第六章放大電路中的反饋

第六章放大電路中的反饋第一頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五5.1負(fù)反饋放大電路的組成和基本類型引言5.1.2負(fù)反饋放大電路的基本類型

5.1.3負(fù)反饋放大電路分析

5.1.1反饋放大電路的組成及基本關(guān)系式第二頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五反饋

—

將電路的輸出量(電壓或電流)的部分或全部，通過一定的元件，以一定的方式回送到輸入回路并影響輸入量(電壓或電流)和輸出量的過程。引言2.

信號(hào)的兩種流向正向傳輸：輸入輸出反向傳輸：輸出輸入—

開環(huán)—

閉環(huán)輸入輸出

放大電路

反饋網(wǎng)絡(luò)第三頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五A+–比較環(huán)節(jié)5.1.1反饋放大電路的組成一、反饋的組成和基本關(guān)系式基本放大電路F反饋網(wǎng)絡(luò)xi—輸入信號(hào)(ii或ui)xid—

凈輸入信號(hào)(iid或uid)xo—輸出信號(hào)(io或uo)xf—

反饋信號(hào)(if或uf)第四頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五二、反饋的分類1.正反饋和負(fù)反饋正反饋—

反饋使凈輸入電量增加，從而使輸出量增大。負(fù)反饋—反饋使凈輸入電量減小，從而使輸出量減小。判斷法：瞬時(shí)極性法2.直流反饋和交流反饋直流反饋

—

直流信號(hào)的反饋。交流反饋

—

交流信號(hào)的反饋。第五頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五例

5.1.1輸入回路輸出回路判斷電路是否存在反饋。是正反饋還是負(fù)反饋？直反饋還是交流反饋？RE介于輸入輸出回路，有反饋。反饋使

uid減小，為負(fù)反饋。既有直流反饋，又有交流反饋。第六頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五5.1.2負(fù)反饋放大電路的基本類型一、電壓反饋和電流反饋電壓反饋

—

反饋信號(hào)取自輸出電壓的部分或全部。判別法：使uo=0(RL短路)，若反饋消失則為電壓反饋。電流反饋

—

反饋信號(hào)取自輸出電流。判別法：使io=0(RL開路)，若反饋消失則為電流反饋。AFRLuo電壓反饋電流反饋iouoFARLio第七頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五二、串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋串聯(lián)反饋：反饋信號(hào)與輸入信號(hào)以電壓相加減的形式在輸入端出現(xiàn)。uid

=

ui

uf特點(diǎn)：信號(hào)源內(nèi)阻越小，反饋效果越明顯。并聯(lián)反饋：反饋信號(hào)與輸入信號(hào)以電流相加減的形式在輸入端出現(xiàn)。iid

=

ii

if特點(diǎn)：信號(hào)源內(nèi)阻越大，反饋效果越明顯。AFiiifisiidRSRSAFuiuidufus第八頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五三、四種基本反饋類型AFuiuidufusRSRLuoAFuiuidufusRSiouoRLio電壓串聯(lián)負(fù)反饋電流串聯(lián)負(fù)反饋第九頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五FAiiifisiidRSRLuoFAiiifisiidRSiouoRLio電壓并聯(lián)負(fù)反饋電流并聯(lián)負(fù)反饋第十頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五5.1.3負(fù)反饋放大電路分析例5.1.2AF電壓串聯(lián)負(fù)反饋第十一頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五uo經(jīng)Rf與R1分壓反饋到輸入回路，故有反饋。反饋使凈輸入電壓uid減小，為負(fù)反饋。RL=0，無反饋，故為電壓反饋。uf=uoR1/(R1+Rf)也說明是電壓反饋。uid=ui

uf故為串聯(lián)反饋。第十二頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五例

5.1.3Rf為輸入回路和輸出回路的公共電阻，故有反饋。反饋使凈輸入電壓uid減小，為負(fù)反饋。RL=0，反饋存在，故為電流反饋。uf=ioRf，也說明是電流反饋。uid=ui–

uf故為串聯(lián)反饋。AF電流串聯(lián)負(fù)反饋第十三頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五例

