第6章 放大电路中的反馈

第六章放大电路中的反馈6.1反馈的基本概念6.3负反馈对放大电路性能的影响*6.4负反馈放大电路的分析计算*6.5负反馈放大电路的自激振荡6.2负反馈的四种组态和反馈的一般表达式1▶6.1反馈的基本概念在电子设备中经常采用反馈的方法来改善电路的性能，以达到预定的指标。例如，采用直流负反馈稳定静态工作点。Rb1和Rb2分压，使基极UB固定。TICQ(IEQ)UEQ=IEQReUBQ固定UBEQ（=UBQ-UEQ）IBQICQ使ICQ基本不随温度变化，稳定了静态工作点。▶▶6.1.1什么是反馈图6.1.1第六章2图6.1.1放大电路中的反馈，是指将放大电路输出电量(输出电压或输出电流)的一部分或全部，通过一定的方式，反送回输入回路中。UBEQUBQ-ICQRE将输出电流ICQ(IEQ)反馈回输入回路，改变UBEQ，使ICQ稳定。由此可见，欲稳定电路中的某个电量，应采取措施将该电量反馈回输入回路。第六章3▶▶6.1.2反馈的分类一、正反馈和负反馈反馈信号增强了外加输入信号，使放大电路的放大倍数提高——正反馈反馈信号削弱了外加输入信号，使放大电路的放大倍数降低——负反馈反馈极性的判断方法：瞬时极性法。先假定某一瞬间输入信号的极性，然后按信号的放大过程，逐级推出输出信号的瞬时极性，最后根据反馈回输入端的信号对原输入信号的作用，判断出反馈的极性。4(a)正反馈(b)负反馈例：用瞬时极性法判断电路中的反馈极性。--因为差模输入电压等于输入电压与反馈电压之差，反馈增强了输入电压，所以为正反馈。-反馈信号削弱了输入信号，因此为负反馈。图6.1.2第六章5二、直流反馈和交流反馈图6.1.3直流反馈与交流反馈(a)直流负反馈(b)交流负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。第六章6第六章7反馈信号中只包含直流成分——直流反馈；反馈信号中只包含交流成分——交流反馈。直流负反馈的作用是稳定静态工作点，而对放大电路的各项动态性能没有影响；交流负反馈对放大电路的各项动态性能产生不同的影响。三、电压反馈和电流反馈反馈信号取自输出电压，则为电压反馈；电压负反馈的反馈信号与输出电压成比例；反馈信号取自输出电流，则为电流反馈，电流负反馈的反馈信号与输出电流成比例。图6.1.3(b)第六章8根据反馈信号在放大电路输出端采样方式的不同，可分为电压反馈和电流反馈。判断方法：假设将输出端交流短路，如果反馈信号消失，则为电压反馈；否则为电流反馈。Re1两端的电压与输出信号无关，即反馈信号消失，所以为电压反馈。例：图6.1.3(b)第六章9反馈信号末消失，所以为电流反馈。四、串联反馈和并联反馈反馈信号与输入信号在输入回路中以电压形式求和，为串联反馈；如果二者以电流形式求和，为并联反馈。例：FIBiii因为,FIBEuuu因为所以为并联反馈；所以为串联联反馈。第六章10根据反馈信号与输入信号在放大电路输入回路中求和形式的不同，可分为串联反馈和并联反馈。▶6.2负反馈的四种组态和反馈的一般表达式一、电压串联负反馈图6.2.1电压串联负反馈(a)电路图反馈信号与输出电压成正比，集成运放的净输入电压等于输入电压与反馈电压之差，.fi..iUUU.oF11f.URRRU第六章▶▶6.2.1负反馈的四种组态11图6.2.1电压串联负反馈(b)方框图电压放大倍数：'io..UUAuu反馈系数：of..UUFuu因为：.oF11f.URRRU所以反馈系数：F11o.f.RRRUUFuu第六章12放大网络反馈网络二、电压并联负反馈图6.2.2电压并联负反馈(a)电路图反馈信号与输出电压成