5放大电路中的反馈.pptx

第五章 放大电路中的反馈辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学第五章 放大电路中的反馈5.1 5.1 反馈的概念及判断反馈的概念及判断5.2 5.2 负反馈放大电路的方框图及一般表达式负反馈放大电路的方框图及一般表达式5.3 5.3 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5.4 5.4 负反馈放大电路的稳定性负反馈放大电路的稳定性本章基本要求会判：会判：判断电路中有无反馈及反馈的性质判断电路中有无反馈及反馈的性质会算：会算：估算深度负反馈条件下的放大倍数估算深度负反馈条件下的放大倍数会引：会引：根据需求引入合适的反馈根据需求引入合适的反馈会判振消振：会判振消振：判断电路是否能稳定工作，会消判断电路是否能稳定工作，会消除自激振荡。除自激振荡。5.15.1 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、反馈的判断一、反馈的基本概念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。引回到输入回路，影响输入，称为反馈。要研究哪些问题？要研究哪些问题？怎样引回怎样引回是从输出是从输出电压还是电压还是输出电流输出电流引出反馈引出反馈多少多少怎样引出怎样引出 反馈放大电路可用反馈放大电路可用方框图表示。方框图表示。影响放大电路的输入影响放大电路的输入电压还是输入电流电压还是输入电流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；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引入反馈后其变化是增大？还是减小？增大？还是减小？引入反馈后其变化是增大？引入反馈后其变化是增大？还是减小？还是减小？或者，凡反馈的结果使净输入量减小的为负反或者，凡反馈的结果使净输入量减小的为负反馈，否则为正反馈。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。路中存在的反馈称为交流反馈。引入交流负反馈引入交流负反馈引入直流负反馈引入直流负反馈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。入回路的称为级间反馈。通过通过R3引入的是局部反馈引入的是局部反馈通过通过R4引入的是级间反馈引入的是级间反馈通常，重点研究级间反馈或称总体反馈。通常，重点研究级间反馈或称总体反馈。二、交流负反馈的四种组态 将输出电压的一部分或全将输出电压的一部分或全部引回到输入回路来影响净部引回到输入回路来影响净输入量的为电压反馈，即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。反馈网络的取样对象。1.电压反馈和电流反馈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，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。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+_负反馈负反馈3.四种反馈组态：注意量纲：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 为什么在并为什么在并联负反馈电路联负反馈电路中不加恒压源中不加恒压源信号？信号？为什么在串为什么在串联负反馈电路联负反馈电路中不加恒流源中不加恒流源信号？信号？三、反馈的判断 “找联系找联系”：找输出回路与输入回路的联系，若有则有反：找输出回路与输入回路的联系，若有则有反馈，否则无反馈。馈，否则无反馈。有反馈吗？有反馈吗？将输出电压全将输出电压全部反馈回去部反馈回去无反馈无反馈1.有无反馈的判断即在输入回路即在输入回路又在输出回路又在输出回路2.直流反馈和交流反馈的判断“看通路看通路”，即看反馈是存在于直流通路还是交流通路。，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。设以下电路中所有电容对交流信号均可视为短路。仅有直仅有直流反馈流反馈仅有交流反馈仅有交流反馈交、直流反馈共存交、直流反馈共存仅有直仅有直流反馈流反馈3.正、负反馈（反馈极性）的判断“看反馈的结果看反馈的结果”，即净输入量是被增大还是被减小。，即净输入量是被增大还是被减小。瞬时极性法：瞬时极性法：给定给定 的瞬时极性，的瞬时极性，并以此为依据分析电路中并以此为依据分析电路中各电流、电位的极性从而各电流、电位的极性从而得到得到 的极性；的极性；的极性的极性 的极性的极性 、的叠加关系的叠加关系正反馈正反馈负反馈负反馈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。流指的是同相输入端或反相输入端的电流。