模电(模拟电子技术基础第四版童诗白华成英)PPT课件.ppt

第六章,放大电路中的反馈,6.1,负反馈的概念,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,。,若引回的信号削弱了输入信号，就称为,负反馈,。若引回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,。,放大器,输出,输入,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,开环,闭环,负反馈的作用：,稳定静态工作点；稳定放大倍数；提高输入电阻；降低输出电阻；扩展通频带。,反馈网络,叠加,反馈信号,实际被放大信号,反馈框图：,u,f,u,d,例：,R,f,、,R,E,1,组成反馈网络，反馈系数：,+,C,1,R,B,1,R,C,1,R,B,21,R,B,22,R,C,2,R,E,2,R,E,1,C,E,C,3,C,2,+,E,C,u,o,u,i,+,T,1,T,2,R,f,6.2,负反馈的类型及分析方法,6.2.1,负反馈的类型,一、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。,根据反馈所采样的信号不同，可以分为电压反馈和电流反馈。,R,Lu,o,R,L,u,o,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：,R,L,i,o,i,E,R,L,i,o,i,E,R,f,采样电阻很小,根据反馈信号在输入端与输入信号比较形式的不同，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，即反馈电压信号与输入信号电压比较。,并联反馈：,反馈信号与输入信号并联，即反馈信号电流与输入信号电流比较。,串联反馈使电路的输入电阻增大；,并联反馈使电路的输入电阻减小。,二、串联反馈和并联反馈,i,i,f,i,b,i,b,=i-i,f,并联反馈,u,f,u,i,u,be,u,be,=u,i,-u,f,串联反馈,三、交流反馈与直流反馈,交流反馈：,反馈只对交流信号起作用。,直流反馈：,反馈只对直流起作用。,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，,R,f,只对交流起反馈作用。,注：本电路中,C,1,、,C,2,也起到隔直作用。,+,C,1,R,B,1,R,C,1,R,B,21,R,B,22,R,C,2,R,E,2,C,E,C,3,C,2,+,E,C,u,o,u,i,+,T,1,T,2,R,f,R,E,1,C,增加旁路电容,C,后，,R,f,只对直流起反馈作用。,C,+,C,1,R,B,1,R,C,1,R,B,21,R,B,22,R,C,2,R,E,2,C,E,C,3,C,2,+,E,C,u,o,u,i,+,T,1,T,2,R,f,R,E,1,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,6.2.2,负反馈的分析方法,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？,一、反馈类型的判断,正反馈,和,负反馈,的判断,在放大电路的输入端，假设一个输入信号对地的极性，用,“,+,”,、,“,-,”,表示。按信号传输方向依次判断相关点的瞬时极性，直至判断出反馈信号的瞬时极性。如果反馈信号的瞬时极性使净输入减小，则为,负反馈,；反之为,正反馈,。,反馈信号和输入信号加于输入回路,一点,时，瞬时极性相同的为,正反馈,，瞬时极性相反的是,负反馈,。,反馈信号和输入信号加于输入回路,两点,时，瞬时极性相同的为,负反馈,，瞬时极性相反的是,正反馈,。,以上输入信号和反馈信号的瞬时极性都是指对地而言，这样才有可比性。,瞬时极性法,对三极管来说这两点是基极和发射极，对运算放大器来说是同相输入端和,反,相 输入端。,电压串联负反馈,瞬时极性法,当,v,i,一定时,：,若,R,L,v,o,v,f,v,id,v,o,电压串联负反馈,电压负反馈,串联负反馈,输出,回路,输入,回路,基本放大器,反馈网络,.,A,F,A,F,v,i,v,id,v,f,v,o,反馈信号和输入信号,加于输入回路,两点,时，,瞬时极性,相同,为负反馈。