《负反馈放大电路》PPT课件.ppt

第五章负反馈放大电路 教学基本要求掌握反馈的基本概念 正负反馈的定义及判定方法 反馈组态的判定 掌握负反馈对放大器性能的影响 对于给定的负反馈放大器 能正确的找到反馈网络 并能判定由其引入的反馈类型 根据对放大器性能的要求 能正确的引入负反馈 掌握对深度负反馈的闭环增益估算 了解自激振荡产生的原因及条件以及消除自激振荡的方法 第五章负反馈放大电路 5 1反馈的基本概念5 2负反馈对放大器性能的影响5 3负反馈放大器的指标计算5 4负反馈放大器的自激振荡 5 1反馈的基本概念 在电子设备中经常采用反馈的方法来改善电路的性能 以达到预定的指标 例如 采用直流负反馈稳定静态工作点 Rb1和Rb2分压 使基极UB固定 UBQ固定 使ICQ基本不随温度变化 稳定了静态工作点 放大电路中的反馈 是指将放大电路输出电量 输出电压或输出电流 的一部分或全部 通过一定的方式 反送回输入回路中 UBEQ UBQ ICQRE 将输出电流ICQ IEQ 反馈回输入回路 改变UBEQ 使ICQ稳定 由此可见 欲稳定电路中的某个电量 应采取措施将该电量反馈回输入回路 5 1 1反馈的定义 1 反馈 2 信号的两种流向 正向传输 输入 输出 开环反向传输 输出 输入 闭环 闭环 3 反馈放大器的基本框图 图5 1反馈放大器的方框图 定义 开环放大倍数 反馈系数 闭环放大倍数 因为所以 5 1 由式 5 1 可得 1 FA 是开环增益与闭环增益幅值之比 反馈深度 如果 1 FA 1 则Af A 负反馈的情况 如果 1 FA A 正反馈的情况 如果 1 FA 0 则Af 自激 放大电路已失去正常的放大功能 一般是必须加以消除的 如果 1 FA 1 则Af 1 F 反馈放大电路的闭环增益将只取决于反馈系数 深度反馈 5 1 2反馈类型及其判定1 电压反馈与电流反馈 图5 2电压反馈示意图 1 电压反馈 反馈信号取自输出电压的部分或全部 图5 3电流反馈示意图 2 电流反馈 反馈信号取自输出电流 3 电压反馈和电流反馈的判定 判定方法之一 输出短路法 将反馈放大器的输出端对交流短路 若其反馈信号随之消失 则为电压反馈 否则为电流反馈 判定方法之二 按电路结构判定 在交流通路中 若放大器的输出端和反馈网络的取样端处在同一个放大器件的同一个电极上 则为电压反馈 否则是电流反馈 图5 4反馈电路举例 2 串联反馈和并联反馈 图5 5串联反馈示意图 1 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 特点 信号源内阻越小 反馈效果越明显 图5 6并联反馈示意图 2 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 特点 信号源内阻越大 反馈效果越明显 3 串联反馈和并联反馈的判定方法 对于交变分量而言 若信号源的输出端和反馈网络的比较端接于同一个放大器件的同一个电极上 则为并联反馈 否则 为串联反馈 按此方法可以判定 图5 4 a 是并联反馈 图5 4 b 是串联反馈 3 直流反馈和交流反馈 1 直流反馈 若反馈环路内 直流分量可以流通 则该反馈环可以产生直流反馈 直流负反馈主要用于稳定静态工作点 2 交流反馈 若反馈环路内 交流分量可以流通 则该反馈环可以产生交流反馈 交流负反馈主要用来改善放大器的性能 交流正反馈主要用来产生振荡 若反馈环路内 直流分量和交流分量均可以流通 则该反馈环既可以产生直流反馈 又可以产生交流反馈 图5 4 a 中的Rf既可以引入直流反馈 也可以引入交流反馈 4 负反馈和正反馈 若反馈信号使净输入信号减弱 则为负反馈 若反馈信号使净输入信号加强 则为正反馈 负反馈多用于改善放大器的性能 正反馈多用于振荡电路 反馈极性的判定多用瞬时极性法 其步骤如下 1 首先在基本放大器输入端设定一个递增 或递减 的净输入信号 对并联反馈 设定一个电流信号 对串联反馈 设定一个电压信号 2 在上述设定下 推演出反馈信号的变化极性 