模电反馈放大电路PPT课件

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1、第七章 反馈放大电路基本要求1、熟悉反馈基本概念，掌握基本类型判别；熟悉反馈方框图；2、掌握负反馈对放大器性能的影响；3、掌握深度负反馈条件下放大倍数的计算；4、能根据要求为电路引入适当的反馈；5、了解反馈放大电路的自激；第七章 反馈放大电路7.1 基本概念及分类7.2 框图及增益一般表达式7.3 负反馈对放大电路性能的改善7.4 负反馈放大电路的分析方法7.5 负反馈放大电路的稳定问题7.1 反馈的基本概念与分类反馈的基本概念与分类 反馈反馈 反馈网络反馈网络 类型类型 四种阻态的判断方法四种阻态的判断方法 基本概念基本概念 四种类型的反馈阻态四种类型的反馈阻态 各种反馈类型的特点各种反馈类

2、型的特点 信号源对反馈效果的影响信号源对反馈效果的影响 交、直流反馈交、直流反馈 正、负反馈正、负反馈 串、并联串、并联反馈反馈 电压、电流反馈电压、电流反馈7.1.1 基本概念基本概念1.反馈反馈 将输出量（电压或电流）的全部或一部分按一定方将输出量（电压或电流）的全部或一部分按一定方式馈送到输入回路并影响输入的过程。式馈送到输入回路并影响输入的过程。7.1.1 基本概念基本概念2.反馈网络反馈网络vIvO+-RLvIvO+-RLR2R1反馈通路（反馈网络）反馈通路（反馈网络）信号反向传输的渠道信号反向传输的渠道开环开环 无反馈通路无反馈通路闭环闭环 有反馈通路有反馈通路反馈通路反馈通路（反

3、馈网络）（反馈网络）信号的正向传输信号的正向传输7.1.1 基本概念基本概念反馈通路反馈通路（反馈网络）（反馈网络）信号的正向传输信号的正向传输 根据反馈到输入端的根据反馈到输入端的信号是交流，还是直流，信号是交流，还是直流，或同时存在，来进行判别。或同时存在，来进行判别。交流反馈：交流反馈：vIvO-+C2C1R1R2交、直流反馈交、直流反馈交流反馈交流反馈3 3、交流反馈、直流反馈与交直流反馈、交流反馈、直流反馈与交直流反馈7.1.1 基本概念基本概念存在于交流通路中的反馈存在于交流通路中的反馈直流反馈：直流反馈：存在于直流通路中的反馈存在于直流通路中的反馈4.反馈极性反馈极性正反馈与负反

4、馈正反馈与负反馈正反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变大了。正反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变大了。负反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变小了。负反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变小了。另一角度另一角度正反馈：引入反馈后，使正反馈：引入反馈后，使净输入量净输入量 变大了。变大了。负反馈：引入反馈后，使净输入量变小了。负反馈：引入反馈后，使净输入量变小了。判别方法：判别方法：瞬时极性法瞬时极性法。假设某一瞬时，在放大电路的输入端加入一假设某一瞬时，在放大电路的输入端加入一个正极性的输入信号，按信号传输方向依次判断相关点的瞬时极性，个正极性的输入信号，按信号传输方向依次判断相关点的瞬

5、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。减小，则为负反馈；反之为正反馈。7.1.1 基本概念基本概念例例vIvO-+RLR2R1(+)(+)(-)(-)(-)净输入量净输入量vIvO-+RLR2R1(+)(+)(-)(-)净输入量净输入量负反馈负反馈正反馈正反馈vO-+R4R5R3-+vIR1R2反馈通路反馈通路反馈通路反馈通路级间反馈通路级间反馈通路(+)(+)(+)(+)(-)(-)净输入量净输入量级间负反馈级间负反馈反馈通路反馈通路本级反馈通路本级反馈通路7.1.1 基

