放大电路中的反馈-模拟电子技术基础.ppt

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1、模拟电子技术基础,信息科学与工程学院基础电子教研室,适用于任何频率信号的放大倍数表达式为：,波特图,6.1 反馈的基本概念及判断方法 6.2 负反馈放大电路的四种基本组态 6.3 负反馈放大电路的方框图及一般表达式 6.4 深度负反馈放大电路放大倍数的分析 6.5 负反馈对放大电路性能的影响,第六章 放大电路中的反馈,一、 集成运放的组成,输入级：是双端输入的高性能差分电路。Ad 大，Ri 高，抑制 uic 能力强。,中间级：一般为共射放大电路，具有较大的 Au。,输出级：互补对称输出级，Ro 小，带负载能力强。,偏置电路：为各级提供合适的静态工作点。,集成放大器的符号：,up 与uo 同相，

2、uN 与uo 反相。,输入与输出的关系： uo =Aod( up uN ),通常Aod非常高，可达几十万倍。,6.1 反馈的基本概念及判断方法,6.1 反馈的基本概念及判断方法,6.1.1 反馈的基本概念,一、 什么是反馈,反馈？,在电子电路中，将输出量（输出电压或输出电流）的一部分或全部通过一定的电路形式作用到输入回路，用来影响其输入量（放大电路中的输入电压或输入电流）的措施称为反馈。,6.1 反馈的基本概念及判断方法,6.1.1 反馈的基本概念,一、 什么是反馈,负反馈放大电路的方框图,-原始输入,-净输入,- 输出,-反馈信号,负反馈放大电路的方框图,-开环放大倍数,-反馈系数,-闭环放

3、大倍数,求和环节,采样环节,负反馈放大电路的方框图,二、反馈的分类,1、据反馈的极性分：,（据 Xf 对 Xi 不同的影响）,正反馈： Xf 使 Xi增大。 使放大电路的净输入量增大； 使输出量的变化增大。,负反馈： Xf 使 Xi 减小。 使放大电路的净输入量减小； 使输出量的变化减小。,在放大电路中广泛应用,2、据反馈的信号分：,交流反馈：反馈量为交流量或在交流通路中存在的反馈。,直流反馈：反馈量为直流量或在直流通路中存在的反馈。,通常情况下，在放大电路中交、直流反馈同时存在，兼而有之。,二、反馈的分类,作用:稳定Q。,作用：改善放大电路的工作性能。,反馈,二、反馈的分类,直流反馈：稳定Q

4、,交流反馈：改善放大电路的工作性能,正反馈：提高放大倍数,负反馈：,6.1.2 反馈的判断,一、有无 反馈的判断,若放大电路中存在将输出回路与输入回路相连接的通路，并由此影响了放大电路的净输入，则表明电路存在反馈通路，电路引入了反馈；否则，电路中便没有反馈。,没有连接输入与输出端的通路， 即：无反馈通路，电路无反馈。,(b) 有连接输入与输出端的通路; 且反馈回来的信号 If 影响净输入信号 Ii 。电路存在反馈。,表面有连接输入与输出端的通路，但实际输出通过R接地，没有信号引回输入端来影响输入信号。,6.1.2 反馈的判断,一、有无 反馈的判断,一、有无 反馈的判断,二、 反馈极性的判断,瞬

5、时极性法：规定电路输入信号在某一时刻对地的极性，并以此为依据，逐级判断电路中各相关点电流的流向和电位的极性，从而得到输出信号的极性；根据输出信号的极性判断出反馈信号的极性；若反馈信号使基本放大电路的净输入信号增大，则说明引入了正反馈；若反馈信号使基本放大电路的净输入信号减小，则说明引入了负反馈。,瞬时极性法：,1）遇集成运放：在up 端输入信号， uo 极性不变；在 uN 端输入信号， uo 与 uI 极性相反。,2）遇晶体管：在基极输入集电极输出（共射），uo与 uI 极性相反；在基极输入发射极输出（共集），uo与 uI 极性相同；在发射极输入集电极输出（共基），uo与 uI 极性相同。,瞬

6、时极性法：,1）遇集成运放：在up 端输入信号， uo 极性不变；在 uN 端输入信号， uo 与 uI 极性相反。,2）遇晶体管：在基极输入集电极输出（共射），uo与 uI 极性相反；在基极输入发射极输出（共集），uo与 uI 极性相同；在发射极输入集电极输出（共基），uo与 uI 极性相同。,瞬时极性法：,1）遇集成运放：在up 端输入信号， uo 极性不变；在 uN 端输入信号， uo 与 uI 极性相反。,电路引入负反馈,uf,结论 单运放电路，反馈引到同相端， 构成正反馈；引到反向端，构 成负反馈。,（正反馈）,（负反馈）,结论！ 反馈引到非输入端，极性相同，构成负反馈；极性相反，构

