放大電路中的反饋.ppt

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) Fundamentals of Analog Electronic,第七章 放大電路中的反饋,第七章 放大電路中的反饋,7.1 反饋的概念及判斷,7.2 負反饋放大電路的方框圖及放大倍數(shù)的估算,7.3 交流負反饋對放大電路性能的影響,7.4 負反饋放大電路的穩(wěn)定性,7.5 放大電路中的正反饋,本章基本要求,會判：判斷電路中有無反饋及反饋的性質(zhì) 會算：估算深度負反饋條件下的放大倍數(shù) 會引：根據(jù)需求引入合適的反饋 會判振消振：判斷電路是否能穩(wěn)定工作，會消除自激振蕩。,7.1 反饋的概念及判斷,一、反饋的基本概念,二、交流負反饋的四種組態(tài),三、反饋的判斷,1. 什么是反饋,放大電路輸出量的一部分或全部通過一定的方式引回到輸入回路，影響輸入，稱為反饋。,一、反饋的基本概念,要研究哪些問題？,反饋放大電路可用方框圖表示。,2. 正反饋和負反饋,從反饋的結(jié)果來判斷，凡反饋的結(jié)果使輸出量的變化減小的為負反饋，否則為正反饋；,引入反饋后其變化是增大？還是減小？,引入反饋后其變化是增大？還是減小？,或者，凡反饋的結(jié)果使凈輸入量減小的為負反饋，否則為正反饋。,3. 直流反饋和交流反饋,直流通路中存在的反饋稱為直流反饋，交流通路中存在的反饋稱為交流反饋。,引入交流負反饋,直流負反饋主要用于穩(wěn)定放大電路的靜態(tài)工作點，本章重點研究交流負反饋。,4. 局部反饋和級間反饋,只對多級放大電路中某一級起反饋作用的稱為局部反饋，將多級放大電路的輸出量引回到其輸入級的輸入回路的稱為級間反饋。,通過R3引入的是局部反饋,通過R4引入的是級間反饋,通常，重點研究級間反饋或稱總體反饋。,二、交流負反饋的四種組態(tài)：兩個網(wǎng)絡(luò)的連接方式,將輸出電壓的一部分或全部引回到輸入回路來影響凈輸入量的為電壓反饋，即,將輸出電流的一部分或全部引回到輸入回路來影響凈輸入量的為電流反饋，即,描述放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)在輸出端的連接方式，即反饋網(wǎng)絡(luò)的取樣對象。,1. 電壓反饋和電流反饋,2. 串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋,描述放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)在輸入端的連接方式，即輸入量、反饋量、凈輸入量的疊加關(guān)系。,-串聯(lián)負反饋,-并聯(lián)負反饋,負反饋,在中頻段：,3. 四種反饋組態(tài)：注意量綱,電壓串聯(lián)負反饋,電流串聯(lián)負反饋,電壓并聯(lián)負反饋,電流并聯(lián)負反饋,三、反饋的判斷,“找聯(lián)系”：找輸出回路與輸入回路的聯(lián)系，若有則有反饋，否則無反饋。,有反饋嗎？,將輸出電壓全部反饋回去,無反饋,1. 有無反饋的判斷,既在輸入回路又在輸出回路,2. 直流反饋和交流反饋的判斷,“看通路”，即看反饋是存在于直流通路還是交流通路。,設(shè)以下電路中所有電容對交流信號均可視為短路。,僅有直流反饋,僅有交流反饋,交、直流反饋共存,僅有直流反饋,3. 正、負反饋（反饋極性）的判斷,“看反饋的結(jié)果” ，即凈輸入量是被增大還是被減小。,瞬時極性法： 給定 的瞬時極性，并以此為依據(jù)分析電路中各電流、電位的極性從而得到 的極性；,的極性 的極性 、 、 的疊加關(guān)系,正反饋,負反饋,+,-,-,負反饋,+,+,+,正反饋,+,-,-,負反饋,+,+,-,-,負反饋,4. 電壓反饋和電流反饋的判斷,電路引入了電壓負反饋,令輸出電壓為0，若反饋量隨之為0，則為電壓反饋；若反饋量依然存在，則為電流反饋。,4. 