放大电路中的反馈.ppt

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制作：路勇 第四章放大电路中的反馈第一节负反馈的基本概念第二节负反馈放大器的分类第三节负反馈对放大电路性能的影响第四节负反馈放大器的方框图分析法 一反馈的定义二单环反馈放大器的理想模型三基本反馈方程式第一节反馈的概念 一反馈的定义：反馈——是将输出信号的一部分或全部通过一定的络送回到放大电路的输入端，并对输入信号产生影响。开环——放大电路无反馈也称开环。闭环——放大电路有反馈也称闭环。第一节反馈的基本概念 XO基本放大器A反馈网络B-XfXdiXi正向传输反向传输图4.01反馈概念方框图图中：Xi——是输入信号；Xf——是反馈信号；Xdi—为净输入信号；所以有Xdi=Xi－Xf （二）负反馈和正反馈负反馈—加入反馈后，净输入信号|Xdi|<|Xi|，输出幅度下降。正反馈—加入反馈后，净输入信号|Xdi|>|Xi|，输出幅度增加。正反馈和负反馈的判断法之一：瞬时极性法1.在放大电路的输入端，假设输入信号的电压极性，可用“+”、“-”或“↑”、“↓”表示。2.按信号传输方向依次判断相关点的瞬时极性，从而判断出反馈信号的瞬时电压极性。3.如果反馈信号使净输入减小，则为负反馈；反之为正反馈。 正反馈和负反馈可用下列规则来判断：反馈信号和输入信号加于输入回路一点时:1.瞬时极性相同的为正反馈;2.瞬时极性相反的是负反馈；反馈信号和输入信号加于输入回路两点时:1.瞬时极性相同的为负反馈;2.瞬时极性相反的是正反馈。对三极管来说这两点是基极和发射极;对运算放大器来说是同相输入端和反相输入端。正反馈和负反馈的判断法之二： 1.将输出电压‘短路’，若反馈信号为零则为电压反馈；2.若反馈信号仍然存在，则为电流反馈。电压反馈：反馈信号的大小与输出电压成比例的反馈——称为电压反馈；电流反馈：反馈信号的大小与输出电流成比例的反馈——称为电流反馈。电压反馈与电流反馈的判断：（三）电压反馈和电流反馈 （四）串联反馈和并联反馈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。此时反馈信号与输入信号是电流相加减的关系。此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。1.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；2.输入信号和反馈信号一个加在基极，一个加在发射极则为串联反馈。对于三极管来说: 对于运算放大器来说:1.反馈信号与输入信号同时加在反相输入端，则为并联反馈；2.一个加在同相输入端，一个加在反相输入端则为串联反馈。 （五）交流反馈和直流反馈1.反馈信号中只有交流成分时为交流反馈；3.反馈信号只有直流成分时为直流反馈；2.反馈信号中既有交流成分又有直流成分时为交直流反馈。 二、单环反馈放大器的理想模型UiReRcUfUdiUo如图所示反馈电路可分为两部分：图4-03.(a)简化的反馈电路1.基本放大器A：可由单级或多级放大器组成。2.反馈网络B：一般由无源纯电阻网络组成。上述反馈放大器的一般形式可由方框图来概括 A——基本放大器；所以有：Xdi=Xi－Xf图4-03.(b)反馈电路的方框图反馈环——由基本放大器A和反馈网络B构成的闭合环路。