7、成正反馈。,负反馈,正反馈,结论！ 反馈引到非输入端，极性相同，构成负反馈；极性相反，构成正反馈。,正反馈,负反馈,结论！ 反馈引到输入端，极性相同，构成正反馈；极性相反，构成负反馈。,正反馈,结论！ 反馈引到非输入端，极性相同，构成负反馈；极性相反，构成正反馈。 反馈引到输入端，极性相同，构成正反馈；极性相反，构成负反馈。,正反馈,结论！ 反馈引到非输入端，极性相同，构成负反馈；极性相反，构成正反馈。 反馈引到输入端，极性相同，构成正反馈；极性相反，构成负反馈。,负反馈,三、 直流反馈与交流反馈的判断,(1) 直流反馈：若反馈环路内, 直流分量可以流通, 则该反馈环可以产生直流反馈。直流负反

8、馈主要用于稳定静态工作点。,(2) 交流反馈： 若反馈环路内, 交流分量可以流通, 则该反馈环可以产生交流反馈。交流负反馈主要用来改善放大器的性能； 交流正反馈主要用来产生振荡。,(3)交直流反馈：若反馈环路内, 直流分量和交流分量均可以流通, 则该反馈环既可以产生直流反馈, 又可以产生交流反馈。,交、直流反馈同时存在；反馈电路中交、直流信号均存在。,仅直流反馈；因为交流信号被C 短路，反馈信号中仅有直流信号存在。,仅交流反馈；因为电路中直流信号被 C 阻断，反馈信号中仅有交流信号存在。,三、 直流反馈与交流反馈的判断,差分放大电路,共模负反馈电阻,静态工作点稳定电路,射极直流负反馈电阻,将输

9、出量通过一定方式引回到输入回路来影响输入量的措施称为反馈。由于反馈的结果使输出量的变化减小，故称为负反馈；又由于反馈出现在直流通路中，故称为直流反馈。Re为负反馈电阻。,所有的射极电阻都有类似功能，因此所有射极电阻都是反馈电阻,例 判断下列各电路中是否引入了反馈；若引入了反馈，是直流反馈还是交流反馈？是正反馈还是负反馈？电容对交流信号视为 短路。,例 判断下列各电路中是否引入了反馈；若引入了反馈，是直流反馈还是交流反馈？是正反馈还是负反馈？电容对交流信号视为 短路。,例 判断下列各电路中是否引入了反馈；若引入了反馈，是直流反馈还是交流反馈？是正反馈还是负反馈？电容对交流信号视为 短路。,6.2

10、 负反馈放大电路的四种基本组态,6.2 负反馈放大电路的四种基本组态,求和环节,采样环节,6.2.1 组态的概念,1. 从采样环节看，反馈量是采样输出电压还是采样输出电流。,2.从求和环节看， 反馈量和输入量是以电压方式叠加还是以电流方式叠加。,电压反馈,电流反馈,对集成运放,若采样点在输出电压端或输出电压的分压点上，则为电压反馈； 否则是电流反馈。 对三极管,若采样点和电压输出端处在三极管的同一个电极上,则为电压反馈； 否则是电流反馈。,6.2.2 四种负反馈组态,1.电压反馈和电流反馈的判定,判定方法之一据定义判断,将反馈放大器的输出端对交流短路, 若其反馈信号随之消失, 则为电压反馈,

11、否则为电流反馈。,(电压反馈),(电流反馈),判定方法之二按电路结构判定,例：电压反馈,采样点在输出端上,电压反馈,采样点在输出电压得分压点上,电压反馈,对集成运放若采样点在输出电压端或输出电压的分压点上，则为电压反馈； 否则是电流反馈。 对三极管若采样点和电压输出端处在三极管的同一个电极上,则为电压反馈； 否则是电流反馈。,例：电压反馈,电压反馈,电压反馈,对集成运放若采样点在输出电压端或输出电压的分压点上，则为电压反馈； 否则是电流反馈。 对三极管若采样点和电压输出端处在三极管的同一个电极上,则为电压反馈； 否则是电流反馈。,例：电流反馈,既非输出电压点又非输出电压的分压点,对集成运放若采

