第7章负反馈放大电路.

第7章负反馈放大电路7.1负反馈的基本概念7.2负反馈放大器的分类及其判别方法7.3负反馈对放大电路性能的影响7.4负反馈放大器的分析方法7.5负反馈放大器的稳定性及其相位补偿一、反馈的定义7.1反馈的基本概念二、单环反馈放大器的理想模型三、基本反馈方程式•反馈——是将输出信号的一部分或全部通过一定的电路馈送回到放大电路的输入端，并对输入信号产生影响。开环——放大电路无反馈也称开环。闭环——放大电路有反馈也称闭环。7.1反馈的基本概念一、反馈的定义XO基本放大器A反馈网络B-XfXdiXi正向传输反向传输反馈概念方框图•图中：•Xi——是输入信号；•Xf——是反馈信号；•Xdi—为净输入信号；所以负反馈有•Xdi=Xi－XfB—反馈网络增益A—基本放大器增益（一）负反馈和正反馈•负反馈加入反馈后，净输入信号|Xdi||Xi|，输出幅度下降。作用：改变电路性能、指标。•正反馈加入反馈后，净输入信号|Xdi||Xi|，输出幅度增加。作用：振荡电路和电压比较电路。XO基本放大器A反馈网络B-XfXdiXidiifXXX（二）电压反馈和电流反馈ABRLuo电压反馈电压反馈：反馈信号的大小与输出电压成比例的反馈——称为电压反馈作用：电压负反馈可以稳定输出电压，减小输出电阻。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。电流反馈iouoBARLio作用：电流负反馈可以稳定输出电压，提高输出电阻。fXfXfoXBufoXBi（三）串联反馈和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，则为并联反馈；否则，为串联反馈。uiduiufiidiiifABiiifisiidRSRSABuiuidufus并联反馈串联反馈串联负反馈作用：提高输入电阻并联负反馈作用：降低输入电阻（四）交流反馈和直流反馈•1.反馈信号中只有交流成分时为交流反馈；•2.反馈信号只有直流成分时为直流反馈；•3.反馈信号中既有交流成分又有直流成分时为交直流反馈。交流负反馈作用：改善放大电路的性能指标。直流负反馈作用：稳定静态工作点。二、单环反馈放大器的理想模型UiReRcUfUdiUo•如图所示反馈电路可分为两部分：简化的反馈电路1.基本放大器A：可由单级或多级放大器组成。2.反馈网络B：一般由无源网络组成。上述反馈放大器的一般形式可由方框图来概括反馈电路的方框图反馈环——由基本放大器A和反馈网络B构成的闭合环路。所示图为一单环反馈放大器的方框图：XO基本放大器A反馈网络B-XfXdiXiB——反馈网络；——比较器（相加点）Xi——是输入信号；Xf——是反馈信号；Xdi(=Xi－Xf)—为净输入信号；X——广义信号量(电流或电压)；——带传输方向的支路；A——基本放大器；反馈环反馈电路的方框图反馈环——由基本放大器A和反馈网络B构成的闭合环路。所示图为一单环反馈放大器的方框图：XO基本放大器A反馈网络B-XfXdiXiB——反馈网络；——比较器（相加点）Xi——是输入信号；Xf——是反馈信号；Xdi(=Xi－Xf)—为净输入信号；X——广义信号量(电流或电压)；——带传输方向的支路；A——基本放大器；反馈环XO基本放大器A反馈网络B-XfXdiXi正向传输反向传输理想模型的假定：（1）正向传输信号只经过基本放大器，而不经过反馈网络。（2）反向传输信号只经过反馈网络，而不经过基本放大器。三、基本反馈方程式•基本反馈方程式：为分析反馈放大器的基本公式•1.放大电路的开环增益：•2.反馈网络的反馈系数：•3.基本反馈方程式：A=Xo/XdiB=Xf/XoAf=A/(1+AB)=A/FXO基本放大器A反馈网络B-XfXdiXi推导过程•根据信号的不同物理意义不同。Xi=Xdi+Xf=Xdi+ABXdi=(1+AB)Xdi所以Af=Xo/Xi=AXdi/(1+AB)Xdi=A/(1+AB)=A/FXO基本放大器A反馈网络B-XfXdiXiXf=BX0=ABXdi因为A=X0/Xdi推导过程4.