反馈量反馈量反馈电流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减小，引入了负反馈净输入电流净输入电流增大，引入增大，引入了正反馈了正反馈4.电压反馈和电流反馈的判断电路引入了电压负反馈电路引入了电压负反馈 令输出电压为令输出电压为0，若反馈量随之为，若反馈量随之为0，则为电压反馈；，则为电压反馈；若反馈量依然存在，则为电流反馈。若反馈量依然存在，则为电流反馈。4.电压反馈和电流反馈的判断电路引入了电流负反馈电路引入了电流负反馈反馈电流反馈电流 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！输出电流！仅受基极电流的控制仅受基极电流的控制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。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并联反馈引入了串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？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？端跨接一电阻，则反馈的性质有何变化？+_+_uF 1.若从第三级射若从第三级射极输出，则电路引极输出，则电路引入了哪种组态的交入了哪种组态的交流负反馈？流负反馈？2.若在第三级的若在第三级的射极加旁路电容，射极加旁路电容，则反馈的性质有何则反馈的性质有何变化？变化？引入了电流串联负反馈引入了电流串联负反馈作用？作用？分立元件放大电路中的净输入量和输出电流在判断分立元件反馈放大电路的反馈极性时，净输入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晶体管的电压常指输入级晶体管的b-e（e-b）间或场效应管）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）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）的基极电流（射极电流）或场效应管的栅极（源极）电流。电流。在分立元件电流负反馈放大电路中，反馈量常取自于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。射极电流为输出电流，反馈的结果将稳定该电流。清华大学 华成英 判断图中所示各电路中是否引入了反馈，是直流反馈还是判断图中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，串联还是并联反馈。设图中交流反馈，是正反馈还是负反馈，串联还是并联反馈。设图中所有电容对交流信号均可视为短路。所有电容对交流信号均可视为短路。直流直流 电压电压 串联串联 负反馈负反馈 交、直流交、直流 电压电压 串联串联 正反馈正反馈 直流直流 电压电压 并联并联 负反馈负反馈 交、直流交、直流 电流电流 并联并联 负反馈负反馈 判断图中所示各电路中是否引入了反馈，是直流反馈还是判断图中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，串联还是并联反馈。设图中交流反馈，是正反馈还是负反馈，串联还是并联反馈。设图中所有电容对交流信号均可视为短路。所有电容对交流信号均可视为短路。交、直流交、直流 电压电压 串联串联 负反馈负反馈 交、直流交、直流 电压电压 串联串联 负反馈负反馈 5.25.2 负反馈放大电路的方框图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、深度负反馈的实质四、基于理想运放的放大倍数的计算方法四、基于理想运放的放大倍数的计算方法一、负反馈放大电路的方框图方框图中信号是单向流通的。方框图中信号是单向流通的。基本放大电路的放大倍数基本放大电路的放大倍数反馈系数反馈系数反馈放大电路的放大倍数反馈放大电路的放大倍数二、负反馈放大电路放大倍数的一般表达式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三、深度负反馈的实质【例】【例】在图所示所示电路中，已知在图所示所示电路中，已知R210K，R4100 K，求，求解在深度负反馈条件下的解在深度负反馈条件下的Auf。反馈通路反馈通路：T3、R4与与R2电路引入电压串联负反馈电路引入电压串联负反馈电压放大倍数电压放大倍数【解】【解】【例】【例】在图所示所示（在图所示所示（1）判断电路中反馈的组态；）判断电路中反馈的组态；（2）求出在深度负反馈条件下的）求出在深度负反馈条件下的Af和和Auf。(1)反馈通路反馈通路：Rf与与Re1电路引入电压串联负反馈电路引入电压串联负反馈电压放大倍数电压放大倍数【解】【解】(2)第30页【例】【例】如图所示，已知如图所示，已知R110K，R2100 K，R32K，RL5 K。求解在深度负反馈条件下的。求解在深度负反馈条件下的Auf .