第四章负反馈与基本运算

主要内容：一、负反馈的概念二、负反馈的类型及分析方法三、负反馈对放大器性能的影响难点第四章负反馈放大电路在所有实用的放大电路之中，几乎都引入负反馈技术。因为它可以稳定静态工作点、可以稳定放大倍数、可以改善波形、可以增加通频带宽度，还可以改变输入、输出阻抗。一句话，就是可以多方面改善放大电路的性能指标。§4.1负反馈及其基本类型1、反馈：将电路中的输出量（电压或电流）一部分（或全部）通过一定的电路，以一定方式回送到输入端。这种回送过程称为反馈。回送电路称反馈网络。反馈电路F反馈信号xf输入信号净信号xixid基本放大电路A输出信号x0一、反馈的概念2、正反馈、负反馈：正反馈：输入量不变时，引入反馈后，使放大器中净输入信号（xid）增大(大于Xi)。FxfxixidAx0++负反馈：输入量不变时，引入反馈之后，使放大器中净输入信号（xid）变小（小于Xi)。FxfxixidAx0+-3、直流反馈和交流反馈根据反馈信号本身的交、直流性质，可以分为直流反馈和交流反馈直流反馈：若反馈信号中只包含直流成分，则称直流反馈。交流反馈：若反馈信号中只包含交流成分，则称交流反馈。4、本级反馈和级间反馈本级反馈——反馈只存在于某一级放大器中级间反馈——反馈存在于两级以上的放大器中本章重点分析交流负反馈5、反馈系数FxxfF06、开环放大倍数闭环放大倍数开环放大倍数：（基本放大器的放大倍数）xxidA0用来反映反馈程度闭环放大倍数（有反馈网络时的放大倍数）xxAif0讨论⑴当正反馈时∵XidXi∴AAf(提高)⑵当负反馈时∵XidXi∴AAf(降低)⑶A、Af与F三者的关系：AFAAf1称(1+AF)为反馈深度若︱(1+AF)︱＞1则AfA为负反馈情况若︱(1+AF)︱＜1则AfA为正反馈情况①电压串联负反馈（即取的是电压信号，与输入信号相串联）②电压并联负反馈（即取的是电压信号，并联在输入回路中）③电流串联负反馈（即取的是电流信号，串联在输入回路中）④电流并联负反馈（即取的是电流信号，并联在输入回路中）四种形式二、负反馈的类型uAF+-o(电流串联负反馈）suAFSI+-o(电流并联负反馈）uuAF+-o(电压串联负反馈）suAFSI+-o(电压并联负反馈）u明显特点：①是电压反馈，还是电流反馈要看输出端。与负载并联是电压反馈，串联的是电流反馈。②是并联，还是串联要看输入端。若是串联，只能以电压的方式求和，故圈中画了us若是并联，只能以电流的方式求和，故圈中画了Is找一找输入回路与输出回路之间有无联系的元件。若有，则存在反馈；若无，则不存在反馈。该联系元件通常称为反馈元件。三、负反馈类型的判断1、判断有无反馈:uu0iRE+VCCRB输入回路输出回路反馈网络基本放大器部分RE就是输入、输出回路的联系元件，故存在反馈。RE就是反馈元件往往采用瞬时极性法以确定净输入变化具体为，先假定输入信号处于某一瞬时极性（比如为正⊕）然后顺着信号的传输方向逐级推出输出信号和反馈信号的瞬时极性。（即入点、出点、反馈点极性），然后再确定是增强还是削弱了原来的输入信号。2、判断正负反馈按极性法又知uf大于零∴负反馈若无反馈ube=ui，有反馈ube=ui–ufRB+ECC1C2RERLuouiubeuf⊕⊕⊕注：出点、反馈点重合当有RF时，T1发射极变负，净输入变大∴是交流正反馈放大器+EC+–C1RC1R2C2uoui+–T1T2CFRLRe1R1Re2RFRE⊕ӨӨӨ为负反馈vid=vi–vf符合公式：Xid=(Xi-Xf)＜Xiiid=ii–if净输入信号变小∴负反馈判断交、直流反馈时主要是观察反馈网络的组成结构，如果反馈网络是由电阻、电容串联组成的，则是交流反馈；如果反馈网络除了电阻外还并联有电容，则是直流反馈；如果反馈网络是由电阻组成的，则是交直流反馈。3、判断是直流还是交流反馈电压反馈：反馈信号的大小与输出电压成比例。电流反馈：反馈信号的大小与输出电流成比例。