正比，净输入电流等于外加输入电流与反馈电流之差.f.i.iIIIF.of.RUI第六章13图6.2.2电压并联负反馈(b)方框图放大倍数：io..IUAui——转移电阻反馈系数：of..UIFiu因为：F.of.RUI所以反馈系数：Fo.f.1RUIFiu第六章14——量纲是电导三、电流串联负反馈图6.2.3电流串联负反馈(a)电路图反馈电压与输出电流成正比，净输入电压等于外加输入信号与反馈信号之差.fi..iUUUFo.f.RIU第六章15图6.2.3电流串联负反馈(b)方框图'io..UIAiu——转移电导反馈系数：of..IUFui因为：Fo.f.RIU所以反馈系数：Fo.f.RIUFui16放大倍数：四、电流并联负反馈图6.2.4电流并联负反馈(a)电路图反馈信号与输出电流成正比，净输入电流等于外加输入信号与反馈信号之差：.f.iiIIIF33o.f.RRRII第六章17图6.2.4电流并联负反馈(b)方框图电流放大倍数：io..IIAii反馈系数：o..fIIFii因为：F33o.f.RRRII所以反馈系数：F33o.f.RRRIIFui第六章18四种负反馈组态的电压放大倍数、反馈系数之比较输出信号反馈信号放大网络的放大倍数反馈系数电压串联式电压并联式电流串联式电流并联式o.Uo.Uo.Io.If.Uf.Uf.If.I'io..UUAuu电压放大倍数)('io..IUAui转移电阻)S('io..UIAiu转移电导'io..IIAii电流放大倍数of..UUFuuS)(of..UIFiu)(of..IUFuiof..IIFii第六章19四种负反馈组态的电路图及方框图之比较电路图方框图电压串联式电压并联式电流串联式电流并联式第六章20▶▶6.2.2反馈的方块图和一般表达式图6.2.6反馈放大电路方框图.f.o.iXXX，，分别为输入信号、输出信号和反馈信号；开环放大倍数:.A无反馈时放大网络的放大倍数；因为：i.o.XXAo.f.XXF.f.iiXXX所以：)()(.o..i..f.i.i..oXFXAXXAXAX得：闭环放大倍数:.fAFAAXXA1.i.o.f第六章21FAAXXA1.i.o.f闭环放大倍数：.fA引入反馈后，放大电路对外加输入信号的放大倍数。回路增益：..FA在反馈放大电路中，信号沿放大网络和反馈网络组成的环路传递一周后所得到的放大倍数。：..1FA反馈深度引入反馈后，放大电路的放大倍数与无反馈时相比所变化的倍数。11FA若fAA则——负反馈；11FA若fAA则——正反馈。第六章22反馈的一般表达式：FAAXXA1.i.o.f若11FAFFAAFAAA11...f——深度负反馈结论：深度负反馈放大电路的放大倍数主要由反馈网络的反馈系数决定，能保持稳定。若，01FA则fA——自激振荡第六章23说明当000.iXX时，▶6.3负反馈对放大电路性能的影响▶▶6.3.1提高放大倍数的稳定性引入负反馈后，在输入信号一定的情况下，当电路参数变化、电源电压波动或负载发生变化时，放大电路输出信号的波动减小，即放大倍数的稳定性提高。放大倍数稳定性提高的程度与反馈深度有关。FAAA1..f在中频范围内，AFAA1fAAAFAAd11dff放大倍数的相对变化量：结论：引入负反馈后，放大倍数的稳定性提高了(1+AF)倍。第六章24图6.2.1(a)例6.3.1：在电压串联负反馈放大电路中，k18k210F15RRA，①估算反馈系数和反馈深度F；)1(FA②估算放大电路的闭环电压放大倍数；fA③如果开环差模电压放大倍数A的相对变化量为±10%，此时闭环电压放大倍数Af的相对变化量等于多少？