反饋的基本概念及負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響1.ppt

1、第六章 負(fù)反饋技術(shù),會(huì)判: 判斷電路中有無(wú)反饋和反饋的性質(zhì),會(huì)算: 估算深度負(fù)反饋條件下放大電路的閉環(huán)增益,會(huì)引: 根據(jù)需求在電路中引入適當(dāng)?shù)姆答?會(huì)判振消振: 會(huì)判斷電路是否穩(wěn)定，會(huì)消除自激振蕩,6-1 反饋的基本概念,6-1 反饋的基本概念,反饋網(wǎng)絡(luò),一、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,放大信號(hào),傳輸反饋信號(hào),反饋量：實(shí)質(zhì)是對(duì)輸出量的采樣，其數(shù)值僅僅取決于輸出 量，與輸出量成正比，而與輸入量無(wú)關(guān),凈輸入量：考慮反饋量后得到的輸入量,1、有無(wú)反饋的判斷,正確判斷反饋的性質(zhì)是研究反饋放大電路的基礎(chǔ),通過尋找電路中有無(wú)反饋通道，可以判斷出

2、電路是否引入了反饋,如果放大電路中存在將輸出 回路 與輸入 回路 相連接的通路（反饋通路），并且影響放大電路的凈輸入量，則表明電路中引入了反饋，否則電路中便沒有反饋,二、反饋的判斷,二、反饋的判斷,2、反饋的極性的判斷（正、負(fù)反饋,如何判斷反饋的極性呢？瞬時(shí)極性法,根據(jù)反饋效果來確定,瞬時(shí)極性：某一時(shí)刻該點(diǎn)交流信號(hào)的對(duì)地電位極性,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,凡反饋的結(jié)果使輸出量的變化減小的為負(fù)反饋，否則為正反饋,凡反饋的結(jié)果使凈輸入量的變化減小的為負(fù)反饋，否則為正反饋,放大電路中引入的一般是負(fù)反饋，用來改善電路的性能。振蕩電路要引入正反饋，用來產(chǎn)生各種振蕩波

3、形,瞬時(shí)極性法判斷正/負(fù)反饋,找出反饋網(wǎng)絡(luò),假定輸入信號(hào)為某一瞬時(shí)極性，按信號(hào)的傳輸路線（放大電路的輸入端輸出端反饋網(wǎng)絡(luò)輸入端）逐級(jí)推倒出電路中各個(gè)相關(guān)點(diǎn)的瞬時(shí)極性，得到反饋信號(hào)的極性,判斷反饋的結(jié)果凈輸入量 是增大了還是減小了,難,如果,凈輸入量減小，為負(fù)反饋,如果,凈輸入量增大，為正反饋,規(guī)定Xi的極性,推出XO的極性,得到Xf的極性,三個(gè)物理量的疊加關(guān)系,判斷反饋極性,負(fù)反饋,正反饋,說明：從不同的輸出端子引回同一個(gè)輸入端，反饋極性相反,反饋信號(hào)與輸入信號(hào)在輸入回路以電流形式求和，若兩 者極性相反為負(fù)反饋，兩者極性同為正反饋,用瞬時(shí)極性法判斷反饋極性的例子,正反饋,負(fù)反饋,反饋信號(hào)與輸入

4、信號(hào)在輸入回路以電壓形式求和， 若兩者極性相同為負(fù)反饋，兩者極性反為正反饋,用瞬時(shí)極性法判斷反饋極性的例子,用瞬時(shí)極性法判斷反饋極性的例子,負(fù)反饋,正反饋,說明：從同一個(gè)輸出端子引回不同的輸入端，反饋極性相反,3、直流反饋和交流反饋的判斷,直 流 反 饋,反饋信號(hào)只含有直流成分,交 流 反 饋,反饋信號(hào)只含有交流成分,交直流反饋,交、直流共存的反饋,直流負(fù)反饋的作用只有一個(gè)，就是穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)， 對(duì)放大器的各項(xiàng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)均無(wú)影響,交流負(fù)反饋會(huì)對(duì)放大電路的各項(xiàng)動(dòng)態(tài)指標(biāo)產(chǎn)生不同的影響，是用以改善電路技術(shù)指標(biāo)的主要手段，也是本章要討論的主要內(nèi)容,如何判斷交、直流反饋,看通路,看反饋通路中含有直流成

5、分還是交流成分,*特別要注意電容所起的作用,判別交、直流反饋的例子,直流反饋,交流反饋,4、多級(jí)放大電路中的局部反饋和級(jí)間反饋的判斷,局部反饋,只對(duì)電路中某一級(jí)起反饋?zhàn)饔?級(jí)間反饋,將整個(gè)電路的輸出引回到輸入級(jí)的輸入回路（主反饋,RF引入級(jí)間反饋（主反饋,Re1 、Re2引入局部反饋,重點(diǎn)研究級(jí)間反饋,討論：找出電路中的反饋，并判斷反饋類型,局部反饋,級(jí)間反饋,負(fù)反饋,負(fù)反饋,三、“交流負(fù)反饋”的四種組態(tài)及判別方法,電壓反饋和電流反饋,描述放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)在輸出回路的連接方式，即反饋網(wǎng)絡(luò)的取樣對(duì)象,電壓反饋,將輸出電壓的一部分或全部引回到輸入回路影響凈輸入量，稱為電壓反饋,電流反饋,將輸出電

