模電課件第六章(模擬電子技術基礎第四版童詩白華成英PPT課件

1、6.1 負反饋的概念凡是將放大電路輸出端的信號（電壓或電流）的一部分或全部引回到輸入端，與輸入信號迭加，就稱為反饋。若引回的信號削弱了輸入信號，就稱為負反饋。若引回的信號增強了輸入信號，就稱為正反饋。這里所說的信號一般是指交流信號，所以判斷正負反饋，就要判斷反饋信號與輸入信號的相位關系，同相是正反饋，反相是負反饋。第1頁/共63頁放大器輸出輸入取+ 加強輸入信號 正反饋 用于振蕩器取 - 削弱輸入信號 負反饋 用于放大器開環(huán)閉環(huán)負反饋的作用：穩(wěn)定靜態(tài)工作點；穩(wěn)定放大倍數(shù)；提高輸入電阻；降低輸出電阻；擴展通頻帶。反饋網(wǎng)絡疊加反饋信號實際被放大信號反饋框圖：第2頁/共63頁ufud例：Rf 、RE

2、1組成反饋網(wǎng)絡，反饋系數(shù)：fEEofRRRUUF11+C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2RE1CEC3C2+ECuoui+T1T2Rf第3頁/共63頁6.2 負反饋的類型及分析方法6.2.1 負反饋的類型一、電壓反饋和電流反饋電壓反饋：反饋信號取自輸出電壓信號。電流反饋：反饋信號取自輸出電流信號。電壓負反饋：可以穩(wěn)定輸出電壓、減小輸出電阻。電流負反饋：可以穩(wěn)定輸出電流、增大輸出電阻。根據(jù)反饋所采樣的信號不同，可以分為電壓反饋和電流反饋。第4頁/共63頁RLuoRLuo電壓反饋采樣的兩種形式：采樣電阻很大第5頁/共63頁電流反饋采樣的兩種形式：RLioiERLioiERf采樣電阻很小第

3、6頁/共63頁根據(jù)反饋信號在輸入端與輸入信號比較形式的不同，可以分為串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋。串聯(lián)反饋：反饋信號與輸入信號串聯(lián)，即反饋電壓信號與輸入信號電壓比較。并聯(lián)反饋：反饋信號與輸入信號并聯(lián)，即反饋信號電流與輸入信號電流比較。串聯(lián)反饋使電路的輸入電阻增大；并聯(lián)反饋使電路的輸入電阻減小。二、串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋第7頁/共63頁iifibib=i-if并聯(lián)反饋ufuiubeube=ui-uf串聯(lián)反饋第8頁/共63頁三、交流反饋與直流反饋交流反饋：反饋只對交流信號起作用。直流反饋：反饋只對直流起作用。若在反饋網(wǎng)絡中串接隔直電容，則可以隔斷直流，此時反饋只對交流起作用。在起反饋作用的電阻兩端并聯(lián)旁路電容，

4、可以使其只對直流起作用。有的反饋只對交流信號起作用；有的反饋只對直流信號起作用；有的反饋對交、直流信號均起作用。第9頁/共63頁增加隔直電容C后，Rf只對交流起反饋作用。注：本電路中C1、C2也起到隔直作用。+C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2CEC3C2+ECuoui+T1T2RfRE1C第10頁/共63頁增加旁路電容C后，Rf只對直流起反饋作用。C+C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2CEC3C2+ECuoui+T1T2RfRE1第11頁/共63頁負反饋交流反饋直流反饋電壓串聯(lián)負反饋電壓并聯(lián)負反饋電流串聯(lián)負反饋電流并聯(lián)負反饋穩(wěn)定靜態(tài)工作點負反饋的分類小結第12頁/共63頁

