模擬電子技術(shù)課件

模擬電子技術(shù)課件第一頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日5.1反饋的基本概念在電子設(shè)備中經(jīng)常采用反饋的方法來(lái)改善電路的性能，以達(dá)到預(yù)定的指標(biāo)。例如，采用直流負(fù)反饋穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。Rb1和Rb2分壓，使基極UB固定。T

ICQ(IEQ)UEQ=IEQReUBQ固定UBEQ=UBQ-UEQIBQICQ使ICQ基本不隨溫度變化，穩(wěn)定了靜態(tài)工作點(diǎn)。5.1.1反饋概念的建立第二頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D5.1.1放大電路中的反饋，是指將放大電路輸出電量(輸出電壓或輸出電流)的一部分或全部，通過(guò)一定的方式，反送回輸入回路中。UBEQ

UBQ-ICQRE將輸出電流ICQ(IEQ)反饋回輸入回路，改變UBEQ，使ICQ穩(wěn)定。由此可見，欲穩(wěn)定電路中的某個(gè)電量，應(yīng)采取措施將該電量反饋回輸入回路。第三頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日5.1.2反饋的分類一、正反饋和負(fù)反饋反饋信號(hào)增強(qiáng)了外加輸入信號(hào)，使放大電路的放大倍數(shù)提高——正反饋反饋信號(hào)削弱了外加輸入信號(hào)，使放大電路的放大倍數(shù)降低——負(fù)反饋反饋極性的判斷方法：瞬時(shí)極性法。先假定某一瞬間輸入信號(hào)的極性，然后按信號(hào)的放大過(guò)程，逐級(jí)推出輸出信號(hào)的瞬時(shí)極性，最后根據(jù)反饋回輸入端的信號(hào)對(duì)原輸入信號(hào)的作用，判斷出反饋的極性。第四頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日(a)正反饋(b)負(fù)反饋例：用瞬時(shí)極性法判斷電路中的反饋極性。--因?yàn)椴钅］斎腚妷旱扔谳斎腚妷号c反饋電壓之差，反饋增強(qiáng)了輸入電壓，所以為正反饋。-反饋信號(hào)削弱了輸入信號(hào)，因此為負(fù)反饋。第五頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日二、直流反饋和交流反饋圖5.1.3直流反饋與交流反饋(a)直流負(fù)反饋(b)交流負(fù)反饋直流負(fù)反饋可穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，交流負(fù)反饋用以改善放大電路的性能。第六頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日三、電壓反饋和電流反饋如果反饋信號(hào)取自輸出電壓，則為電壓反饋；電壓負(fù)反饋的反饋信號(hào)與輸出電壓成比例；反饋信號(hào)取自輸出電流，則為電流反饋，電流負(fù)反饋的反饋信號(hào)與輸出電流成比例。判斷方法：假設(shè)將輸出端交流短路，如果反饋信號(hào)消失，則為電壓反饋；否則為電流反饋。Re1兩端的電壓與輸出信號(hào)無(wú)關(guān)，即反饋信號(hào)消失，所以為電壓反饋。例：(b)第七頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日反饋信號(hào)末消失，所以為電流反饋。四、串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋反饋信號(hào)與輸入信號(hào)在輸入回路中以電壓形式求和，為串聯(lián)反饋；如果二者以電流形式求和，為并聯(lián)反饋。例：所以為并聯(lián)反饋；所以為串聯(lián)聯(lián)反饋。第八頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日5.1.3負(fù)反饋的四種組態(tài)一、電壓串聯(lián)負(fù)反饋圖5.1.4電壓串聯(lián)負(fù)反饋(a)電路圖反饋信號(hào)與輸出電壓成正比，集成運(yùn)放的凈輸入電壓等于輸入電壓與反饋電壓之差，第九頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D5.1.4電壓串聯(lián)負(fù)反饋(b)方框圖電壓放大倍數(shù)：反饋系數(shù)：因?yàn)椋核苑答佅禂?shù)：第十頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日二、電壓并聯(lián)負(fù)反饋圖5.1.5電壓并聯(lián)負(fù)反饋(a)電路圖反饋信號(hào)與輸出電壓成正比，凈輸入電流等于外加輸入電流與反饋電流之差第十一頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D5.1.5電壓并聯(lián)負(fù)反饋(b)方框圖放大倍數(shù)：——轉(zhuǎn)移電阻反饋系數(shù)：因?yàn)椋核苑答佅禂?shù)：第十二頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日三、電流串聯(lián)負(fù)反饋圖5.1.6電流串聯(lián)負(fù)反饋(a)電路圖反饋信號(hào)與輸出電流成正比，凈輸入電壓等于外加輸入信號(hào)與反饋信號(hào)之差第十三頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D5.1.6電流串聯(lián)負(fù)反饋(b)方框圖——轉(zhuǎn)移電導(dǎo)反饋系數(shù)：因?yàn)椋核苑答佅禂?shù)：第十四頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日四、電流并聯(lián)負(fù)反饋圖5.1.7電流并聯(lián)負(fù)反饋(a)電路圖反饋信號(hào)與輸出電流成正比，凈輸入電流等于外加輸入信號(hào)與反饋信號(hào)之差：第十五頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D5.1.7電流并聯(lián)負(fù)反饋(b)方框圖電流放大倍數(shù)：反饋系數(shù)：因?yàn)椋核苑答佅禂?shù)：第十六頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日四種負(fù)反饋組態(tài)的電壓放大倍數(shù)、反饋系數(shù)之比較輸出信號(hào)反饋信號(hào)放大網(wǎng)絡(luò)的放大倍數(shù)反饋系數(shù)電壓串聯(lián)式電壓并聯(lián)式電流串聯(lián)式電流并聯(lián)式電壓放大倍數(shù)轉(zhuǎn)移電阻轉(zhuǎn)移電導(dǎo)電流放大倍數(shù)第十七頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日5.1.4反饋的一般表達(dá)式圖5.1.9反饋放大電路方框圖

