电子科大课堂讲义模拟电路第7章.PPT

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1、第七章 负反馈技术 7-1 反馈的基本概念 1、反馈:将输出量(Uo、Io)的一部分或全部通过一定 方式送回到放大电路的输入回路中。,反馈放大电路的组成框图:,反馈放大电路由两部分组成:基本放大电路(A) 反馈网络(B) Xi:原输入信号(反馈放大器的输入信号); Xf:反馈信号; Xi:净输入信号(基本放大电路的输入信号) Xf与Xi共同控制放大器的输入信号Xi=Xi-Xf 或Xi=Xi+Xf,信号流向: 对A:输入输出(正向传输); 对B:输出输入(反向传输)。 反馈放大器必然存在反馈通路(联系输入与输出的信号通路)。,2、正反馈、负反馈: 由加入反馈后使净输入信号Xi 或来定义。 3、直

2、流反馈(如(a)电路)、交流反馈(如(b)电路),本级反馈:反馈电路B联系本级的输出、输入。 单级负反馈放大电路是本级反馈。 级间反馈:反馈电路B联系总输出、输入。 多级负反馈放大电路一般包含有本级反馈和级间反馈。,4、四种组态的交流负反馈 (1)A和B在输入端以求和(比较)方式连接 两种求和方式 电压求和串联连接(串联反馈) 电流求和并联连接(并联反馈),(2)A、B在输出端以取样方式相连 有两种取样方式 取出输出电压Uo :并联连接(电压反馈) 取出输出电流Io: 串联连接(电流反馈),A、B共有四种连接方式(组态) 输入 串联反馈 电流反馈 输出 并联反馈 电压反馈 即电流取样、电压求和

3、(电流串联) 电压取样、电压求和(电压串联) 电流取样、电流求和(电流并联) 电压取样、电流求和(电压并联),四种组态A、B连接关系示意图如下:,7-2 反馈的判别 1、反馈极性的判别:采用瞬时极性法 (1)找出反馈网络(连接输出输入的通路) (2)假定原输入信号在某一时刻极性,以此为依据 由输入A输出B输入,逐点确定各对应极性; 若净输入信号,为正反馈, ,为负反馈。 (3)判别时, Uc与Ub反相,Ue与Ub同相(对BJT电路); Ud与Ug反相,Us与Ug同相(对FET电路)。,例:,(1)串联、并联反馈的判别(只判输入端) a、串联反馈:当Xi、Xi、Xf以电压形式相联系时。 b、并联

4、反馈:当Xi、Xi、Xf以电流形式相联系时。 对分立元件放大电路,第一级为共e电路时, 反馈引到输入级的b极,为并联反馈: Xi =Ii=Ib e极,为串联反馈: Xi = Ui=Ube,2、反馈类型(组态)的判别,例:,又例:,特殊:第一级为单端输入差放电路时,反馈引到 连接输入信号的基极端,为并联反馈 Ib1=Ii 不接输入信号的基极端,为串联反馈 Ui=Uid 例7-3电路,为串联反馈。,例:,电路为并联反馈,(2)电压、电流反馈的判别(只判输出端),a、电压反馈:将输出端短路(Uo=0), 若Xf=0(反馈消失),则为电压反馈。 b、电流反馈:当Uo=0时,Xf0(反馈仍存在) 则为电

5、流反馈。,例:,又例:,综合练习: 判断各电路中反馈极性和组态。,7-3 反馈放大电路的一般表达式及反馈方程,开环:B网络断开时(无反馈) 闭环:B网络接入(构成负反馈放大器),定义: 开环增益 (基本放大器增益),闭环增益 (负反馈放大器增益),1+AB:反馈深度。 负反馈对放大电路交流性能的改善程度,均与反馈深度有关。,反馈网络反馈系数,四种不同的反馈组态,其 Xo、Xi、Xi、Xf 含义不同,对应的 A、Af、B的量纲也不同。 (1)A与Af的量纲相同; (2)A B无量纲。,而Xi、Xf、Xi量纲必然相同(同为电压或同为电流)。,反馈组态 Xo Xi A B Af 电压串联 Uo Ui

6、 电压并联 Uo Ii 电流串联 Io Ui 电流并联 Io Ii,AuAuu BuBuu AufAuuf ARAui BGBiu ARfAuif AGAiu BRBui AGfAiuf AiAii BiBii AifAiif,例: 填空:电路反馈组态和极性为( ) 反馈系数B=( )。,电压串联负反馈,练习2 多项选择题:负反馈放大电路方框图如图, 其参数有( )。,解:为电流串联组态; 选(2)(4)。,引入交流负反馈可以改善放大电路的交流性能: 提高增益的稳定性 展宽通频带 减小非线性失真及干扰 改变输入、输出电阻 要求:能根椐电路的需要,引入适当的反馈类型。,7-4 负反馈对放大器性能