電壓反饋和電流反饋的判斷,電路引入了電流負反饋,反饋電流,引入電壓負反饋穩(wěn)定輸出電壓，引入電流負反饋穩(wěn)定輸出電流！,5. 串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋的判斷,在輸入端，輸入量、反饋量和凈輸入量以電壓的方式疊加，為串聯(lián)反饋；以電流的方式疊加，為并聯(lián)反饋。,引入了并聯(lián)反饋,引入了串聯(lián)反饋,分立元件放大電路中反饋的分析 圖示電路有無引入反饋？是直流反饋還是交流反饋？是正反饋還是負反饋？若為交流負反饋，其組態(tài)為哪種？,3. 若在第三級的射極加旁路電容，且在輸出端和輸入端跨接一電阻，則反饋的性質(zhì)有何變化？,1. 若從第三級射極輸出，則電路引入了哪種組態(tài)的交流負反饋？,2. 若在第三級的射極加旁路電容，則反饋的性質(zhì)有何變化？,引入了電流串聯(lián)負反饋,分立元件放大電路中的凈輸入量和輸出電流,在判斷分立元件反饋放大電路的反饋極性時，凈輸入電壓常指輸入級晶體管的b-e（e-b）間或場效應(yīng)管g-s（s-g）間的電位差，凈輸入電流常指輸入級晶體管的基極電流（射極電流）或場效應(yīng)管的柵極（源極）電流。,分立元件放大電路中的凈輸入量和輸出電流,在分立元件電流負反饋放大電路中，反饋量常取自于輸出級放大管的集電極電流、發(fā)射極電流、漏極電流或源極電流，而不是負載上的電流；此時稱該集電極電流、發(fā)射極電流、漏極電流或源極電流為輸出電流，反饋的結(jié)果將穩(wěn)定該電流。,7.2 負反饋放大電路的方框圖及放大倍數(shù)的估算,一、負反饋放大電路的方框圖,二、負反饋放大電路放大倍數(shù)的一般表達式,三、深度負反饋的實質(zhì),四、基于反饋系數(shù)的放大倍數(shù)的估算方法,五、基于理想運放的放大倍數(shù)的計算方法,一、負反饋放大電路的方框圖,斷開反饋，且考慮反饋網(wǎng)絡(luò)的負載效應(yīng),決定反饋量和輸出量關(guān)系的所有元件所組成的網(wǎng)絡(luò),負反饋放大電路 的基本放大電路,反饋網(wǎng)絡(luò),方框圖中信號是單向流通的。,基本放大電路的放大倍數(shù),反饋系數(shù),反饋放大電路的放大倍數(shù),稱為環(huán)路放大倍數(shù),二、負反饋放大電路放大倍數(shù)的一般表達式,關(guān)于反饋深度的討論,一般負反饋,深度負反饋,正反饋,自激振蕩,電壓串聯(lián)負反饋,電壓并聯(lián)負反饋,電流并聯(lián)負反饋,電流串聯(lián)負反饋,三、深度負反饋的實質(zhì),凈輸入量忽略不計,四、電壓放大倍數(shù)的估算方法,1. 電壓串聯(lián)負反饋電路,1. 電壓串聯(lián)負反饋電路,RL,電壓負反饋的特性穩(wěn)定輸出電壓,穩(wěn)定過程：,負載變化時，輸出電壓穩(wěn)定輸出電阻,2. 電壓并聯(lián)負反饋電路,為什么?,為什么?,2. 電壓并聯(lián)負反饋電路,2. 電壓并聯(lián)負反饋電路,3. 電流串聯(lián)負反饋電流,3. 電流串聯(lián)負反饋電流,分立電路組成的電流串聯(lián)負反饋電路,引入電流負反饋的目的穩(wěn)定輸出電流,穩(wěn)定過程：,負載變化時，輸出電流穩(wěn)定輸出電阻,RL,4. 電流并聯(lián)負反饋電路,4. 電流并聯(lián)負反饋電路,深度負反饋條件下四種組態(tài)負反饋放大電路的電壓放大倍數(shù),討論一 求解在深度負反饋條件下電路的電壓放大倍數(shù)。,uF,比較兩電路,uF,交、直流電流串聯(lián)負反饋。,+,+,-,-,-,討論二 求解在深度負反饋條件下電路的電壓放大倍數(shù)。,1. 第三級從射極輸出； 2. 若在第三級的射極加旁路電容，且在輸出端和輸入端跨接一電阻。