【解】【解】：反馈通路反馈通路：T、R3、R2与与R1电路引入电路引入电流串联负反馈电流串联负反馈第31页五、基于理想运放的电压放大倍数的计算方法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。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：引入交、直流负反馈反馈因为因为uO为有限值，为有限值，Aod，所以，所以 uNuP0，即，即uNuP虚短路虚短路因为因为r ridid，所以，所以 iNiP0 0虚断路虚断路求解放大倍数求解放大倍数的基本出发点的基本出发点无源网络无源网络3.理想运放工作在线性区的特点利用“虚短”、“虚断”求解电路利用“虚短”、“虚断”求解电路。清华大学 华成英 5.35.3 交流负反馈对放大电路性能的影响一、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。在中频段，放大倍数、反馈系数等均为实数。说明放大倍数减小到基本放大电路的说明放大倍数减小到基本放大电路的 ，放大倍数的稳定性是基本放大电路的放大倍数的稳定性是基本放大电路的 倍。倍。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引入串联负反馈时引入串联负反馈时引入串联负反馈时 对输入电阻的影响仅与反馈网络和基本放大电路在输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。入端的接法有关，即决定于是串联反馈还是并联反馈。引入并联负反馈时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。串联负反馈增大输入电阻，并联负反馈减小输入电阻。引入电压负反馈时引入电压负反馈时引入电压负反馈时引入电压负反馈时 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。关，即决定于是电压反馈还是电流反馈。电压负反馈减小输出电阻，电流负反馈增大输出电阻。电压负反馈减小输出电阻，电流负反馈增大输出电阻。2、对输出电阻的影响引入电流负反馈时引入电流负反馈时电流负反馈增大输出电阻，电压负反馈减小输出电阻。电流负反馈增大输出电阻，电压负反馈减小输出电阻。三、展宽频带：设反馈网络是纯电阻网络设反馈网络是纯电阻网络引入负反馈后的幅频特性引入负反馈后的幅频特性可推导出引入负可推导出引入负反馈后的截止频反馈后的截止频率、通频带率、通频带fLfHfLffHf四、减小非线性失真 由于晶体管输入特性的非线性，由于晶体管输入特性的非线性，当当b-e间加正弦波信号电压时，基间加正弦波信号电压时，基极电流的变化不是正弦波。极电流的变化不是正弦波。可以设想，若加在可以设想，若加在b-e之间之间的电压正半周幅值大于负半的电压正半周幅值大于负半周的幅值，则其电流失真会周的幅值，则其电流失真会减小，甚至为正弦波。减小，甚至为正弦波。非正弦波非正弦波近似近似正弦波正弦波四、减小非线性失真 设基本放大电路的输出信号与输入信号同相。设基本放大电路的输出信号与输入信号同相。净输入信号的正半周幅值小于净输入信号的正半周幅值小于负半周幅值负半周幅值五、引入负反馈的一般原则稳定稳定Q点应引入直流负反馈，改善动态性能应引入交流负点应引入直流负反馈，改善动态性能应引入交流负反馈；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；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；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，输出电压是输入电流受控源的为电压并联压串联负反馈，输出电压是输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，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；输出电流是输入电流受控源的为电流并联负反馈；当当(1AF)1时，它们的转换系数均约为时，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？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，应引入什么为了得到稳定的电流放大倍数，应引入什么反馈？反馈？为了稳定放大电路的静态工作点，应引入什为了稳定放大电路的静态工作点，应引入什么反馈？么反馈？为了使电流信号转换成与之成稳定关系的电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？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？流信号，应引入什么反馈？讨论二试在图示电路中分别引入四种不同组态的交流负反馈。试在图示电路中分别引入四种不同组态的交流负反馈。电流反馈电流反馈电压反馈电压反馈串联反馈串联反馈并联反馈并联反馈5.45.4 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一、自激振荡产生的原因及条件1.