第06章放大电路中的反馈.ppt

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1、第六章 放大电路中的反馈,模拟电子技术基础,第六章 放大电路中的反馈,6.1 反馈的基本概念 6.2 负反馈的四种组态和反馈的一般表达式 6.2 负反馈对放大电路性能的影响 6.3 负反馈放大电路分析计算 6.4 负反馈放大电路的自激振荡,6.1 反馈的基本概念,6.1.1 反馈概念的建立,该电路的输出量是IC ，利用IE(IC )在RE上的压降把输出量返送到输入回路，改变了UBE ，使IC 基本稳定。,凡是将放大电路输出端的信号（电压或电流）的一部分或全部引回到输入端，与输入信号迭加，就称为反馈。,6.1.2 反馈的分类,一、正反馈和负反馈,若引回的信号削弱了输入信号，就称为负反馈。 若引回

2、的信号增强了输入信号，就称为正反馈。,这里所说的信号一般是指交流信号，所以判断正负反馈，就要判断反馈信号与输入信号的相位关系，同相是正反馈，反相是负反馈。,用瞬时极性法判断正负反馈。,反馈框图：,开环,闭环,取+ 加强输入信号 正反馈 用于振荡器,取 - 削弱输入信号 负反馈 用于放大器,负反馈的作用：稳定静态工作点；稳定放大倍数；改变输入电阻和输出电阻；扩展通频带。,反馈电压增强了输入电压的作用正反馈,反馈电压削弱了输入电压的作用负反馈,瞬时极性法：,二、直流反馈和交流反馈,直流反馈：反馈信号中只包含直流成分。 交流反馈：反馈信号中只包含交流成分。,直流反馈,交流反馈,直流负反馈：稳定静态工

3、作点； 交流负反馈：改善放大器性能指标。,若在反馈网络中串接隔直电容，则可以隔断直流，此时反馈只对交流起作用。,在起反馈作用的电阻两端并联旁路电容，可以使其只对直流起作用。,有的反馈只对交流信号起作用；有的反馈只对直流信号起作用；有的反馈对交、直流信号均起作用。,增加隔直电容C 后，Rf 只对交流起反馈作用。,注：本电路中C1、C2也起到隔直作用。,增加旁路电容C 后，Rf 只对直流起反馈作用。,三、电压反馈和电流反馈,根据反馈信号在放大电路输出端采样方式的不同，可以分为电压反馈和电流反馈。,电压反馈：反馈信号取自输出电压信号。 电流反馈：反馈信号取自输出电流信号。,电压负反馈：可以稳定输出电

4、压、减小输出电阻。 电流负反馈：可以稳定输出电流、增大输出电阻。,电压反馈采样的两种形式：,采样电阻很大,电流反馈采样的两种形式：,采样电阻很小,电压反馈和电流反馈的判断方法： 假设将输出端交流短路（即令输出电压等于零），如仍有反馈信号，则为电流反馈；如无反馈信号，则为电压反馈。,电流反馈,电压反馈,四、串联反馈和并联反馈,根据反馈信号在输入端与输入信号求和形式的不同，可以分为串联反馈和并联反馈。,串联反馈：反馈信号与输入信号串联，即反馈信号与输入信号在输入回路中以电压形式求和。,并联反馈：反馈信号与输入信号并联，即反馈信号与输入信号在输入回路中以电流形式求和。,串联反馈使电路的输入电阻增大；

5、 并联反馈使电路的输入电阻减小。,并联反馈,ib = i - if,串联反馈,ube = ui - uf,6.2.1 负反馈的四种组态,负反馈,交流负反馈,直流负反馈,电压串联负反馈,电压并联负反馈,电流串联负反馈,电流并联负反馈,稳定静态工作点,6.2 负反馈的四种组态和反馈的一般表达式,一、电压串联负反馈,uo,- uf +,+ui-,ui = ui - uf,电压串联负反馈：电压采样，电压求和，反馈电压削弱输入电压的作用，使放大倍数降低。,+ui-,+uo-,反馈系数,电压放大倍数,+ui-,二、电压并联负反馈,电压并联负反馈：电压采样，电流求和，反馈电流削弱输入电流的作用，使净输入电流