如图所示为一单环反馈放大器的方框图：XO基本放大器A反馈网络B-XfXdiXiB——反馈网络；——比较器（相加点）Xi——是输入信号；Xf——是反馈信号；Xdi—为净输入信号；X——广义信号量；——带传输方向的支路； XO基本放大器A反馈网络B-XfXdiXi正向传输反向传输理想模型的假定：（1）.正向传输:(由输入到输出)只经过基本放大器，而不经过反馈网络。（2）.反向传输:(由输出到输入)只经过基本放大器，而不经过反馈网络。结论：在一定条件下实际的反馈放大器可以用理想模型来近似分析。 三、基本反馈方程式基本反馈方程式：为分析反馈放大器的基本公式1.放大电路的开环增益：2.反馈网络的反馈系数：3.基本反馈方程式：A=Xo/XdiB=Xf/XoAf=A/(1+AB)推导过程XO基本放大器A反馈网络B-XfXdiXi Af=Xo/XiXdi=Xi-XfAf=Xo/Xi=AXdi/(Xdi+ABXdi)因此：Af=A/(1+AB)此式为基本反馈方程式上式反映了反馈放大器的基本性能；上式是在负反馈条件下导出的，只适合于分析负反馈放大器。结论XO基本放大器A反馈网络B-XfXdiXi=AXdi/(Xdi+Xi) 索引4.反馈深度1+AB越大,闭环增益Af越小反馈越明显;它反映了反馈对放大电路影响的程度。1+AB越大,反馈程度越深称为反馈深度所以:F=(1+AB)闭环增益:Af=A/(1+AB)因为对于负反馈1+AB＞1时，Af＜A； 5.环路增益AB环路增益AB——是指放大电路和反馈网络所形成环路的增益，当AB>>1时称为深度负反馈，于是闭环增益为：Af=A/(1+AB)1/B在深度负反馈条件下，闭环增益近似等于反馈系数的倒数，与有源器件的参数基本无关。反馈网络一般是由无源元件构成的，其稳定性优于有源器件，因此深度负反馈时的增益比较稳定。结论索引 要注意的是——Xi、Xf和Xo是广义信号量，因此闭环增益可以为不同的物理含义：索引1.当它们都是电压信号时，A、Af、F无量纲，A和Af是电压放大倍数。2.当它们都是电流信号时，A、Af、B无量纲，A和Af是电流放大倍数。3.当它们既有电压信号也有电流信号时，A、Af、B有量纲，A和Af也有专门的增益称谓。 第二节负反馈的分类负反馈类型有四种:一电流串联负反馈二电压串联负反馈三电流并联负反馈四电压并联负反馈分析反馈的属性、求电压增益等动态参数。 UiUoUccUfRbRcRe+一电流串联负反馈（一）判断反馈类型：（步骤）1.找反馈网络：看是否存在反向传输渠道(Re)。2.电压与电流反馈：采用前述的两种方法判断(电流反馈)。3.串联与并联反馈：采用前述的两种方法判断(串联反馈)。4.反馈极性：采用瞬时极性法判断（负反馈）结论：此电路为电流串联负反馈。电压串联负反馈电路图(动画9-1)(动画9-2) AGUiUfReRcRbUdi+-+-IoBR电流串联负反馈的一般形式可将电流串联负反馈电路写成一般形式： （二）增益和反馈系数的表示方法：对于电流串联负反馈:XoIo;XfUf。以Io和Uf描述反馈组态更为确切：互导增益AGAG=输出电流/输入电压;（mA/v）具有电导量纲1.开环互导增益：2.闭环互导增益：3.反馈系数：AG=Io/Udi；AGf=Io/Ui；BR=Uf/Io；以Io起反馈作用；而以Uf体现出来。 （二）增益和反馈系数的表示方法：5.反馈深度：4.基本反馈方程式：本例中：F=1+BRAG；AGf=Io/Ui=AGUdi/（Udi+Uf）BR=Uf/Io=IoRe/Io=Re；=AG/（1+BRIo/Udi）=AG/（1+BRAG）无量纲若等效电阻为定值时电压增益为：AUf=Uo/Ui=IoRc/Ui=AGfRc 结论：1.