第7章-放大电路中的反馈.ppt

单击此处编辑母版标题样式,第七章 放大电路中的反馈,7.1,反馈的基本概念及判断方法,1.,什么是反馈,电子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，影响输入量，称为反馈。,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,影响输入电压还是输入电流,多少,怎样引出,反馈放大电路可用方框图表示。,2.,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。,3.,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。,交流负反馈,直流负反馈,4.,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,R,3,引入的是局部反馈,通过,R,4,引入的是级间反馈,通常，重点研究级间反馈或称总体反馈。,二、反馈的判断,1.,有无反馈的判断,“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。,引入反馈了吗？,将,输出电压全部反馈回去,无,反馈,1.,有无反馈的判断,“找联系”：是找输出回路与输入回路的联系，不仅是输出端与输入端的联系！,既在输入回路又在输出回路，因而引入了反馈。,2.,直流反馈和交流反馈的判断,仅有直流反馈,仅有交流反馈,“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。,2.,直流反馈和交流反馈的判断,交、直流反馈共存,仅有直流反馈,3.,正、负反馈（反馈极性）的判断,“看反馈的结果”，即净输入量是被增大还是被减小。,瞬时极性法：,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；,的极性 的极性 、的叠加关系,正反馈,负反馈,3.,正、负反馈的判断,反馈量是仅仅决定于输出量的物理量。,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。,反馈量,反馈电流,反馈量仅决定于输出量,净输入电流减小，引入了负反馈,净输入电流增大，引入了正反馈,三、交流负反馈的四种组态,1.,电压反馈和电流反馈,将输出电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,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,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。,2.,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。,-,串联负反馈,-,并联负反馈,+,_,负反馈,3.,四种反馈组态：,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,4.,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。,仅受基极电流的控制,电路引入了电流负反馈,反馈电流,4.,电压反馈和电流反馈的判断,5.,串联反馈和并联反馈的判断,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。,引入了并联反馈,引入了串联反馈,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？,+,_,_,+,+,+,_,u,F,1.,若第三级从射极输出，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,直流反馈,交、直流反馈,反馈组态判断举例（交流）,(+),(+),(-),(+),(+),(+),电流串联负反馈,负反馈,交流反馈,直流反馈,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,负反馈的分类小结,电压负反馈：,稳定输出电压，具有恒压特性,串联反馈：,输入端电压求和（,KVL,）,电流负反馈：,稳定输出电流，具有恒流特性,并联反馈：,输入端电流求和（,KCL,）,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,7.2,负反馈放大电路的表达式,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,反馈组态,电压串联,电压并联,电流串联,电流并联,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。,二、负反馈放大电路放大倍数的一般表达式,基本放大电路的放大倍数,反馈系数,放大电路的总放大倍数,:,负反馈放大电路放大倍数的量纲,环路放大倍数,反馈组态,功能,电压串联,电压控制电压,电压并联,电流控制电压,电流串联,电压控制电流,电流并联,电流控制电流,一、深度负反馈的实质,二、深度负反馈条件下放大倍数的估算方法,7.3,深度负反馈放大电路放大倍数的分析,一、深度负反馈的实质,净输入量可忽略不计,深度负反馈条件,:,二、深度负反馈条件下电压放大倍数的估算,1.,电压串联负反馈电路,2.,电压并联负反馈电路,R,if,很小,为什么,?,为什么,?,2.,电压并联负反馈电路,3.,电流串联负反馈电流,4.,电流并联负反馈电路,讨论一,求解在深度负反馈条件下电路的电压放大倍数。,+,_,_,+,+,+,_,u,F,比较两电路,电流串联负反馈,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。,R,三,.,理想运放情况下负反馈放大电路的估算,因为,u,O,为有限值，,A,od,，,所以,u,N,u,P,0,，,即,因为,r,id,，,所以,理想运放参数特点：,A,od,，,r,id,，,r,o,0,。