6、本概念基本概念5.串联反馈、并联反馈串联反馈、并联反馈输入端：反馈信号在输入端：反馈信号在输入端输入端的联接分为的联接分为串联串联和和并联并联两种方式。两种方式。fXiXfXiXfXiXfXiXiX并联：反馈量并联：反馈量和和fX输入量输入量接于同一输入端。接于同一输入端。接于不同的输入端。接于不同的输入端。iX串联：反馈量串联：反馈量和和fX输入量输入量7.1.1 基本概念基本概念6.电压反馈、电流反馈电压反馈、电流反馈输出端：反馈信号在输出端：反馈信号在输出端输出端分为取分为取电压电压和取和取电流电流两种方式。两种方式。电流：将电流：将负载负载短路，反馈网络存在，反馈量仍然存在。短路，反馈

7、网络存在，反馈量仍然存在。电压：将电压：将负载负载短路，反馈网络不存在，反馈量为零。短路，反馈网络不存在，反馈量为零。判断方法判断方法6.1.2.反馈的判断反馈的判断 直流通路和交流通路中是否存在反馈通路。直流通路和交流通路中是否存在反馈通路。直流反馈与交流反馈直流反馈与交流反馈直流反馈直流反馈交流反馈交流反馈直流通路直流通路交流通路交流通路7.1.2 四种类型的四种类型的负负反馈阻态反馈阻态1、四种基本阻态、四种基本阻态反馈量反馈量 Xo输入信号的连接方式输入信号的连接方式Uo电压电压Io电流电流串联串联并联并联(将反馈信号转为电压信号将反馈信号转为电压信号,与与输入电压输入电压Ui相减相减

8、)(将反馈信号转为电流信号将反馈信号转为电流信号,与与输入电流输入电流Ii相减相减)四种连接方式四种连接方式:(1)电流串联负反馈电流串联负反馈 (2)电压串联负反馈电压串联负反馈 (3)电流并联负反馈电流并联负反馈 (4)电压并联负反馈电压并联负反馈7.1.2 四种类型的反馈阻态四种类型的反馈阻态电压串联负反馈电压串联负反馈有反馈？有反馈？交流、直流反馈？交流、直流反馈？正、负反馈？正、负反馈？电压、电流反馈？电压、电流反馈？串联、并联反馈？串联、并联反馈？7.1.2 四种类型的反馈阻态四种类型的反馈阻态电压串联负反馈电压串联负反馈有反馈？有反馈？交、直流反馈？交、直流反馈？正、负反馈？正、

9、负反馈？电压、电流反馈？电压、电流反馈？串联、并联反馈？串联、并联反馈？+C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2RE1CEC3C2+ECuoui+T1T2Rf7.1.2 四种类型的反馈阻态四种类型的反馈阻态电流并联负反馈电流并联负反馈有反馈？有反馈？交流、直流反馈？交流、直流反馈？正、负反馈？正、负反馈？电压、电流反馈？电压、电流反馈？串联、并联反馈？串联、并联反馈？7.1.2 四种类型的反馈阻态四种类型的反馈阻态电流并联负反馈电流并联负反馈有反馈？有反馈？交流、直流反馈？交流、直流反馈？正、负反馈？正、负反馈？电压、电流反馈？电压、电流反馈？串联、并联反馈？串联、并联反馈？7.1.2

10、四种类型的反馈阻态四种类型的反馈阻态电压并联负反馈电压并联负反馈有反馈？有反馈？交流、直流反馈？交流、直流反馈？正、负反馈？正、负反馈？电压、电流反馈？电压、电流反馈？串联、并联反馈？串联、并联反馈？7.1.2 四种类型的反馈阻态四种类型的反馈阻态A.电压串联电压串联RL vO vF vID vO 电压负反馈：稳定输出电压电压负反馈：稳定输出电压串联反馈：输入端电压叠加串联反馈：输入端电压叠加3.各种反馈类型的特点各种反馈类型的特点vID=vI-vFvO 7.1.2 四种类型的反馈阻态四种类型的反馈阻态3.各种反馈类型的特点各种反馈类型的特点B.电流并联电流并联RL iO iF iID iO

