负反馈放大电路

1/89第1章绪论第2章晶体二极管及应用第3章晶体三极管及应用第4章场效应管及基本放大电路第5章放大电路的频率响应第6章负反馈放大电路第7章双极型模拟集成电路的分析与应用第8章集成运算放大器的分析与应用第10章直流稳压源电路课程章节问题：1.什么是反馈？为什么要引入反馈？2.如何判断电路是是否有反馈？3.反馈有哪几种组态？4.反馈改善了放大电路的哪些性能？5.什么样的反馈放大电路容易产生自激振荡？如何消除自激？第6章负反馈放大电路3/89第6章负反馈放大电路6.1反馈的基本概念6.2负反馈放大器的分类6.3负反馈对放大器性能的影响6.4负反馈方框图分析方法小结6.5负反馈放大器的稳定性及其相位补偿4/896.1反馈的基本概念三、单环反馈理想模型四、基本反馈方程式一、反馈的定义二、反馈的分类5/89一、反馈的定义放大电路A输入信号（Ui或Ii）输出信号（Uo或Io）反馈网络B反馈信号（Uf或If）+反馈概念：将输出信号取出一部分或全部送回到放大电路的输入回路，与原输入信号相加或相减后再作用到放大电路的输入端。正向传输反向传输闭环：放大电路有反馈称闭环。开环：放大电路无反馈称开环。6/89举例说明：UiU0ReIBQIEQEcUEUB稳定工作点的过程：T↑→↑,ICBO↑→ICQ↑→IEQ↑→UE=IEQRe↑UBE=UB-UE↓IBQ↓←ICQ↓←UiUoReIeUfUBE基本放大电路反馈网络直流反馈EBEcRhR//RUERRRI1ieb2b1b2b1b1B7/89二、反馈的分类反馈信号的极性正反馈：负反馈：反馈信号使放大器的净输入信号增强反馈信号使放大器的净输入信号减小反馈信号的属性直流反馈交流反馈混合反馈反馈的取样信号电压反馈电流反馈反馈在输入端的引入方式并联反馈串联反馈8/89XdiXi三、单环反馈的理想模型放大电路A反馈网络B+Xo-Xf反馈环理想模型：正向传输反向传输1.正向传输信号只经过放大电路A;2.反向传输信号只经过反馈网络B。只有一个反馈环称单环反馈放大器9/89XdiXi放大电路A反馈网络B+Xo-Xf开环增益dioXXA反馈系数ofXXB闭环增益iofXXAABAA1ffidiXXX负反馈放大器—基本反馈方程式AfA反馈放大器方框图四、基本反馈方程式反馈深度ABF1,AB:环路增益10/89四、基本反馈方程式(续）在深度反馈的情况下：F1或AB1,BABAABAA11f说明：在深度负反馈条件下,闭环放大倍数近似等反馈系数的倒数,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。XdiXi放大电路A反馈网络B+Xo-Xf反馈放大器方框图11/896.2负反馈放大器的分类及判别方法三、电流并联负反馈四、电压并联负反馈一、电流串联负反馈二、电压串联负反馈输出取样方式输入引入方式12/89一、电流串联负反馈放大电路UoUiEC1.判断反馈的类型1)找出反馈网络即与输入回路有关，又与输出回路有关的网络。—ReIoUfUdi2)判断反馈的类型①判断电压、电流反馈的方法电压反馈：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。由电路知Uf=IoRe，与输出电流Io成正比，因此是电流反馈。13/89UoUiECIoUfUdi判断电压、电流反馈简单的判断方法：将输出电压‘短路’，若反馈回来的反馈信号为零，则为电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为电流反馈。2)判断反馈的类型(续）问题：如何判断是电压反馈还是电流反馈？14/89反馈信号与输入信号是电流相加减的关系。反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。