,电路特征：,反馈网络为无源网络，如图。,u,N,u,P,-,虚短路,i,N,i,P,0-,虚断路,求解放大倍数的基本出发点,讨论三,利用“虚短”、“虚断”求解电路。,i,R,1,i,R,3,i,R,2,i,R,0,u,N,u,P,清华大学 华成英 hchya,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。,放大倍数减小到基本放大电路的,即,:,放大倍数的稳定性是基本放大电路的 倍。,7.4,交流负反馈对放大电路性能的影响,二、改变输入电阻和输出电阻,1.,对输入电阻的影响,引入串联负反馈时,:,对输入电阻的影响仅与反馈网络与基本放大电路输入端的接法有关，即,决定于是串联反馈还是并联反馈。,输入电阻,增大到原来的,(1,AF,),倍,引入并联负反馈时,:,串联负反馈增大输入电阻，并联负反馈减小输入电阻。,输入电阻减小,到原来的,1/(1,AF,),倍,2.,对输出电阻的影响,引入电压负反馈时,:,减小输出电阻,对输出电阻的影响仅与反馈网络与基本放大电路输出端的接法有关，即,决定于是电压反馈还是电流反馈。,引入电流负反馈时,:,增大输出电阻,三、展宽频带,：,设反馈网络是纯电阻网络,引入交流负反馈后的幅频特性,可,推导出引入交流负反馈后的截止频率、通频带,:,f,L,f,H,f,Lf,f,Hf,展宽为原来的,(1+AF),倍,四、减小非线性失真,：思路,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。,四、减小非线性失真,在引入负反馈后,非线性失真减小到基本放大电路的,1/(1,AF,),。,净输入信号的正半周幅值小于负半周幅值,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。,设基本放大电路的输出信号与输入信号同相。,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,控制,输入电压的为,电压串联负反馈,，输出电压,控制,输入电流的为,电压并联负反馈,，输出电流,控制,输入电压的为,电流串联负反馈,，输出电流,控制,输入电流的为电流并联负反馈；,当,(,1,AF,)1,时，它们的转换系数均约为1/,F,。,讨论,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？,电压负反馈,电流负反馈,直流负反馈,电流串联负反馈,电压并联负反馈,一、自激振荡产生的原因及条件,1.,现象,：输入信号为,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。,负反馈放大电路自激振荡的频率在低频段或高频段,。,2.,原因,在低频段或高频段，若存在一个频率,f,0,，,且当,f,f,0,时,反馈量相移,(,附加相移,),为,，,则,净输入量是输入量与反馈量之和。,7.5,负反馈放大电路的,自激振荡及消除方法,在电扰动下，如合闸通电，对于,f,=,f,0,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。,3.,自激振荡的条件,输出量有一个从小到大直至稳幅的过程,.,当,:,起振条件,:,当,f,f,0,时,反馈量,AF,相移为,2.,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。,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,。,因,没有满足幅值条件的频率，故引入负反馈后,不可能振荡,。,则当,f,在某一值时,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,:,什么样的放大电路引入负反馈后容易产生自激振荡？,三级或三级以上的直接耦合放大电路引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、旁路电容越多，引入的负反馈越深，产生自激振荡的可能性越大。,环路放大倍数,AF,越大，越容易满足起振条件，闭合后越容易产生自激振荡。,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,f,c,；,使,A,F,(2,n,1),的频率，记作,f,0,。,f,c,f,0,f,c,f,0,三、负反馈放大电路稳定性的判断,f,c,f,0,满足起振条件,电路不稳定,f,c,f,0,电路稳定,f,0,f,c,，,电路不稳定，会产生自激振荡；,f,0,f,c,，,电路稳定，不会产生自激振荡。,稳定裕度,f,c,f,0,电路稳定,G,m,幅值裕度,m,相位裕度,G,m,10dB,，且,m,45,，,负反馈放大电路才具有可靠的稳定性。,四、消除自激振荡的方法,1.,简单电容滞后补偿,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。,在,最低的上限频率所在回路加补偿电容,。,补偿电容,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,滞后补偿法是以频带变窄为代价来消除自激振荡的。,2.,RC,滞后补偿：,在,最低的上限频率,所在回路加,RC,补偿。,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。,RC,滞后补偿与简单滞后补偿,比较,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，略。,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？,清华大学 华成英 hchya,7.6,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，提高输入电压；因而增大输入电阻。,交流正反馈,