5.1.4Rf為輸入回路和輸出回路的公共電阻，故有反饋。反饋使凈輸入電流iid減小，為負(fù)反饋。RL=0，無反饋，故為電壓反饋。iid=ii

if，故為并聯(lián)反饋。AF電壓并聯(lián)負(fù)反饋第十四頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五例5.1.5Rf介于輸入回路和輸出回路，故有反饋。反饋使凈輸入電流iid減小，為負(fù)反饋。RL=0，反饋存在，故為電流反饋。iid=ii–

if，故為并聯(lián)反饋。AF電流并聯(lián)負(fù)反饋第十五頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五電流串聯(lián)負(fù)反饋電壓串聯(lián)負(fù)反饋例5.1.6

反饋類型的判斷第十六頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五RE—

引入本級(jí)電流串聯(lián)負(fù)反饋；引入級(jí)間電流并聯(lián)負(fù)反饋。例5.1.7

反饋信號(hào)與輸入信號(hào)在不同節(jié)點(diǎn)為串聯(lián)反饋，在同一個(gè)節(jié)點(diǎn)為并聯(lián)反饋。反饋取自輸出端或輸出分壓端為電壓反饋，反饋取自非輸出端為電流反饋。規(guī)律：第十七頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五5.1.4反饋放大電路的框圖表示法一、反饋放大電路的框圖在一個(gè)帶反饋的放大電路中，放大電路本身和反饋網(wǎng)絡(luò)是緊密相連、混為一體的。但是，為了突出反饋的作用，分析反饋對(duì)放大電路的影響，我們又希望把反饋放大電路分解為兩部分：一是不帶反饋的“基本放大電路”，二是“反饋網(wǎng)絡(luò)”。所以能這樣做，依據(jù)的是所謂“信號(hào)單方向作用的假定”。第十八頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五

前面已多次提到信號(hào)的正向和反向傳輸通道，前者是指放大電路本身，而后者是指反饋網(wǎng)絡(luò)。實(shí)際上，這兩個(gè)通道是很難分開的。因?yàn)橐话阌蔁o源元件R和C組成的反饋網(wǎng)絡(luò)顯然是雙向作用的，而放大電路本身也存在固有的內(nèi)部反饋。但是，在工程實(shí)踐中的我們有必要也有理由來做一些合理的假定，目的在于突出主要的因素，略去次要的因素，使工作機(jī)理更清晰，問題的處理更簡(jiǎn)單。第十九頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五先看信號(hào)的正向傳輸，輸入信號(hào)可以通過放大電路，也可以通過反饋網(wǎng)絡(luò)作正向傳輸。前者有很強(qiáng)的放大作用，而后者只能由衰減作用。兩相比較，我們有理由略去通過反饋網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)正向傳輸，而認(rèn)為信號(hào)的正向傳輸只能通過放大電路。同樣，如果略去放大電路本身固有的內(nèi)部反饋，則可以認(rèn)為信號(hào)的反向傳輸只能通過反饋網(wǎng)絡(luò)?？傊?，通過基本放大電路的只有信號(hào)的正向傳輸，而通過反饋網(wǎng)絡(luò)的只有信號(hào)的反向傳輸。第二十頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五再作這樣的假定之后，就可以把一個(gè)反饋放大電路表示為如圖所示。在圖中，各量既可為電壓，又可為電流，因此用一般的加相應(yīng)的下標(biāo)表示。圖中，A是基本放大電路的開環(huán)放大倍數(shù)A+–比較環(huán)節(jié)基本放大電路F反饋網(wǎng)絡(luò)第二十一頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五F是反饋量與輸出量之比，叫“反饋系數(shù)”，即因此表示從輸入端的凈輸入量經(jīng)正向通道A和反向通道F,沿反饋形成的閉合環(huán)路繞行一周后，作為反饋量出現(xiàn)在輸入端的信號(hào)傳輸系數(shù)，通常叫做“環(huán)路增益”。第二十二頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五二、閉環(huán)增益的一般表達(dá)式在上圖中，輸出量與輸入量之比叫做反饋放大電路的“閉環(huán)增益”，即它和開環(huán)增益A有著本質(zhì)的區(qū)別。所以可得：這就是反饋放大電路中閉環(huán)增益與開環(huán)增益的一般表達(dá)式。第二十三頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五三、反饋深度由式可得：量是開環(huán)增益與閉環(huán)增益幅值之比，它自然反映了反饋對(duì)放大電路的影響程度。我們把叫做“反饋深度”。第二十四頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五1）如果，則。這就是負(fù)反饋的情況，因?yàn)樗硎痉答伒囊胂魅趿溯斎肓康淖饔茫归]環(huán)增益下降。因?yàn)?/p>