UoUiECIoUfUdi②判断串联、并联反馈方法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；反之，加在放大电路输入回路的两个电极，则为串联反馈。举例说明：对于三极管来说，反馈信号与输入信号同时加在输入三极管的基极或发射极，则为并联反馈；一个加在基极，另一个加在发射极则为串联反馈。右上角电路中，输入信号Ui加在基极，反馈信号Uf加在发射极，因此是串联反馈。2)判断反馈的类型(续）15/89瞬时极性法：在放大电路的输入端，假设一个输入信号的电压极性，可用“+”、“-”。按信号传输方向经基本放大器反馈网络判断相关点的瞬时极性，直至判断出反馈信号的瞬时电压极性。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。电流串联负反馈③判断正、负反馈方法UoUiECIoUfUdi+-+2)判断反馈的类型(续）16/89电流串联负反馈举例：右电路中UoUiECIoUfUdi+-+Udi=Ui-UfUi即由于反馈的引入削弱了净输入信号，因此是负反馈。6-1③判断正、负反馈方法(续）17/89电流串联负反馈④判断直流、交流反馈的方法电容观察法：反馈通路如存在隔直电容，则为交流反馈；反馈通路如存在旁路电容，则为直流反馈；反馈通路不存在电容，则为交直流混合反馈。UoUiECIoUfUdi举例说明：经分析可知，右上角电路反馈元件Re引入的是交直流、电流串联负反馈。2)判断反馈的类型(续）18/89电流串联负反馈3.增益及反馈系数说明：电流串联负反馈是利用输出电流Io取得反馈，在输入端以电压的形式来调节输入，因此采用输出电流Io和输入电压来描述该反馈组态的增益为佳。+-UiRbBRRe+-UfAG+-UdiRcIo19/89UoUiUfUdi2.方框图+-UiRbBRRe+-UfAG+-UdiRcUoUiECIoUfUdiIo问题：如何获得方框图？答案：由交流通路得到。20/89具有电阻的量纲称互阻反馈系数电流串联负反馈3.增益及反馈系数（续）+-UiRbBRRe+-UfAG+-UdiRcIo开环增益dioGUIA具有电导的量纲称互导增益闭环增益ioGfUIA反馈系数ofRIUB反馈方程式RGGf1BAAAG反馈深度RG1BAF电压增益cGfioUfRAUUA无量纲oGoIBAIUUUURifdii21/89二、电压串联负反馈放大电路1.判断反馈的类型1)找出反馈网络—Rf和Re12)判断反馈的类型+-Uf+-Udi①将输出对地短路，反馈消失，因此是电压反馈。②输入信号和反馈信号加在三极管的两个输入端，故为串联反馈。③假定输入电压的瞬时极性为正，反馈电压的瞬时极性也为正，Udi=Ui-UfUi,因此是负反馈。+--++④电路中无电容，因此是交直流反馈。22/89称为极间反馈2)判断反馈的类型(续）Rf和Re1组成两级放大电路的交直流电压串联负反馈。Re1也是T1本级的电流串联负反馈。Re2又是T2本级的电流串联负反馈。电路中存在三个反馈环，分析时以级间反馈作为主要反馈环。6-2电压串联负反馈23/89+-Uf+-Udi电压串联负反馈2.方框图+-UiRbAU+-UdiRc2+-Uo-BURe+UfRf24/89电压串联负反馈3.增益及反馈系数开环增益dioUUUA闭环增益ioUfUUA反馈系数ofUUUB反馈方程式UUUUf1BAAA反馈深度UU1BAF+-UiRbAU+-UdiRc2+-Uo-BURe+UfRf无量纲oUoUBAUUUUUUifdii25/89反馈信号与输入信号是电流相加减的关系。三、电流并联负反馈放大电路1.判断反馈的类型1)找出反馈网络—Rf和Re22)判断反馈的类型①将输出对地短路，反馈仍存在，因此是电流反馈。②输入信号和反馈信号加在三极管的同一输入端，故为并联反馈。③由瞬时极性法可判断：If的方向由输入流入Rf，Idi=Ii-IfIi，因此是负反馈。+---④电路中无电容，因此是交直流反馈。IiIdiIf26/892.