,电压负反馈稳定输出电压,反馈信号与电压成比例，是电压反馈。,反馈电压,V,f,与输入电压,V,id,是串联关系，故为串联负反馈。,例,1,：,试分析该电路存在的反馈，并判断其反馈组态。,经,R,f,加在发射极,E,1,上的反馈电压,V,f,与输入电压,V,i,是串联关系，故为串联负反馈。,+,v,f,-,解：,根据瞬时极性法判断,该电路为,负反馈。,输出回路,反馈信号与电压成比例，是电压反馈。,输入回路,反馈信号和输入信号,加于输入回路,两点,时，,瞬时极性,相同,为负反馈。,电压串联负反馈,例,2,：,试分析该电路存在的反馈，并判断其反馈组态。,解,:,根据瞬时极性法,电路是负反馈。,反馈信号,v,f,和输入信号,v,i,加在运放,A,1,的两个输入端，故为串联反馈。,反馈信号与输出电压成比例，故为电压反馈。,反馈信号和输入信号,加于输入回路,两点,时，,瞬时极性,相同,为负反馈。,交直流串联电压负反馈,A,F,.,.,.,.,电压并联负反馈,A,F,v,o,I,i,I,id,I,f反馈信号和输入信号,加于输入回路,同一点,时，,瞬时极性,相反,为负反馈。,电压负反馈,输出,端的取样是电压,并联负反馈,输入端,I,i,和,I,f,以并联的方式进行比较,电流,并联,负反馈,A,F,.,.,.,i,i,i,id,i,f,A,F,反馈信号和输入信号,加于输入回路,同一点,时，,瞬时极性,相反,为负反馈。,i,o,当,i,i,一定时,：,若,R,L,变化,i,o,i,f,i,id,i,o,通过,R,、,R,f,电流负反馈稳定输出电流,电流负反馈,输出,端的取样是电流,并联负反馈,输入端,I,i,和,I,f,以并联的方式进行比较,例,3,：,试分析该电路存在的反馈，并判断其反馈组态。,电流并联负反馈,解：,根据瞬时极性法判断,输入信号与反馈信号是并联的形式，所以是并联负反馈。,反馈信号和输入信号加于,输入回路,同,一点,时，瞬时,极性,相反,是负反馈。,反馈信号取自与输出电流，所以是电流负反馈。,例,4,：,反馈信号和输入信号加于,输入回路,同,一点,时，瞬时,极性,相反,是负反馈。,试分析该电路存在的反馈，并判断其反馈组态。,电流并联负反馈,输入信号与反馈信号是并联的形式，所以是并联负反馈。,反馈信号取自与输出电流，所以是电流负反馈。,解：,根据瞬时极性法判断,电流串联负反馈,A,F,A,F,v,i,v,id,v,f,反馈信号和输入信号,加于输入回路,两点,时，,瞬时极性,相同,为负反馈。,i,o,输出,端的取样是电流，,所以是电流负反馈。,输入端,V,id,和,V,f,以串联的方式进行比较，,所以是串联负反馈。,例,5,：,电流串联负反馈,试分析该电路存在的反馈，并判断其反馈组态。,反馈信号和输入信号,加于输入回路,两点,时，,瞬时极性,相同,为负反馈。,解：,根据瞬时极性法判断,例,6,：,试判断电路的反馈组态。,解,:,根据瞬时极性法,经,R,f,加在,E,1,上是,交流负反馈,。反馈信号和输入信号加在,T,1,两个输入电极，故为,串联反馈,。,交流电压串联负反馈,。,经电阻,R,1,加在基极,B,1,上的是,直流电流并联负反馈,。,小结,电压反馈和电流反馈,将输出电压短路，若反馈信号为零，则为电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为电流反馈。,电压反馈：,反馈信号的大小与输出电压成比,例的反馈称为电压反馈；,电压反馈与电流反馈的判断：,电流反馈：,反馈信号的大小与输出电流成比,例的反馈称为电流反馈。,串联反馈和并联反馈,反馈信号与输入信号加在输入回路的同一个电极上，则为,并联反馈,；反之，加在放大电路输入回路的两个电极，则为,串联反馈,。,对于三极管来说，反馈信号与输入信号同时加在三极管的基极或发射极，为,并联反馈,；一个加在基极一个加在发射极则为,串联反馈,。,对于运算放大器来说，反馈信号与输入信号同时加在同相输入端或反相输入端，则为并联反馈；一个加在同相输入端一个加在反相输入端则为串联反馈,。,此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。,此时反馈信号与输入信号是电流相加减的关系。