7、的影响,一、提高增益的稳定性 增益的绝对变化量 dA dAf,相对变化量,结论:,两边同除,推导:,结论:引入交流负反馈后, 当负载RL不变时,Uo、Io均可稳定; 当RL可变时,电压反馈只能稳定Uo; 电流反馈只能稳定Io。 故可根据需要稳定的量来确定输出端的反馈类型。,二、展宽通频带 结论:负反馈将通频带展宽了(1+AoF)倍。 BWf=(1+AoB)BW,例 :一个阻容耦合放大电路在无反馈时, Aum=-100, fL=30HZ,fH=3kHZ, 若B=-10%,问闭环后Auf =? fLf =?fHf =?,解:,负反馈对通频带和增益的影响,三、减小非线性失真及抑制干扰、噪声 结论:引

8、入反馈后,可使非线性失真及内部噪声减 小到原来的1/(1+AB)倍。,三极管输入特性的非线性使ui为正弦波时,ib出现非线性失真。,利用负反馈的“预失真”减小非线性失真。,例:选择 负反馈所能抑制的干扰和噪声是( ) (1)输入信号所包含的干扰和噪声 (2)反馈环内的干扰和噪声 (3)反馈环外的干扰和噪声,应选(2)。 负反馈仅能改善反馈放大电路自身产生的非线性失真,对输入信号的非线性失真,则无能为力。,四、改变输入电阻和输出电阻,1、负反馈对输入电阻的影响只取决于输入端反馈方式 a、串联负反馈使输入电阻增大 引入串联负反馈后,输入电阻增大为原来的(1+AB)倍。,(2)反馈放大电路输入电阻(

9、Uf0),说明: 计入RS(RS0)时,从US看入的输入电阻 (1)基本放大电路输入电阻(Uf=0),b、并联负反馈使输入电阻减小,引入并联负反馈后,输入电阻减小到原来的1/1+AB倍。 当Rs时,即考虑信号源内阻时,,(2)反馈放大电路输入电导,说明: 计入RS(RS)时,从IS看入的输入电导 (1)基本放大电路输入电导(If=0),2、负反馈对输出电阻的影响(取决输出反馈类型),a、电压负反馈使输出电阻减小,当RL=时,,当RL时,,当RL=时,,当RL 时,,b、电流负反馈使输出电阻增大,当需改变放大电路的输入或输出电阻时,可采取不同的输入反馈类型或输出反馈类型实现。,根据放大电路性能改

10、善的不同要求,引入适当形式的反馈。 1、为稳定放大电路的静态Q点,应引入直流负反馈; 2、为改善放大器的动态性能,应引入交流负反馈; 3、当负载变化时,为稳定输出电压、降低输出电阻, 应引入电压负反馈 ; 为稳定输出电流、增大输出电 阻,应引入电流负反馈; 4、为提高输入电阻,应引入串联负反馈,为降低输 入电阻,应引入并联负反馈;,归纳:,练习: 1、填空 当负载变化,为稳定放大器输出电流,并希望提高输入电阻,应引入( )负反馈。 若要同时提高输入、输出电阻,应选( )组态的负反馈,它将具有稳定( )的功能,若同时要使输出电压稳定,则要求( )不变。,5、为提高负反馈效果,在信号源内阻RS小时

11、应引入 串联反馈,在RS大时应引入并联反馈。,2、选择 反馈放大电路中,若更换了较大的管子后,输出级Ic基本不变,原因是采用了( )。 (1)电流负反馈 (2)电流正反馈 (3)电压负反馈 (4)电压正反馈 放大器加入( )和( )负反馈,可增大输入电阻。 (1)电流串联 (2)电流并联 (3)电压串联 (4)电压并联,例:某电压串联负反馈放大电路,当开环Au 变化20% 时,要求闭环 Auf 变化不超过1%,设Auf=100, (1)求Au 、B (2)描述该电路特点、作用。,解(1):先求出反馈深度,则,(2)输入电阻高;输出电阻低; 负载变化时具有稳定输出电压作用。,例:将如图两级放大器

12、中四个点中的两个点连接起来构成级间反馈,分别实现以下功能: (1)电路向信号源索取的电流小; (2)负载变化时,输出电流变化很小。,解:(1)应引入串联负反馈,点相连。,(2)应引入电流负反馈,点相连。,例2 1、应哪两点相连构成负反馈? 2、反馈组态?,例3 分别引入反馈以满足: (1)提高从b1看入的输入电阻 (2)减小输出电阻,(1)应引串联负反馈 (2)应引电压负反馈,7-5 反馈放大电路的分析方法 一、简单负反馈放大电路,利用小信号等效电路直接计算,例:求如图电路的Auf 、Rif 、Rof,Rb=Rb1/Rb2,反馈类型:电流串联负反馈,二、方框图法(AB网络法) 将反馈放大电路划