反馈深度:•深负反馈下，F1（或AB1），此时反馈方程式可简化为：因为F=1+AB反映了反馈对放大电路影响的程度,所以F称为反馈深度。其中,AB称为环路增益。三、基本反馈方程式•F越大，反馈深度越深；Af=1/(1+AB)1/AB=1/B•当F1时，使AfA,为负反馈；当F1时.使AfA，为正反馈；当F=0时，使Af=，为临界自激。由于:Af=A/(1+AB)=A/F7.2负反馈的分类及其判别方法•负反馈类型有四种:•一、电流串联负反馈•二、电压串联负反馈•三、电流并联负反馈•四、电压并联负反馈•分析反馈的属性、求电压增益等动态参数。四种基本反馈类型ABuiuidufusRSRLuoABuiuidufusRSiouoRLio电压串联负反馈电流串联负反馈BAiiifisiidRSRLuoBAiiifisiidRSiouoRLio电压并联负反馈电流并联负反馈判断反馈类型（或组态）的方法•判断是电流反馈还是电压反馈—用输出电压短路法输出电压短路法：令输出电压u0=0，若Xf=0，则为电压反馈；否则为电流反馈。•判断是串联反馈还是并联反馈—用馈入信号连接方式法馈入信号连接方式法：若反馈信号Xf串入输入回路，则为串联反馈；否则为并联反馈。串联反馈uid=ui-uf；并联反馈iid=ii-if。•判断是正反馈还是负反馈—用瞬时极性法瞬时极性法：设定信号输入端的瞬时极性，沿反馈回路（A入A出B入B出）标定瞬时极性,若Xf的极性使得净输入信号增大则为正反馈；否则为负反馈。例题1试判断图所示电路的反馈组态。解:据瞬时极性法，见图中的红色“+”、“-”号，可知:1.经电阻R1加在基极B1上的是直流并联负反馈。例题1图2.经Rf加在E1上的是交流负反馈。反馈信号和输入信号加在T1两个输入电极，故为串联反馈。结论：是直流电流并联负反馈。因反馈信号与输出电流成比例，故又为电流反馈。结论：交流电压串联负反馈。例题2试判断图所示电路的反馈组态。解:根据瞬时极性法，可知是负反馈。因反馈信号和输入信号加在运放A1的两个输入端，故为串联反馈。例题2图•因反馈信号与输出电压成比例，故为电压反馈。结论：交、直流串联电压正反馈。RE—引入本级电流串联负反馈；引入级间电流并联负反馈。反馈信号与输入信号在不同节点为串联反馈，在同一个节点为并联反馈。反馈取自输出端或输出分压端为电压反馈，反馈取自非输出端为电流反馈。规律：例题3电流并联负反馈一、电流串联负反馈（一）判断反馈类型：（步骤）1.找反馈网络：存在反向传输渠道(Re)。2.电压与电流反馈：令u0=0时,Uf0，故为电流反馈3.串联与并联反馈：Uf串入输入回路，故为串联反馈。4.反馈极性：（瞬时极性法）Udi(=Ui-Uf)减小，故为负反馈结论：此电路为电流串联负反馈。UiUoUccUfRbRcRe++AGUiUfReRcRbUdi+-+-IoBR电流串联负反馈的一般形式•可将电流串联负反馈电路写成一般形式：一、电流串联负反馈（二）增益和反馈系数的表示方法：•对于电流串联负反馈:XoIo;XfUf；XdiUdi。AG=输出电流/输入电压;具有电导量纲（mA/v），所以AG称为互导增益。1.开环互导增益：2.闭环互导增益：3.反馈系数：AG=Io/Udi；AGf=Io/Ui；BR=Uf/Io；一、电流串联负反馈AGUiUfReRcRbUdi+-+-IoBR（二）增益和反馈系数的表示方法：5.反馈深度：4.基本反馈方程式：本例中：F=1+BRAG；AGf=Io/UiBR=Uf/Io=IoRe/Io=Re；=AG/(1+BRAG)无量纲•转换为电压增益为：AUf=Uo/Ui=IoRL/Ui=AGfRLAGUiUfReRcRbUdi+-+-IoBR二、电压串联负反馈（一）判断反馈类型：（步骤）1.找反馈网络：存在反向传输渠道(Re、Rf)。2.电压与电流反馈：令Uo=0时,Uf=0，故为电压反馈。