反馈与交流反馈,直流反馈：对直流信号起反馈作用。 例如电路中的发射极电阻Re1和Re2,交流反馈：对交流信号起反馈作用。 例如电路中的发射极电阻Re1,8,5. 正反馈与负反馈,正反馈：加反馈后，输出量比无反馈时大,负反馈：加反馈后，输出量比无反馈时小,瞬时极性法：将闭环回路在反馈通路与输入回路的连接处断开（变为开环），假定某时刻电路的输入信号为正极性（方向），分析反馈回输入回路的信号极性（方向）。 如果反馈信号使放大器得到的输入信号加强，则为正反馈； 如果反馈信号使放大器得到的输入信号削弱，则为负反馈。,9,+,iD =iI+ iF,正反馈,例1 判断反馈极性,10,判断反馈极性,+,+,+ vD -,vF,vD =vI - vF,负反馈,11,判断反馈极性,+,+,+ vD -,vF,负反馈,vD =vI - vF,12,判断反馈极性,+,-,iD =iI - iF,-,负反馈,13,例2 判断电路中的反馈(1),+,+ vD -,vD =vi - vF :负反馈,判断电路中是否存在反馈，是交流反馈还是直流反馈及反馈极性,vF,14,判断电路中的反馈(2),+,-,-,iD =iI iF :负反馈,15,判断电路中的反馈(3),+,+,+,vD =vI - vF :负反馈,+ vD -,vF,16,判断电路中的反馈(4),vD =vi - vF : 负反馈,+,-,- vD +,vF,+,17,判断电路中的反馈(5),vD =vi - vF : 负反馈,+,-,+,+ vD -,+vF,18,7.1 总结,反馈内部反馈 外部反馈反馈通路直流反馈 交流反馈正反馈 负反馈,瞬时极性法：将闭环回路在反馈通路与输入回路的连接处断开（变为开环），假定某时刻电路的输入信号为正极性（方向），分析反馈回输入回路的信号极性（方向）。 如果反馈信号使放大器得到的输入信号加强，则为正反馈； 如果反馈信号使放大器得到的输入信号削弱，则为负反馈。,19,7.2 负反馈放大电路类型,负反馈放大电路一般框图 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,20,7.2.1 负反馈放大电路一般框图,电压并联、电压串联、电流并联、 电流串联四种反馈类型,21,7.2.2 电压并联负反馈,A：基本放大电路增益 F：反馈系数,22,1. 电压反馈的特点：,反馈信号与输出电压成正比；,判断方法（输出短路法）：假设Vo =0，如果反馈信号也变为0，则是电压反馈；否则是电流反馈。,23,2. 并联反馈的特点：,并联反馈信号源内阻越大越好。,以电流求和方式反映反馈对输入的影响；,如果信号源是一个恒压源，则Id与If 无关，反馈将不起作用。,如果信号源是一个恒流源（Ii一定），If 越大，放大电路得到的输入电流越小，反馈效果越强。,Id =Ii - If 说明：,24,3. 各参量的物理意义,开环增益 电阻量纲,反馈系数 电导量纲,闭环增益 电阻量纲,25,电压并联负反馈典型电路,输入端 电流相加减,Vo为0时， 无反馈,26,7.2.3 电压串联负反馈,27,1. 串联反馈的特点：,以电压求和方式反映反馈对输入的影响；,如果信号源是一个恒压源（Vi一定），Vf 越大，放大电路得到的输入电压越小，反馈效果越强。如果信号源是一个恒流源，则Vd与Vf 无关，反馈将不起作用。,Vd =Vi - Vf 说明：,串联反馈信号源内阻越小越好。,28,2. 各参量的物理意义,开环增益 无量纲,反馈系数 无量纲,闭环增益 无量纲,29,电压串联负反馈典型电路,输入端 电压相加减,Vo为0时， 无反馈,30,7. 2.4 电流并联负反馈,31,1. 