5、6.2.2 負反饋的分析方法分析步驟：3. 是否負反饋？4. 是負反饋！那么是何種類型的負反饋？（判斷反饋的組態(tài)）1. 找出反饋網(wǎng)絡（電阻）。2. 是交流反饋還是直流反饋？一、反饋類型的判斷第13頁/共63頁正反饋和負反饋的判斷 在放大電路的輸入端，假設一個輸入信號對地的極性，用“+”、“-”表示。按信號傳輸方向依次判斷相關點的瞬時極性，直至判斷出反饋信號的瞬時極性。如果反饋信號的瞬時極性使凈輸入減小，則為負反饋；反之為正反饋。 反饋信號和輸入信號加于輸入回路一點時，瞬時極性相同的為正反饋，瞬時極性相反的是負反饋。 反饋信號和輸入信號加于輸入回路兩點時，瞬時極性相同的為負反饋，瞬時極性相反的是

6、正反饋。 以上輸入信號和反饋信號的瞬時極性都是指對地而言，這樣才有可比性。瞬時極性法 對三極管來說這兩點是基極和發(fā)射極，對運算放大器來說是同相輸入端和反相 輸入端。第14頁/共63頁電壓串聯(lián)負反饋電壓串聯(lián)負反饋瞬時極性法當vi一定時：若 RLvovfvidvo電壓串聯(lián)負反饋電壓負反饋串聯(lián)負反饋輸出回路輸入回路基本放大器反饋網(wǎng)絡gViViVfVoIgRLRoV.AFAFvividvfvo反饋信號和輸入信號加于輸入回路兩點時，瞬時極性相同為負反饋。電壓負反饋穩(wěn)定輸出電壓反饋信號與電壓成比例，是電壓反饋。 反饋電壓Vf與輸入電壓Vid是串聯(lián)關系， 故為串聯(lián)負反饋。第15頁/共63頁例例1 1：試分析

7、該電路存在的反饋，并判斷其反饋組態(tài)。 經(jīng)Rf加在發(fā)射極E1上的反饋電壓Vf與輸入電壓Vi是串聯(lián)關系， 故為串聯(lián)負反饋。+vf-解：根據(jù)瞬時極性法判斷該電路為負反饋。輸出回路反饋信號與電壓成比例，是電壓反饋。輸入回路反饋信號和輸入信號加于輸入回路兩點時，瞬時極性相同為負反饋。電壓串聯(lián)負反饋第16頁/共63頁例例2 2：試分析該電路存在的反饋，并判斷其反饋組態(tài)。解: 根據(jù)瞬時極性法電路是負反饋。 反饋信號vf和輸入信號vi加在運放A1的兩個輸入端，故為串聯(lián)反饋。 反饋信號與輸出電壓成比例，故為電壓反饋。反饋信號和輸入信號加于輸入回路兩點時，瞬時極性相同為負反饋。交直流串聯(lián)電壓負反饋第17頁/共63

8、頁AFoIgRLRoV.gIiIiIfI.電壓并聯(lián)負反饋電壓并聯(lián)負反饋AFvoIiIidIf反饋信號和輸入信號加于輸入回路同一點時，瞬時極性相反為負反饋。電壓負反饋輸出端的取樣是電壓并聯(lián)負反饋輸入端Ii和If以并聯(lián)的方式進行比較第18頁/共63頁電流電流并聯(lián)并聯(lián)負反饋負反饋AFoIgRLRoVgIiIiIfI.iiiidifAF反饋信號和輸入信號加于輸入回路同一點時，瞬時極性相反為負反饋。io當ii一定時：若 RL變化ioifiidio通過R、Rf電流負反饋穩(wěn)定輸出電流電流負反饋輸出端的取樣是電流并聯(lián)負反饋輸入端Ii和If以并聯(lián)的方式進行比較第19頁/共63頁例例3 3：試分析該電路存在的反饋

9、，并判斷其反饋組態(tài)。電流并聯(lián)負反饋解：根據(jù)瞬時極性法判斷iIiI輸入信號與反饋信號是并聯(lián)的形式，所以是并聯(lián)負反饋。反饋信號和輸入信號加于輸入回路同一點時，瞬時極性相反是負反饋。反饋信號取自與輸出電流，所以是電流負反饋。fI第20頁/共63頁例例4 4：反饋信號和輸入信號加于輸入回路同一點時，瞬時極性相反是負反饋。試分析該電路存在的反饋，并判斷其反饋組態(tài)。電流并聯(lián)負反饋輸入信號與反饋信號是并聯(lián)的形式， 所以是并聯(lián)負反饋。反饋信號取自與輸出電流，所以是電流負反饋。解：根據(jù)瞬時極性法判斷第21頁/共63頁電流串聯(lián)負反饋電流串聯(lián)負反饋AFgViViVfVoIgRLRoVAFvividvf反饋信號和輸入