可見負(fù)反饋的作用是使真正加到放大電路輸入端的凈輸入量減小到無反饋時(shí)的

，從而使閉環(huán)增益下降。第二十五頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五2）如果，則。這是正反饋的情況，表明反饋的引入加強(qiáng)了輸入量的作用，使畢環(huán)增益加大。3）當(dāng)時(shí)，閉環(huán)增益。這意味著即使沒有輸入量也仍然有輸出量。這種工作狀態(tài)叫做放大電路的“自激”。在自激時(shí)，放大電路已失去正常的放大功能，因而一般是必須加以消除的。但是，有時(shí)又要對(duì)自激狀態(tài)加以利用。第二十六頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五4）當(dāng)時(shí)，就變?yōu)?，說明此時(shí)反饋放大電路的閉環(huán)增益將只取決于反饋系數(shù)。因?yàn)榉答伨W(wǎng)絡(luò)通常由無源元件組成，這些元件性能非常穩(wěn)定，所以在這種情況下反饋放大電路的工作也將非常穩(wěn)定，不受除輸入量以外的干擾因素的影響。因?yàn)椋?/p>

，所以叫做“深度反饋”。第二十七頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五5.2

負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響

5.2.1提高增益的穩(wěn)定性5.2.2減少失真和擴(kuò)展通頻帶

5.2.3改變放大電路的輸入和輸出電阻第二十八頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五5.2.1提高增益的穩(wěn)定性Af的相對(duì)變化量A的相對(duì)變化量放大倍數(shù)穩(wěn)定性提高第二十九頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五例5.2.1

A

=

103，負(fù)反饋使放大倍數(shù)穩(wěn)定性提高

100

倍，求F、Af、A變化

10%時(shí)的

Af

，以及dAf/Af。解：

1)1+AF=100，則F=(100–1)/

A=0.0992)=103/

100=103)此時(shí)的Af=負(fù)反饋以犧牲放大倍數(shù)，換取了放大倍數(shù)穩(wěn)定性的提高。第三十頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五5.2.2減少失真和擴(kuò)展通頻帶一、減少非線性失真uf加入負(fù)反饋無負(fù)反饋FufAuiuo+–uiduo大小略大略小略小略大uiA接近正弦波改善了波形失真第三十一頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五二、擴(kuò)展通頻帶BW無反饋時(shí)：BW=fH

fL

fH引入反饋后，fA(f)OAm0.707AmfLfHBWAf(f)Amf0.707AmffLffHfBWf可證明：fHf=(1+AF)fHfLf=fL

/

(1+AF)=(1+AF)fH

fHf

=(1+AF)BWBWf=fHf

fLf第三十二頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五5.2.3

改變放大電路的輸入和輸出電阻一、對(duì)輸入電阻的影響1.串聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻增大Rif深度負(fù)反饋：ii

A

FuiuidufRiAFuid第三十三頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五2.并聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻減小Rif深度負(fù)反饋：ifiidii

