华成英模电放大电路中的反馈PPT课件

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1、第六章第六章 放大电路中的反馈放大电路中的反馈6.1 6.1 反馈的概念及判断反馈的概念及判断6.2 6.2 负反馈放大电路的方框图及放大倍数的估算负反馈放大电路的方框图及放大倍数的估算6.3 6.3 交流负反馈对放大电路性能的影响交流负反馈对放大电路性能的影响6.4 6.4 负反馈放大电路的稳定性负反馈放大电路的稳定性6.5 6.5 放大电路中反馈的其它问题放大电路中反馈的其它问题第1页/共73页本章基本要求本章基本要求 会判：判断电路中有无反馈及反馈的性质 会算：估算深度负反馈条件下的放大倍数 会引：根据需求引入合适的反馈 会判振消振：判断电路是否能稳定工作，会消除自激振荡。第2页/共73

2、页6.16.1 反馈的概念及判断反馈的概念及判断一、反馈的基本概念一、反馈的基本概念二、交流负反馈的四种组态二、交流负反馈的四种组态三、反馈的判断三、反馈的判断第3页/共73页1. 什么是反馈 放大电路输出量的一部分或全部通过一定的方式引回到输入回路，影响输入，称为反馈。一、反馈的基本概念一、反馈的基本概念要研究哪些问题？怎样引回是从输出电压还是输出电流引出反馈多少怎样引出 反馈放大电路可用方框图表示。影响放大电路的输入电压还是输入电流第4页/共73页2. 2. 正反馈和负反馈正反馈和负反馈 从反馈的结果来判断，凡反馈的结果使输出量的变化减小的为负反馈，否则为正反馈；引入反馈后其变化是增大？还

3、是减小？引入反馈后其变化是增大？还是减小？ 或者，凡反馈的结果使净输入量减小的为负反馈，否则为正反馈。第5页/共73页3. 3. 直流反馈和交流反馈直流反馈和交流反馈 直流通路中存在的反馈称为直流反馈，交流通路中存在的反馈称为交流反馈。引入交流负反馈引入直流负反馈第6页/共73页4. 4. 局部反馈和级间反馈局部反馈和级间反馈 只对多级放大电路中某一级起反馈作用的称为局部反馈，将多级放大电路的输出量引回到其输入级的输入回路的称为级间反馈。通过R3引入的是局部反馈通过R4引入的是级间反馈通常，重点研究级间反馈或称总体反馈。第7页/共73页二、交流负反馈的四种组态二、交流负反馈的四种组态 将输出电

4、压的一部分或全部引回到输入回路来影响净输入量的为电压反馈，即ooUX 将输出电流的一部分或全部引回到输入回路来影响净输入量的为电流反馈，即ooIX 描述放大电路和反馈网络在输出端的连接方式，即反馈网络的取样对象。1. 电压反馈和电流反馈第8页/共73页2. 2. 串联反馈和并联反馈串联反馈和并联反馈 描述放大电路和反馈网络在输入端的连接方式，即输入量、反馈量、净输入量的叠加关系。fiiUUU-串联负反馈fiiIII-并联负反馈+_负反馈第9页/共73页3. 3. 四种反馈组态四种反馈组态：注意量纲电压串联负反馈电流串联负反馈电压并联负反馈电流并联负反馈 为什么在并联负反馈电路中不加恒压源信号？

5、 为什么在串联负反馈电路中不加恒流源信号？第10页/共73页三、反馈的判断三、反馈的判断 “找联系”：找输出回路与输入回路的联系，若有则有反馈，否则无反馈。有反馈吗？将输出电压全部反馈回去无反馈1. 有无反馈的判断即在输入回路又在输出回路第11页/共73页2. 2. 直流反馈和交流反馈的判断直流反馈和交流反馈的判断“看通路”，即看反馈是存在于直流通路还是交流通路。设以下电路中所有电容对交流信号均可视为短路。仅有直流反馈仅有交流反馈交、直流反馈共存仅有直流反馈第12页/共73页3. 3. 正、负反馈（反馈极性）的判正、负反馈（反馈极性）的判断断“看反馈的结果” ，即净输入量是被增大还是被减小。瞬

