电子技术基础——电路与模拟电子(第7章)PPT课件

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1、反馈的定义反馈的定义1. 反馈反馈 将电子系统输出回路的电量（电压或电流），通过一定的方式送回到输入回路的过程，称为反馈。vIvO+- -RLR2R1反馈通路（反馈网络）信号的正向传输反馈通路信号反向传输的渠道第1页/共63页2. 构成构成信号源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） Xo 基本放大基本放大 A 电路电路 Xi 反馈网络反馈网络FXf+XiXs变换网络变换网络K开环放大电路 无反馈通路闭环放大电路 有反馈通路反馈的定义反馈的定义第2页/共63页 Xo 基本放大基本放大 A 电路电路 Xi 反馈网络反馈网络FXf+XiXs变换网络变换网络K信号

2、的正向传输信号的反向传输反馈系数foXFX开环增益2. 信号的单向化传输信号的单向化传输单向化ofiXAX闭环放大倍数反馈的定义反馈的定义oiXAX第3页/共63页反馈的分类及判断反馈的分类及判断2. 电路中的反馈形式电路中的反馈形式（1）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。另一角度正反馈：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。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）。第4页/共63页例vI

3、vO- -+RLR2R1(+)(+)(-)(-)(-)净输入量vIvO- -+RLR2R1(+)(+)(-)(-)净输入量负反馈正反馈vO- -+R4R5R3- -+vIR1R2反馈通路反馈通路级间反馈通路(+)(+)(+)(+)(-)(-)净输入量级间负反馈反馈通路本级反馈通路第5页/共63页2. 电路中的反馈形式电路中的反馈形式（2）交流反馈与直流反馈 根据反馈到输入端的信号是交流，还是直流，或同时存在，来进行判别。取决于反馈通路。例vIvO- -+C2C1R1R2(+)(+)(+)(+)交、直流负反馈(+)交流正反馈反馈的分类及判断反馈的分类及判断第6页/共63页(1) 类型类型由此可组

4、成四种组态：输入端：反馈信号在输入端的联接分为串联和并联两种方式。输出端：反馈信号在输出端分为取电压和取电流两种方式。电压串联电压并联电流串联电流并联(2) 四种组态的判断方法四种组态的判断方法iX并联：反馈量和和fX输入量接于同一输入端。接于不同的输入端。iX串联：反馈量和和fX输入量fXiXfXiXfXiXfXiX电流：将负载短路，反馈量仍然存在。电压：将负载短路，反馈量为零。3.串联反馈和并联反馈串联反馈和并联反馈第7页/共63页例电压串联负反馈7.2 反馈的四种组态反馈的四种组态第8页/共63页例电流并联负反馈7.2 反馈的四种组态反馈的四种组态第9页/共63页例电压并联负反馈7.2

5、反馈的四种组态反馈的四种组态第10页/共63页例电流串联负反馈7.2 反馈的四种组态反馈的四种组态第11页/共63页A. 电压串联RL vO vF vID vO 电压负反馈：稳定输出电压串联反馈：输入端电压求和（KVL）1. 各种反馈类型的特点各种反馈类型的特点-vI+ vID + vF =0输入端有vID = vI -vF即7.2 反馈的四种组态反馈的四种组态第12页/共63页1. 各种反馈类型的特点各种反馈类型的特点B. 电流并联iID RL iO iF iO 电流负反馈：稳定输出电流并联反馈：输入端电流求和（KCL）其他两种组态有类似的结论iI - iID - iF =0输入端有iID

6、= iI -iF即7.2 反馈的四种组态反馈的四种组态第13页/共63页串联反馈2. 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变化能有效引起vID的变化。7.2 反馈的四种组态反馈的四种组态第14页/共63页并联反馈2. 信号源对反馈效果的影响信号源对反馈效果的影响iID = iI -iF 则iI最好为恒流源，即信号源内阻RS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。RSvS+-7.2 反馈的四种组态反馈的四种组态第15页/共63页(1)引入电压串联负反馈解：求:

7、例(习题 vO R4 vS + - - Rf R1 T2 T1 +VCC VCC A R2 R3 a b c d e f g h j i + - - (+)(+)( )( )( )正反馈第16页/共63页(1)引入电压串联负反馈解：求:例(习题 vO R4 vS + - - Rf R1 T2 T1 +VCC VCC A R2 R3 a b c d e f g h j i + - - (+)(+)(+)(+)(+)电压串联负反馈第17页/共63页(2)引入电压并联负反馈解：求:例(习题 vO R4 vS + - - Rf R1 T2 T1 +VCC VCC A R2 R3 a b c d e f

8、 g h j i + - - (+)(+)(+)(+)(+)正反馈第18页/共63页解：求:例(习题 vO R4 vS + - - Rf R1 T2 T1 +VCC VCC A R2 R3 a b c d e f g h j i + - - (+)(+)( )( )( )电压并联负反馈(2)引入电压并联负反馈第19页/共63页(3)引入电流串联负反馈解：求:例(习题 vO R4 vS + - - Rf R1 T2 T1 +VCC VCC A R2 R3 a b c d e f g h j i + - - (+)(+)( )(+)(+)电流串联负反馈第20页/共63页(4)引入电流并联负反馈解：

9、求:例(习题 vO R4 vS + - - Rf R1 T2 T1 +VCC VCC A R2 R3 a b c d e f g h j i + - - (+)(+)(+)( )( )电流并联负反馈end第21页/共63页(5)在负载电阻RL改变时，要求输出电流IO保持不变，且要求电源内阻小，问应用何种反馈，如何连接？解：求:例(习题end vO R4 vS + - - Rf R1 T2 T1 +VCC VCC A R2 R3 a b c d e f g h j i + - - (+)(+)( )(+)(+)电流串联负反馈第22页/共63页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

10、的改善 提高放大倍数的稳定性提高放大倍数的稳定性 减少非线性失真和抑制干扰、噪声减少非线性失真和抑制干扰、噪声 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第23页/共63页提高增益的稳定性提高增益的稳定性闭环时FAAA 1F则2F)1(1AFdAdA 只考虑幅值有AFAA 1FAdAAFAdA 11FF即闭环增益相对变化量比开环减小了1+AF倍另一方面在深度负反馈条件下FA1F 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。第24页/共63页对输入电阻和输出电阻的

11、影响对输入电阻和输出电阻的影响串联负反馈 并联负反馈 电压负反馈 电流负反馈 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，稳定输出电流第25页/共63页减少非线性失真和抑制干扰、噪声减少非线性失真和抑制干扰、噪声n 如图所示输入为正、负对称的正弦波,由于放大器件的非线性,输出是正半周大、负半周小的失真波形。加了负反馈后,输出端的失真波形反馈到输入端,与输入波形叠加后,净输入信号成为正半周小、负半周大的波形。此波形经放大后,其输出端正、负半周波形之间的差异减小,从而减小了放大电路输出波形的非线性失真。n需要指出的是,负反馈只能减小本级放大器自身产生的非线性失真,而对输入信号的

12、非线性失真,负反馈是无能为力的。第26页/共63页图7.9 负反馈减小非线性失真 (a)无反馈；(b)有负反馈第27页/共63页A 开环幅频响应扩展频带扩展频带)1(HHFAF 上限频率扩展1+AF倍AF 1LLF 下限频率降低1+AF倍闭环幅频响应H HF FA第28页/共63页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 要稳定直流量 引直流负反馈 要稳定交流量 引交流负反馈 要稳定输出电压 引电压负反馈 要稳定输出电流 引电流负反馈 要增大输入电阻 引串联负反馈 要减小输入电阻 引并联负反馈第29页/共63页7.4 深度负反馈放大电路的计算深度负反馈放大电路的计算 深度负