6、减小。,反馈系数,转移电阻： ，反馈电流：,三、电流串联负反馈,电流串联负反馈：电流采样，电压求和，反馈电压削弱输入电压的作用，使放大倍数降低。,+ -,+ -,反馈系数,转移电导,四、电流并联负反馈,电流并联负反馈：电流采样，电流求和，反馈电流削弱输入电流的作用，使净输入电流减小。,电流放大倍数,反馈电流,反馈系数,四种负反馈组态的 比较,6.2.2 反馈组态的判断,分析步骤：,3. 是否负反馈？,4. 是负反馈！那么是何种类型的负反馈？（判断反馈的组态）,1. 找出反馈网络（电阻）。,2. 是交流反馈还是直流反馈？,反馈类型的判断,电压反馈与电流反馈判别方法：,电压反馈一般从后级放大器的集

7、电极采样。,电流反馈一般从后级放大器的发射极采样。,并联反馈与串联反馈判别方法：,并联反馈的反馈信号接于晶体管基极。,串联反馈的反馈信号接于晶体管发射极。,注意：直流反馈中，输出电压指UCE ，输出电流指IC 或IE。,判断负反馈的方法瞬时极性法,假设输出端信号有一定极性的瞬时变化，依次经过反馈、比较、放大后，再回到输出端，若输出信号与原输出信号的变化极性相反，则为负反馈。反之为正反馈。,如果是电压反馈，则要从输出电压的微小变化开始。如果是电流反馈，则要从输出电流的微小变化开始。,判断时在输入端也要反映出反馈信号与输入信号的比较关系。,例6.2.1 判断Rf 是否负反馈，若是，判断反馈的组态。

8、,此电路是电压串联负反馈，对直流不起作用。, 分析中用到了三极管的集电极与基极相位相反这一性质。, 这里分析的是交流信号，不要与直流信号混淆。,分析中用到的电压、电流要在电路中标出。并且注意符号的使用规则。,如果反馈对交直流均起作用，可以用全量。, 当为交流反馈时，瞬时极性法所判断的也是相位的关系。电路中两个信号的相位不是同相就是反相，因此若两个信号都上升，它们一定同相；若另一个信号下降而另一个上升，它们一定反相。,例6.2.2 判断Rf 是否负反馈，若是，判断反馈的组态。,此电路是电压并联负反馈，对直流也起作用。,问题：三极管的静态工作点如何提供？能否在反馈回路加隔直电容？,不能！Rf 为三

9、极管提供静态电流！,Rf 的作用： 1. 提供静态工作点。 2. 直流负反馈，稳定静态工作点。 3. 交流负反馈，稳定放大倍数。,例6.2.3 判断Rf 是否负反馈，若是，判断反馈的组态。,电流并联负反馈。对直流也起作用，可以稳定静态工作点。,例6.2.4 判断如图电路中RE1 、RE2 的负反馈作用。,1. 对交流信号：,RE1：电流串联负反馈。,2. 对直流信号：,RE1、RE2对直流均起作用，通过反馈稳定静态工作点。,反馈过程：,例6.2.5 判断如图电路中RE3 的负反馈作用。,电流串联负反馈，对直流不起作用。,6.2.3 反馈的方块图和一般表达式,反馈电路的三个环节：,负反馈框图：,

10、输出信号,输入信号,反馈信号,差值信号,放大：,反馈：,叠加：,开环放大倍数,反馈系数,闭环放大倍数,负反馈放大器的一般关系：,回路增益,讨论：,(1) 若 ，则 负反馈,若 ，则 正反馈,(2) 若 深度负反馈,(3) 若 ，即 ，则 此时 时， 自激振荡,结论：当 A 很大时，Af 与晶体管无关，只与反馈网络有关。即深度负反馈可以稳定放大倍数。,例6.2.6,Rf 、RE1组成反馈网络，反馈系数：,6.3 负反馈对放大电路性能的影响,反馈电路的基本方程,6.3.1 提高放大倍数的稳定性,(1) 对于负反馈， ，,(2) 若 深度负反馈，此时,在深度负反馈的情况下，放大倍数只与反馈网络有关。