10、信號加于輸入回路兩點時，瞬時極性相同為負反饋。io輸出端的取樣是電流，所以是電流負反饋。輸入端Vid和Vf以串聯(lián)的方式進行比較，所以是串聯(lián)負反饋。第22頁/共63頁例5：電流串聯(lián)負反饋試分析該電路存在的反饋，并判斷其反饋組態(tài)。反饋信號和輸入信號加于輸入回路兩點時，瞬時極性相同為負反饋。解：根據(jù)瞬時極性法判斷第23頁/共63頁例6：試判斷電路的反饋組態(tài)。解: 根據(jù)瞬時極性法 經(jīng)Rf 加在E1上是交流負反饋。反饋信號和輸入信號加在T1兩個輸入電極，故為串聯(lián)反饋。 交流電壓串聯(lián)負反饋。經(jīng)電阻R1加在基極B1上的是直流電流并聯(lián)負反饋。第24頁/共63頁電壓反饋和電流反饋 將輸出電壓短路，若反饋信號為零

11、，則為電壓反饋；若反饋信號仍然存在，則為電流反饋。電壓反饋：反饋信號的大小與輸出電壓成比 例的反饋稱為電壓反饋；電壓反饋與電流反饋的判斷：電流反饋：反饋信號的大小與輸出電流成比 例的反饋稱為電流反饋。第25頁/共63頁串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋 反饋信號與輸入信號加在輸入回路的同一個電極上，則為并聯(lián)反饋；反之，加在放大電路輸入回路的兩個電極，則為串聯(lián)反饋。 對于三極管來說，反饋信號與輸入信號同時加在三極管的基極或發(fā)射極，為并聯(lián)反饋；一個加在基極一個加在發(fā)射極則為串聯(lián)反饋。 對于運算放大器來說，反饋信號與輸入信號同時加在同相輸入端或反相輸入端，則為并聯(lián)反饋；一個加在同相輸入端一個加在反相輸入端則為串聯(lián)反

12、饋。 此時反饋信號與輸入信號是電壓相加減的關系。 此時反饋信號與輸入信號是電流相加減的關系。第26頁/共63頁例7：判斷Rf是否負反饋，若是，判斷反饋的組態(tài)。uoufube=ui-ufuc1ub2uc2uoufubeuc1ub2uc2+C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2RE1CEC3C2+ECuoui+T1T2Rf此電路是電壓串聯(lián)負反饋，對直流不起作用。第27頁/共63頁例8：判斷Rf是否負反饋，若是，判斷反饋的組態(tài)。+UCCRCC2C1Rfuiuoiibif電壓反饋并聯(lián)反饋uoifib=i+ifuo此電路是電壓并聯(lián)負反饋，對直流也起作用。第28頁/共63頁例9：判斷Rf是否負反饋，

13、若是，判斷反饋的組態(tài)。電流反饋并聯(lián)反饋iE2uFiFiBuC1uB2uC1uB2iB2iE2uouiiiBiFuFRE2RfRE1RC1RC2+UCCiE2第29頁/共63頁例9：判斷Rf是否負反饋，若是，判斷反饋的組態(tài)。電流并聯(lián)負反饋。對直流也起作用，可以穩(wěn)定靜態(tài)工作點。uouiiiBiFuFRE2RfRE1RC1RC2+UCCiE2uC1uB2第30頁/共63頁二、負反饋放大電路的放大倍數(shù)iofXXA ofXXF 反饋網(wǎng)絡的反饋系數(shù)放大電路的閉環(huán)放大倍數(shù)fiidXXXFAAXXXAXXA1fididiofFAXXXXXXofidoidf式中：由于稱為環(huán)路增益。放大電路的開環(huán)放大倍數(shù) ido

