《反馈放大电路》PPT课件

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1、7.1 反馈的基本概念与分类7.3 负反馈放大电路增益的一般表达式7.4 负反馈对放大电路性能的影响7.5 深度负反馈条件下的近似计算7.2 负反馈放大电路的四种组态7.6 负反馈放大电路设计7.7 负反馈放大电路的频率响应7.8 负反馈放大电路的稳定性 7.1 反馈的基本概念与分类7.1.2 直流反馈与交流反馈7.1.3 正反馈与负反馈7.1.4 串联反馈与并联反馈7.1.1 什么是反馈7.1.5 电压反馈与电流反馈 7.1.1 什么是反馈 将 电 子 系 统 输 出 回 路 的 电 量 （ 电 压 或 电 流 ） 送回 到 输 入 回 路 的 过 程 。hfeib ic vceibvbe

2、hrevcehie hoe内 部 反 馈 外 部 反 馈 输 出 信 号反 馈 放 大 电 路的 输 入 信 号 反 馈 信 号 基 本 放 大 电 路 的 输 入信 号 （ 净 输 入 信 号 ）7.1.1 什么是反馈框 图 反 馈 通 路 信 号 反 向 传 输 的 渠 道开 环 无 反 馈 通 路 闭 环 有 反 馈 通 路 判 断 电 路 是 否 存 在 反 馈 通 路7.1.1 什么是反馈反 馈 通 路（ 本 级 ） 反 馈 通 路（ 本 级 ）反 馈 通 路（ 级 间 ） 7.1.2 直流反馈与交流反馈 根 据 反 馈 到 输 入 端 的 信 号 是 交 流 ， 还 是 直 流 ，

3、或 同 时 存 在 ， 来 进 行 判 别 。 直 流 反 馈 交 、 直 流 反 馈 7.1.2 直流反馈与交流反馈 (a)直 流 通 路 (b)交 流 通 路 7.1.3 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 。负 反 馈 ： 输 入 量 不 变 时 ， 引 入 反 馈 后 输 出 量 变 小 了 。从 输 出 端 看从 输 入 端 看正 反 馈 ： 引 入 反 馈 后 ， 使 净 输 入 量 变 大 了 。负 反 馈 ： 引 入 反 馈 后 ， 使 净 输 入 量 变 小 了 。净 输 入 量 可 以 是 电 压 ， 也 可

4、 以 是 电 流 。 7.1.3 正反馈与负反馈判 别 方 法 ： 瞬 时 极 性 法 。 即 在 电 路 中 ， 从 输 入 端 开 始 ， 沿 着 信 号 流 向 ， 标 出 某 一 时 刻 有 关 节 点 电 压 变 化 的 斜 率 （ 正 斜 率 或 负 斜 率 ， 用 “ +” 、 “ -” 号 表 示 ） 。 净 输 入 量 减 小 净 输 入 量 增 大负 反 馈 正 反 馈反 馈 通 路 反 馈 通 路 级 间 反 馈 通 路净 输 入 量 减 小级 间 负 反 馈7.1.3 正反馈与负反馈 7.1.3 正反馈与负反馈反 馈 通 路净 输 入 量 减 小本 级 负 反 馈 7.

5、1.4 串联反馈与并联反馈由 反 馈 网 络 在 放 大 电 路 输 入 端 的 连 接 方 式 判 定串 联 ： 输 入 以 电 压 形 式 求 和 （ KVL） -v i+vid+vf=0 即 vid=vi- vf并 联 ： 输 入 以 电 流 形 式 求 和 （ KCL） ii-iid-if=0 即 iid=ii-if串 联 并 联 判 断 电 路 中 的 级 间 交 流 反 馈 是 串 联 反 馈 还 是 并 联 反 馈7.1.4 串联反馈与并联反馈并 联 反 馈 级 间 反 馈 通 路xf (if) 判 断 电 路 中 的 级 间 交 流 反 馈 是 串 联 反 馈 还 是 并 联