6、时极性法： 给定 的瞬时极性，并以此为依据分析电路中各电流、电位的极性从而得到 的极性；iXoX的极性 的极性 、 、 的叠加关系oXfXiXfXiXfiifii IIIUUU或正反馈负反馈fiifii IIIUUU或第13页/共73页3. 3. 正、负反馈的判断正、负反馈的判断FuFIDuuu反馈量是仅仅决定于输出量的物理量。O211FuRRRu第14页/共73页 在判断集成运放构成的反馈放大电路的反馈极性时，净输入电压指的是集成运放两个输入端的电位差，净输入电流指的是同相输入端或反相输入端的电流。2ON2RuuiR反馈量反馈电流反馈量仅决定于输出反馈量仅决定于输出量量净输入电流减小，引入了

7、负反馈净输入电流增大，引入了正反馈第15页/共73页4. 4. 电压反馈和电流反馈的判断电压反馈和电流反馈的判断电路引入了电压负反馈 令输出电压为0，若反馈量随之为0，则为电压反馈；若反馈量依然存在，则为电流反馈。第16页/共73页4. 4. 电压反馈和电流反馈的判断电压反馈和电流反馈的判断电路引入了电流负反馈反馈电流 引入电压负反馈稳定输出电压，引入电流负反馈稳定输出电流！仅受基极电流的控制第17页/共73页5. 5. 串联反馈和并联反馈的判断串联反馈和并联反馈的判断FINiiiFIDuuu 在输入端，输入量、反馈量和净输入量以电压的方式叠加，为串联反馈；以电流的方式叠加，为并联反馈。引入了

8、并联反馈引入了串联反馈Fu第18页/共73页分立元件放大电路中反馈的分析分立元件放大电路中反馈的分析 图示电路有无引入反馈？是直流反馈还是交流反馈？是正反馈还是负反馈？若为交流负反馈，其组态为哪种？ 3. 若在第三级的射极加旁路电容，且在输出端和输入端跨接一电阻，则反馈的性质有何变化？+_+_uF 1. 若从第三级射极输出，则电路引入了哪种组态的交流负反馈？ 2. 若在第三级的射极加旁路电容，则反馈的性质有何变化？引入了电流串联负反馈作用？第19页/共73页分立元件放大电路中的净输入量和输出电分立元件放大电路中的净输入量和输出电流流 在判断分立元件反馈放大电路的反馈极性时，净输入电压常指输入级

9、晶体管的b-e（e-b）间或场效应管g-s（s-g）间的电位差，净输入电流常指输入级晶体管的基极电流（射极电流）或场效应管的栅极（源极）电流。 在分立元件电流负反馈放大电路中，反馈量常取自于输出级晶体管的集电极电流或发射极电流，而不是负载上的电流；此时称输出级晶体管的集电极电流或发射极电流为输出电流，反馈的结果将稳定该电流。第20页/共73页6.26.2 负反馈放大电路的方框图负反馈放大电路的方框图及放大倍数的估算及放大倍数的估算一、负反馈放大电路的方框图一、负反馈放大电路的方框图二、负反馈放大电路放大倍数的一般表达式二、负反馈放大电路放大倍数的一般表达式三、深度负反馈的实质三、深度负反馈的实

10、质四、基于反馈系数的放大倍数的估算方法四、基于反馈系数的放大倍数的估算方法五、基于理想运放的放大倍数的计算方法五、基于理想运放的放大倍数的计算方法第21页/共73页一、负反馈放大电路的方框图一、负反馈放大电路的方框图断开反馈，且考虑反馈网络的负载效应决定反馈量和输出量关系的所有元件所组成的网络负反馈放大电路的基本放大电路反馈网络方框图中信号是单向流通的。ioXXA基本放大电路的放大倍数反馈系数ofXXF反馈放大电路的放大倍数iofXXA第22页/共73页二、负反馈放大电路放大倍数的一般表达二、负反馈放大电路放大倍数的一般表达式式ioXXAofXXFiofXXAiiioiifiif XFAXXA