现象：输入信号为：输入信号为0 0时，输出有一定幅值、一定时，输出有一定幅值、一定频率的信号，称电路产生了自激振荡。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。负反馈放大电路自激振荡的频率在低频段或高频段。低频低频干扰干扰或产或产生了生了轻微轻微低频低频振荡振荡高频高频干扰干扰或产或产生了生了轻微轻微高频高频振荡振荡实验实验波形波形 在电扰动下，如合闸通电，必含有频率为在电扰动下，如合闸通电，必含有频率为f0的信号，对于的信号，对于f=f0 的信号，产生正反馈过程的信号，产生正反馈过程 输出量逐渐增大，直至达到动态平衡，电路产生了自激输出量逐渐增大，直至达到动态平衡，电路产生了自激振荡。振荡。2.原因 在低频段或高频段，若存在在低频段或高频段，若存在一个频率一个频率f0，且当且当 f f0 时时附加附加相移为相移为，则则3.自激振荡的条件 由于电路通电后输出量有一个从小到大直至稳幅的由于电路通电后输出量有一个从小到大直至稳幅的过程，起振条件为过程，起振条件为幅值平衡条件幅值平衡条件相位平衡条件相位平衡条件二、负反馈放大电路稳定性的分析附加相移由放大电路决定附加相移由放大电路决定;振荡只可能产生在高频段。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。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。因没有满足幅值条件的频率，故引入负反馈后不可能振荡。对于产生对于产生180附加相移的信号频率，有可能满足起振条件，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。故引入负反馈后可能振荡。对于单管放大电路对于单管放大电路:对于两级放大电路对于两级放大电路:对于三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？三级或三级以上放大电路引入负反馈后有可能产三级或三级以上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。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。环路放大倍数环路放大倍数AF越大，越容易满足起振条件，闭越大，越容易满足起振条件，闭环后越容易产生自激振荡。环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。已知环路增益的频率特性来判断闭环后电路的稳定性。使环路增益下降到使环路增益下降到0dB的频率，记作的频率，记作fc；使使AF(2n1)的频率，记作的频率，记作f0。fcf0fcf0稳定性的判断fcf0满足起满足起振条件振条件电路不稳定电路不稳定电路稳定电路稳定 f0 fc，电路不稳定，会产生自激振荡；，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。电路稳定，不会产生自激振荡。fcf0Gm幅值幅值裕度裕度m相位裕度相位裕度电路稳定电路稳定当当Gm10dB且且m45，才，才具有可靠的稳定性。具有可靠的稳定性。不满足不满足起振条件起振条件四、消除自激振荡的方法1.简单滞后补偿常用的方法为滞后补偿方法。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。设放大电路为直接耦合方式，反馈网络为电阻网络。在在最低的上限频率所在回最低的上限频率所在回路加补偿电容。路加补偿电容。补偿电容补偿电容1.简单滞后补偿最大附加相最大附加相移为移为-135 具有具有45的相位裕的相位裕度，故电路稳定度，故电路稳定补偿前补偿前补偿后补偿后 滞后补偿法是滞后补偿法是以频带变窄为代以频带变窄为代价来消除自激振价来消除自激振荡的。荡的。2.密勒补偿 在获得同样补偿的在获得同样补偿的情况下，补偿电容比情况下，补偿电容比简单滞后补偿的电容简单滞后补偿的电容小得多。小得多。在在最低的上限频率所在最低的上限频率所在放大电路中加补偿电容。放大电路中加补偿电容。补偿前补偿前补偿后补偿后等效变换等效变换补偿电容补偿电容3.RC 滞后补偿：在在最低的上限频率最低的上限频率所在回路加补偿。所在回路加补偿。上式表明，最大附加相移为上式表明，最大附加相移为180，不满足起振条件，闭，不满足起振条件，闭环后一定不会产生自激振荡，电路稳定。环后一定不会产生自激振荡，电路稳定。补偿电路补偿电路RC 滞后补偿与简单滞后补偿比较简单补偿后简单补偿后的幅频特性的幅频特性RC滞后补偿后滞后补偿后的幅频特性的幅频特性补偿前补偿前 滞后补偿法消振均以频带变窄为代价，滞后补偿法消振均以频带变窄为代价，RC滞后补偿较简单滞后补偿较简单电容补偿使频带的变化小些。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。为使消振后频带变化更小，可考虑采用超前补偿的方法。