6、反 馈7.1.4 串联反馈与并联反馈串 联 反 馈 级 间 反 馈 通 路xf (vf) 7.1.5 电压反馈与电流反馈 电 压 反 馈 与 电 流 反 馈 由 反 馈 网 络 在 放 大 电 路 输 出端 的 取 样 对 象 决 定电 压 反 馈 ： 反 馈 信 号 xf和 输 出 电 压 成 比 例 ， 即 xf=Fvo电 流 反 馈 ： 反 馈 信 号 xf与 输 出 电 流 成 比 例 ， 即 xf=Fio 并 联 结 构 串 联 结 构 7.1.5 电压反馈与电流反馈电 压 负 反 馈RL vo xf xid vo 电 压 负 反 馈 稳 定 输 出 电 压xf=Fvo ， xid=

7、 xi xf 7.1.5 电压反馈与电流反馈电 流 负 反 馈RL io xf xid io 电 流 负 反 馈 稳 定 输 出 电 流xf=Fio ， xid= xi xf 7.1.5 电压反馈与电流反馈判 断 方 法 ： 负 载 短 路 法 将 负 载 短 路 ， 反 馈 量 仍 然 存 在 电 流 反 馈 。 将 负 载 短 路 （ 未 接 负 载 时 输 出 对 地 短 路 ） ， 反 馈 量 为 零 电 压 反 馈 。电 压 反 馈 电 流 反 馈 反 馈 通 路 反 馈 通 路 7.1.5 电压反馈与电流反馈电 压 反 馈 反 馈 通 路 end 7.2 负反馈放大电路的四种组态7

8、.2.2 电压并联负反馈放大电路7.2.3 电流串联负反馈放大电路7.2.4 电流并联负反馈放大电路7.2.1 电压串联负反馈放大电路 反馈组态判断举例（交流） 信号源对反馈效果的影响 7.2.1 电压串联负反馈放大电路 输 入 以 电 压 形 式 求 和 （ KVL） ： vid=vi- vf 稳 定 输 出 电 压特 点 ： 电 压 控 制 的 电 压 源 RL vo vf vid(=vi vf) vo 7.2.2 电压并联负反馈放大电路 输 入 以 电 流 形 式 求 和 （ KCL） ： iid=ii-if 稳 定 输 出 电 压 电 流 控 制 的 电 压 源特 点 ： 7.2.3

9、电流串联负反馈放大电路 输 入 以 电 压 形 式 求 和 （ KVL） ： vid=vi- vf 稳 定 输 出 电 流 电 压 控 制 的 电 流 源特 点 ： RL io vf (=ioRf ) vi一 定 时 vi d io 7.2.4 电流并联负反馈放大电路 输 入 以 电 流 形 式 求 和 （ KCL） ： iid=ii-if 稳 定 输 出 电 流 电 流 控 制 的 电 流 源特 点 ： 电 压 负 反 馈 ： 稳 定 输 出 电 压 ， 具 有 恒 压 特 性串 联 反 馈 ： 输 入 端 电 压 求 和 （ KVL）电 流 负 反 馈 ： 稳 定 输 出 电 流 ， 具

10、有 恒 流 特 性并 联 反 馈 ： 输 入 端 电 流 求 和 （ KCL）特 点 小 结 ： 反馈组态判断举例（交流）(+) (-) (+)(+) 级 间 电 压 串 联 负 反 馈(+) 反馈组态判断举例（交流）电 压 并 联 负 反 馈 直 流 反 馈交 、 直 流 反 馈反馈组态判断举例（交流）(+) (+) (-) (+) (+)(+) 电 流 串 联 负 反 馈 串 联 负 反 馈信号源对反馈效果的影响vid = vi -vf 则 vi最 好 为 恒 压 源 ， 即信 号 源 内 阻 Rs越 小 越 好 。 要 想 反 馈 效 果 明 显 ， 就要 求 vf变 化 能 有 效 引

11、 起 vid的变 化 。 信号源对反馈效果的影响并 联 负 反 馈iid = ii -if 则 ii最 好 为 恒 流 源 ， 即 信号 源 内 阻 R s越 大 越 好 。 要 想 反 馈 效 果 明 显 ， 就要 求 if变 化 能 有 效 引 起 iid的变 化 。 end 7.3 负反馈放大电路增益的一般表达式1. 闭环增益的一般表达式2. 反馈深度讨论 1. 闭环增益的一般表达式开 环 增 益idoxxA ofxxF 反 馈 系 数 iof xxA 闭 环 增 益因 为 fiid xxx 所 以 iof xxA fid o xx x FxAx x oo o/ 已 知 AFA1fidi