,7.3 交流負反饋對放大電路 性能的影響,一、提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性,二、改變輸入電阻和輸出電阻,三、展寬頻帶,四、減小非線性失真,五、引入負反饋的一般原則,即閉環(huán)增益相對變化量比開環(huán)減小了1+AF倍,另一方面:,在深度負反饋條件下,即閉環(huán)增益只取決于反饋網(wǎng)絡(luò)。當反饋網(wǎng)絡(luò)由穩(wěn)定的線性元件組成時，閉環(huán)增益將有很高的穩(wěn)定性。,一、提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性,在中頻段，放大倍數(shù)、反饋系數(shù)等均為實數(shù)。,二、改變輸入電阻和輸出電阻,1. 對輸入電阻的影響,引入串聯(lián)負反饋時,對輸入電阻的影響僅與反饋網(wǎng)絡(luò)和基本放大電路在輸入端的接法有關(guān)，即決定于是串聯(lián)反饋還是并聯(lián)反饋。,引入并聯(lián)負反饋時,串聯(lián)負反饋增大輸入電阻，并聯(lián)負反饋減小輸入電阻。,2、對輸出電阻的影響,對輸出電阻的影響僅與反饋網(wǎng)絡(luò)和基本放大電路在輸出端的接法有關(guān)，即決定于是電壓反饋還是電流反饋。,引入電壓負反饋時,引入電流負反饋時,電壓負反饋穩(wěn)定輸出電壓，使輸出具有恒壓特性，因而輸出電阻減小。,電流負反饋穩(wěn)定輸出電流，使輸出具有恒流特性，因而輸出電阻增大。,放大電路加入負反饋后，增益下降，但通頻帶卻加寬了。,無反饋時放大器的通頻帶： fbw= f HfL f H 有反饋時放大器的通頻帶： fbwf= f HffLf f Hf,可以證明：fbwf = (1+AF) fbw 放大器的一個重要特性：增益與通頻帶之積為常數(shù)。 即： Amf fbwf= Am fbw,三、展寬頻帶：設(shè)反饋網(wǎng)絡(luò)是純電阻網(wǎng)絡(luò),加反饋前,加反饋后,失真,改善,四、減小非線性失真,五、引入負反饋的一般原則,穩(wěn)定Q點應(yīng)引入直流負反饋，改善動態(tài)性能應(yīng)引入交流負反饋； 根據(jù)信號源特點，增大輸入電阻應(yīng)引入串聯(lián)負反饋，減小輸入電阻應(yīng)引入并聯(lián)負反饋； 根據(jù)負載需要，需輸出穩(wěn)定電壓（即減小輸出電阻）的應(yīng)引入電壓負反饋，需輸出穩(wěn)定電流（即增大輸出電阻）的應(yīng)引入電流負反饋； 從信號轉(zhuǎn)換關(guān)系上看，將輸入電壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓應(yīng)引入電壓串聯(lián)負反饋，將輸入電流轉(zhuǎn)換為輸出電壓引入電壓并聯(lián)負反饋，將輸入電壓轉(zhuǎn)換為輸出電流應(yīng)引入電流串聯(lián)負反饋，將輸入電流轉(zhuǎn)換為輸出電流應(yīng)引入電流并聯(lián)負反饋；當(1AF) 1時，它們的轉(zhuǎn)換系數(shù)均約為1/F。,討論一： 根據(jù)需求在放大電路中引入合適的負反饋。,為減小放大電路從信號源索取的電流，增強帶負載能力，應(yīng)引入什么反饋？ 為了得到穩(wěn)定的電流放大倍數(shù)，應(yīng)引入什么反饋？ 為了穩(wěn)定放大電路的靜態(tài)工作點，應(yīng)引入什么反饋？ 為了使電流信號轉(zhuǎn)換成與之成穩(wěn)定關(guān)系的電壓信號，應(yīng)引入什么反饋？ 為了使電壓信號轉(zhuǎn)換成與之成穩(wěn)定關(guān)系的電流信號，應(yīng)引入什么反饋？,討論二,試在圖示電路中分別引入四種不同組態(tài)的交流負反饋。,電壓反饋,串聯(lián)反饋,討論二,電壓反饋,并聯(lián)反饋,討論二,試在圖示電路中分別引入四種不同組態(tài)的交流負反饋。