解：①反馈系数1.01822F11ofRRRUUF反馈深度45101.01011FA第六章25②闭环放大倍数101010145..fFAAA③Af的相对变化量%001.010%10d11d4ffAAAFAA结论：当开环差模电压放大倍数变化10%时，电压放大倍数的相对变化量只有0.0001%，而稳定性提高了一万倍。第六章26xf负反馈减小了波形失真加入负反馈无负反馈FxfAxixoxo大小略大略小略小略大xiA接近正弦波预失真+–ix▶▶6.3.2减小非线性失真和抑制干扰同样道理，负反馈可抑制放大电路内部噪声。图6.3.2第六章27▶▶6.3.3展宽频带由于负反馈可以提高放大倍数的稳定性，因而对于频率不同而引起的放大倍数下降，也可以改善。设无反馈时放大电路在中、高频段的放大倍数分别为，上限频率为fＨ；HmAA和HmHj1ffAAHffmAA和引入反馈系数为的负反馈后，放大电路在中、高频段的放大倍数分别为，上限频率为fHf。F第六章28HfmfHmmmHmmHmHmHHHfj1)1(j11j1j11j11ffAfFAfFAAffFAAFffAffAFAAA所以：FAAAmmmf1HmHf)1(fFAf29可见，引入负反馈后，放大电路的中频放大倍数减小为无反馈时的1/；而上限频率提高到无反馈时的倍。)1(mFA)1(FAm同理，可推导出引入负反馈后，放大电路的下限频率降低为无反馈时的1/。)1(mFA结论：引入负反馈后，放大电路的上限频率提高，下限频率降低，因而通频带展宽。BWFABW)1(mf第六章30BWFABW)1(mfAlg20mlg20A3dBmflg20A3dBfLfHBWfLffHfBWf图6.3.3负反馈对通频带和放大倍数的影响f第六章31▶▶6.3.4改变输入电阻和输出电阻不同类型的负反馈，对输入电阻、输出电阻的影响不同。一、负反馈对输入电阻的影响1.串联负反馈使输入电阻增大iiiIURiiiifiiiifIUFAUIUUIUR得：iif)1(RFAR结论：引入串联负反馈后，输入电阻增大为无反馈时的倍。)1(FA图6.3.4第六章32无反馈时：引入反馈后：2.并联负反馈使输入电阻减小..fiiIIIiiiIURiiifiiiiifIFAIUIIUIURFARR1iif得：结论：引入并联负反馈后，输入电阻减小为无负反馈时的1/。)1(FA图6.3.6并联负反馈对Ri的影响第六章33无反馈时：引入反馈后：二、负反馈对输出电阻的影响1.电压负反馈使输出电阻减小RcfLi,0oooRXIURoffiiUFXXXX放大电路的输出电阻定义为：时当0iXooooioooUFARIXARIUo得：FARIURooooof1结论：引入电压负反馈后，放大电路的输出电阻减小到无反馈时的。)1(1FA图6.3.8第六章342.电流负反馈使输出电阻增大图6.3.8offii-IFXXXXooooiooooIFARUXARUI结论：引入电流负反馈后，放大电路的输出电阻增大到无反馈时的倍。)1(oFA第六章35ooRFAIUR)1ooof（得：综上所述1.反馈信号与外加输入信号的求和方式只对放大电路的输入电阻有影响：串联负反馈使输入电阻增大；并联负反馈使输入电阻减小。2.反馈信号在输出端的采样方式只对放大电路的输出电阻有影响：电压负反馈使输出电阻减小；电流负反馈使输出电阻增大。3.串联负反馈只增大反馈环路内的输入电阻；电流负反馈只增大反馈环路内的输出电阻。4.负反馈对输入电阻和输出电阻的影响程度，与反馈深度有关。第六章36*6.4负反馈放大电路的分析计算简单的负反馈放大电路，利用微变等效电路法进行分析计算；对于深度负反馈放大电路，采用估算方法。5.3.1利用