电流反馈的特点,反馈信号与输出电流成正比；,判断方法：假设Vo =0，如果反馈信号也变为0，则是电压反馈；否则是电流反馈。,32,2. 各参量的物理意义,反馈系数 无量纲,开环增益 无量纲,闭环增益 无量纲,33,电流并联负反馈典型电路,输入端 电流相加减,Vo为0时， 反馈仍然存在,34,7.2.5 电流串联负反馈,Vd =Vi - Vf,35,各参量的物理意义,反馈系数 电阻量纲,开环增益 电导量纲,闭环增益 电导量纲,36,电流串联负反馈典型电路,输入端电压相加减,Vo为0时，反馈仍然存在,37,例：判断反馈类型,电压串联负反馈,电流串联负反馈,38,判断反馈类型,电压串联负反馈,电压串联负反馈,39,判断反馈类型,电压串联负反馈,40,判断反馈类型,电流并联负反馈,41,判断反馈类型,电压串联负反馈,42,判断反馈类型,全局反馈：电压并联负反馈,43,7.2 总结,输入端：并联方式电流相加减 串联方式电压相加减,输出端：电压方式反馈网络采样输出电压 电流方式反馈信号与输出电流成正比 判断方法：假设Vo =0，如果反馈信号也变为0，则是电压反馈； 否则是电流反馈。,并联反馈信号源内阻越大越好。,串联反馈信号源内阻越小越好。,44,7.3 反馈的方框图表示,1. 反馈放大器方框图,其中：,45,反馈的方框图表示,46,反馈深度和环路增益,2. 反馈深度：,47,4. 电路增益的一般表达式,4.电路增益的一般表达式,48,电路闭环增益的一般表达式,(2) 正反馈,(1) 负反馈,(3) 振荡,49,深度负反馈条件下电路的闭环增益,(4) 时（深度负反馈）,引入深度负反馈后，电路增益基本与放大电路的内部参数和负载无关(只要负载不使A下降太多）。,50,7.4 负反馈电路分析计算,简单负反馈电路计算 电压串联负反馈电路分析 电压并联负反馈电路分析 电流串联负反馈电路分析 电流并联负反馈电路分析,51,7.4.1 简单负反馈电路计算,电压放大倍数：,52,负反馈电路指标计算,深度负反馈时：,电流串联负反馈,53,7.4.2 电压串联负反馈电路分析,输入：Vi,输出：Vo,反馈：Vf,开环增益：,反馈系数：,闭环增益：,54,1. 电压放大倍数,方法一：运放电路分析： 运放输入端虚短、虚断,Ii0 Vd0,55,电压放大倍数,方法二：深度负反馈时,56,2. 输入电阻 Rif,引入串联反馈后电路的输入电阻：,引入串联反馈后电路的输入电阻是原输入电阻的（1+AF）倍,rid为运放的差模输入电阻,57,3. 输出电阻Rof,无反馈时电路的输出电阻是指电路的开环（基本放大器）的输出电阻:,引入电压反馈后电路的输出电阻 :,58,输出电阻Rof,Vi =0 时， Vd = - Vf,Aod是负载开路时的开环增益，负载在一定范围内时，Aod等于Avv。,引入电压反馈后输出电阻是原电路输出电阻的 1/（1+AF）倍，使输出电压稳定，带负载能力强,59,7.4.3 电压并联负反馈电路分析,电压并联负反馈,输入：Ii,输出：Vo,反馈：If,开环增益：,反馈系数：,闭环增益：,60,1. 电压放大倍数 Avsf,方法一：运放电路分析： 运放输入端虚短、虚断,61,电压放大倍数,深度反馈时：,方法二：,62,2. 输入电阻 Rif,深度负反馈时 Risf = R1,并联反馈使输入电阻减小为原来的1/（1+AF）倍,rid为运放的差模输入电阻,63,7.4.4 电流串联负反馈电路分析,输入：Vi,输出：Io,反馈：Vf,开环增益：,反馈系数：,闭环增益：,64,1. 电压放大倍数Avf,方法一：运放电路分析： 运放输入端虚短、虚断,65,电压放大倍数,深度反馈时：,方法二：,电流串联负反馈,66,2. 