3.串联与并联反馈：4.反馈极性：（用瞬时极性法）结论：此电路为电压串联负反馈。电压串联负反馈放大电路++-UiUo+UccUfRbRc1ReRc2Re+-RfUf串入输入回路，故为串联反馈。Udi(=Ui-Uf)减小，故为负反馈+AUUiUfReRcRbUdi+-+-UoBURf+-电压串联负反馈放大电路的一般形式•可将电压串联负反馈电路写成一般形式：（二）增益和反馈系数的表示方法：•对于电压串联负反馈:XoUo;XfUf;XdiUdi。AU=输出电压/输入电压;无量纲1.开环电压增益：2.闭环电压增益：3.反馈系数：AU=Uo/UdiAUf=Uo/UiBU=Uf/Uo无量纲二、电压串联负反馈AUUiUfReRcRbUdi+-+-UoBURf+-（二）增益和反馈系数的表示方法：5.反馈深度：4.基本反馈方程式：本例中：F=1+AUBUAUfBU=Re1/(Re1+Rf)=AU/（1+AUBU）无量纲AUUiUfReRcRbUdi+-+-UoBURf+-三、电流并联负反馈电流并联负反馈放大电路--+（一）判断反馈类型：（步骤）1.找反馈网络：存在反向传输渠道(Re2、Rf)。2.电压与电流反馈：3.串联与并联反馈：反馈信号以If出现，为并联反馈。4.反馈极性：（用瞬时极性法）Idi(=Ii-If)减小故为负反馈结论：此电路为电流并联负反馈。令u0=0时,If0，故为电流反馈UiUo+UccIfRbRc1Rc2Re2+-RfIiIdiIoIfAIUiIfRe2Rc2IiIdiIoBIRf电流并联负反馈放大电路的一般形式•可将电流并联负反馈电路写成一般形式：（二）增益和反馈系数的表示方法：•对于电流并联负反馈:XoIo;XiIiXdiIdi。AI=输出电流/输入电流;无量纲1.开环电流增益：2.闭环电流增益：3.反馈系数：AI=Io/IdiAIf=Io/IiBI=If/Io无量纲无量纲三、电流并联负反馈无量纲（二）增益和反馈系数的表示方法：5.反馈深度：4.基本反馈方程式：本例中：F=1+BIAI；AIf=Io/IiBI=If/Io=Re2/(Re2+Rf)；=AI/（1+BIAI）无量纲•转换成电压增益:Auf=Uo/Ui=-IoRL’/IiRif=-AIfRL’/Rif引入反馈后的输入电阻四、电压并联负反馈（一）判断反馈类型：（步骤）1.找反馈网络：存在反向传输渠道(Rf)。2.电压与电流反馈：用前述的方法判断(电压反馈)。3.串联与并联反馈：用前述的方法判断(并联反馈)。4.反馈极性：用瞬时极性法判断Idi(=Ii-If)减小,故为负反馈.结论：此电路为电压并联负反馈。电压并联负反馈电路图+-UiUoEc.RfRcIfAUUiRcIdiUoBR+-ARUiRcUoRf+ARIiIf电压并联负反馈的一般形式•可将电压并联负反馈电路写成一般形式：（二）增益和反馈系数的表示方法：•对于电压并联负反馈:•XoUo;XiIi;XdiIdi。AR=输出电压/输入电流;量纲(v/mA),故称为互阻增益.1.开环电压增益：2.闭环电压增益：3.反馈系数：AR=Uo/Idi；ARf=Uo/Ii；BG=If/Uo；无量纲电阻量纲电阻量纲四、电压并联负反馈（二）增益和反馈系数的表示方法：5.反馈深度：4.基本反馈方程式：本例中：F=1+BGAR；ARf=Uo/IiBG=If/Uo=-1/Rf；=AR/（1+BGAR）无量纲•转换成电压增益为Auf=Uo/Ui=U0/IiRif=ARf/Rif引入反馈后的输入电阻7.3负反馈对放大电路性能的影响二、负反馈对输入电阻的影响三、负反馈对输出电阻的影响四、负反馈对通频带的影响五、负反馈对非线性失真的影响六、信号源内阻对反馈放大器的影响一、负反馈对增益的影响七、负反馈对噪声、干扰和温漂的影响一、负反馈可提高增益的稳定性•无论何种负反馈，闭环增益都比开环增益下降1+AB倍，但不同的反馈组态AB的量纲不同。1.定性分析：由于各种因素的影响:Xf