3 判定在反馈信号的影响下 净输入信号的变化极性 若该极性与前面设定的变化极性相反 则为负反馈 若相同 则为正反馈 按上述方法可以判定图5 4 a 是负反馈 判定过程如下 因为是并联反馈 所以设定一个增大的iB 则 由于在if的影响下 iB的变化极性与原设定的变化极性相反 表明反馈信号使净输入信号减弱 所以是负反馈 例1 判断电路是否存在反馈 是正反馈还是负反馈 直流反馈还是交流反馈 5 1 3负反馈放大器的四种基本组态 为了使闭环增益Af与开环增益A满足Af A 1 FA 的关系 应作如下约定 1 串联电压负反馈 图5 7串联电压负反馈放大器电路 称作开环电压放大倍数 无量纲 称作电压反馈系数 无量纲 称作闭环电压放大倍数 无量纲 图5 8串联电流负反馈放大器 2 串联电流负反馈 称作开环互导放大倍数 其量纲是电导 称作互阻反馈系数 其量纲是电阻 称作闭环互导放大倍数 其量纲是电导 3 并联电压负反馈 图5 9并联电压负反馈放大器 称作开环互阻放大倍数 其量纲是电阻 称作互导反馈系数 其量纲是电导 称作闭环互阻放大倍数 其量纲是电阻 4 并联电流负反馈 图5 10并联电流负反馈放大器 称作开环电流放大倍数 无量纲 称作电流反馈系数 无量纲 称作闭环电流放大倍数 无量纲 表5 1四种反馈组态下 A F和Af的不同含义 例2 反馈类型的判断 解 a 引入了串联电流负反馈 b 本级引入了串联电流负反馈 级间引入了并联电流负反馈 一 反馈的判断方法 1 有无反馈 2 正反馈和负反馈 主要看信号有无反向传输通路 采用瞬时极性法 看反馈是增强还是削弱净输入信号 对于串联负反馈 反馈信号与输入信号极性相同 对于并联负反馈 反馈信号与输入信号极性相反 3 四种反馈组态 小结 规则 RL短路 反馈消失则为电压反馈 反馈存在为电流反馈 规律 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 串联和并联反馈 规则 串联负反馈 并联负反馈 反馈信号与输入信号在不同节点为串联反馈 反馈信号与输入信号在同一个节点为并联反馈 规律 电压和电流反馈 5 2负反馈对放大器性能的影响 5 2 1使放大器的放大倍数下降根据负反馈的定义可知 负反馈总是使净输入信号减弱 所以 对于负反馈放大器而言 必有所以即可见 闭环放大倍数Af 仅是开环放大倍数A的 1 FA 分之一 5 2 2稳定被取样的输出信号 1 电压负反馈 从而使Uo的变化量大大减小 Uo的稳定性大大提高 对于图5 9所示的并联电压负反馈电路 当某一因素使Uo增大时 则 Uo If IB IC Uo UC 结果使Uo的变化量减小 Uo的稳定性提高 2 电流负反馈 因为电流负反馈 被取样的输出信号是输出电流 所以 凡是电流负反馈 必然能稳定输出电流 对于图5 10所示的并联电流负反馈电路 当某一因素使Ie2增大时 则 Ie2 If Ib1 Ic1 Uc1 Ub2 Ie2 Ib2 结果使得Ie2的增量减小 稳定性提高 因为Ic2 Ie2 所以Ie2稳定 Ic2也稳定 值得说明的是 该反馈电路所稳定的电流是流过RL 的电流 不是流过RL的电流 5 2 3使放大倍数的稳定性提高 把Af2 A2 1 FA2 和Af1 A1 1 FA1 代入上式得 用Af1 A1 1 FA1 除以上式两边得 当 A足够小时 Af dAf 并且A1 A2 A Af1 Af2 Af 此种情况下 上式可写为 5 2 4可以展宽通频带 当反馈系数F不随频率变化时 引入负反馈后的高频特性为 按照通频带的定义 开环放大器的通频带为 fbw fh fl 闭环放大器的通频带为 fbwf fhf flf 由于fhf fh flf fl时 fbw fh fl fh 所以 fbwf fhf flf fhf 1 FAm fh 1 FAm fbw 5 2 5对输入电阻的影响 1 串联负反馈使输入电阻提高 图5 11串联负反馈方框图 开环输入电阻 闭环输入电阻 2 并联负反馈使输入电阻减小 图5 