输出电阻 Rof,引入电流反馈后输出电阻是原电路输出电阻的（1+AF）倍，使输出电流稳定,67,7.4.5 电流并联负反馈电路分析,输入：Ii,输出：Io,反馈：If,开环增益：,反馈系数：,闭环增益：,电流并联负反馈,68,1. 电压放大倍数 Avsf,方法一：运放电路分析： 运放输入端虚短、虚断,69,电压放大倍数,方法一：,深度反馈时：,70,例4：电压放大倍数计算,估算深度负反馈条件下电路的电压放大倍数:,电压串联负反馈,Avf =1,71,电压放大倍数计算,电压串联负反馈,Avf = 1,电压串联负反馈,Avf =1,72,电压放大倍数计算,电流并联负反馈,Avf = （R5+R3）R4/（R5R1）,73,电压放大倍数计算,电压串联负反馈,Avf = （1+R4/R3）,74,电压放大倍数计算,电压串联负反馈,Avf =（1+36/1.2),75,7.4 总结,电路增益（深度负反馈条件下）：,电压放大倍数（深度负反馈条件下）：,串联反馈，电路的输入电阻,并联反馈，电路的输入电阻,电流反馈，电路的输出电阻,电压反馈，电路的输出电阻,76,7.5 负反馈对电路性能的改善,增加闭环增益的稳定性 负反馈对输出电阻的影响 负反馈对输入电阻的影响 扩展频带 减小非线性失真,77,7.5.1 增加闭环增益的稳定性,则：,如果仅考虑幅值的稳定性，而不考虑相位关系，令：,设A不够稳定，A的变化会引起Af的变化：,或：,即Af的绝对变化量只有A的绝对变化量的：,78,增加闭环增益的稳定性,即Af的相对变化量只有A的相对变化量的,79,7.5.2 负反馈对输出电阻的影响,电压反馈型:,电流反馈型:,80,7.5.3 负反馈对输入电阻的影响,串联反馈型:,并联反馈型:,81,7.5.4 扩展频带,已知,开环时,闭环时,82,扩展频带,其中：Amf 闭环中频放大倍数,fHf 闭环上限频率,即闭环时的上限频率增加到开环时的（1+AmF)倍。,83,扩展频带,用同样的方法可以得到:,即闭环时的下限频率为开环时的,增益带宽积为常数：,84,波特图,在波特图上频率的上、下限都拓展了同样的距离,85,7.5.5 减小非线性失真抑制噪声,加入负反馈改善非线性失真，可通过图示电路来加以说明。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。,86,抑制噪声,开环时 Vo=AvVid+Vo2 其中Vo2为二次谐波,仅考虑其谐波成分(Vi=0 )，闭环时为 Vo2f,87,抑制噪声,可见，闭环时谐波输出电压为开环时的,同样道理，闭环时噪声输出电压也为开环时的,88,例5 负反馈综合例题,如图所示电路： （1）要提高输入电阻，减小输出电阻，反馈应如何接入?确定运放输入端的极性并计算引入深度负反馈后的闭环电压放大倍数Avf。 （2）要减小输入电阻，稳定输出电压，反馈应如何接入?确定运放输入端的极性并计算引入深度负反馈后的闭环电压放大倍数Avf 。,89,例5(1),90,例5(2),91,7.6 负反馈电路的自激振荡及消除方法,产生自激振荡的原因和条件 稳定性的判断 稳定裕度 消除自激振荡的方法,92,7.6.1 产生自激振荡的原因和条件,闭环增益,由于 和 都是向量！所以会出现 的情况。 如果出现这样的情况，电路就会产生振荡。,产生自激振荡的原因和条件：,93,负反馈电路的自激实例,94,负反馈电路的自激实例分析,低频时，每个电容电流都超前一定角度。三个电容就可能达到180o，使V1和V1变为同相。,和 同相，构成正反馈电路。当 时，电路产生振荡。 电路的高频段很容易产生振荡。,95,自激振荡产生的条件,对于一般负反馈电路，如果环路的附加相移达到180o，且满足 ，则电路产生自激振荡。