13、分成A、B两部分,按不同反馈组态A、B定义,分别求出开环增益A、反馈系数B , 再求出反馈深度1+AB,即可求出闭环增益及闭环输入、输出电阻。 步骤 (1)判断反馈极性及类型,确定A、B的量纲; (2)电压求和反馈,信号源用戴维南电路形式, 电流求和反馈,信号源用诺顿电路形式; (3)构成A放大器 要计入B对A的负载效应,不能简单的断开B网络。 按“并联短路,串联开路”的原则构成。,求A输入端电路:输出端电压取样则该端口短路; 输出端电流取样则该端口开路; 求A输出端电路:输入端电压求和则该端口开路; 输入端电流求和则该端口开路。 (4)在A放大器中求B、A、Ri、Ro (5)由反馈方程求Af

14、,由反馈类型求Rif、Rof (6)可进一步求出Asf=Uo/Ui,三、深度负反馈放大电路Auf的计算(估算) 1、深度负反馈特点 特点(1): 特点(2): XiXf 2、深度负反馈电路的电压放大倍数Auf估算 分别利用深负反馈两个特点,对应两种估算法。,a. 判断电路反馈组态 b. 写出对应的反馈系数B的定义式,电压串联: 电压并联: 电流串联: 电流并联:,c. 求解 B:单独画出反馈网络求解。 串联反馈: 将反馈网络输入端开路,并标出Uf(上正下负); 并联反馈: 将反馈网络输入端短路,并标出If(流入为正)。 由反馈网络写出B的表达式并求出B。 应用方法1求解时: 对电压串联组态,利

15、用Af1/B 直接求出Auf; 对其余三种反馈组态,由Af1/B只能求出相应的Af,求Auf需经过转换求出。,例1 计算,解:反馈网络为Re1、Rf;电压串联型。,例2 求Auf,解:Rf是反馈电阻,构成电压并联反馈。,需经转换求出Auf。,例3 (例7-8)电路满足深负反馈条件,求Ausf 。,仍需经过转换求出Auf 。,例4 (例7-9)如图电路满足深负反馈条件,估算 Uo/US的值。,解:反馈网络由R2、R3、R1组成。 反馈类形为电压并联。,(2)利用关系式 XiXf 求解 对串联反馈,上式成为:UiUf 对并联反馈,上式成为: IiIf 先由输入端反馈类型确定Xi、Xf并写出对应的表

16、达式,利用上述近似关系可直接求出Auf。 例5 将例2电路用方法2求解,解:输入为并联反馈,IiIf,例6 将例4电路用方法2求解,解:,例7 (97级)求电路的Auf,例8(98级) 求Auf=Uo/US,例9(99级) 求Auf,2000级:电路是两级CE组态级联的深负反馈放大器,(1)判反馈类型 (2)说明此反馈类型对Rif和Rof的影响 (3)求中频段Auf=Uo/Ui,练习: 各放大电路的级间反馈均满足深度负反馈条件,估算各电路的闭环电压放大倍数。,7-7 负反馈放大器的自激振荡 一、产生自激振荡的原因及条件 1、产生原因 放大电路负反馈是对中频段而言,随着频率的升高和降低,放大电路

17、的附加相移增大,当达到180o时,反馈信号与输入信号由反相变成同相,正反馈;又当反馈很强时,不需输入仍有输出。 产生自激振荡的关键为两条: (1)附加相移使反馈极性由负变正; (2)反馈信号要足够大(反馈足够强)。 其中,放大电路中的附加相移是导致负反馈放大器可能自激的最基本原因。,由放大电路的频率特性可知, 单级放大电路最大附加相移是90o,故单级反馈放大电路不会产生自激振荡; 两级放大电路最大附加相移是180o,此时对应的增益已趋于零,故一般不会产生自激; 三级或多级放大电路则当反馈到一定程度,可能满足自激条件而自激。,2、自激振荡条件,自激振荡的幅度条件 自激振荡的相位条件,临界自激条件: 增幅振荡条件: 即,当:,二、反馈放大器稳定性判别(波特图法) 当反馈放大器自激振荡的幅度条件、相位条件同时满足时,反馈放大器自激。只有一个条件满足,则是稳定的(不自激)。,首先作出 的幅频、相频特性曲线。,1.在增益交叉频率fg处,,若 稳定;,不稳定(自激),2.在相位交叉频率fp处,,不稳定,若 稳定;,该图对应的电路不自激,1.由幅度满足自激条件,看相位是否满足自激条件 例:,2.由相位满足自激条件,看幅度是否满足自激条件 例:,三、负反馈放大电路的稳定裕度 1、幅度裕度Gm: 稳定的放大器,Gm应为负值,要求Gm-10dB 2、相位裕度 稳定的放大器,相位裕度为正值,要求,

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