14、XXA 第31頁/共63頁反饋深度反饋深度FA1稱為反饋深度,11) 1 (AAFAF，則若相當于引入負反饋。,11)2(AAFAF，則若,01)3(FAFA，則若相當于引入正反饋。相當于輸入為零時仍有輸出，故稱為“自激狀態(tài)”。第32頁/共63頁環(huán)路增益環(huán)路增益 環(huán)路增益 是指放大電路和反饋網(wǎng)絡所形成環(huán)路的增益，當 1時稱為深度負反饋，相當于 1+ 1。于是閉環(huán)放大倍數(shù)FAFFAAA11fFAFA第33頁/共63頁說明 在深度負反饋條件下，閉環(huán)放大倍數(shù)近似等于反饋系數(shù)的倒數(shù)，與有源器件的參數(shù)基本無關。一般反饋網(wǎng)絡是無源元件構成的，其穩(wěn)定性優(yōu)于有源器件，因此深度負反饋時的放大倍數(shù)比較穩(wěn)定。 在此

15、還要注意的是 、 和 可以是 電壓信號，也可以是電流信號。iXfXoX 1.當它們都是電壓信號時， 、 、 無量綱， 和 是電壓放大倍數(shù)。 AfAFAfA 2.當它們都是電流信號時， 、 、 無量綱， 和 是電流放大倍數(shù)。 AfAFAfA 3.當它們既有電壓信號也有電流信號時， 、 、 有量綱， 和 也有專門的放大倍數(shù) 稱謂。fAAAfAF第34頁/共63頁二、負反饋放大電路的放大倍數(shù)方法一：當電路比較簡單時，可直接用微變等效電路分析。RCRB1RB2RE1RE2CEC2C1+UCCuouiUBEIEUBUEbeLorRA開環(huán)：11EbeLFR)(rRA閉環(huán)：例：第35頁/共63頁放大倍數(shù)穩(wěn)定

16、性的比較：=60時, Ao =-93=50時, Ao =-77=60時, AF =-19.4=50時, AF =-18.6無負反饋時：beLorRA有負反饋時：11EbeLFR)(r RARB1=100kRB2=33kRE=2.4kRE1=100RC=5kRL=5k=60EC=15Vrbe=1.62 k第36頁/共63頁方法二：從負反饋電路的閉環(huán)放大倍數(shù)的公式出發(fā)。FAAAooF11. 先計算Ao和F 。2. 計算AF。RCRB1RB2RE1RE2CEC2C1+UCCuouiUBEIEUBUE例：11LELceEofRRRIIRUUFbeLorRA第37頁/共63頁F- 0.1 / (5/5)

17、 =-0.04RB1=100kRB2=33kRE=2.4kRE1=100RC=5kRL=5k=60EC=15Vrbe=1.62 k6926215260.rRAbeLo71904069216921.FAAAooF41911.R)(rRAEbeLF與方法一的計算結果基本相同。第38頁/共63頁方法三：放大倍數(shù)的近似計算。FAAAooF1FAF1RCRB1RB2RE1RE2CEC2C1+UCCuouiUBEIEUBUE例：25111ELEbeLFRRR)(rRA若（1+ ）RF rbe, 則251FAF與方法一比較：在深度負反饋下，兩種方法結果一致。第39頁/共63頁深度負反饋: 根據(jù)AF和F的上述

18、關系，可以先找出反饋系數(shù)F，再算出AF 。實際中需要計算的往往是電壓放大倍數(shù)。而用上述關系計算出來的AF ，除電壓串聯(lián)負反饋電路的AF表示電壓放大倍數(shù)之外，其它組態(tài)電路的AF都不是電壓放大倍數(shù)。要得到電壓放大倍數(shù)，還要經(jīng)過換算。 下面從另一角度出發(fā)，介紹一種粗略估算深度負 反 饋 電 路 的 電 壓 放 大 倍 數(shù) 的 方 法 。 由 于AF 1/F=Xo/Xi，所以Xi=FXo=(Xf/Xo)Xo=Xf。這樣，在串聯(lián)負反饋電路里，UfUi，U i0。FFAAA11f第40頁/共63頁 而在并聯(lián)負反饋電路里，IfIi，Ii0。同時，深度并聯(lián)負反饋電路的輸入電阻近似為0，故Ui0，i0。這種假設