,负反馈电路发生振荡的时，,即,96,自激振荡产生的条件,所以，负反馈放大电路自激振荡的条件：,此式称为自激振荡的幅度平衡条件和相位平衡条件。,97,自激振荡产生的条件,单级放大电路高频只含一个RC网络，附加相移小于90o，稳定 两级放大电路高频只含两个RC网络，附加相移小于180o，稳定 三级放大电路的附加相移可达270o，必然有一个频率点使得附加相移刚好为180o，有可能发生振荡 为了使负反馈放大电路稳定工作，反馈环最好不要超过三级。,98,7.6.2 稳定性的判断,判断时，先作出开环放大电路的频率特性,99,开环电路的频率特性,20lg,100,判断自激振荡,20lg,20lg,101,自激振荡的判断方法,反馈较浅的电路比较稳定。 反馈越深越容易发生振荡。,102,7.6.3 稳定裕度,为了保证一定的环境条件下电路都能稳定工作，要求电路的稳定工作状态达到一定的富裕量。这个富裕量称为稳定裕度。,幅度裕度Gm： 时， 。 当Gm0时电路不振。 一般要求Gm-10dB。,相位裕度m： 时， 。 当 m0时电路不振。 一般要求 m45 。,103,7.6.4 消除自激振荡的方法,例：放大器的高频特性如下式（单位：MHz),1. 电容滞后补偿法（主极点矫正法） 将电路的高频转折频率的主频点（主极点）降低。f0随之降低较多，fc下降较少。电路振荡的条件将得不到满足，电路稳定。,104,消除自激振荡的方法,f = f0时， ，电路振荡。 将主极点频率从0.2MHz 降为10kHz，重新作图,105,消除自激振荡的方法,f = fc时， 略小于0，电路不振荡。电容滞后补偿法电路简单，效果明显，被广泛采用。但缺点也很明显：带宽被严重压缩。,106,例题6：判断反馈稳定,例：有一负反馈放大电路的频率特性表达式如下：,1.试判断放大电路是否可能自激, 2.如果自激使用电容补偿消除之。,解：先作出幅频特性曲线和相频特性曲线，如图所示,107,例题6：判断反馈稳定,由A=180可确定临界自激线，所以反馈量20lg|1/F|在60dB以下时均可产生自激。,加电容补偿，改变极点频率fp1的位置至102 Hz处，从新的相频特性曲线可知，在f 0处有45的相位裕量。因此负反馈放大电路稳定，可消除原来的自激。此时反馈系数F=0.1。,108,本章总结,瞬时极性法：将闭环回路在反馈通路与输入回路的连接处断开（变为开环），假定某时刻电路的输入信号为正极性（方向），分析反馈回输入回路的信号极性（方向）。 如果反馈信号使放大器得到的输入信号加强，则为正反馈； 如果反馈信号使放大器得到的输入信号削弱，则为负反馈。,输出短路法：假设Vo =0，如果反馈信号也变为0，则是电压反馈；否则是电流反馈。,109,本章总结,串并联判断方法：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；此时反 馈信号与输入号是电压相加减的关系。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。,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。,110,本章总结,对于三极管和场效应管来说，反馈信号与输入信号加在同一个电极上，则为并联反馈；加在不同电极上则为串联反馈。,111,本章总结,闭环增益的一般表达式：,深度负反馈条件下电路闭环增益表达式：,并联反馈信号源内阻越大越好。,串联反馈信号源内阻越小越好。,112,本章总结,负反馈对电路性能的改善：,减小非线性失真,扩展频带：,113,本章总结,114,本章总结,115,