,小结,例,7,：判断,R,f,是否负反馈，若是，判断反馈的组态。,u,o,u,f,u,be,=u,i,-u,f,u,c,1,u,b,2,u,c,2,u,o,u,f,u,be,u,c,1,u,b,2,u,c,2,+,C,1,R,B,1,R,C,1,R,B,21,R,B,22,R,C2,R,E,2,R,E,1,C,E,C,3,C,2,+,E,C,u,o,u,i,+,T,1,T,2,R,f,此电路是电压串联负反馈，对直流不起作用。,例,8,：判断,R,f是否负反馈，若是，判断反馈的组态。,+U,CC,R,C,C,2,C,1,R,f,u,i,u,o,i,i,b,i,f,电压反馈,并联反馈,u,o,i,f,i,b,=i+i,f,u,o,此电路是电压并联负反馈，对直流也起作用。,例,9,：判断,R,f,是否负反馈，若是，判断反馈的组态。,电流反馈,并联反馈,i,E,2,u,F,i,F,i,B,u,C,1,u,B,2,u,C,1,u,B,2,i,B,2,i,E,2,u,o,u,i,i,i,B,i,F,u,F,R,E,2,R,f,R,E,1,R,C,1,R,C,2,+U,CC,i,E,2,例,9,：判断,R,f,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。,u,o,u,i,i,i,B,i,F,u,F,R,E,2,R,f,R,E,1,R,C,1,R,C,2,+U,CC,i,E,2,u,C,1,u,B,2,二、负反馈放大电路的放大倍数,反馈网络的反馈系数,放大电路的闭环放大倍数,式中：,由于,称为环,路增益。,放大电路的开环放大倍数,反馈深度,称为反馈深度,相当于引入,负反馈。,相当于引入,正反馈。,相当于输入为零时仍有输出，故称为,“自激状态”。,环路增益,环路增益,是指放大电路和反馈网络所形成环路的增益，当,1,时称为,深度负反馈,，相当于,1+,1,。于是闭环放大倍数,说明,在深度负反馈条件下闭环放大倍数近似等于反馈系数的倒数,，与有源器件的参数基本无关。一般反馈网络是无源元件构成的，其稳定性优于有源器件，因此深度负反馈时的放大倍数比较稳定。,在此还要注意的是,、,和,可以是,电压信号，也可以是电流信号。,1.,当它们都是电压信号时，,、,、,无量纲，,和 是电压放大倍数。,2.,当它们都是电流信号时，,、,、,无量纲，,和 是电流放大倍数。,3.,当它们既有电压信号也有电流信号时，,、,、,有量纲，,和,也有专门的放大倍数,称谓。,二、负反馈放大电路的放大倍数,方法一：,当电路比较简单时，可直接用微变等效电路分析。,R,C,R,B,1,R,B,2,R,E,1,R,E,2,C,EC,2,C,1,+,U,CC,u,o,u,i,U,BE,I,E,U,B,U,E,例：,放大倍数稳定性的比较：,=60,时,A,o,=-93,=50,时,A,o,=-77,=60,时,A,F,=-19.4,=50,时,A,F,=-18.6,无负反馈时：,有负反馈时：,R,B,1,=100k,R,B,2,=33k,R,E,=2.4k,R,E,1,=100,R,C,=5k,R,L,=5k,=60,E,C,=15V,r,be,=1.62,k,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,o,和,F,。,计算,A,F,。,R,C,R,B,1,R,B,2,R,E,1,R,E,2,C,E,C,2,C,1,+,U,CC,u,o,u,i,U,BE,I,E,U,B,U,E,例：,F,-0.1/(5/5)=-0.04,R,B,1,=100k,R,B,2,=33k,R,E,=2.4k,R,E,1,=100,R,C,=5k,R,L,=5k,=60,E,C,=15V,r,be,=1.62,k,与方法一的计算结果基本相同。,方法三：,放大倍数的近似计算。,R,C,R,B,1,R,B,2,R,E,1,R,E,2,C,E,C,2,C,1,+,U,CC,u,o,u,i,U,BE,I,E,U,B,U,E,例：,若（,1+,）,R,F,r,be,则,与方法一比较：,在深度负反馈下，两种方法结果一致。,深度负反馈,:,根据,A,F,和,F,的上述关系，可以先找出反馈系数,F,，再算出,A,F,。实际中需要计算的往往是电压放大倍数。