判断方法——可用上述定义判断，也可用输出端短路法：输出负载短路，若反馈量消失，则为电压反馈，否则为电流反馈。4、判断电压反馈还是电流反馈∵净信号ib=ii-if变小。∴为负反馈，而if=(ui-uo)/Rf≈-uo/Rf即比例于电压信号，故为电压负反馈+UCCRCC2C1Rfuiuoibifii+-当输出端短路接地后，反馈量就消失所以为电压反馈短路后RL就无反馈量，故为电压反馈短路负载后也有反馈量，故为电流反馈同上例，也为电流负反馈5.判断串联反馈或并联反馈串联反馈：反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的不同电极。有：uid=ui-uf并联反馈：反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的同一个电极（成为节点）。有：iid=ii-if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，则为并联反馈；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。RB+ECC1C2RERLuouiubeuf一个加在基极一个加在发射极属串联负反馈RiidAu0++∝-RfL--+Russ+iiif同加在一端，属并联。RufAu0++∞-fRL-Russ++-加在不同端，属串联。+UCCRCC2C1Rfuiuoibifii同时加在三极管的基极或发射极属电压并联负反馈1、判断有无反馈:找一找输入回路与输出回路之间有无联系的元件。若有，则存在反馈；若无，则不存在反馈。该联系元件通常称为反馈元件。2、判断正负反馈往往采用瞬时极性法以确定净输入变化具体为:①先假定输入信号处于某一瞬时极性（比如为正⊕）然后顺着信号的传输方向逐级推出输出信号和反馈信号的瞬时极性。（即入点、出点、反馈点极性），②然后确定是增强还是削弱了原来的输入信号。负反馈判断总结：4、判断电压反馈还是电流反馈电压反馈：反馈信号的大小与输出电压成比例。电流反馈：反馈信号的大小与输出电流成比例。判断方法：可用上述定义判断，也可用输出端短路法3、判断是直流还是交流反馈判断交、直流反馈时主要是观察反馈网络的组成结构，如果反馈网络是由电阻、电容串联组成的，则是交流反馈；如果反馈网络除了电阻外还并联有电容，则是直流反馈；如果反馈网络是由电阻组成的，则是交直流反馈。5.判断串联反馈或并联反馈串联反馈：反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的不同电极并联反馈：反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的同一个电极（成为节点）。一、提高了放大倍数的稳定性由于环境温度的变化，电源的电压波动，以及元器件的老化等因素，将导致放大器的放大倍数在使用过程中也会随之波动，当引入负反馈后，可以使这种影响降低。§4.2负反馈对放大电路性能的影响)1(11)1()1()1()1(222AFAAAAFAFdAdAAFAFAFAffAdAAFdAAff)1(1∵负反馈1+AF1111AF∴AdAdAAffAFAAf1相对误差变小了，故提高了增益的稳定性。讨论：当（1+AF）＞＞1时，称为深度负反馈。FAf1显然放大倍数基本上由反馈网络决定。AFAAf1例：某一负反馈放大电路，其中A=104，反馈系数为F=0.01，如果由于参数变化使A变化了10%（即A:9000~11000）求Af的相对变化是多少?解：%1.0%)10(01.011)1(1104AdAAFdAAff例：已知RB1=100k，RB2=33k，RE=2.4k，RF=100，RC=5k，RL=5k，=60，EC=15V，rbe=1.62k。求Af。