11、XFXXAXXXAA反馈组态反馈组态功能功能电压串联电压串联电压控制电压电压控制电压电压并联电压并联电流控制电压电流控制电压电流串联电流串联电压控制电流电压控制电流电流并联电流并联电流控制电流电流控制电流AFfAioUUofUUioUUioIUofUIioIUioIIofIIioIIioUIofIUioUIFAAA1f第23页/共73页三、深度负反馈的实质三、深度负反馈的实质。，即，则若 1 11 fifXXFAFAFAAA1f净输入量忽略不计fifi IIUU在并联负反馈电路中，馈电路中，上式说明：在串联负反。电路引入的才为负反馈，只有0FA符号相同。、在中频段，通常， fAFA环路放大倍数

12、第24页/共73页四、基于反馈系数的电压放大倍数的估算方四、基于反馈系数的电压放大倍数的估算方法法1. 电压串联负反馈电路uuuuFUUUUA1foiofofUUFuu211ofRRRUUFuu12f11RRFAuuuu第25页/共73页2. 2. 电压并联负反馈电路电压并联负反馈电路 ofUIFiuRif很小siossososfRIURIUUUAussfo11RFRIUiu为什么?为什么?第26页/共73页2. 2. 电压并联负反馈电路电压并联负反馈电路ssosf11RFUUAiuu12ssf11RRRFAiuuofUIFiu2of1RUIFiu2ON2RuuiR令uN=0第27页/共73页

13、3. 3. 电流串联负反馈电流电流串联负反馈电流LfLoiof1RFURIUUAuiuofIUFui1ofRIUFuiFu1LLf1RRRFAuiu第28页/共73页4. 4. 电流并联负反馈电路电流并联负反馈电路sL21sLsf)1 (1RRRRRRFAiiuofIIFii212ofRRRIIFiisLsosf1RRFUUAiiuLoosfsRIURIU，第29页/共73页深度负反馈条件下四种组态负反馈放大深度负反馈条件下四种组态负反馈放大电路的电压放大倍数电路的电压放大倍数反馈组态反馈组态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sff uuAA或uuuFUUUUA1

14、foiofssosf11RFUUAiuuLiof1RFUUAuiusLsosf1RRFUUAiiu符号相同。、通常， )(fsffAFAAAuu与负载无关与总负载成线性关系第30页/共73页 讨论一讨论一 求解在深度负反馈条件下电路的电压放大倍数。e3fe1e3e1fRRRRRIUFo)(L3ce3e1e3fe1ioRRRRRRRUUAuf+_+_uF比较两电路_第31页/共73页 讨论二讨论二 求解在深度负反馈条件下电路的电压放大倍数。 1. 第三级从射极输出； 2. 若在第三级的射极加旁路电容，且在输出端和输入端跨接一电阻。e1ff1RRAusfRRAuR第32页/共73页五、基于理想运放

15、的电压放大倍数的计算方五、基于理想运放的电压放大倍数的计算方法法1. 理想运放参数特点：Aod，rid， ro0，fH ，所有失调因素、温漂、噪声均为零。2. 理想运放工作在线性区的电路特征：引入交、直流负反馈因为uO为有限值， Aod，所以 uNuP0，即uNuP虚短路因为r ridid，所以 iNiP0 0虚断路求解放大倍数的基本出发点无源网络3. 理想运放工作在线性区的特点第33页/共73页利用利用“虚短虚短”、“虚断虚断”求解电路求解电路1IIF21 RuiiuuRR，121RRAu)(211IORRRuu第34页/共73页利用利用“虚短虚短”、“虚断虚断”求解电路。求解电路。1I12

16、IPN RuiiuuuRR，L31321ILOIOfRRRRRRuRiuuAu3I1233)1 (21RuRRRuuiRRRI3132132OuRRRRRiiiRR第35页/共73页fu 设所有的电容对交流信号均可视为短路。试说明电路中是否引入了交流负反馈；如引入了，则说明其组态。fu电流串联负反馈讨论讨论电流串联负反馈?fuA92L7732f)/)(RRRRRRRAu第36页/共73页6.36.3 交流负反馈对放大电路性交流负反馈对放大电路性能的影响能的影响一、提高放大倍数的稳定性一、提高放大倍数的稳定性二、改变输入电阻和输出电阻二、改变输入电阻和输出电阻三、展宽频带三、展宽频带四、减小非线