12并联负反馈的方框图 开环输入电阻 闭环输入电阻 5 2 6对输出电阻的影响 1 电压负反馈使输出电阻减小 图5 13电压负反馈方框图 可见 引入电压负反馈后可使输出电阻减小到ro 1 AoF 不同的反馈形式 其A F的含义不同 串联电压负反馈F Fu Uf Uo A Au Uo Ui 并联电压负反馈F Fg If Uo A Ar Uo Ii 2 电流负反馈使输出电阻增大 图5 14电流负反馈方框图 A为RL 0时的短路开环放大倍数 5 2 7减少非线性失真和抑制干扰 噪声 加入负反馈 无负反馈 F uf uo 略大 略小 略小 略大 接近正弦波 改善了波形失真 例3 某放大器的Au 1000 ri 10k ro 10k fh 100kHz fL 10kHz 在该电路中引入串联电压负反馈后 当开环放大倍数变化 10 时 闭环放大倍数变化不超过 1 求Auf rif rof fhf flf 解 5 2 8放大电路引入负反馈的一般原则 1 欲稳定某个量 则引入该量的负反馈稳定直流 引直流反馈 稳定交流 引交流反馈 稳定输出电压 引电压反馈 稳定输出电流 引电流反馈 2 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 采用串联反馈 欲降低输入电阻 采用并联反馈 要求高内阻输出 采用电流反馈 要求低内阻输出 采用电压反馈 3 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 采用串联反馈 信号源为恒流源 采用并联反馈 要求负载能力强 采用电压反馈 要求恒流源输出 采用电流反馈 5 3负反馈放大器的指标计算 5 3 1等效电路法 把反馈放大器中的非线性器件用线性电路等效 然后根据电路理论来求解各项指标 其求解过程可借助计算机实现 5 3 2分离法 把负反馈放大器分离成基本放大器和反馈网络两部分 然后分别求出基本放大器的各项指标和反馈网络的反馈系数 再按上一节的有关公式 分别求得Af rif rof fhf等 5 3 3强负反馈放大器的增益估算法 1 强负反馈的概念 若AF 1 则称之为强负反馈 通常 只要是多级负反馈放大器 我们就可以认为是强负反馈电路 因为多级负反馈放大器 其开环增益很高 都能满足AF 1的条件 2 估算依据 对于强负反馈放大器来说 因为AF 1 所以 强负反馈条件下 把Af Xo Xi F Xf Xo代入上式得 对于串联负反馈 对于并联负反馈 虚短 虚断 例4 估算图5 16 a 所示串联电压负反馈放大器的闭环电压增益Auf Uo Ui 图5 16串联电压负反馈电路 解由于是串联电压负反馈 故Ui Uf 由图5 16 b 可知 输出电压Uo经Rf和Re1分压后反馈至输入回路 即 例5 求图5 17 a 所示的串联电流负反馈电路的闭环电压增益Auf Uo Ui 图5 17串联电流负反馈电路 解因为是串联负反馈 所以Ui Uf 例6 求图5 18所示的并联电压负反馈电路的源电压闭环增益Ausf Uo Us 图5 18并联电压负反馈电路 解 例7 求图5 19 a 所示并联电流负反馈电路的闭环源电压增益Ausf 图5 19并联电流负反馈电路 解由于是并联强负反馈 所以Ii If 并且Rs rif 5 4负反馈放大电路的自激振荡 5 4 1产生自激振荡的原因及条件 产生自激的条件为 负反馈变为正反馈 反馈信号要足够大 公式可写成 它含有幅值和相位两个条件 n为整数 5 4 2自激振荡的判断方法 判断方法是 首先看相位条件 只有相位条件满足了 绝大多数情况下 只要 放大器将产生自激 如相位条件不满足 则肯定不自激 根据放大电路的的频率特性 即用波特图分析能否产生自激振荡 由自激条件可知 当相位条件满足附加相移 180 时 即时 电路稳定 否则不稳定 将产生自激 图5 20 a 和 b 分别表示不稳定与稳定的两种情况 图中fc为附加相移 180 时的频率 f0为时的频率 5 4 3常用的消除自激的方法 图5 21常用的消振电路