12、样点在输出电压端或输出电压的分压点上，则为电压反馈； 否则是电流反馈。 对三极管若采样点和电压输出端处在三极管的同一个电极上,则为电压反馈； 否则是电流反馈。,电流反馈,电压反馈,例：电流反馈,对集成运放若采样点在输出电压端或输出电压的分压点上，则为电压反馈； 否则是电流反馈。 对三极管若采样点和电压输出端处在三极管的同一个电极上,则为电压反馈； 否则是电流反馈。,采样点和输出电压端不 再三极管的同一电极上,从电路结构上判断：若反馈回非输入端则为串联反馈；反馈回输入端则为并联反馈。,2.串联反馈和并联反馈的判定,从定义判断：反馈量和输入两翼电压形式叠加为串联反馈； 以电流形式叠加为并联反馈。,

13、例：串联反馈,反馈会非输入端,串联反馈,输入量、反馈量净输入量形成一个回路， 适合以电压的形式作和。,从电路结构上判断：若反馈回非输入端则为串联反馈；反馈回输入端则为并联反馈。,例：串联反馈,从电路结构上判断：若反馈回非输入端则为串联反馈；反馈回输入端则为并联反馈。,例：并联反馈,存在一个节点，适合用电流的形式作和,从电路结构上判断：若反馈回非输入端则为串联反馈；反馈回输入端则为并联反馈。,例：并联反馈,3.交流负反馈组态的判断,电压串联,电压串联,闭环电压放大倍数,开环电压放大倍数,反馈系数,3.交流负反馈组态的判断,电流串联,电流串联,闭环转移电导,转移电导,反馈系数,3.交流负反馈组态的

14、判断,闭环转移电导,转移电导,反馈系数,电压并联,电压并联,3.交流负反馈组态的判断,闭环电流放大倍数,开环电流放大倍数,反馈系数,电流并联,电流并联,电流并联,电流串联,反馈回输入端，极性相反为负反馈,反馈回非输入端极性相同为负反馈,例 3 试分析电路中是哪种组态的交流负反馈。,习题 6.4 判断图P6.4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。,习题6.5 电路如图6.5所示，要求同题6.4。,6.3 负反馈放大电路的方块图及一般表达式,6.3 负反馈放大电路的方块图及一般表达式,6.3.1 负反馈放大电路的方块图表示法

15、,基本放大电路的放大倍数,反馈系数,负反馈放大电路的放大倍数 (也称闭环放大倍数),电路的环路放大倍数(环路增益),6.3.2 四种反馈组态电路的方框图,电压串联,电流串联,电压并联,电流并联,6.3.3 负反馈放大电路的一般表达式,（中频段表达式）,讨论：,电路引入的 是负反馈。,（深负反馈）,反馈深度,电路引入的 是正反馈。,电路产生了 自激振荡。,6.4 深度负反馈放大电路放大倍数的分析,6.4 深度负反馈放大电路放大倍数的分析,6.4.1 深度负反馈的实质,深负反馈的实质是忽略净输入量,说明：在不同组态的深负反馈放大电路中，A, Af, F 的含义不同。,当电路引入深度串联负反馈时：,

16、当电路引入深度并联负反馈时：,6.4.2 四种组态负反馈放大电路电压放大倍数分析,一、电压串联负反馈,解题步骤：,1.判断负反馈的组态；,2.求反馈系数；,3.若反馈的组态为电压串联，,4.若反馈的组态不是电压串联，可先求出其相应的放大倍数， 然后再求 。,解：,1.R1,R2形成负反馈，组态为 电压串联；,2. 反馈系数：,3. 电压放大倍数：,二、电流串联负反馈,=0,串联反馈忽略了输 入回路的电流。,解：,1.R1形成负反馈，组态为电流串联；,2. 反馈系数：,3.相应的放大倍数：,4.电压放大倍数：,三、电压并联负反馈,解：,1.R2形成负反馈，组态为电压并联；,2. 反馈系数：,3.