在理想模型中导出的各参数的公式，与具体反馈电路的分析结果是一致的。2.它跟具反馈组态的不同各代表不同的量纲和不同的物理意义。 电压串联负反馈放大电路二电压串联负反馈UiUo+UccUfRbRc1Re+Rc2Re+-Rf+-（一）判断反馈类型：（步骤）1.找反馈网络：看是否存在反向传输渠道(Re、Rf)。2.电压与电流反馈：用两种方法判断(电压反馈)。3.串联与并联反馈：用两种方法判断(串联反馈)。4.反馈极性：用瞬时极性法判断（负反馈）结论：此电路为电压串联负反馈。 AUUiUfReRcRbUdi+-+-UoBURf+-电压串联负反馈放大电路的一般形式可将电压串联负反馈电路写成一般形式： （二）增益和反馈系数的表示方法：对于电压串联负反馈:XoUo;XfUf。以Uo和Uf描述反馈组态更为确切：电压增益AUAU=输出电压/输入电压;无量纲1.开环电压增益：2.闭环电压增益：3.反馈系数：AU=Uo/Udi；AUf=Uo/Ui；BU=Uf/Uo；以Uo起反馈作用；而以Uf体现出来。无量纲 （二）增益和反馈系数的表示方法：5.反馈深度：4.基本反馈方程式：本例中：F=1+BUAU；AUf=Uo/Ui=AUUdi/（Udi+Uf）BU=Uf/Uo=Re1/(Re1+Rf)；=AU/（1+BUAU）无量纲 第三节负反馈对放大电路性能的影响一、负反馈对增益的影响二、负反馈对输入电阻的影响三、负反馈对输出电阻的影响四、负反馈对通频带的影响五、负反馈对非线性失真的影响六、负反馈对噪声、干扰和温漂的影响 一负反馈可提高增益的稳定性根据负反馈基本方程，无论何种负反馈，反馈增益都比开环增益下降1+AB倍，但不同的反馈组态AB的量纲不同。对电压串联负反馈1.定性分析：由于各种因素的影响:AXoXfXdiXo2.定量分析：对于一定的Xi、，输出Xo稳定则增益Af稳定 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:有反馈时增益的稳定性比无反馈时提高了(1+AB)倍。 二负反馈对通频带的影响放大电路加入负反馈后增益下降，但通频带却加宽了.图04.14负反馈对通频带的影响无反馈时的通频带f=fH－fLfHfH有反馈时的通频带fF=(1+AB)fHfF 有反馈时的通频带fF=(1+AB)fH负反馈放大电路扩展通频带有一个重要的特性——即增益与通频带之积为常数：有反馈时高频段的增益为: 输入正常信号，输出失真的信号。失真的反馈信号，使净输入产生相反的失真。从而弥补了放大电路本身的非线性失真。三负反馈对非线性失真的影响负反馈可以改善放大电路的非线性失真，但是只能改善反馈环内产生的非线性失真。图04.15负反馈对非线性失真的影响 四负反馈对噪声、干扰和温漂的影响原理同负反馈对放大电路非线性失真的改善。负反馈只对反馈环内的噪声和干扰有抑制作用，且必须加大输入信号才使抑制作用有效。 五负反馈对输入电阻的影响(1)串联负反馈使输入电阻增加串联负反馈输入端形式如图（串联电压、串联电流）式中ri=rdi为无反馈时的电阻。图04.10串联负反馈对输入电阻的影响负反馈对输入电阻的影响与反馈加入的方式有关:(与串联或并联反馈有关，而与电压或电流反馈无关)有反馈的输入电阻：则有：rif>r.i。电流串联也满足同样关系 并联负反馈输入端的形式如图：图04.11并联负反馈对输入电阻的影响(2)并联负反馈使输入电阻减小对电压并联和电流并联负反馈效果相同。只要是并联负反馈就可使输入电阻减小。有反馈的输入电阻：满足rifro关系即：使输出电阻增加。 结论（1）.