12、 xxx 闭 环 增 益 的 一 般 表 达 式即 AFAA 1f 7.3 负反馈放大电路增益的一般表达式 负 反 馈 放 大 电 路 中 各 种 信 号 量 的 含 义7.3 负反馈放大电路增益的一般表达式 2. 反馈深度讨论一 般 负 反 馈称 为 反 馈 深 度)1( FA 时 ， 11 )1( FA ， F AA 时 ， 11 )2( FA 深 度 负 反 馈正 反 馈时 ， 11 )3( FA ， F AA 自 激 振 荡时 ， 01 )4( FA ， F A 一 般 情 况 下 ， A和 F都 是 频 率 的 函 数 ， 当 考 虑 信 号 频 率 的 影响 时 ， Af、 A和

13、F分 别 用 、 和 表 示 。 fA A F即 FAAA 1f end 7.3 负反馈放大电路增益的一般表达式 7.4 负反馈对放大电路性能的影响7.4.2 减小非线性失真7.4.3 抑制反馈环内噪声7.4.4 对输入电阻和输出电阻的影响7.4.1 提高增益的稳定性 7.4.1 提高增益的稳定性闭 环 时 FAAA 1f对 A求 导 得 2f )1( 1dd AFAA 只 考 虑 幅 值 有 AFAA 1fAAAFAA d1 1d ff 另 一 方 面 ,在 深 度 负 反 馈 条 件 下 FA 1f 即 闭 环 增 益 只 取 决 于 反 馈 网 络 。 当 反 馈 网 络 由 稳 定 的

14、 线性 元 件 组 成 时 ， 闭 环 增 益 将 有 很 高 的 稳 定 性 。负 反 馈 的 组 态 不 同 ， 稳 定 的 增 益 不 同 （ Avf 、 Arf 、 Agf 、 Aif）即 闭 环 增 益 相 对 变 化 量 是 开 环 时 的 AF1 1 7.4.2 减小非线性失真 闭 环 时 增 益 减 小 ， 线 性 度 变 好 。 只 能 减 少 环 内 放 大 电 路 产 生 的 失 真 ， 如 果 输 入 波 形 本 身 就是 失 真 的 ， 即 使 引 入 负 反 馈 ， 也 无 济 于 事 。 1开 环 特 性2闭 环 特 性 7.4.3 抑制反馈环内噪声nsVVNS

15、VVV V VVV V FAAAV FAA AAVV 21 1n 21 21so 1 1 V比 原 有 的 信 噪 比 提 高 了 倍2VA 电 压 的 信 噪 比 2VA增 加 一 前 置 级 并 认 为 该 级 为 无 噪 声 的 2ns VAVVNS 新 的 信 噪 比 7.4.4 对输入电阻和输出电阻的影响 串 联 负 反 馈1. 对 输 入 电 阻 的 影 响开 环 输 入 电 阻 Ri=vid/ii因 为 vf=Fxo xo=Avid闭 环 输 入 电 阻 Rif=vi/ii所 以 vi=vid+vf=(1+AF )vid闭 环 输 入 电 阻 R if=vi/ii iiid )1

16、()1( RAFiAF v引 入 串 联 负 反 馈 后 ， 输 入 电 阻 增 加 了 。 7.4.4 对输入电阻和输出电阻的影响 并 联 负 反 馈1. 对 输 入 电 阻 的 影 响闭 环 输 入 电 阻 AFRR 1 iif 引 入 并 联 负 反 馈 后 ，输 入 电 阻 减 小 了 。注 意 : 反 馈 对 输 入 电 阻 的 影 响 仅 限 于 环 内 ， 对 环 外 不产 生 影 响 。 例如图 中 R1不 在 环 内AFRR 1 iif但 是 if1if RRR 当 R1 时 ， 反 馈 对 Rif几 乎 没 有 影 响 。ifR 7.4.4 对输入电阻和输出电阻的影响2.