分別為輸入信號(hào)、輸出信號(hào)和反饋信號(hào)；開環(huán)放大倍數(shù)無(wú)反饋時(shí)放大網(wǎng)絡(luò)的放大倍數(shù)；因?yàn)椋核裕旱茫洪]環(huán)放大倍數(shù)第十八頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日閉環(huán)放大倍數(shù)引入反饋后，放大電路對(duì)外加輸入信號(hào)的放大倍數(shù)?；芈吩鲆嬖诜答伔糯箅娐分校盘?hào)沿放大網(wǎng)絡(luò)和反饋網(wǎng)絡(luò)組成的環(huán)路傳遞一周后所得到的放大倍數(shù)。反饋深度引入反饋后，放大電路的放大倍數(shù)與無(wú)反饋時(shí)相比所變化的倍數(shù)?！?fù)反饋；——正反饋。第十九頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日若——深度負(fù)反饋結(jié)論：深負(fù)反饋放大電路的放大倍數(shù)主要由反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù)決定，能保持穩(wěn)定。若則——自激振蕩第二十頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日第二十一頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日5.2負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響5.2.1提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性引入負(fù)反饋后，在輸入信號(hào)一定的情況下，當(dāng)電路參數(shù)變化、電源電壓波動(dòng)或負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，放大電路輸出信號(hào)的波動(dòng)減小，即放大倍數(shù)的穩(wěn)定性提高。放大倍數(shù)穩(wěn)定性提高的程度與反饋深度有關(guān)。在中頻范圍內(nèi)，放大倍數(shù)的相對(duì)變化量：結(jié)論：引入負(fù)反饋后，放大倍數(shù)的穩(wěn)定性提高了(1+AF)倍。第二十二頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D

5.1.4(a)

例：在電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路中，①估算反饋系數(shù)和反饋深度②估算放大電路的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)③如果開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)A的相對(duì)變化量為±10%，此時(shí)閉環(huán)電壓放大倍數(shù)Af的相對(duì)變化量等于多少？解：①反饋系數(shù)反饋深度第二十三頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日②閉環(huán)放大倍數(shù)③Af的相對(duì)變化量結(jié)論：當(dāng)開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)變化10%時(shí)，電壓放大倍數(shù)的相對(duì)變化量只有0.0001%，而穩(wěn)定性提高了一萬(wàn)倍。第二十四頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日xf負(fù)反饋減小了波形失真加入負(fù)反饋無(wú)負(fù)反饋FxfAxixoxo大小略大略小略小略大xiA接近正弦波預(yù)失真+–5.2.2減小非線性失真和抑制干擾同樣道理，負(fù)反饋可抑制放大電路內(nèi)部噪聲。圖第二十五頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日5.2.3展寬頻帶由于負(fù)反饋可以提高放大倍數(shù)和穩(wěn)定性，因而對(duì)于頻率不同而引起的放大倍數(shù)下降，也可以改善。設(shè)無(wú)反饋時(shí)放大電路在中、高頻段的放大倍數(shù)分別為，上限頻率為fＨ；引入反饋系數(shù)為的負(fù)反饋后，放大電路在中、高頻段的放大倍數(shù)分別為，上限頻率為fHf。第二十六頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日所以：第二十七頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日可見，引入負(fù)反饋后，放大電路的中頻放大倍數(shù)減小為無(wú)反饋時(shí)的1/；而上限頻率提高到無(wú)反饋時(shí)的倍。同理，可推導(dǎo)出引入負(fù)反饋后，放大電路的下限頻率降低為無(wú)反饋時(shí)的1/。