11、电流负反馈：稳定输出电流电流负反馈：稳定输出电流并联反馈：输入端电流叠加并联反馈：输入端电流叠加其他两种阻态有类似的结论其他两种阻态有类似的结论iID=iI-iF7.1.2 四种类型的反馈阻态四种类型的反馈阻态串联反馈串联反馈4.信号源对反馈效果的影响信号源对反馈效果的影响vID=vI-vF 则则vI最好为恒压源，即信号最好为恒压源，即信号源内阻源内阻RS越小越好。越小越好。要想反馈效果明显，就要求要想反馈效果明显，就要求vF变化能有效引起变化能有效引起vID的变化。的变化。7.1.2 四种类型的反馈阻态四种类型的反馈阻态并联反馈并联反馈4.信号源对反馈效果的影响信号源对反馈效果的影响iID=

12、iI-iF 则则iI最好为恒流源，即信号最好为恒流源，即信号源内阻源内阻RS越大越好。越大越好。要想反馈效果明显，就要求要想反馈效果明显，就要求iF变化能有效引起变化能有效引起iID的变化。的变化。例题例题:回答下列问题。回答下列问题。若要实现串联电若要实现串联电压压负负反馈反馈,Rf 应应接向何处接向何处?运放运放的输入端极性如的输入端极性如何确定？何确定？7.2 负反馈放大电路的方框图及增益的一般表达式负反馈放大电路的方框图及增益的一般表达式 负反馈放大电路的方框图负反馈放大电路的方框图 7.2.2 负反馈放大电路增益的一般表达式负反馈放大电路增益的一般表达式 环路增益环路增益 反馈深度的

13、讨论反馈深度的讨论 表达式推导表达式推导 构成构成 信号的单向化传输信号的单向化传输 开环时反馈网络的负载效应开环时反馈网络的负载效应7.2.1 负反馈放大电路的方框图负反馈放大电路的方框图1.构成构成信号源信号源输出信号输出信号反馈放大电路反馈放大电路的输入信号的输入信号反馈信号反馈信号基本放大电路的输入基本放大电路的输入信号（净输入信号）信号（净输入信号）Xo基基本本放放大大A电电路路Xid反馈网络反馈网络FXf+XiXs变换网络变换网络K7.2.2 负反馈放大电路增益的一般表达式负反馈放大电路增益的一般表达式2.表达式推导表达式推导XsXfFXoAK+XiXididoXXA=ofXXF=

14、反馈系数反馈系数iXoFXA=闭环增益闭环增益因为因为=idXiXfX-所以所以+XXioFXA=fidoXX=FXAXXooo/+=已知已知FAAA+=1F即即闭环增益的一闭环增益的一般表达式般表达式又因为又因为siXKX=所以所以soFSXXA=KXX/io=FAK=对信号源的增益对信号源的增益7.2.2 负反馈放大电路增益的一般表达式负反馈放大电路增益的一般表达式2.表达式推导表达式推导XsXfFXoAK+XiXid电压串联电压串联电压并联电压并联电流串联电流串联电流并联电流并联idXiXfXoXX 信号信号 、增益在四种反馈组态中的具体形式、增益在四种反馈组态中的具体形式FFAFAid

15、ViVfVoVidIiIfIoVoIidViVfVoIidIiIfIOfVVF=VidOVVVA=iOVFVVA=OfGVIF=idORIVA=iORFIVA=iOGFVIA=iOIFIIA=idOGVIA=idOIIIA=OfRIVF=OfIIIF=idoXXA=0fXXF=iXXAoF=3.反馈深度的讨论反馈深度的讨论7.2.2 负反馈放大电路增益的一般表达式负反馈放大电路增益的一般表达式称为反馈深度称为反馈深度 FA+1时，时，11 )1(+FA一般负反馈一般负反馈，FAA 时，时，11 )2(+FA深度负反馈深度负反馈时，时，11 )3(+FA正反馈正反馈，FAA 时时，01 )4(=