RB1+ECRCC1C2RB2RERLuoBCRFRECEE放大倍数的传统近似计算（微变等效法）若（1+）RFrbeAf=-25191.06162.15.260)1('FbeLfRrRA∵uf=RFieuo=-RLic∴反馈系数F=(uf/u0)=-RF/RL所以AF1/F=-25用深度反馈放大器公式Af1/F再求结果1、减小非线性失真原理：二、减小非线性失真和扩展了通频带因为三极管的输入特性曲线不是线性的，而是非线性的，这将造成输入的ib信号不是真正的正弦信号。QQQ12bi正半大负半小ube这样标准的正弦信号经放大器放大后输出的信号也就不是准正弦信号了。xixo准正弦A负小正大（Ⅰ——无反馈时）ix0xAF+-准正弦负小正大小大fxxxx=idif-基本为正弦信号（Ⅱ——有负反馈后）送入的不是准正弦，结果为近似正弦信号。2、扩展了通频带经理论分析如下图示：0.70.7BWBWf可以证明：BWf=（1+AF）BW放大器的一个重要特性：增益与通频带之积为常数。AAf1、对输入电阻的影响:当串联时，增大了输入的电阻值RRiifAF)1(当并联时，降低了输入的电阻值)1(AFRRiifAFuiff-uRuRiid-++++--iAFRifidiRuifi-+iii三、改变了放大电路的输入和输出电阻2、对输出电阻的影响若是电压负反馈，则使输出电阻变小若是电流负反馈，则使输出电阻变大对电流负反馈，是与输出端串联，∴输出电阻变大了。RRoofFA)1()1(FARRoof对电压负反馈，是与输出端并联，∴输出电阻变小了。⑴如何根据使用要求选择合适的负反馈类型？⑵如何从理论上估算深度负反馈放大电路的性能？⑶如何防止负反馈放大电路产生的自激振荡？下面就几个问题分别进行分析讨论。§4.3负反馈放大电路应用中的几个问题⑴要稳定放大电路的某一个量，就采用这个量的负反馈。具体如：①稳定直流量，就引入直流反馈；稳定交流量，就引入交流反馈。②稳定输出电压，就引入电压负反馈。③稳定输出电流，就引入电流负反馈。一、负反馈类型的选取原则：⑵根据对输入电阻、输出电阻的要求来定反馈类型。具体如：①若要提高输入电阻值，用串联负反馈。②若要降低输入电阻值，用并联负反馈。③若要提高输出电阻值，用电流负反馈。④若要降低输出电阻值，用电压负反馈。⑶根据信号源及负载来确定反馈类型。具体如：①当输入信号源为恒压源时，应采用串联负反馈。②当输入信号源为恒流源时，应采用并联负反馈。③当要求带载能力强时，应采用电压负反馈。④当要求恒流源方式输出时，应采用电流负反馈。1、深度负反馈放大电路的特点：当（1+AF）≻≻1时，称深度负反馈此时有FAFAAFAAf11很重要①二、深度负反馈放大器的特性分析：100xxxxAfifF∴xxfi∴即反馈信号近似等于输入信号0xxxfiid∴即净输入信号近似为零以上三点结论是深度负反馈放大电路的重要特点，请大家一定记熟，以后要用。②③xxAif0xxfF0由于u+fR-+LR-+0u-+fuii-i0∞2、深度负反馈放大电路性能的估算例1：试估算负反馈电压放大倍数解:由于集成运放的开环放大倍数的值相当大。∴为深度负反馈情况uuAifF01∴RiuL00Riuff0由于RRAfLfF10iiRRAfLfoioufuuuu利用集成运放的理想化条件：u+fR-+LR-+0u-+fuii-i0∞RRffofofuuiu+-+∞u3RLR-+i+3i0i0u1U3uiiiRfuf--++ii2RR例2、估算负反馈电压放大倍数解：由于集成运放的开环放大倍数A很大，所以属于深度负反馈。利用理想化条件：0iiiifiuu02Riu∴∵∵而0uRuiii1∴∴iiif03再由图可知RiiRiUf30333)(RRiiRUiffff303)(RiRiRifff303RuRRRiRRRiLfff033033由于iifiRuRRRRuLfi0331RRRRRuuAfLif3310∴∴∴∴∴+-+∝u3RLR-+i+3i0i0u1U3uiiiRfuf--++ii2RR例30idufiuu1f