11、,负反馈使放大倍数下降。,讨论：,(3) 若放大电路工作在中频，且反馈网络为纯电阻 性，则,或,负反馈使电路的稳定性提高，提高了 1+AF 倍。,讨论：,例6.3.1 如图电压串联负反馈电路中，设A=105， R1=2 k， RF=18 k。,(1) 估算F 和 (1+AF )； (2) 估算Af ;,(3) 若A的相对变化量为10%，此时Af 的相对 变化量等于多少？,解：(1),(2),(3),6.3.2 减小非线性失真和抑制干扰,非线性失真的实质是在放大电路的输出波形中产生了新的谐波成分。,加反馈前,加反馈后,改善波形,引入负反馈后，在保持基波成分不变的情况下，降低了谐波成分，从而减小了

12、非线性失真。,在非线性失真不太严重时，输出波形中的非线性失真近似减小为原来的 1/(1+AF )。,采用负反馈也可以抑制由载流子热运动所产生的噪声，大致被抑制为原来的 1/(1+AF )。,当放大电路受到干扰时，也可以利用负反馈进行抑制，但如干扰是与输入信号同时混入的，则引入负反馈将无济于事。,6.3.3 展宽频带,频率不同，放大倍数不同；引入负反馈使放大倍数的相对变化量减小，提高放大倍数的稳定性。 引入负反馈可以展宽频带。,无反馈时,引入负反馈后,同理,其中,对于一般阻容耦合放大器，有fH fL ，对于直接偶合放大器，有 fL = 0，因此,开环通频带：,闭环通频带：,中频放大倍数与通频带的

13、乘积基本不变。,6.3.4 改变输入电阻和输出电阻,一、负反馈对输入电阻的影响,1. 串联负反馈使输入电阻增大,无反馈时的输入电阻,引入串联负反馈后,理解：串联负反馈相当于在输入回路中串联了一个 电阻，故输入电阻增加。,如图电路，总输入电阻为,2. 并联负反馈使输入电阻减小,净输入电流：,则,在相同的输入电压下，输入电流比开环时大，因此输入电阻减小。,开环时：,闭环时：,理解：并联负反馈相当于在输入回路中并联了 一条支路，故输入电阻减小。,二、负反馈对输出电阻的影响,1. 电压负反馈使输出电阻减小,输出电阻Ro越小，负载电阻RL变化时，输出电压越稳定。,加压求流法求输出电阻：,令 （电压源短路

14、，电流源开路）,负载开路，输出端加交流电压,求出输出电流,则,对于电压负反馈,Ro为无反馈时输出电阻， 为空载放大倍数。,理解：电压负反馈目的是阻止 的变化， 稳定输出电压。,2. 电流负反馈使输出电阻增大,电路的输出电阻Ro 越大，则当RL变化时输出电流 越稳定。,对于电流负反馈：,如不考虑 在反馈网络输入端的压降，则,理解：电流负反馈目的是阻止 的变化，稳定输出电流。,注意：电流负反馈只能将反馈环路内的输出电阻增大,倍，而环路以外电阻则不受影响。,如图电路，总输出电阻为,小结：,串联负反馈使输入电阻增大，并联负反馈使输入电阻减小；,(2) 电压负反馈使输出电阻减小， 电流负反馈使输出电阻增

15、大；,(3) 负反馈对输入电阻和输出电阻的影响， 均与反馈深度 有关。,方法一：当电路比较简单时，可直接用微变等效电路法分析。,例6.4.1：,6.4 负反馈放大电路的分析计算,开环：,闭环：,放大倍数稳定性的比较：,RB1 =100k RB2 =33k RE =2.4k RF=0.5k RC =5k RL =5k =60 VCC =15V rbe=1.62 k,无负反馈时：, = 60 时，A = -92.6, = 50 时，A = -77,有负反馈时：, = 60 时，Af -4.67, = 50 时，Af -4.61,性能比较：,结论: (1) 输入电阻提高了。 (2) 放大倍数减小了，