16、+FA自激振荡自激振荡，F AFA1AA+=FAF环路增益环路增益7.3 负反馈对放大电路性能的改善负反馈对放大电路性能的改善 提高增益的稳定性提高增益的稳定性 减少非线性失真减少非线性失真 扩展频带扩展频带 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 为改善性能引入负反馈的一般原则为改善性能引入负反馈的一般原则 分析负反馈放大电路的一般步骤分析负反馈放大电路的一般步骤引入负反馈引入负反馈 降低了放大倍数降低了放大倍数 使放大器的性能得以改善：使放大器的性能得以改善：XsXfFXoAK+XiXid7.3.1 提高增益的稳定性提高增益的稳定性闭环时闭环时+FAAA=1F则则2F)1(1

17、AFdAdA+=只考虑幅值有只考虑幅值有AFAA+=1FAdAAFAdA+=11FF闭环增益相对变化量比开环减小闭环增益相对变化量比开环减小1+AF倍倍另一方面另一方面在深度负反馈条件下在深度负反馈条件下 即闭环增益只取决于反馈网络。当反馈网络由稳定的线性元件即闭环增益只取决于反馈网络。当反馈网络由稳定的线性元件组成时，闭环增益将有很高的稳定性。组成时，闭环增益将有很高的稳定性。提高增益的稳定性提高增益的稳定性FA1F=开环开环 即闭环增益只取决于反馈网络。当反馈网络由稳定的线性元件即闭环增益只取决于反馈网络。当反馈网络由稳定的线性元件组成时，闭环增益将有很高的稳定性。组成时，闭环增益将有很高

18、的稳定性。2F)1(1AFdAdA+=7.3.2 减少非线性失真减少非线性失真 减少非线性失真减少非线性失真Aouiufuiuoud加反馈前加反馈前加反馈后加反馈后AoF+失真失真改善改善uouo利用失真改善失真利用失真改善失真7.3.4 扩展频带扩展频带 扩展频带扩展频带 放大电路加入负反馈后，增益下降，但通频带却加宽了。放大电路加入负反馈后，增益下降，但通频带却加宽了。无反馈时放大器的通频带：无反馈时放大器的通频带：fbw=f HfL f H 有反馈时放大器的通频带：有反馈时放大器的通频带：fbwf=f HffLf f Hf7.3.5 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

19、联负反馈串联负反馈 增大输入电阻增大输入电阻并联负反馈并联负反馈 减小输入电阻减小输入电阻电压负反馈电压负反馈 减小输出电阻，稳定输出电压减小输出电阻，稳定输出电压电流负反馈电流负反馈 增大输出电阻，稳定输出电流增大输出电阻，稳定输出电流P349表表（自看）（自看）7.3.5 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(1)(1)串联负反馈使输入电阻增加串联负反馈使输入电阻增加 无无反馈时：反馈时：有有反馈时：反馈时：.i.ii=IVR.i.d=IV.i.iif=IVR.i.fd=IVV+.i.od=IFVV+.i.dd=IAFVV+.i.d)1(=IAFV+AF)(1i+=R7.3

20、.5 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(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 无无反馈时：反馈时：有有反馈时：反馈时：.i.ii=IVR.d.i=IV.i.iif=IVR.fd.i=IIV+.dd.i=AFIIV+.d.i)1(=AFIV+.i)1(=AFR+7.3.5 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电压负反馈电压负反馈稳定输出电压（当负载变化时）稳定输出电压（当负载变化时）恒压恒压源源输出电阻小。输出电阻小。(3)(3)电压负反馈使输出电阻减小电压负反馈使输出电阻减小 电流负反馈电流负反馈稳定输出电流（当负载变化时）稳定输出电流

21、（当负载变化时）恒流源恒流源输出电阻大。输出电阻大。(4)(4)电流负反馈使输出电阻提高电流负反馈使输出电阻提高为改善性能引入负反馈的一般原则为改善性能引入负反馈的一般原则n 要稳定直流量要稳定直流量 引直流负反馈引直流负反馈n 要稳定交流量要稳定交流量 引交流负反馈引交流负反馈n 要稳定输出电压要稳定输出电压引电压负反馈引电压负反馈n 要稳定输出电流要稳定输出电流引电流负反馈引电流负反馈n 要增大输入电阻要增大输入电阻引串联负反馈引串联负反馈n 要减小输入电阻要减小输入电阻引并联负反馈引并联负反馈分析负反馈放大电路的一般步骤分析负反馈放大电路的一般步骤(1)找出信号放大通路和反馈通路找出信号

