现代电子线路04反馈放大器

2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第四章No.1第四章：反馈放大器本章内容：§4.1反馈的基本概念与分类§4.2负反馈对放大器性能的改善§4.3深度负反馈放大器的分析方法(feedbackamplifier)2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第四章No.2§4.1反馈的基本概念与分类一、反馈的基本概念1、什么是反馈在电子电路中，将放大电路的输出量（电压或电流）的一部分或全部，通过一定的方式，反送到输入回路中，从而去影响电路输入量（电压或电流）的措施称为反馈。引入反馈的目的是通过输出对输入的影响来改善系统的运行状况及控制效果。(feedback)2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第四章No.32、反馈的一般框图按照反馈放大器各部分电路的功能可将其分为基本放大电路和反馈网络两部分，其一般框图如下：反馈放大器的一般框图基本放大电路反馈网络输入量净输入量反馈量输出量iXdXfXoX开环增益：反馈系数：闭环增益：doXXAofXXFiofXXA定义：(open-loopgain)(closed-loopgain)(feedbackfactor)AF2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第四章No.43、反馈有无的判断依据：反馈通路（反馈网络）的有无。查看输入端与输出端是否构成回路（反馈通路）；输出回路、输入回路的交叉支路一定是反馈通路。uo－＋Auiuo－＋AuiR1Rfuo－＋AuiRf无反馈无反馈有反馈(feedbackpath)2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第四章No.51、正反馈与负反馈根据反馈极性（输入量与反馈量如何合成净输入量的方式）的不同，反馈分为正反馈与负反馈两种。正反馈：相加合成，反馈的结果使净输入量增大，即fidXXXFAAXXXXXAfdoiof1负反馈：相减合成，反馈的结果使净输入量减小，即fidXXXFAAXXXXXAfdoiof1(positivefeedback)(negativefeedback)二、反馈的分类与判别2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第四章No.6反馈极性的判别瞬时极性法：规定电路输入信号在某一时刻对地的极性，由基本放大电路逐级分析出输出信号的极性；根据输出信号的极性判断出反馈信号的极性；若反馈信号使净输入信号增大，说明引入的是正反馈；若反馈信号使净输入信号减小，说明引入的是负反馈。uo－＋AuiRfR1(+)(-)(-)正反馈负反馈uo－＋AuiR1Rf(+)(+)(-)iiidif2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第四章No.72、直流反馈与交流反馈直流反馈：如果反馈量只含有直流量，称为直流反馈，它仅在直流通路中存在，影响电路的直流特性，如静态工作点。交流反馈：如果反馈量只含有交流量，称为交流反馈，它仅在交流通路中存在，影响电路的交流特性，如放大倍数、输入输出电阻等。在很多放大电路中，交、直流反馈往往同时存在。根据反馈量的交、直流性质划分，反馈分为直流反馈与交流反馈。2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第四章No.8交、直流反馈的判别Cuo－＋AuiRfR1Cuo－＋AuiRfR1依据：反馈存在于交流通路还是直流通路。直流反馈交流反馈2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第四章No.93、电压反馈与电流反馈判别：负载短路法。将负载RL短路，即令uo＝0，考察反馈信号，如果反馈信号为0，即不存在反馈，则说明反馈信号取自输出端电压，为电压反馈；如果反馈信号不为0，即反馈依然存在，则说明反馈信号取自输出电流，为电流反馈。根据反馈量在放大电路输出端的采样方式划分，反馈分为电压反馈与电流反馈。电压反馈：反馈量取自输出端电压。电流反馈：反馈量取自输出电流。(currentfeedback)(voltagefeedback)2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第四章No.104、串联反馈与并联反馈方法一：将净输入信号和反馈信号表示成电压形式，考察它们的连接方式，串联串馈，并联并馈。方法二：输入端短路法，令ui＝0，考察反馈信号能否影响净输入信号，如果能，为串联反馈；如果不能，为并联反馈。串联反馈：反馈量与输入量以电压方式叠加；并联反馈：反馈量与输入量以电流方式叠加。(seriesfeedback)(parallelfeedback)根据反馈量与输入量在电路输入端的叠加方式划分，反馈分为串联反馈与并联反馈。判别：2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第四章No.11三、负反馈放大电路的四种组态为便于定量分析，可按照反馈的极性、输入量与输出量的电性来对反馈进行分类。反馈极性正反馈：净输入量增大；负反馈：净输入量减小。输出量电压反馈：反馈量取自输出电压；电流反馈：反馈量取自输出电流。输入量串联反馈：反馈量与输入量以电压方式合成；并联反馈：反馈量与输入量以电流方式合成。