17、对 输 出 电 阻 的 影 响 电 压 负 反 馈 2. 对 输 出 电 阻 的 影 响闭 环 输 出 电 阻ttof iR v 电 压 负 反 馈而 X id= - Xf= -Fvt idoott XARi v忽 略 反 馈 网 络 对 it的 分 流 FARiR oottof 1 v toott vv FARi 所 以 引 入 电 压 负 反 馈 后 ， 输出 电 阻 减 小 了 。 7.4.4 对输入电阻和输出电阻的影响2. 对 输 出 电 阻 的 影 响 电 流 负 反 馈闭 环 输 出 电 阻 osttof )1( RFAiR v 引 入 电 流 负 反 馈 后 ， 输出 电 阻 增

18、 大 了 。注 意 : 反 馈 对 输 出 电 阻 的 影 响 仅 限 于 环 内 ， 对 环 外 不 产 生 影 响 。 负 反 馈 对 放 大 电 路 性 能 的 改 善 ， 是 以 牺 牲 增益 为 代 价 的 ， 且 仅 对 环 内 的 性 能 产 生 影 响 。串 联 负 反 馈 并 联 负 反 馈 电 压 负 反 馈 电 流 负 反 馈 特 别 注 意 表 7.4.1的 内 容增 大 输 入 电 阻减 小 输 入 电 阻减 小 输 出 电 阻 ， 稳 定 输 出 电 压增 大 输 出 电 阻 ， 稳 定 输 出 电 流7.4.4 对输入电阻和输出电阻的影响end 7.5 深度负反馈

19、条件下的近似计算1. 深度负反馈的特点2. 举例 1. 深度负反馈的特点即 ， 深 度 负 反 馈 条 件 下 ， 闭 环 增 益 只 与 反 馈 网 络 有 关 11 FA 由 于 FAAA 1f则 FFAA 1又 因 为 iof XXA ofXXF 代 入 上 式if XX 得 （ 也 常 写 为 xf xi）0fiid XXX 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 “ 两 虚 ” 的 概 念输 入 量 近 似 等 于 反 馈 量（ xid 0 ） 1. 深度负反馈的特点串 联 负 反 馈 ， 输 入 端 电 压 求

20、和0 iidid ri v深 度 负 反 馈 条 件 下 xid= xi - xf 0 虚 短虚 断虚 短虚 断并 联 负 反 馈 ， 输 入 端 电 流 求 和vid= vi - vf 0iid= ii - if 0vid= iid ri 0 2. 举例 电 压 串 联 负 反 馈反 馈 系 数 ofvvv F 实 际 上 该 电 路 就 是 第 2章 介 绍 的 同 相 比 例 放 大 电 路 ， 该结 果 与 第 2章 所 得 结 果 相 同 设 电 路 满 足 深 度 负 反 馈 条 件 ， 试写 出 该 电 路 的 闭 环 电 压 增 益 表 达 式 。 解 ： 根 据 虚 短 、

21、虚 断 f1 1RR R闭 环 增 益（ 就 是 闭 环 电 压 增 益 ） iof vvv A vF1 1f1 RR 2. 举例 (例7.5.1) 电 压 串 联 负 反 馈 设 电 路 满 足 深 度 负 反馈 条 件 ， 试 写 出 该 电 路 的闭 环 电 压 增 益 表 达 式 。 解 ： 根 据 虚 短 、 虚 断 ofb2 b2f vv RR R闭 环 电 压 增 益 iof vvv A b2f1 RRif vv 2. 举例 (例7.5.4) 电 流 并 联 负 反 馈 设 电 路 满 足 深 度 负 反 馈 条件 ， 试 写 出 该 电 路 的 闭 环 增 益和 闭 环 源 电

22、 压 增 益 表 达 式 。 解 ： 根 据 虚 短 、 虚 断RR Rii ff- 闭 环 增 益 iof iiiA )1( fRRif ii 所 以 闭 环 电 压 增 益 sof vvv A sis Riv 0pn vv Loo Riv sLf )1( RRRRsi LoRi Ri-注 意 ： 若 io参 考 方 向 不 同 ， 将 影 响 闭 环 增 益 的 结 果 of iii R又 因 为 iR 解 :（ 3） 闭 环 增 益 fiof Riv rA if ii 例7.5.5 （ 3） 求 大 环 反 馈 的 闭 环 增 益 以 及 对 信 号 源 的 闭 环 电压 增 益 ； 电