結(jié)論：引入負(fù)反饋后，放大電路的上限頻率提高，下限頻率降低，因而通頻帶展寬。第二十八頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日3dB3dBfLfHBWfLffHfBWf圖5.2.3負(fù)反饋對(duì)通頻帶和放大倍數(shù)的影響f第二十九頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日5.2.4改變輸入電阻和輸出電阻不同類型的負(fù)反饋，對(duì)輸入電阻、輸出電阻的影響不同。一、負(fù)反饋對(duì)輸入電阻的影響1.串聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻增大得：結(jié)論：引入串聯(lián)負(fù)反饋后，輸入電阻增大為無(wú)反饋時(shí)的倍。圖第三十頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日2.并聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻減小得：結(jié)論：引入并聯(lián)負(fù)反饋后，輸入電阻減小為無(wú)負(fù)反饋時(shí)的1/。圖5.2.6并聯(lián)負(fù)反饋對(duì)Ri的影響第三十一頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日二、負(fù)反饋對(duì)輸出電阻的影響1.電壓負(fù)反饋使輸出電阻減小Rcf放大電路的輸出電阻定義為：得：結(jié)論：引入電壓負(fù)反饋后，放大電路的輸出電阻減小到無(wú)反饋時(shí)的。圖第三十二頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日2.電流負(fù)反饋使輸出電阻增大圖結(jié)論：引入電流負(fù)反饋后，放大電路的輸出電阻增大到無(wú)反饋時(shí)的倍。第三十三頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日綜上所述1.反饋信號(hào)與外加輸入信號(hào)的求和方式只對(duì)放大電路的輸入電阻有影響：串聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻增大；并聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻減小。2.反饋信號(hào)在輸出端的采樣方式只對(duì)放大電路的輸出電阻有影響：電壓負(fù)反饋使輸出電阻減?。浑娏髫?fù)反饋使輸出電阻增大。3.串聯(lián)負(fù)反饋只增大反饋環(huán)路內(nèi)的輸入電阻；電流負(fù)反饋只增大反饋環(huán)路內(nèi)的輸出電阻。4.負(fù)反饋對(duì)輸入電阻和輸出電阻的影響程度，與反饋深度有關(guān)。第三十四頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日5.3負(fù)反饋放大電路的分析計(jì)算簡(jiǎn)單的負(fù)反饋放大電路，利用微變等效電路法進(jìn)行分析計(jì)算；對(duì)于深度負(fù)反饋放大電路，采用估算方法。5.3.1利用關(guān)系式估算閉環(huán)電壓放大倍數(shù)對(duì)于電壓串聯(lián)負(fù)反饋，中的代表閉環(huán)電壓放大倍數(shù)，因而可直接估算出負(fù)反饋放大電路的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)。因而：第三十五頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日5.3.2利用關(guān)系式估算閉環(huán)電壓放大倍數(shù)放大電路的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)：深度負(fù)反饋放大電路的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)：對(duì)于串聯(lián)負(fù)反饋：并聯(lián)負(fù)反饋：