17、性失真四、减小非线性失真五、引入负反馈的一般原则五、引入负反馈的一般原则第37页/共73页一、提高放大倍数的稳定性一、提高放大倍数的稳定性在中频段，放大倍数、反馈系数等均为实数。AFAA1fAAAFAAd11dff2f)1(1ddAFAA2f)1(ddAFAA说明放大倍数减小到基本放大电路的 ，AF11）（AF1放大倍数的稳定性是基本放大电路的 倍。第38页/共73页二、改变输入电阻和输出电阻二、改变输入电阻和输出电阻1. 对输入电阻的影响iiiIUR iif)1 (RAFR 对输入电阻的影响仅与反馈网络和基本放大电路在输入端的接法有关，即决定于是串联反馈还是并联反馈。iiiifiiiifIA

18、FUUIUUIUR第39页/共73页串联负反馈对输入电阻影响的讨论串联负反馈对输入电阻影响的讨论iif)1 (RAFR 引入串联负反馈，使引入反馈的支路的等效电阻增大到原来的（1 1AFAF）倍。 引入串联负反馈，对图示两电路的输入电阻所产生的影响一样码？ Rb1支路在引入反馈前后对输入电阻的影响有无变化？Fu第40页/共73页iiifiiiiifiiiAFIIUIIUIURIURAFRR1iif串联负反馈增大输入电阻，并联负反馈减小输入电阻。引入并联负反馈，或引入串联负反馈时在0 )( )1 (ifififRRRAF第41页/共73页2 2、对输出电阻的影响、对输出电阻的影响 对输出电阻的影

19、响仅与反馈网络和基本放大电路在输出端的接法有关，即决定于是电压反馈还是电流反馈。AFRR1oof引入电压负反馈时引入电压负反馈时引入电流负反馈时引入电流负反馈时oof)1 (RAFR 电压负反馈稳定输出电压，使输出具有恒压特性，因而输出电阻减小。 电流负反馈稳定输出电流，使输出具有恒流特性，因而输出电阻增大。第42页/共73页电流负反馈对输出电阻影响的讨电流负反馈对输出电阻影响的讨论论oof)1 (RAFRRc2支路在引入反馈前后对输出电阻的影响有无变化？ 引入电流负反馈，使引出反馈的支路的等效电阻增大到原来的（1 1AFAF）倍。或引入电流负反馈；引入电压负反馈时在)( 0 )1 (ofof

20、ofRRRAF第43页/共73页三、展宽频带三、展宽频带：设反馈网络是纯电阻网络Alg20fHmHLmLfj1 j11ffAAffAAFAAAO引入负反馈后的幅频特性bwbwfLLfHHf)1 (1)1 (fAFfAFfffAFf可推导出引入负反馈后的截止频率、通频带fLfHFA1lg20fLffHf第44页/共73页四、减小非线性失真四、减小非线性失真 由于晶体管输入特性的非线性，当b-e间加正弦波信号电压时，基极电流的变化不是正弦波。 可以设想，若加在b-e之间的电压正半周幅值大于负半周的幅值，则其电流失真会减小，甚至为正弦波。非正弦波近似正弦波第45页/共73页四、减小非线性失真四、减小

21、非线性失真 设基本放大电路的输出信号与输入信号同相。 可以证明，在引入负反馈前后输出量基波幅值相同的情况下，非线性失真减小到基本放大电路的1/(/(1AF ) )。净输入信号的正半周幅值小于负半周幅值第46页/共73页五、引入负反馈的一般原则五、引入负反馈的一般原则 稳定Q点应引入直流负反馈，改善动态性能应引入交流负反馈； 根据信号源特点，增大输入电阻应引入串联负反馈，减小输入电阻应引入并联负反馈； 根据负载需要，需输出稳定电压（即减小输出电阻）的应引入电压负反馈，需输出稳定电流（即增大输出电阻）的应引入电流负反馈； 从信号转换关系上看，输出电压是输入电压受控源的为电压串联负反馈，输出电压是输

22、入电流受控源的为电压并联负反馈，输出电流是输入电压受控源的为电流串联负反馈，输出电流是输入电流受控源的为电流并联负反馈； 当(1AF) 1时，它们的转换系数均约为1/F。第47页/共73页讨论讨论一一 为减小放大电路从信号源索取的电流，增强带负载能力，应引入什么反馈？ 为了得到稳定的电流放大倍数，应引入什么反馈？ 为了稳定放大电路的静态工作点，应引入什么反馈？ 为了使电流信号转换成与之成稳定关系的电压信号，应引入什么反馈？ 为了使电压信号转换成与之成稳定关系的电流信号，应引入什么反馈？第48页/共73页讨论讨论二二试在图示电路中分别引入四种不同组态的交流负反馈。电流反馈电压反馈串联反馈并联反馈