23、 压 并 联 负 反 馈根 据 虚 短 、 虚 断 ffo R-iv 0V 2. 举例 end 7.6 负反馈放大电路设计7.6.1 设计负反馈放大电路的一般步骤7.6.2 设计举例 7.6.1 设计负反馈放大电路的一般步骤1. 选 定 需 要 的 反 馈 类 型2. 确 定 反 馈 系 数 的 大 小3. 适 当 选 择 反 馈 网 络 中 的 电 阻 阻 值4. 通 过 仿 真 分 析 ， 检 验 设 计 是 否 满 足 要 求信 号 源 性 质 对 输 出 信 号 的 要 求对 输 入 、 输 出 电 阻 的 要 求对 信 号 变 换 的 要 求 （ V-V、 V-I、 I-V、 I-I

24、 ）FA 1 f 深 度 负 反 馈 时尽 量 减 小 反 馈 网 络 对 基 本 放 大 电 路 的 负 载 效 应 7.6.2 设计举例例 7.6.2 设 计 一 个 带 负 反 馈 的 光 电 隔 离 器 的 驱 动 电 路 。 设 vs的 变 化 范 围 为0 5V， 内 阻 Rs=500。 要 求 LED的 io1=10-3vs(A)。 已 知 运 放 的 Avo=104，Ri=5k， Ro=100。 设 计 后 仿 真 检 验 发 光 二 极 管 的 电 流 。 解 : 驱 动 电 路 需 要 将 电 压 v s转 换 为 电 流 io1已 知 LED的 光 强 度 流 过 LED

25、的 电 流 io1线性 电 压 信 号 vs线性选 用 电 流 串 联 负 反 馈 电 路光 电 隔 离 器 解 : 选 用 电 流 串 联 负 反 馈 电 路 k110001 fsgr AF 所 以 Rf=1kS 10 3so1fs viAg又 因 为 根 据 虚 断 有 FA 1f 深 度 负 反 馈 时 fo1f RiFr v 7.6.2 设计举例例 7.6.2 设 计 一 个 带 负 反 馈 的 光 电 隔 离 器 的 驱 动 电 路 。 设 vs的 变 化 范 围 为0 5V， 内 阻 Rs=500。 要 求 LED的 io1=10-3vs(A)。 已 知 运 放 的 Avo=104

26、，Ri=5k， Ro=100。 设 计 后 仿 真 检 验 发 光 二 极 管 的 电 流 。 解 : 仿 真 电 路 io1与 vs的 呈 线 性 关 系 ， io1=10-3vs，放 大 电 路 满 足 设 计 要 求 。end7.6.2 设计举例例 7.6.2 设 计 一 个 带 负 反 馈 的 光 电 隔 离 器 的 驱 动 电 路 。 设 vs的 变 化 范 围 为0 5V， 内 阻 Rs=500。 要 求 LED的 io1=10-3vs(A)。 已 知 运 放 的 Avo=104，Ri=5k， Ro=100。 设 计 后 仿 真 检 验 发 光 二 极 管 的 电 流 。 7.7

27、负反馈放大电路的频率响应7.7.2 增益-带宽积7.7.1 频率响应的一般表达式 7.7.1 频率响应的一般表达式基 本 放 大 电 路 的 高 频 响 应 比 开 环 时 增 加 了HMH j1 ffAA 为 基 本 放 大 电路 通 带 增 益MA H fMfHHH f j11 ffAFAAA 根 据 闭 环 增 益 表 达 式 有（ 设 反 馈 网 络 为 纯 阻 网 络 ）通 带 闭 环 增 益 MfA其 中同 理 可 得 闭 环 上 限 频 率HMH f )1( fFAf 比 开 环 时 减 小 了闭 环 下 限 频 率FAff MLLf 1 引 入 负 反 馈 后 ， 放 大 电

28、路 的 通 频 带 展 宽 了f HLfH ff fffBW 7.7.1 频率响应的一般表达式例 7.7.1的 波 特 图 开 环 增 益 反 馈 系 数 为 0.01时反 馈 系 数 为 0.1时 反 馈 系 数 为 1时 7.7.2 增益-带宽积放 大 电 路 的 增 益 -带 宽 积 为 常 数 HHH ff 11 AffAFAFAfA 闭 环 增 益 -带 宽 积 开 环 增 益 -带 宽 积 end 7.8 负反馈放大电路的稳定性*7.8.2 频率补偿7.8.1 负反馈放大电路的自激振荡及 稳定工作的条件 7.8.1 负反馈放大电路的自激振荡及稳定工作的条件1. 自激振荡现象 在 不