增益及反馈系数开环增益dioIIIA无量纲闭环增益ioIfIIA反馈系数ofIIIB反馈方程式IIIIf1BAAA反馈深度II1BAF+-UiAIIdiRc2BIRfRe2IoIiIf电流并联负反馈oIoIBAIIIIIIifdii27/89反馈信号与输入信号是电流相加减的关系。IoEC四、电压并联负反馈放大电路1.判断反馈的类型1)找出反馈网络—Rf2)判断反馈的类型①将输出对地短路，反馈消失，因此是电压反馈。②输入信号和反馈信号加在三极管的同一输入端，故为并联反馈。③由瞬时极性法可判断：If的方向由输入流入Rf，Idi=Ii-IfIi，因此是负反馈。+-④电路中无电容，因此是交直流反馈。If28/89+-UiARIdiRc2BGRfIiIf+-Uo2.增益及反馈系数开环增益dioRIUA闭环增益ioRfIUA反馈系数ofGUIB反馈方程式GRRRf1BAAA反馈深度GR1BAFIoEC具有电导量纲称互导反馈系数具有电阻量纲称互阻增益oRoUBAUIIIIGifdii29/89五、电压、电流负反馈特点电流负反馈的特点是使输出电流稳定。当输入信号ui稳定的情况下，负反馈电路的调整控制过程如下：β↓io=ic↓→uf=ioRE↓udi=ui-uf↑io↑→30/89五、电压、电流负反馈特点RL↓→uo↓→uo↑↓→udi=ui-uf↑ofE1E1fuRRRu电压负反馈的特点是使输出电压稳定。当输入信号ui稳定的情况下，负反馈电路的调整控制过程如下：31/896.3负反馈对放大器性能的影响三、负反馈对非线性失真的影响五、负反馈对输入输出阻抗的影响一、负反馈对增益的影响二、负反馈对通频带的影响四、信号源内阻对负反馈放大器性能的影响32/89一、负反馈对增益的影响根据负反馈基本方程，不论何种负反馈，都可使反馈放大倍数下降1+AB倍，只不过不同的反馈组态A、B的量纲不同而已。ABAA1f反馈放大器的增益由于某种原因，使基本放大器的增益由A→A'BAAABAA11f))(1(1BAABAA-AffAAAABA1133/89一、负反馈对增益的影响（续）ABAA1f))(1(1BAABAA-A小结：加入反馈后，闭环增益的变化律是开环增益变化率的1/（1+A'B)，有反馈时增益的稳定性比无反馈时提高了(1+A'B)倍。加深度反馈后，放大器的稳定性更高。注意：在负反馈条件下增益的稳定性也得到了提高，这里增益应该与反馈组态相对应。深度反馈情况下1+A'B1，可得：BA1f34/89二、负反馈对通频带的影响f|AU(j)|幅频特性曲线：放大器的增益AU与频率f的关系曲线UA21flfh低频截止频率高频截止频率BW=fh-fl通频带引入反馈后增益下降AUfUfA21flffhf通频带加宽BWf=(1+AUB)BWAU小结：负反馈的引入使放大电路的通频带得到展宽。35/89三、负反馈对非线性失真的影响XdiXi放大电路A反馈网络B+Xo-Xf小结：1.负反馈改善波形失真的实质是利用失真减小失真，但不能完全消除失真。2.负反馈只能减小反馈环内的失真，如输入信号本身就是失真的，负反馈则不能改善失真。6-36-436/89四、信号源内阻对负反馈放大器性能的影响输入应采用电压源Us，Rs影响归入基本放大器。UisiUsArRrAUUsUsUfs1BAAAUUs1BAF当Rs→∞时，AUs→0,UsUfsAA1.串联负反馈放大器结论：对于串联负反馈，信号源应采用低内阻Rs才能得到好的反馈效果。失去负反馈的作用AB+Us-RsriUsdiUdi37/89输入应采用电流源Is，Rs影响归入基本放大器。IissIsArRRAIIsIsIfs1BAAAIIs1BAF当Rs→0时，AIs→0,IsIfsAA2.并联负反馈放大器对于并联负反馈，信号源应采用高内阻Rs才能得到好的反馈效果。失去负反馈的作用AB+Is-RsriIsdiIdi38/89五、负反馈对输入、输出阻抗的影响1.负反馈对输入阻抗的影响负反馈对输入电阻的影响与反馈加入的方式有关，而与