而用上述关系计算出来的,A,F,，除电压串联负反馈电路的,A,F,表示电压放大倍数之外，其它组态电路的,A,F,都不是电压放大倍数。要得到电压放大倍数，还要经过换算。,下面从另一角度出发，介绍一种粗略估算深度负反馈电路的电压放大倍数的方法。由于,A,F,1/F=,X,o,/,X,i,，所以,X,i,=,FX,o,=(,X,f,/,X,o,),X,o,=,X,f,。这样，在串联负反馈电路里，,U,f,U,i,，,U,i,0,。,而在并联负反馈电路里，,I,f,I,i,，I,i,0,。同时，深度并联负反馈电路的输入电阻近似为,0,，故,U,i,0,，,i0,。这种假设情况下，用近似方法无法计算放大器本身的电压放大倍数。但是，由于整个电路的输入电流,I,i,I,i,=(,U,S,-,U,i,)/,R,S,U,S,/,R,S,。,U,S,和,R,S,为信号源电压和内阻。利用这个关系，可以粗略计算出输出电压,U,o,相对于信号源电压,U,S,的放大倍数,A,ufs,，,A,ufs,=,U,o,/,U,S,。,例,计算图例,10,所示电压串联负反馈电路的电压,放大倍数。,图例,10,电压串联负反馈电路,图例,10,电压串联负反馈电路,例,计算图例,1,所示电流串联负反馈电路的电压放大倍数。,解,在图（,a,）中，设输出电流,I,o,为三极管集电极电流，且流出为正,则有,而,U,i,U,f,=-,I,o,R,e1,，所以,图例,11,电流串联负反馈电路,在图,(b),中，负载电阻跨接在反相输入端和输出端之间，,U,f,=,I,o,R,1,U,o,=,I,o,R,L,U,i,=,U,f,，所以,例,计算图例,12,所示电压并联负反馈电路的电压,放大倍数。,图例,12,电压并联负反馈电路,图例,12,电压并联负反馈电路,在图,(b),中，由于是电压并联负反馈，基本放大器输入端是集成运放反相输入端。这里的,U,i,0,，,I,f,=-,U,o,/,R,f,。本电路中的,U,i,和,R,1,相当于信号电压源及其内阻，,I,i,=,U,i,/,R,1,，又由于,I,i,I,f,，所以,-,U,o,/,R,f,=,U,i,/,R,1,，于是得,例,计算图例,13,所示电流并联负反馈电路的电压,放大倍数。,图例,13,电流并联负反馈电路,图例,13,电流并联负反馈电路,解,在图,(a),中，设输出电流,I,o,是三极管,V,2,的集,电极电流，且规定流出为正。由于,U,i,0,，,在图,(b),中，负载电阻跨接在反相输入端和输出,端之间。,本电路中的,U,i,和,R,1,相当于信号电压源及其内阻，,U,o,=-,I,o,R,L,，,U,i,0,，故,I,i,U,i,/,R,1,。综合这些条件，可以得到,6.3,负反馈对放大电路的影响,基本放大,电路,A,o,反馈回电路,F,+,反馈电路的基本方程,一、对放大倍数的影响,A,o,开环放大倍数,A,F,闭环放大倍数,反馈深度,定义：,同相，所以,则有：,负反馈使放大倍数下降。,引入负反馈使电路的稳定性提高。,(2),中，,(1),(3),若,称为深度负反馈，此时,在深度负反馈的情况下，放大倍数只与反馈网络有关。,二、改善波形的失真,A,o,u,i,u,o,加反馈前,加反馈后,u,f,u,i,u,d,A,o,F,+,改善,u,o,u,o,三、对输入、输出电阻的影响,1.,串联负反馈使电路的输入电阻增加：,2.,并联负反馈使电路的输入电阻减小：,例如,:,射极输出器,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。,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。,3.,电压负反馈使电路的输出电阻减小：,例如,:,射极输出器,理解：,电压负反馈目的是阻止,u,o,的变化，稳定输出电压,。,放大电路空载时可等效右图框中为电压源：,输出电阻越小，输出电压越稳定，反之亦然。,r,o,e,so,u,o,R,L,理解：,电流负反馈目的是阻止,i,o,的变化，稳定输出电流,。,放大电路空载时可等效为右图框中电流源：,输出电阻越大，输出电流越稳定，反之亦然。,4.,电流负反馈使电路的输出电阻增加：,r,o,i,so,i,o,R,L,四、对通频带的影响,引入负反馈使电路的通频带宽度增加：,f,A,B,o,A,o,A,F,B,F,