加入负反馈后,对放大器输出阻抗的影响只取决于采样内容(电流、电压）（2）.引入电压负反馈，使输出电阻减小。（意味着放大器输出等效为一低阻电压源）（3）.引入电流负反馈，使输出电阻增加。（意味着放大器输出等效为一高阻电流源） 七信号源内阻对反馈放大器的影响（1）.串联反馈：信号源须采用低内阻Rs,才能得到反馈效果。（2）.并联反馈：信号源须采用高内阻Rs,才能得到反馈效果。Ausf=Aus/(1+AusBu)Aus=Auri/(Rs+ri)AIsf=AIs/(1+AIsBI)AIs=AIRs/(Rs+ri) 第四节负反馈放大器的方框图分析法一方框图分析法二电压并联负反馈放大器的计算三电压串联负反馈放大器的计算四电流串联负反馈放大器的计算五电流并联负反馈放大器的计算 AUUiGsIiAUoARUiGL’AIiIiBIOBIOAIOIsBYiBYfBYrBYoBYiAYfAYrAYoA图04.18电压并联负反馈方框图（原网络）一.方框图分析法：以电压负反馈为例，介绍方框图法的一般原则:从四端网络理论来看，电压并联反馈组态用导纳Y参数来描述极为方便: A网络的参数定义为： B网络的参数定义为：考虑到B网络对A网络的负载作用,可将YiB,YoB归入A网络。 AUUiGsUoARUiGL’AIsYiYfA0YoIfBB=YrBUo图04.18电压并联负反馈方框图（A、B网分开）Yi=YiA+YiBY0=Y0A+Y0B反向传输信号不经过A网络YrA可忽略正向传输信号不经过B网络YfB可忽略此时A、B网络可分开：(B网络的负载作用作用已归入A网络) 计算时，考虑反馈元件对基本放大器输入、输出回路的负载作用可遵循以下规则进行：1.求B网络对基本放大器输入回路的负载作用时：凡电压反馈，令Uo=0，从输入端看反馈网络的负载作用。凡电流反馈，令Io=0，从输入端看反馈网络的负载作用。2.求B网络对基本放大器输出回路的负载作用时：凡串联反馈，令Ii=0，从输出端看反馈网络的负载作用。凡电流反馈，令Ui=0，从输出端看反馈网络的负载作用。利用上述规则分别计算四种基本反馈组态。 UiUoEcRfRc+IsRsRL图04.19电压并联负反馈（a电路图）二、电压并联负反馈放大器的计算：电压并联负反馈的一个原理图：(一)、判别反馈类型：属电压并联负反馈;故采用电流源信号。(二)、画基本放大电路：1.画出交流路：图04.19电压并联负反馈（b交流通路） IsRsRfRfRL’2.求输入电路：按上述原则可得：3.求输出电路：按上述原则可得：4.求出拆除反馈网络后等效电路：电压并联负反馈（输入电路）电压并联负反馈（输出电路） 拆除反馈网络后等效电路IsRsRfRCRL’RfIfUo(三)、基本放大电路计算：1.输入电阻：ri=Rf//hie2.输出电阻：ro=Rf//(1/hie)3.开环互阻增益： 由于：则： (四)、反馈放大电路计算：1.求互阻反馈系数：由输出回路可得:2.求反馈深度：4.求闭环互阻增益：F=1+BGAR；ARf=Uo/Ii=Uo/（Idi+If）BG=If/Uo=(Ui-Uo)/UoRf=-1/Rf；=AR/（1+BGAR）=AR/F3.求输入阻抗：rif=ri/F 5.考虑Rs影响时,闭环互阻增益为：AUsf=Uo/Us=Uo/IsRs=ARsf/RsARsf=ARs/（1+ARsBG）6.闭环电压增益为：7.求输出阻抗：rof=ro/（1+ARsoBG）式中:rof’=rof//Rc 8.在深度负反馈条件下：ARsf=ARs/（1+ARsBG）1/BG=-RfAUsf=ARsf/Rs=-Rf/Rs