23、Fu第49页/共73页讨论三讨论三 在图示电路中能够引入哪些组态的交流负反馈？只可能引入电压并联或电流串联两种组态的交流负反馈。第50页/共73页6.46.4 负反馈放大电路的稳定性负反馈放大电路的稳定性一、自激振荡产生的原因及条件一、自激振荡产生的原因及条件二、负反馈放大电路稳定性的分析二、负反馈放大电路稳定性的分析三、负反馈放大电路稳定性的判断三、负反馈放大电路稳定性的判断四、消除自激振荡的方法四、消除自激振荡的方法第51页/共73页一、自激振荡产生的原因及条件一、自激振荡产生的原因及条件1. 现象：输入信号为0 0时，输出有一定幅值、一定频率的信号，称电路产生了自激振荡。负反馈放大电路自

24、激振荡的频率在低频段或高频段。低频干扰或产生了轻微低频振荡高频干扰或产生了轻微高频振荡实验波形第52页/共73页oifo XXXX 在电扰动下，如合闸通电，必含有频率为f0的信号，对于f = f0 的信号，产生正反馈过程 输出量逐渐增大，直至达到动态平衡，电路产生了自激振荡。2. 原因fiiXXX 在低频段或高频段，若存在一个频率f0，且当 f f0 时附加相移为，则第53页/共73页ooi 0XXX维持时，ooXFAX1FA3. 3. 自激振荡的条件自激振荡的条件1FA)( ) 12(1FA为整数nnFA 由于电路通电后输出量有一个从小到大直至稳幅的过程，起振条件为幅值平衡条件相位平衡条件第

25、54页/共73页二、负反馈放大电路稳定性的分析二、负反馈放大电路稳定性的分析附加相移由放大电路决定;振荡只可能产生在高频段。090AAf，时，设反馈网络为电阻网络，放大电路为直接耦合形式。因没有满足相位条件的频率，故引入负反馈后不可能振荡。0180AAf，时，因没有满足幅值条件的频率，故引入负反馈后不可能振荡。0270AAf，时，对于产生180附加相移的信号频率，有可能满足起振条件，故引入负反馈后可能振荡。对于单管放大电路:对于两级放大电路:对于三级放大电路:第55页/共73页什么样的放大电路引入负反馈后容易产什么样的放大电路引入负反馈后容易产生自激振荡？生自激振荡？ 三级或三级以上放大电路引

26、入负反馈后有可能产生高频振荡；同理，耦合电容、旁路电容等为三个或三个以上的放大电路，引入负反馈后有可能产生低频振荡。 放大电路的级数越多，耦合电容、旁路电放大电路的级数越多，耦合电容、旁路电容越多，引入的负反馈越深，产生自激振荡容越多，引入的负反馈越深，产生自激振荡的可能性越大。的可能性越大。 环路放大倍数AF越大，越容易满足起振条件，闭环后越容易产生自激振荡。第56页/共73页三、负反馈放大电路稳定性的判断三、负反馈放大电路稳定性的判断已知环路增益的频率特性来判断闭环后电路的稳定性。使环路增益下降到0dB的频率，记作fc；使AF(2n1) 的频率，记作f0。fcf0fcf0第57页/共73页

27、稳定性的判断稳定性的判断fcf0满足起振条件电路不稳定电路稳定 f0 fc，电路不稳定，会产生自激振荡； f0 fc，电路稳定，不会产生自激振荡。fcf0Gm幅值裕度m相位裕度电路稳定当Gm10dB且m45，才具有可靠的稳定性。不满足起振条件第58页/共73页四、消除自激振荡的方法四、消除自激振荡的方法1. 简单滞后补偿)j(1)j(1)j(1H3H2H1mmffffffFAFA常用的方法为滞后补偿方法。设放大电路为直接耦合方式，反馈网络为电阻网络。20dB/十倍频40dB/十倍频60dB/十倍频fH1fH2fH3fO20lgAF. 在最低的上限频率所在回路加补偿电容。补偿电容H1f第59页/