16、但稳定了，即受晶体管的影响减小。,RB1 =100k RB2 =33k RE =2.4k RF =0.5k RC =5k RL=5k =60 VCC =15V rbe =1.62k,方法二：从负反馈电路的闭环放大倍数的公式出发。,先计算A和F 。 计算Af 。,RB1=100k RB2=33k RE=2.4k RF=0.5k RC=5k RL=5k =60 VCC =15V rbe=1.62 k,方法三：放大倍数的近似计算。,例6.4.3,与方法一比较：,因(1+ )RF =30.5 rbe , 则,在深度负反馈下，两种方法结果一致。,例6.4.4 射极跟随器,反馈形式：电压串联负反馈,性能：

17、,（1）放大倍数 1 （2）输入电阻大 （3）输出电阻小,放大倍数的近似计算：,（1）用公式：,若(1+ )(RE /RL ) rbe ，则 Af 1,因为 uf = uo，所以 F = uf /uo=1,Af = 1/F 1,注意：在利用公式 估算闭环电压放大倍数时，负反馈的组态必须是电压串联式，此时该式可表示为,方法四：对于电压串联负反馈以外的其他三种负反馈组态，可利用关系式 估算电压放大倍数,深度负反馈时，,由于,串联负反馈,并联负反馈,例6.4.5 以下各电路均满足深度负反馈条件，集成运放为理想运放，求各电路的闭环电压放大倍数。,解：( a ) 电压并联负反馈,( b ) 电压串联负反

18、馈,( c ) 电流并联负反馈,+ -,( d ) 电流串联负反馈,例6.4.6 设以下电路的级间反馈均满足深度负反馈条件，试估算各电路的闭环电压放大倍数。,解：( a ) 电流并联负反馈,在深度负反馈下,( b ) 电流串联负反馈,( c ) 电压并联负反馈,( d ) 电压串联负反馈,深度串联负反馈：,深度并联负反馈：,深度电压负反馈：,深度电流负反馈：,上述Rif 和Rof 是指输入电阻和输出电阻。,6.5 负反馈放大电路的自激振荡,6.5.1 产生自激振荡的原因,一、自激振荡的幅度条件和相位条件,产生自激振荡的条件： 或,对于负反馈放大电路，中频时， ，当频率变化时 、 的模和相角都要

19、随之变化，在高频和低频时可能变为 ，甚至 则原来中频时的负反馈此时将变为正反馈，甚至产生自激振荡。,对于阻容耦合共射电路，级数不同，产生的附加相移不同：,单级： ，不会产生自激振荡；,对三级及三级以上的负反馈放大电路，在深度负反馈条件下，必须采取措施来破坏自激条件，才能稳定地工作。,三级： ，在低频和高频范围很容易满足 振荡的幅度和相位条件，容易产生自激振荡。,二、自激振荡的判断方法,根据回路增益 的波特图判断,三、负反馈放大电路的稳定裕度,1. 幅度裕度Gm,AF = -180时 的值。,Gm愈负，放大电路愈稳定，一般的负反馈电路要求,2. 相位裕度m,定义：,m愈大，放大电路愈稳定，一般的负反馈放大电路要求,6.5.2 常用的校正措施,一、电容校正,在极点频率最低的一级接入校正电容 主极点校正,二、RC校正,校正网络应加在时间常数最大，即极点频率最低的放大级。通常可接在前级输出电阻和后级输入电阻都比较高的地方。,本 章 要 求,掌握反馈的基本概念和类型，会判断放大电路中 是否存在反馈以及反馈的类型。正确理解反馈的 一般表达式 的含义。 2掌握负反馈对放大电路性能的影响，正确理解 如何根据实际要求在电路中引入适当的反馈。 3掌握深度负反馈条件下闭环电压放大倍数的估 算方法。 4正确理解负反馈放大电路产生自激振荡的条件。,第六章 结束,模拟电子技术基础,