22、放大通路和反馈通路(2)用瞬时极性法判断正、负反馈用瞬时极性法判断正、负反馈(3)判断交、直流反馈判断交、直流反馈(4)判断反馈阻态判断反馈阻态(5)标出输入量、输出量及反馈量标出输入量、输出量及反馈量(6)估算深度负反馈条件下电路的估算深度负反馈条件下电路的VFFAAF、例例.为稳定输出电压、增加输入电阻，应用引为稳定输出电压、增加输入电阻，应用引入何种类型反馈？在图中连线。入何种类型反馈？在图中连线。电压串联负反馈电压串联负反馈例例.为达到以下目的，分别应引入哪种组态反馈？何连线？为达到以下目的，分别应引入哪种组态反馈？何连线？1减小电路从信号源索取的电流并增强带负载能力。减小电路从信号源

23、索取的电流并增强带负载能力。2将输入电流转换成与之成线性关系的稳定输出电流。将输入电流转换成与之成线性关系的稳定输出电流。解：解：1电压串联负反馈（电压串联负反馈（810、39、46、）、）2电流并联负反馈（电流并联负反馈（710、29、46、）、）深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈条件下的近似计算1.深度负反馈的特点深度负反馈的特点深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈网络有关深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈网络有关由于由于则则1+FA1FAAA+=1FAF1=F1=方法一：公式法方法一：公式法反馈类型反馈类型F1AF闭环增益闭环增益电压增益电压增益FVA反馈网络反馈网络反馈系数反馈系数F

24、深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈条件下的近似计算电压串联负反馈电压串联负反馈 解：用方法一。解：用方法一。求反馈系数：求反馈系数：求闭环电压放大倍数：求闭环电压放大倍数：=vF=ofVVfeeRRR+11=ioVVAfv=F111efeRRR+=例例1 1 深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈条件下的近似计算又因为又因为代入上式代入上式得得输入量近似等于反馈量输入量近似等于反馈量净输入量近似等于零净输入量近似等于零由此可得深度负反馈条件下，基本放大电路由此可得深度负反馈条件下，基本放大电路“两虚两虚”的概念的概念idoXXA=ofXXF=iXfX=idXiXfX-=0 方法二：两虚法方法二

25、：两虚法 深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈条件下：深度负反馈条件下：Xd=Xi-Xf0V+=V-（运放电路）（运放电路）(1)“虚短虚短”Vd0(2)“虚断虚断”Id0ii+=ii-=0（运放电路）（运放电路）“虚短虚短”与与“虚断虚断”解：解：1.电压串联负反馈电压串联负反馈 例：例：选择负反馈放大电路的组态，填入空格内。选择负反馈放大电路的组态，填入空格内。1.某 测 量 仪 表，要 求某 测 量 仪 表，要 求 ri 高，输 出 电 压 稳 定，应 选高，输 出 电 压 稳 定，应 选用用 。2.为获得一个电压控制电流源，应选用为获得一个电压控制电流源，应选

26、用 。3.为获得一个电流控制电流源，应选用为获得一个电流控制电流源，应选用 。4.为了充分提高负反馈的效果，当信号源为高内阻的电流信号为了充分提高负反馈的效果，当信号源为高内阻的电流信号源，又 要 求 放 大 电 路 的 输 出 电 压 稳 定，应 选源，又 要 求 放 大 电 路 的 输 出 电 压 稳 定，应 选用用 。2.电流串联负反馈电流串联负反馈3.电流并联负反馈电流并联负反馈4.电压并联负反馈电压并联负反馈 深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈条件下的近似计算电压串联负反馈电路电压串联负反馈电路 解：用方法二。解：用方法二。利用利用虚短虚短和和虚断虚断的概念得知的概念得知则则闭环电