A

FuiRiAFiid第三十四頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五二、對(duì)輸出電阻的影響1.電壓負(fù)反饋F與A并聯(lián)，使輸出電阻減小。AFRoRofA為負(fù)載開路時(shí)的源電壓放大倍數(shù)。深度負(fù)反饋：2.電流負(fù)反饋F與A串聯(lián)，使輸出電阻增大AFRoRofA為負(fù)載短路時(shí)的源電壓放大倍數(shù)。深度負(fù)反饋：第三十五頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五5.3負(fù)反饋對(duì)放大電路應(yīng)用中的幾個(gè)問題5.3.1放大電路引入負(fù)反饋的一般原則5.3.2深度負(fù)反饋放大電路的特點(diǎn)及性能估算5.3.3負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定性第三十六頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五5.3.1放大電路引入負(fù)反饋的一般原則一、欲穩(wěn)定某個(gè)量，則引該量的負(fù)反饋穩(wěn)定直流，引直流反饋；穩(wěn)定交流，引交流反饋；穩(wěn)定輸出電壓，引電壓反饋；穩(wěn)定輸出電流，引電流反饋。二、根據(jù)對(duì)輸入、輸出電阻的要求選擇反饋類型欲提高輸入電阻，采用串聯(lián)反饋；欲降低輸入電阻，采用并聯(lián)反饋；第三十七頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五要求高內(nèi)阻輸出，采用電流反饋；要求低內(nèi)阻輸出，采用電壓反饋。三、為使反饋效果強(qiáng)，根據(jù)信號(hào)源及負(fù)載確定反饋類型信號(hào)源為恒壓源，采用串聯(lián)反饋；信號(hào)源為恒流源，采用并聯(lián)反饋；要求負(fù)載能力強(qiáng)，采用電壓反饋；要求恒流源輸出，采用電流反饋。第三十八頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五5.3.2深度負(fù)反饋放大電路的特點(diǎn)及性能估算一、深度負(fù)反饋放大電路的特點(diǎn)1.深度負(fù)反饋的特點(diǎn)：AFAxidAFxid(1+AF)xid即：串聯(lián)負(fù)反饋：虛短并聯(lián)負(fù)反饋：虛斷第三十九頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五2.深度負(fù)反饋電路性能的估算：(1)電壓串聯(lián)負(fù)反饋8uiC1R1uoR2Rfuiduf虛短RifRifRof[例1]第四十頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五[例2]RifRifR0f[例3]第四十一頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五(2)電壓并聯(lián)負(fù)反饋運(yùn)算放大器在線性應(yīng)用時(shí)同時(shí)存在虛短和虛斷虛斷虛地[例1]第四十二頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五虛斷虛地[例2]第四十三頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五(3)電流串聯(lián)負(fù)反饋虛短虛斷[例1]第四十四頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五虛短[例2]第四十五頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五(4)電流并聯(lián)負(fù)反饋[例1]虛地第四十六頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五5.3.3負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定性(消除自激振蕩)一、自激振蕩的現(xiàn)象ui=0AuouiAuo二、產(chǎn)生自激振蕩的條件和原因1.自激條件········2.自激的原因附加相移AF使負(fù)反饋正反饋第四十七頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五3.消除自激的方法—相位補(bǔ)償在電路中加入C，或R、C元件進(jìn)行相位補(bǔ)償，改變電路的高頻特性，從而破壞自激條件。相位補(bǔ)償形式滯后補(bǔ)償電容滯后RC滯后超前補(bǔ)償：密勒效應(yīng)補(bǔ)償電容滯后補(bǔ)償RC滯后補(bǔ)償密勒效應(yīng)補(bǔ)償R第四十八頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五小結(jié)第5章第四十九頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五一、反饋的判斷方法1.有無反饋:2.正反饋和負(fù)反饋主要看信號(hào)有無反向傳輸通路。采用瞬時(shí)極性法，看反饋是增強(qiáng)還是削弱凈輸入信號(hào)。對(duì)于串聯(lián)負(fù)反饋，反饋信號(hào)與輸入信號(hào)極性相同；對(duì)于并聯(lián)負(fù)反饋，反饋信號(hào)與輸入信號(hào)極性相反。3.四種反饋組態(tài)電壓和電流反饋：第五十頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五規(guī)則：RL短路，反饋消失則為電壓反饋，反饋存在為電流反饋。規(guī)律：電壓反饋取自輸出端或輸出分壓端；電流反饋取自非輸出端。串聯(lián)和并聯(lián)反饋：規(guī)則：串聯(lián)負(fù)反饋：uid

=

ui