17、相应的放大倍数：,4.电压放大倍数：,=0,=0,并联反馈忽略了节点的对地电压。,四、电流并联负反馈,1.R1,R2形成负反馈，组态为 电流并联；,2. 反馈系数：,3.相应的放大倍数：,4.电压放大倍数：,解：,=0,解: （1） Re1、Rf组成了反馈网络。电路中引入了电压串联负反馈。,（2）反馈系数：,（3）电压放大倍数：,解: （1） R4、R2组成了反馈网络。电路中引入了电流串联负反馈。,（2）反馈系数：,(3)相应的放大倍数：,（4）电压放大倍数：,解: （1） R4组成了反馈网络。电路中引入了电压并联负反馈。,（2）反馈系数：,(3)相应的放大倍数：,（4）电压放大倍数：,解:

18、（1） Re2、Rf组成了反馈网络。电路中引入了电流并联负反馈。,（2）反馈系数：,(3)相应的放大倍数：,（4）电压放大倍数：,求解深度负反馈放大电路放大倍数的一般步骤：,（1）正确判断反馈组态；,（2）求解反馈系数；,当电路引入并联负反馈时：,当电路引入电流负反馈时：,说明：RL是电路输出端所接总负载，可能是多个电阻的并联，也可能只是负载电阻RL 。,（3）利用 求解 ，,6.3.4 负反馈放大电路的基本放大电路,在分解出基本放大电路时，要考虑反馈网络的负载效应。,当考虑反馈网络在输入端的负载效应时，应令输出量的作用为零； 当考虑反馈网络在输出端的负载效应时，应令输入量的作用为零。,应做的

19、处理：,例：,当考虑反馈网络在输入端的负载效应时，应令输出量的作用为零； 当考虑反馈网络在输出端的负载效应时，应令输入量的作用为零。,6.5 负反馈对放大电路性能的影响,6.5.1 稳定放大倍数,6.5 负反馈对放大电路性能的影响,对于放大电路，基本放大倍数为A，加反馈以后,对上式求微分,基本放大电路放大倍数的相对变化量,反馈放大电路放大倍数的相对变化量,6.5.2 改变输入电阻和输出电阻,串联负反馈增大输入电阻,串联负反馈将使输入电阻增大为基本放大电路输入电阻 的（1+AF）倍。,一、对输入电阻的影响,2.并联负反馈减小输入电阻,并联负反馈将使输入电阻减小为基本放大电路输入电阻的（1+AF）

20、分之一。,二、对输出电阻的影响,1. 电压负反馈减小输出电阻,引入 电压负反馈后，输出电阻仅为其基本放大电路输出电阻的（1+AF）分之一。,电压负反馈的作用为减小输出电压的变化，或者说稳定输出 电压，因此能减小输出电阻。,1. 电流负反馈增大输出电阻,电流负反馈的作用为减小输出电流的变化，或者说稳定输出电流，因此能增大输出电阻。,引入电流负反馈后，输出电阻增大为基本放大电路输出电阻的（1+AF）倍。,6.5.3 展宽频带,（ ）,增大,（ ）,增大,（ ）,增大,（ ）,增大,减小,（0）,减小,（0）,减小,（0）,减小,（0）,放大电路中频段的增益带宽积基本不变，负反馈降低了放大倍数，当然

21、就相应展宽了通频带。,提示：根据负反馈的组态不同，相应的放大倍数的通频带被展宽（1+AF）倍。,6.5.4 减小非线性失真,6.5.5 放大电路引入负反馈的一般原则,放大电路引入负反馈以后，可以改善放大器多方面的性能，而且反馈组态不同，引起的影响不同。所以引入反馈时，应根据不同的目的，不同的要求，引入合适的负反馈组态。,（1）为了稳定静态工作点，需引入直流负反馈；,（2）根据信号源的性质引入串、并联负反馈。,当信号源为恒压源或近似恒压源时，为增大输入电阻使放大电路得到更大的输入电压，引入串联负反馈。,当信号源为恒流源时或接近恒流源时，为减小输入电阻使 放大电路得到更大的输入电流，引入并联负反馈

22、。,为了改善电路的动态性能，应引入交流负反馈。,（3）根据负载对放大电路输出量的要求，引入电压、电流反馈。,当负载需要稳定的电压信号时，应引入电压负反馈；,当负载需要稳定的电流信号时，应引入电流负反馈。,（4）在需要进行信号变换时，选择合适的组态。,若将电流信号转换成电压信号，应引入电压并联负反馈；,若将电压信号转换成电流信号，应引入电流串联负反馈；,若将电流信号转换成与之成比例的电流信号，应引入电流并联负反馈；,6.5.5 放大电路引入负反馈的一般原则,若将电压信号转换成与之成比例的电压信号，应引入电压串联负反馈；,例1 根据要求引入合适的反馈（接Rf 丛到）。,1）提高输入电阻； 2）减小