AFoUAFoIAFiUdUfUAFiIdIfI2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第四章No.12三种分类法排列组合，可得八种反馈类型，这里只讨论负反馈得四种类型，它们是：电压串联负反馈：doUUUAofUUUFUUUUFFAAA1电压并联负反馈：doGUIAofRIUFRGGGFFAAA1电流串联负反馈：doRIUAofGUIFGRRRFFAAA1电流并联负反馈：doIIIAofIIIFIIIIFFAAA12020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第四章No.131、电压串联负反馈uo－＋AuiRfR1(+)(+)(+)uduf1ofUuuFfofURRRuuF11VCCuiuo(+)(+)(+)(-)(-)(+)(+)ufud++++2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第四章No.142、电压并联负反馈uo－＋AuiR1Rf(+)(+)(-)iiidiffofGRuiF1fofGRuiF1VCCui(+)(+)(-)uoidifiiRf++2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第四章No.153、电流串联负反馈只有直流反馈，无交流反馈fofRRIuFuo－＋AuiRLRf(+)(+)(+)udufioVCCuiuo(+)(+)(+)(-)(-)ufudRfIofofRRiuF+++2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第四章No.164、电流并联负反馈iiidifuo－＋AuiR1Rf(+)(-)RLio(-)VCCuiuo(+)(+)(-)(-)(+)(+)iiidifio(-)R1RfffofIRRRiiF1ffofIRRRiiF1++2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第四章No.17§4.2负反馈对放大器性能的改善一、反馈条件与假定1、条件：串馈用压源，并馈用流源。2、假定①、反馈网络的正向传递可以忽略；理由：F网络的正向传递远小于A网络的正向传递。②、基本放大电路的内馈可以忽略；理由：内馈系数远小于反馈系数。③、反馈网络为线性网络，且与Rs、RL无关；④、放大器工作在中频区。为实数、FA2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第四章No.18二、稳定放大倍数闭环放大倍数ADAAFAAF1定义反馈深度：AFD1D表示引入负反馈的强度。上式对A求导，2)1(1AFdAdAFAdAAFAdAFF11可见，闭环放大倍数的相对变化良为开环的1/D，亦即闭环放大倍数的稳定性提高了D倍。2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第四章No.19HMHffjAA1式中AM为中频增益，AH为高频增益。则HFMFHMMHMHMHHHFffjAffjFAAFffjAffjAFAAA111111式中，FAAAMMMF1)1(FAffMHHF三、扩展通频带可见，闭环的fHF比开环增大了D倍，同理可得，闭环的fLF比开环减小了D倍。2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第四章No.20引入负反馈后，通频带扩展了D倍。另外，对比引入负反馈前后，有BWMBWFMFfAfA说明在引入负反馈前后，放大器的增益带宽积保持不变，由此可知要使放大电路具有更大的带宽，必须引入较强的负反馈，但这是以牺牲放大器的放大倍数为代价的。BWMHMHFLFHFBWFfFAfFAffff)1()1(2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第四章No.21AFxixoxfxixfxi’fiixxx'设经放大后xo产生失真，xf与xo的失真情况相同，则闭环后xf与xi叠加得到xi’如图，xi’经过A放大后得到的xo’上的失真将有所改善。四、减小非线性失真2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第四章No.22五、改变输入、输出电阻1、对输入电阻Ri的影响串馈入阻增，并馈入阻减。指对基本放大电路Ri的影响①、串联反馈AFuiudufRiRifiiidiiuRifdiiifiuuiuRidUUdiuFAu压馈idRGdiuFAu流馈DRi串联反馈输入电阻增大D倍。2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第四章No.23②、并联反馈AFuiRiRifiidiiiuRdfiiiifiiuiuRdGRdiiFAiu压馈DRi/idifdIIdiiFAiu流馈并联反馈输入电阻减小D倍。2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第四章No.242、对输出电阻Ro的影响压馈出阻减，流馈出阻增。①、电压反馈AF0ixfdxxofFuxuoioRoAsoxdRof计算输出电阻时，将输入信号源关闭，保留内阻。将无负载时的基本放大电路的开环增益记为Aso。ooofiuR而odsoooRxAuioosooRFuAu2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第四章No.25ooUUsooRuFAu串馈DRuoooosoooRFuAuiooGRsooRuFAu并馈DRiuRoooof电压反馈输出电阻减小D倍。2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第四章No.26②、电流反馈AF0ixfdxxofFuxuoioRoAsoxdRofooofiuRosooodsooooFiARuxARuioUUsoooiFARu串馈oGRsoooiFARu并馈DRRoof电流反馈输出电阻增大D倍。2020/9/17SchoolofPhysics,Pek