19、情況下，用近似方法無法計算放大器本身的電壓放大倍數(shù)。但是，由于整個電路的輸入電流IiIi=(US-Ui)/RSUS/RS。US和RS為信號源電壓和內(nèi)阻。利用這個關系，可以粗略計算出輸出電壓Uo相對于信號源電壓US的放大倍數(shù)Aufs，Aufs=Uo/US。第41頁/共63頁 例計算圖例10所示電壓串聯(lián)負反饋電路的電壓 放大倍數(shù)。 (a)R5V1C2R9R6R8C5R7V2C3UfRfC4RLUoUCCR4R2R1C1Ui圖例10電壓串聯(lián)負反饋電路 第42頁/共63頁(b)R1UoRfUfR2Ui圖例10電壓串聯(lián)負反饋電路 第43頁/共63頁11,1144,44),)RRRUUUUAUUURRRU

20、bRRRUUUUAUUURRRUaffoiouffioffffoiouffioff中在圖（所以中在圖（解第44頁/共63頁 例 計算圖例1所示電流串聯(lián)負反饋電路的電壓放大倍數(shù)。 解 在圖（a）中，設輸出電流Io為三極管集電極電流，且流出為正,則有 而UiUf=-IoRe1，所以LcLLooRRRRIU/,1eLfoioufRRUUUUA第45頁/共63頁(a)RcVC3UfUCCRe1RbC1Ui(b)C2Re2RLUoR1UoRLUfR2UiUiIo 圖例11 電流串聯(lián)負反饋電路 第46頁/共63頁 在圖(b)中，負載電阻跨接在反相輸入端和輸出端之間，Uf=IoR1,Uo=IoRL,Ui=U

21、f，所以11RRRIRIUUUUALoLofoiouf第47頁/共63頁 例 計算圖例12所示電壓并聯(lián)負反饋電路的電壓 放大倍數(shù)。(a)R2V1C3RLUoR3C1C2IiIiRSUSR1IfUCCUi 圖例12 電壓并聯(lián)負反饋電路 第48頁/共63頁 圖例12 電壓并聯(lián)負反饋電路 (b)R1RfR2UiIfIiIiUoUi第49頁/共63頁 在圖(b)中，由于是電壓并聯(lián)負反饋，基本放大器輸入端是集成運放反相輸入端。這里的Ui0，If=-Uo/Rf。本電路中的Ui和R1相當于信號電壓源及其 內(nèi) 阻 ，Ii=Ui/R1， 又 由 于IiIf， 所 以 -Uo/Rf=Ui/R1，于是得SiSfSo

22、ufsfiSSiofiRRIRIRUUAIIRUIRUIUa111, 0)故可得到而所以中，由于在圖（解1RRUUAfiouf第50頁/共63頁 例 計算圖例13所示電流并聯(lián)負反饋電路的電壓 放大倍數(shù)。 (a)R1V1R5R4V2C3RLUoUCCR2C1UiC2IiIiIfRSUSR3Io 圖例13 電流并聯(lián)負反饋電路 第51頁/共63頁 圖例13 電流并聯(lián)負反饋電路 (b)R1RLR2IoIiUi UoUiIi第52頁/共63頁 解 在圖(a)中，設輸出電流Io是三極管V2的集 電極電流，且規(guī)定流出為正。由于Ui0， SLoSLofSLoiSLoSousfLoofiSSiofRRRRRRRRIRRIIRRIIRRIUUARIUIIRUIIRRRI553553535,/,故可得到所以， 在圖(b)中，負載電阻跨接在反相輸入端和輸出端之間。第53頁/共63頁 本電路中的Ui和R1相當于信號電壓源及其內(nèi)阻，Uo=-IoRL，Ui0，故Ii=Ui/R1。綜合這些條件，可以得到11RRIRRIUUALiLoiouf第54頁/共63頁6.3 負反饋對放大電路的影響基本放大電路AodXoX反饋回電路FfXiX+dooXXAofXXFfidXXX反饋電路的基本方程