23、输出电阻； 3）减小放大电路从信号源索取的电流； 4）增强带负载能力； 5）稳定静态工作点； 6）希望接上负载后，输出电压基本不变。,b1到c3,e1到e3,b1到c3,e1到e3,b1到c3,b1到c3或者e1到e3,例2 电路如图所示，为了达到以下目的，分别说明应引入哪种组态的反馈以及电路如何连接。（P281）,（1）减小放大电路从信号源索取的电流并增强带负载能力；,（2）将输入电流iI转换成与之成稳定线性关系的输出电流iO;,（3）将输入电流iI转换成稳定的输出电压uO。,例2 电路如图所示，为了达到以下目的，分别说明应引入哪种组态的反馈以及电路如何连接。（P281）,（1）减小放大电路

24、从信号源索取的电流并增强带负载能力；,（2）将输入电流iI转换成与之成稳定线性关系的输出电流iO;,（3）将输入电流iI转换成稳定的输出电压uO。,例2 电路如图所示，为了达到以下目的，分别说明应引入哪种组态的反馈以及电路如何连接。（P281）,（1）减小放大电路从信号源索取的电流并增强带负载能力；,（2）将输入电流iI转换成与之成稳定线性关系的输出电流iO;,（3）将输入电流iI转换成稳定的输出电压uO。,一、在括号内填入“”或“”，表明下列说法是否正确。 （1）若放大电路的放大倍数为负，则引入的反馈一定是负反馈。 （ ） （2）负反馈放大电路的放大倍数与组成它的基本放大电路的放大倍数量纲相

25、同。 （ ） （3）若放大电路引入负反馈，则负载电阻变化时，输出电压基本不变。 （ ）,自 测 题（P300）,二、已知交流负反馈有四种组态： A电压串联负反馈 B电压并联负反馈 C电流串联负反馈 D电流并联负反馈 选择合适的答案填入下列空格内，只填入A、B、C或D。 （1）欲得到电流电压转换电路，应在放大电路中引入 ； （2）欲将电压信号转换成与之成比例的电流信号，应在放大电路中引入 ； （3）欲减小电路从信号源索取的电流，增大带负载能力，应在放大电路中引入 ； （4）欲从信号源获得更大的电流，并稳定输出电流，应在放大电路中引入 。,自 测 题（P300）,B,A,C,D,6.1 选择合适的

26、答案填入空内。 （1）对于放大电路，所谓开环是指 。 A无信号源 B无反馈通路 C无电源 D无负载 而所谓闭环是指 。 A考虑信号源内阻 B存在反馈通路 C接入电源 D接入负载 （2）在输入量不变的情况下，若引入反馈后 ，则说明引入的反馈是负反馈。 A输入电阻增大 B输出量增大 C净输入量增大 D净输入量减小,习 题（P302）,B,B,D,（3）直流负反馈是指 。 A直接耦合放大电路中所引入的负反馈 B只有放大直流信号时才有的负反馈 C在直流通路中的负反馈 （4）交流负反馈是指 。 A阻容耦合放大电路中所引入的负反馈 B只有放大交流信号时才有的负反馈 C在交流通路中的负反馈,C,C,（5）为

27、了实现下列目的，应引入 A直流负反馈 B交流负反馈 为了稳定静态工作点，应引入 ； 为了稳定放大倍数，应引入 ； 为了改变输入电阻和输出电阻，应引入 ； 为了抑制温漂，应引入 ； 为了展宽频带，应引入 。,A,B,B,A,B,6.2 选择合适答案填入空内。 A电压 B电流 C串联 D并联 （1）为了稳定放大电路的输出电压，应引入 负反馈； （2）为了稳定放大电路的输出电流，应引入 负反馈； （3）为了增大放大电路的输入电阻，应引入 负反馈； （4）为了减小放大电路的输入电阻，应引入 负反馈； （5）为了增大放大电路的输出电阻，应引入 负反馈； （6）为了减小放大电路的输出电阻，应引入 负反馈。,A,B,C,D,B,A,下集预告 第七章 信号的运算和处理,第6章小结,基本要求： 掌握反馈的概念及其分类并能正确判断。 2.掌握反馈的判断方法； 3.掌握深度负反馈的电压放大倍数计算方法； 4. 会按要求引反馈。,判断图P6.4 d、e、f、g, P6.5 a,b,e、f、g所示电路引入了那种组态的交流负反馈，并计算它们的反馈系数及在深度负反馈条件下的电压放大倍数。,作业：,