13、反馈的特点深度负反馈的特点 各种反馈组态的近似计算各种反馈组态的近似计算重点： 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 举例举例第30页/共63页 Xo 基本放大基本放大 A 电路电路 Xi 反反馈馈网网络络FXf+XiXs变变换换网网络络KfoXFXofiXAX闭环放大倍数oiXAX负反馈放大电路电压放大倍数的估算负反馈放大电路电压放大倍数的估算反馈系数已知开环增益（考虑反馈网络的负载效应）iX因为iX fX 所以ioFXXA ofiXXXooo/XXAX F FAAA 1F即闭环增益的一般表达式第31页/共63页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

14、反馈的特点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FFAA1 又因为ioFXXA ofXXF ifXX 代入上式得输入量近似等于反馈量if0iXXX净输入量近似等于零1AF称为深度负反馈(1)AF称为反馈深度，(1)AF1，引入反馈后，放大倍数减小；(1)AF1，引入反馈后，放大倍数增大，即为正反馈第32页/共63页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1. 表达式推导表达式推导XsXfFXoAK+XiXidX 信号 在四种反馈阻态中的具体形式电压串联电压并联电流串联电流并联iXiXfXoXidViVfVoVidIiI

15、fIoIoVidViVfVoIidIiIfI第33页/共63页3. 四种反馈组态的方框图及四种反馈组态的方框图及 一览表一览表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AFA、F、AFAF电压串联电压并联功能ioRIVAofGVIFioRFIVA电阻电阻电导 控制 ，电流转换成电压oViIioVVVAioVFVVAofVVVF无量纲无量纲 无量纲 控制 电压放大oViV第34页/共63页3. 四种反馈组态的方框图及四种反馈组态的方框图及 一览表一览表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AFA、F、AFAF电流串联电流并联功能ioGVIAofRIVFio

16、GFVIA电阻电导 控制 ，电压转换成电流oIiVioIIIAioIFIIAofIIIF无量纲无量纲 无量纲 控制 电流放大oIiI电导第35页/共63页3. 理想情况下的输入、输出电阻值理想情况下的输入、输出电阻值电压串联电压并联电流串联电流并联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稳定对象理想情况下反馈组态RFGFIFVFAAAARif=，Rof=0Rif= 0 ，Rof= Rif=，Rof= Rif=0，Rof=0第36页/共63页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(2) 用瞬时极性法判断正、负反馈(3) 判断交、直流

17、反馈(4) 判断反馈组态(5) 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VFFAAF、end第37页/共63页电压串联负反馈电压串联负反馈 利用虚短和虚断的概念得知0i IofVVVF f11RRR则反馈系数为ioVFVVA V1F 11RRf闭环电压增益vIvO- -+RfR1AvNvP第38页/共63页电压并联负反馈电压并联负反馈闭环电压增益oVFiVAVf1RR RS Rf RL + idI fI iI sI oV P N + - 利用虚短和虚断可知 R1 viifIIoffVI R iiiVI R第39页/共63页电压并联负反馈电压并联负反馈ofGVIF f1R 则

18、反馈系数为ioRFIVA G1F fR 闭环增益闭环电压增益oVFiVAVoiiiVIIVRF11ARf1RR RS Rf RL + idI fI iI sI oV P N + - 0PN VV利用虚短和虚断可知 R1 ui第40页/共63页电流串联负反馈电流串联负反馈闭环电压增益ioVFVVA fLRR 利用虚短和虚断可知 Rs Rf RL + oV N P + - iV iO iV + fV + idV + fioffooLVVVI RVI R第41页/共63页电流串联负反馈电流串联负反馈ofRIVF fR 则反馈系数为ioGFVIA R1F f1R 闭环增益闭环电压增益ioVFVVA o