,電流反饋,串聯(lián)反饋,討論二,試在圖示電路中分別引入四種不同組態(tài)的交流負反饋。,電流反饋,并聯(lián)反饋,討論三 在圖示電路中能夠引入哪些組態(tài)的交流負反饋？,只可能引入電壓并聯(lián)或電流串聯(lián)兩種組態(tài)的交流負反饋。,設(shè)所有的電容對交流信號均可視為短路。試說明電路中是否引入了交流負反饋；如引入了，則說明其組態(tài)。,電流串聯(lián)負反饋,討論四,電流串聯(lián)負反饋,7.4 負反饋放大電路的穩(wěn)定性,一、自激振蕩產(chǎn)生的原因及條件,二、負反饋放大電路穩(wěn)定性的分析,三、負反饋放大電路穩(wěn)定性的判斷,四、消除自激振蕩的方法,一、自激振蕩產(chǎn)生的原因及條件,1. 現(xiàn)象：輸入信號為0時，輸出有一定幅值、一定頻率的信號，稱電路產(chǎn)生了自激振蕩。,負反饋放大電路自激振蕩的頻率在低頻段或高頻段。,低頻干擾或產(chǎn)生了輕微低頻振蕩,高頻干擾或產(chǎn)生了輕微高頻振蕩,實驗波形,在電擾動下，如合閘通電，必含有頻率為f0的信號，對于f = f0 的信號，產(chǎn)生正反饋過程,輸出量逐漸增大，直至達到動態(tài)平衡，電路產(chǎn)生了自激振蕩。,2. 原因,在低頻段或高頻段，若存在一個頻率f0，且當 f f0 時附加相移為，則,3. 自激振蕩的條件,由于電路通電后輸出量有一個從小到大直至穩(wěn)幅的過程，起振條件為,二、負反饋放大電路穩(wěn)定性的分析,附加相移由放大電路決定; 振蕩只可能產(chǎn)生在高頻段。,設(shè)反饋網(wǎng)絡(luò)為電阻網(wǎng)絡(luò)，放大電路為直接耦合形式。,因沒有滿足相位條件的頻率，故引入負反饋后不可能振蕩。,因沒有滿足幅值條件的頻率，故引入負反饋后不可能振蕩。,對于產(chǎn)生180附加相移的信號頻率，有可能滿足起振條件，故引入負反饋后可能振蕩。,對于單管放大電路:,對于兩級放大電路:,對于三級放大電路:,什么樣的放大電路引入負反饋后容易產(chǎn)生自激振蕩？,三級或三級以上放大電路引入負反饋后有可能產(chǎn)生高頻振蕩；同理，耦合電容、旁路電容等為三個或三個以上的放大電路，引入負反饋后有可能產(chǎn)生低頻振蕩。,放大電路的級數(shù)越多，耦合電容、旁路電容越多，引入的負反饋越深，產(chǎn)生自激振蕩的可能性越大。,環(huán)路放大倍數(shù)AF越大，越容易滿足起振條件，閉環(huán)后越容易產(chǎn)生自激振蕩。,三、負反饋放大電路穩(wěn)定性的判斷,已知環(huán)路增益的頻率特性來判斷閉環(huán)后電路的穩(wěn)定性。,使環(huán)路增益下降到0dB的頻率，記作fc； 使AF(2n1) 的頻率，記作f0。,穩(wěn)定性的判斷,fc,f0,滿足起振條件,電路不穩(wěn)定,電路穩(wěn)定,f0 fc，電路不穩(wěn)定，會產(chǎn)生自激振蕩； f0 fc，電路穩(wěn)定，不會產(chǎn)生自激振蕩。,幅值裕度,相位裕度,電路穩(wěn)定,當Gm10dB且m45，才具有可靠的穩(wěn)定性。,不滿足 起振條件,四、消除自激振蕩的方法,1. 簡單滯后補償,常用的方法為滯后補償方法。 設(shè)放大電路為直接耦合方式，反饋網(wǎng)絡(luò)為電阻網(wǎng)絡(luò)。,在最低的上限頻率所在回路加補償電容。,補償電容,1. 簡單滯后補償,最大附加相移為-135,具有45的相位裕度，故電路穩(wěn)定,滯后補償法是以頻帶變窄為代價來消除自激振蕩的。,2. 密勒補償,在獲得同樣補償?shù)那闆r下，補償電容比簡單滯后補償?shù)碾娙菪〉枚唷?在最低的上限頻率所在放大電路中加補償電容。,等效變換,補償電容,3. RC 滯后補償：在最低的上限頻率所在回路加補償。,上式表明，最大附加相移為180，不滿足起振條件，閉環(huán)后一定不會產(chǎn)生自激振蕩，電路穩(wěn)定。,RC 滯后補償與簡