結(jié)論：根據(jù)負(fù)反饋組態(tài)，選擇適當(dāng)?shù)墓?；再根?jù)放大電路的實(shí)際情況，列出關(guān)系式后，直接估算閉環(huán)電壓放大倍數(shù)。第三十六頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日例：估算深負(fù)反饋運(yùn)放的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)。解：該電路為電壓并聯(lián)負(fù)反饋，在深度負(fù)反饋條件下：則閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為：圖5.3.2例5.3.1電路(a)第三十七頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日該電路為電壓串聯(lián)負(fù)反饋在深度負(fù)反饋條件下圖5.3.2例5.3.1電路(b)第三十八頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D5.3.2例5.3.1電路(c)該電路為電流并聯(lián)負(fù)反饋，在深度負(fù)反饋條件下：故：閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為：第三十九頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D5.3.2例5.3.1電路(d)該電路為電流串聯(lián)負(fù)反饋，在深度負(fù)反饋條件下：第四十頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日5.4負(fù)反饋放大電路的自激振蕩對(duì)于多級(jí)放大電路，如果引入過(guò)深的負(fù)反饋，可能引起自激振蕩。5.4.1產(chǎn)生自激振蕩原因放大電路的閉環(huán)放大倍數(shù)為：在中頻段，在高、低頻段，放大倍數(shù)和反饋系數(shù)的模和相角都隨頻率變化，使。一、自激振蕩的幅度條件和相位條件當(dāng)時(shí)說(shuō)明，此時(shí)放大電路沒(méi)有輸入信號(hào)，但仍有一定的輸出信號(hào)，因此產(chǎn)生了自激振蕩。第四十一頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日所以，負(fù)反饋放大電路產(chǎn)生自激振蕩的條件是：即：幅度條件相位條件例：由單管阻容耦合共射放大電路的頻率響應(yīng)-270o0.707AumAumfLfHBWffφOO-90o-180ofLfH圖第四十二頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日可見，在低、高頻段，放大電路分別產(chǎn)生了0~+90

和0~-90

的附加相移。兩級(jí)放大電路將產(chǎn)生0~180

附加相移；三級(jí)放大電路將產(chǎn)生0~270

的附加相移。對(duì)于多級(jí)放大電路，如果某個(gè)頻率的信號(hào)產(chǎn)生的附加相移為180o，而反饋網(wǎng)絡(luò)為純電阻，則：滿足自激振蕩的相位條件，如果同時(shí)滿足自激振蕩的幅度條件，放大電路將產(chǎn)生自激振蕩。第四十三頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日

結(jié)論，單級(jí)放大電路不會(huì)產(chǎn)生自激振蕩；兩級(jí)放大電路當(dāng)頻率趨于無(wú)窮大或趨于零時(shí)，雖然滿足相位條件，但不滿足幅度條件，所以也不會(huì)產(chǎn)生自激振蕩；但三級(jí)放大電路，在深度負(fù)反饋條件下，對(duì)于某個(gè)頻率的信號(hào)，既滿足相位條件，也滿足幅度條件，可以產(chǎn)生自激振蕩。二、自激振蕩的判斷方法利用負(fù)反饋放大電路回路增益的波特圖，分析是否同時(shí)滿足自激振蕩的幅度和相位條件。第四十四頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日例：某負(fù)反饋放大電路的波特圖為：f/HZf/HZfofo60402000-90°-180°

AF圖5.4.2(a)產(chǎn)生自激由波特圖中的相頻特性可見，當(dāng)f=f0時(shí)，相位移AF=-180o，滿足相位條件；結(jié)論：當(dāng)f=f0時(shí)，電路同時(shí)滿足自激振蕩的相位條件和幅度條件，將產(chǎn)生自激振蕩。此頻率對(duì)應(yīng)的對(duì)數(shù)幅頻特性位于橫坐標(biāo)軸之上，即：第四十五頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日結(jié)論：該負(fù)反饋放大電路不會(huì)產(chǎn)生自激振蕩，能夠穩(wěn)定工作。例：由負(fù)反饋放大電路的波特圖可見，當(dāng)f=f0，相位移

AF=-180o時(shí)f/HZf/HZf0f0604020OO-90°-180°

AFfcfc圖5.4.2利用波特圖來(lái)判斷自激振蕩(b)不產(chǎn)生自激第四十六頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日Gm三、負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定裕度當(dāng)環(huán)境溫度、電路參數(shù)及電源電壓等在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，為保證放大電路也能滿足穩(wěn)定條件，要求放大電路要有一定的穩(wěn)定裕度。1.幅度裕度Gmf/HZf/HZfofo604020OO-90°-180°

AFfcfc對(duì)于穩(wěn)定的負(fù)反饋放大電路，Gm為負(fù)值。Gm值愈負(fù)，負(fù)反饋放大電路愈穩(wěn)定。一般要求Gm≤

-10dB。圖第四十七頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日2.相位裕度