19、oioIVVI LGFRA fLRR 0PN II利用虚短和虚断可知 Rs Rf RL + oV N P + - iV iO iV + fV + idV + 第42页/共63页电流串联负反馈电流串联负反馈LoffRVRV 闭环电压增益ioVFVVA fLRR fiVV 利用虚短和虚断可知RsRfiORL+oVNP+-sViVidVfV+另外第43页/共63页电流并联负反馈电流并联负反馈利用虚短和虚断可知 Rf + R RL oV + - N P Rs iV 闭环电压增益soVFVVA siLoRIRI sLIFRRA sLf)1(RRRR iI fI idI ifIIiisUI RfofRII

20、RR fofRRIIR LooRIU oI 第44页/共63页电流并联负反馈电流并联负反馈利用虚短和虚断可知RIIRI)(offf ofIIIF fRRR 反馈系数为ioIFIIA I1F RRf1 闭环增益 Rf + R RL oV + - N P Rs iV 闭环电压增益oVFiVAVoLiiI RI RLIFiRAR fLi(1)RRRR 0PN VV则 iI fI idI oI第45页/共63页练习2. 电路如下图所示。（1）合理连线，接入信号源和反馈，使电路的输入电阻增大，输出电阻减小； （2）若 ，则RF应取多少千欧？ 20ioUUAu电压串联负反馈第46页/共63页例例电路如图所

21、示，近似计算它的电压增益。ofRIVF eR ioGFVIA R1F e1R 闭环增益闭环电压增益ioVFVVA ooioIVVI )(cGFRA ecRR RcReRb1Rb2C1C2VCCvsRs+-+-vo解： 忽略基极直流偏置电路后的交流通路如下图所示。电路为电流串联负反馈则反馈系数为efIV 在深度负反馈条件下，利用虚短和虚断可知 Ib00BE Vebec)1(RrR 第47页/共63页例例求：(1)大环组态；(2)二、三级局部组态；闭环增益闭环电压增益0BE V在深度负反馈条件下，利用虚短和虚断可知解：(1)电压并联负反馈则反馈系数为(3)深度负反馈下大环的闭环电压增益 。(2)T

22、2 电流串联负反馈T3 电流串联负反馈(3)0b1 IofGVIF f1R ioRFIVA G1F fR soVFVVA siioVIIV sRF1RA sfRR 第48页/共63页例例求：(1)大环组态；(2)二、三级局部组态；0BE V在深度负反馈条件下，利用虚短和虚断可知解：(3)深度负反馈下大环的闭环电压增益 。(3)0b1 IsfRR foss00RVRV soVFVVA 则所以另外第49页/共63页练习题一、填空 选择合适答案填入空内。 A A电压 B B电流 C C串联 D D并联 （1 1）为了稳定放大电路的输出电压，应引入 负反馈； （2 2）为了稳定放大电路的输出电流，应引

23、入 负反馈； （3 3）为了增大放大电路的输入电阻，应引入 负反馈； （4 4）为了减小放大电路的输入电阻，应引入 负反馈； （5 5）为了增大放大电路的输出电阻，应引入 负反馈； （6 6）为了减小放大电路的输出电阻，应引入 负反馈。 第50页/共63页第51页/共63页第52页/共63页二、电路如上图所示，试回答下列问题：1. 1. 判断上图所示各电路中是否引入了反馈，是直流反馈还是交流反馈，是正反馈还是负反馈。设图中所有电容对交流信号均可视为短路。2.2.分别判断上图（a a）（b b）（e e）（f f）（g g）所示各电路中引入了哪种组态的交流负反馈，并计算它们的反馈系数。3.3.估