28、共73页1. 1. 简单滞后补偿简单滞后补偿最大附加相移为-135 具有45的相位裕度，故电路稳定补偿前补偿后。时，补偿后，当dB0lg20 H2FAff 滞后补偿法是以频带变窄为代价来消除自激振荡的。)j(1)j(1)j(1H3H2H1mmffffffFAFA第60页/共73页2. 2. 密勒补偿密勒补偿CCkC)1 ( 在获得同样补偿的情况下，补偿电容比简单滞后补偿的电容小得多。 在最低的上限频率所在放大电路中加补偿电容。补偿前补偿后等效变换补偿电容第61页/共73页H1H12Hj11j1j1 ffffff，取代补偿后产生系数：3. 3. RC 滞后补偿滞后补偿：在最低的上限频率所在回路加

29、补偿。)j(1)j(1)j(1H3H2H1mmffffffFAFA)j(1)j(1H3H1mm2H2HffffFAFAff，则若 上式表明，最大附加相移为180，不满足起振条件，闭环后一定不会产生自激振荡，电路稳定。补偿电路第62页/共73页RC 滞后补偿与简单滞后补偿滞后补偿与简单滞后补偿比比较较简单补偿后的幅频特性RC滞后补偿后的幅频特性补偿前 滞后补偿法消振均以频带变窄为代价，RC滞后补偿较简单电容补偿使频带的变化小些。 为使消振后频带变化更小，可考虑采用超前补偿的方法。第63页/共73页讨论讨论判断电路引入负反馈后有可能产生自激振荡吗？如可能，则应在电路的哪一级加补偿电容？第64页/共

30、73页第65页/共73页6.56.5 放大电路中反馈的其它问放大电路中反馈的其它问题题一、放大电路中的正反馈一、放大电路中的正反馈二、电流反馈型集成运放二、电流反馈型集成运放三、方框图法解负反馈放大电路三、方框图法解负反馈放大电路第66页/共73页一、放大电路中的正反馈一、放大电路中的正反馈 引入的正、负反馈目标应一致。 自举电路：通过引入正反馈，增大输入电阻，因而提高输入电压。fuuRuRARiURRUARUUi1)1 (3i33i3oi33负反馈正反馈两路反馈要分别分析！第67页/共73页二、电流反馈型集成运放二、电流反馈型集成运放1. 电流模技术 信号传递过程中除与晶体管b-e间电压有关

31、外，其余各参量均为电流量的电路称为电流模电路。 电流源电路可按比例传输电流，故称为电流模电路的单元电路。IOii 优点：（1）只要uCE2UCES，iO就仅受ICM限制。（2） iO与iI具有良好的线性关系，不受晶体管非线性特性的影响。（3）极间电容有低阻回路，电路上限频率高。第68页/共73页2.2. 由电流反馈型集成运放组成的负反馈放大电由电流反馈型集成运放组成的负反馈放大电路的频率响应路的频率响应)21( j112HH12CRfffRRAu 改变R1可改变增益，但上限频率不变，即频带不变，带宽增益积不是常量。第69页/共73页三、方框图法解负反馈放大电路三、方框图法解负反馈放大电路Fff

32、fRRAFAfffRRA 1bwfHfLfofiffbwHLoi、 首先求出负反馈放大电路的基本放大电路及其动态参数、反馈网络和反馈系数，然后求解负反馈放大电路的动态参数，过程如下：1. 基本放大电路的求解方法：见第三版6.3.4节，其动态参数的求解方法见3.2节。2. 反馈网络及反馈系数的求解方法：见6.4节。3. 负反馈放大电路动态参数的求解方法：见6.5节。第70页/共73页讨论讨论 1. 引入了哪种组态的交流负反馈？深度负反馈条件下的电压放大倍数？输入电阻？输出电阻？ 2. 若uI=1V，则在正常情况下和R2、 R3、 R5、 R6分别出现短路、断路情况下uO=?uoR5R6R31k100kR11kR2R41k1k10kuIA1A2第71页/共73页R5uIR2uOR3R4R1+VCCVEEAVT2VT1第72页/共73页感谢您的观看！第73页/共73页