27、压增益闭环电压增益00iIVdfoiovFVVVVA=11RRf+=fORRRV+11fiVV =例例2 2 深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈条件下的近似计算闭环电压增益：闭环电压增益：Avf=VO/Vi利用利用虚短虚短和和虚断虚断可知可知例例3.运放组成的电流并联负反馈放大器运放组成的电流并联负反馈放大器+-022IRRRIff1RIRIiLo=122RRRRRLf+-解：用方法二。解：用方法二。1RIRIfLo=Vi=Ii R1 Ii=If 深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈条件下的近似计算+VCCRCC2C1RfuSuoibifiiRSRL 例例4.4.分立电路电压并联负反馈分立电

28、路电压并联负反馈反馈系数为反馈系数为闭环增益闭环增益 解：用方法一。解：用方法一。f1.RVIgF-=offfRURUUIboof-=fiOrFRFIVA-=1 深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈条件下的近似计算 例例5.5.运放组成的电压并联负反馈运放组成的电压并联负反馈利用利用虚短虚短和和虚断虚断可知可知V+=V-=0Ii=IfVi/R1=-VO/Rf1fRR-=得：得：AVf=VO/Vi反馈系数：反馈系数：闭环增益闭环增益闭环电压增益闭环电压增益例例6.电流并联负反馈电流并联负反馈se2e2fsosiosoufRRRRRRIRIRIRIUUAf+=LLLofI=IIFio=IIAIfe

29、2fe2RRR+=IF1e2e2fRRR+=确定反馈网络：确定反馈网络：深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈条件下的近似计算例例7.7.运放组成的电流串联负反馈运放组成的电流串联负反馈闭环电压增益闭环电压增益:利用利用虚短虚短和和虚断虚断可知可知ifVVVV=-+foiofvVVVVA=RRRIRILoLo=解：用方法二。解：用方法二。闭环增益闭环增益闭环电压增益闭环电压增益例例1.分立元件组成的电流串联负反馈分立元件组成的电流串联负反馈反馈系数为反馈系数为e1bec)1(RrR+-解：用方法一。解：用方法一。1eofrRIUF-=.e1iofgrRFVIA11.-=e1cicoiofvRRV

30、RIVVA-=.由第二章知，该电由第二章知，该电路闭环电压增益路闭环电压增益:（4）电流串联负反馈）电流串联负反馈 Uf=-IORe1负反馈放大电路的设计 P354自学 了解负反馈放大电路的频率响应 P3607.8.1 负反馈放大电路自激振荡的原因和条件负反馈放大电路自激振荡的原因和条件1.1.自激振荡现象自激振荡现象 在不加任何输入信号的情在不加任何输入信号的情况下，放大电路仍会产生一定况下，放大电路仍会产生一定频率的信号输出。频率的信号输出。2.2.产生原因产生原因-+负负反反馈馈放放大大电电路路的的一一般般框框图图 AFoXiXdXfXfidXXX-=中频段中频段产产生生滞滞后后相相移移

31、高高频频段段产产生生超超前前相相移移低低频频段段FA，FA即即负负反反馈馈变变成成了了正正反反馈馈时时产产生生的的附附加加相相移移达达到到当当低低频频段段或或高高频频段段，FA,180fidXXX+=使输入信号为零，电路的电扰动产生的微弱信号被不断放使输入信号为零，电路的电扰动产生的微弱信号被不断放大，最终将产生自激振荡。大，最终将产生自激振荡。3.3.自激振荡条件自激振荡条件产生自激振荡。产生自激振荡。反馈深度反馈深度时时，01=+FA1-=FA为为环环路路增增益益）（FA自激振荡的平衡条件：自激振荡的平衡条件：1=FA)12(+=+nFA幅值条件幅值条件相位条件相位条件（附加相移）（附加相移）FAAA+=1F闭环增益闭环增益写成幅值与相角的形式：写成幅值与相角的形式：1FAX，o即即起起振振条条件件为为有有一一个个从从小小到到大大的的过过程程在在起起振振过过程程中中