29、 加 任 何 输入 信 号 的 情 况 下 ，放 大 电 路 仍 会 产 生一 定 频 率 的 信 号 输出 。2. 产生原因 在 高 频 区 或 低 频 区 产 生 的 附 加 相 移 达 到 180， 使 中频 区 的 负 反 馈 在 高 频 区 或 低 频 区 变 成 了 正 反 馈 ， 当 满 足 了 一定 的 幅 值 条 件 时 ， 便 产 生 自 激 振 荡 。 FA 和 3. 自激振荡条件自 激 振 荡反 馈 深 度 时 ， 01 FA 即 1FA 为 环 路 增 益 ）（ FA 又 )()()()( fa FAFA 得 自 激 振 荡 条 件 1)()( kk FA 180)1

30、2()()( kfka n 幅 值 条 件 相 位 条 件 （ 附 加 相 移 ）FA AA 1f闭 环 增 益7.8.1 负反馈放大电路的自激振荡及稳定工作的条件 4. 稳定工作条件破 坏 自 激 振 荡 条 件1FA 180)12(fa n 1FA 180fa 或0lg20 m GFA 180)12(fa n 0lg20 FA 180mfa 当 反 馈 网 络 为 纯 电 阻 网 络 时 ， f = 0。其 中 Gm幅 值 裕 度 ， 一 般 要 求 Gm -10dBm相 位 裕 度 ， 一 般 要 求 m 45 （ 保 证 可 靠 稳 定 ，留 有 余 地 ）写 成 等 式 ， 且 幅

31、值 用 分 贝 数 表 示 时 7.8.1 负反馈放大电路的自激振荡及稳定工作的条件 用 波 特 图 表 示或G m -10dB 或 m 45 4. 稳定工作条件0lg20 m GFA 180)12(fa n 0lg20 FA 180 mfa 7.8.1 负反馈放大电路的自激振荡及稳定工作的条件 5. 负反馈放大电路稳定性分析FAFA 1lg20lg20lg20 环 路 增 益 的 幅 频 响 应 写 为一 般 与 频 率 无 关 ，F 则 F1lg20 的 幅 频 响 应 是 一 条 水 平 线利 用 波 特 图 分 析关 键 是 作 出 A 的 幅 频 响 应 和 相 频 响 应 波 特

32、图F1lg20水 平 线 Alg20 与 的 交 点 为 F1lg20 Alg20 1FA 即 该 点 满 足 7.8.1 负反馈放大电路的自激振荡及稳定工作的条件 (2) 作 F1lg20 水 平 线判 断 稳 定 性 方 法(1) 作 出 A 的 幅 频 响 应 和 相 频 响 应 波 特 图(3) 判 断 是 否 满 足 相 位 裕 度 m 45在 相 频 响 应 的 点 处 作 垂 线 与 交 于 P点 135 a Alg20若 P点 在 水 平 线 之 下 ， 稳 定 ； 否 则 不 稳 定 。F1lg20或 5. 负反馈放大电路稳定性分析7.8.1 负反馈放大电路的自激振荡及稳定工

33、作的条件F1lg20在 水 平 线 Alg20 与 的 交 点 作 垂 线 交 于 相 频 响 应 曲 线的 一 点 。 若 该 点 | a| 135， 满 足 相 位 裕 度 ， 稳 定 ； 否 则 不 稳 定 。 基 本 放 大 电 1点FA 基 本 放 大增 大 F 反 馈 深 度 越 深 ，越 容 易 自 激 。F 越 大 ， 水 平 线下 移 ， 越F1lg20容 易 自 激F 越 大 ， 表 明反 馈 深 度 越 深7.8.1 自激振荡及稳定工作的条件5. 负反馈放大电路稳定性分析P点 交 在 的 -20dB/十 倍 频 程 处 ， 放 大 电 路 是 稳 定 的 。Alg20 *7.8.2 频率补偿不 作 要 求 end