24、算上图（e e）（f f）（g g）所示各电路在深度负反馈条件下的电压放大倍数。4.4.分别说明上图（a a）（b b）（c c）（e e）（f f）（g g）所示各电路因引入交流负反馈使得放大电路输入电阻和输出电阻所产生的变化。只需说明是增大还是减小即可。 第53页/共63页1. 解：图（a）所示电路中引入了交、直流负反馈 图（b）所示电路中引入了交、直流负反馈 图（c）所示电路中通过Rs引入直流负反馈，通过Rs、 R1、R2并联引入交流负反馈，通过C2、Rg引入交流正 反馈。 图（d）、（e）、（f）所示各电路中均引入了交、直 流负反馈。 图（g）所示电路中通过R3和R7引入直流负反馈，通

25、过 R4引入交、直流负反馈。第54页/共63页 解：各电路中引入交流负反馈的组态及反馈系数分别如下： （a a）电压并联负反馈 （b b）电压并联负反馈 （e e）电流并联负反馈 （f f）电压串联负反馈 （g g）电流串联负反馈 (a) F=If/U0=-1/R (b) F=If/U0=-1/R4 (e) F=If/I0=R2/(R1+R2) (f) F=Uf/U0=R1/(R1+R4) (g) F=Uf/I0=-R2R9/(R2+R4+R9)第55页/共63页3. 解：各电路在深度负反馈条件下的电压放大倍数如下： sL21sfL4oiosf)1 ()( (e)RRRRRIRRIUUAu14

26、foiof1 (f)RRUUUUAu92L87942fL87oiof)( )( (g)RRRRRRRRURRRIUUAu第56页/共63页4. 4. 解：上图（a a）（b b）（c c）（e e）（f f）（g g）所示各电路因引入交流负反馈使得放大电路输入电阻和输出电阻所产生的变化如下：（a a）输入电阻减小，输出电阻减小。 （b b）输入电阻减小，输出电阻减小。（c c）输入电阻增大，输出电阻增大。 （e e）输入电阻减小，输出电阻增大。（f f）输入电阻增大，输出电阻减小。 （g g）输入电阻增大，输出电阻增大。 第57页/共63页小小 结结1. 负反馈放大器可分为电压串联、电压并联、

27、电流串联和电流并联四种类型的负反馈。应正确判断反馈类型。判别方法：1） 找出反馈网络与输入回路有关，又与输出回路有关的网络。2）判断反馈的类型 判断是电压反馈还是电流反馈简单的判断方法： 将输出电压短路，若反馈回来的反馈信号为零，则为电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为电流反馈。第58页/共63页小小 结结 判断是串联反馈还是并联反馈 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；反之，加在放大电路输入回路的两个电极，则为串联反馈。 判断是正反馈还是负反馈瞬时极性法：在放大电路的输入端，假设一个输入信号的电压极性，可用“+”、“- -”， 按信号传输方向经基本放大器反馈网络判

28、断相关点的瞬时极性，直至判断出反馈信号的瞬时电压极性。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。第59页/共63页 判断是直流反馈还是交流反馈电容观察法：反馈通路如存在隔直电容，则为交流反馈反馈通路如存在旁路电容，则为直流反馈反馈通路不存在电容，则为交直流混合反馈小小 结结2. 无论何种类型的负反馈可用统一形式的反馈方程来描述，即Af=1/(1+AB).反馈的类型不同将影响A、Af和B的下标和量纲。反馈深度F=1+AB将影响反馈放大器的性能。第60页/共63页小小 结结3. 负反馈是改善放大器性能的重要手段。对放大器的主要影响有： 提高增益的稳定性，电压负反馈可稳定输出电压，电流负反馈可稳定输出电流。 改善非线性失真，减小内部噪声和干扰 改变放大器的输入和输出阻抗。串联负反馈可使输入阻抗增加，并联负反馈可使输入阻抗减小；电压负反馈可使输出阻抗减小，电流负反馈可使输出阻抗增加。 展宽放大器的频带宽度。4. 方框图分析法可用于分析各种类型的负反馈放大器。具体分析步骤为：第61页/共63页判断反馈类型求反馈系数F求闭环增益Af求闭环电压放大倍数Avf继续求其它指标第62页/共63页感谢您的观看！第63页/共63页