6、流的一部分或全部引回到輸入回路影響凈輸入量，稱為電流反饋,電壓負(fù)反饋可以穩(wěn)定輸出電壓,結(jié)論：采用電壓反饋還是電流反饋取決于負(fù)載的需求,取樣電壓,并聯(lián)連接,取樣電流,串聯(lián)連接,電流負(fù)反饋可以穩(wěn)定輸出電流,串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋,描述放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)在輸入回路的連接方式，即反饋量、輸入量和凈輸入量三者的疊加關(guān)系,并聯(lián)反饋,反饋量、輸入量和凈輸入量在輸入端以電流形式求和,并聯(lián)連接,串聯(lián)反饋,反饋量、輸入量和凈輸入量在輸入回路以電壓形式求和,串聯(lián)連接,三、“交流負(fù)反饋”的四種組態(tài)及判別方法,1）串聯(lián)反饋,討論： 信號(hào)源對(duì)反饋效果的影響,ud = ui -uf,則ui最好為恒壓源，即信號(hào)源內(nèi)阻RS越小越好

7、,要想反饋效果明顯，就要求uf 的變化能有效引起ud 的變化,串聯(lián)負(fù)反饋適用于內(nèi)阻比較小的信號(hào)源（電壓源,2）并聯(lián)反饋,id = ii -if,則ii最好為恒流源，即信號(hào)源內(nèi)阻RS越大越好,要想反饋效果明顯，就要求if 的變化能有效引起id 的變化,并聯(lián)負(fù)反饋適用于內(nèi)阻比較大的信號(hào)源（電流源,結(jié)論：采用并聯(lián)反饋還是串聯(lián)反饋取決于信號(hào)源的性質(zhì),根據(jù)反饋網(wǎng)絡(luò)在輸出端和輸入端的連接方式的不同，有四種組態(tài)：電壓串聯(lián)、電壓并聯(lián)、電流串聯(lián)、電流并聯(lián),電壓串聯(lián),電流串聯(lián),電流并聯(lián),電壓并聯(lián),1、交流負(fù)反饋的四種組態(tài),1）短路判別法,2、反饋組態(tài)的判別方法,2）同點(diǎn)連接判別法,反饋支路與放大電路的輸出端接在同

8、一點(diǎn),反饋支路與放大電路的輸出端沒有接在同一點(diǎn),反饋支路與放大電路的輸入端接在同一點(diǎn),反饋支路與放大電路的輸入端沒有接在同一點(diǎn),電壓反饋,電流反饋,并聯(lián)反饋,串聯(lián)反饋,看輸出端,看輸入端,2、反饋組態(tài)的判別方法,電壓并聯(lián)負(fù)反饋,電流串聯(lián)負(fù)反饋,判別反饋組態(tài)的例子(1,判別反饋組態(tài)的例子(2,電壓串連負(fù)反饋,電流并聯(lián)負(fù)反饋,判別反饋組態(tài)的例子(3,判別反饋組態(tài)的例子(4,電壓并聯(lián)負(fù)反饋,電壓串聯(lián)負(fù)反饋,小結(jié),會(huì)判: 判斷電路中有無(wú)反饋和反饋的性質(zhì),放大電路的反饋 是指將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。通過判斷電路中有無(wú)反饋通路來判斷電路是否存在反饋,根據(jù)反饋的

9、效果可分為正反饋和負(fù)反饋： 正反饋使放大電路的凈輸入量增大；負(fù)反饋使放大電路的凈輸入量減小。利用瞬時(shí)極性法可以判斷反饋的極性,根據(jù)反饋信號(hào)的性質(zhì)可分為直流反饋和交流反饋： 直流反饋中反饋信號(hào)只含有直流成分，直流負(fù)反饋用來穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)；交流反饋中反饋信號(hào)只含有交流成分，交流負(fù)反饋會(huì)影響放大電路的各種性能指標(biāo)；實(shí)際中大部分反饋為交直流反饋,交流負(fù)反饋有四種組態(tài),采用同點(diǎn)連接判別法判斷交流負(fù)反饋的組態(tài)： 反饋支路與輸出端接于同一點(diǎn)為電壓反饋，否則為電流反饋；反饋支路與輸入端接于同一點(diǎn)為并聯(lián)反饋，否則為串聯(lián)反饋,采用何種組態(tài)的交流負(fù)反饋取決于負(fù)載的需求和信號(hào)源性質(zhì)： 需要穩(wěn)定電壓采用電壓反饋，需要穩(wěn)

10、定輸出電流采用電流反饋；信號(hào)源為內(nèi)阻小的電壓源時(shí)，采用串聯(lián)反饋效果較好；信號(hào)源為內(nèi)阻大的電流源時(shí)，采用并聯(lián)反饋效果較好,小結(jié),會(huì)判: 判斷電路中有無(wú)反饋和反饋的性質(zhì),四、負(fù)反饋放大電路的方框圖和基本反饋方程,1、負(fù)反饋放大電路的方框圖,因?yàn)樨?fù)反饋放大電路有四種組態(tài)，而且對(duì)于同一種組態(tài)，具體電路也各不相同，所以為了研究負(fù)反饋放大電路的共同規(guī)律，利用方框圖來描述所有電路，并推倒出基本反饋方程,說明：理想情況下，信號(hào)傳輸應(yīng)滿足單向化條件,1）信號(hào)只經(jīng)過基本放大器實(shí)現(xiàn)正向傳輸,2）信號(hào)只經(jīng)過反饋網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)反向傳遞,Xi(s)：輸入信號(hào),XO(s)：輸出信號(hào),Xf(s)：反饋信號(hào),Xd(s)：凈輸入信號(hào),

11、2、開環(huán)增益、環(huán)路增益和閉環(huán)增益,開環(huán)增益,閉環(huán)增益,反饋系數(shù),環(huán)路增益,放大電路無(wú)反饋時(shí)的放大倍數(shù),反饋網(wǎng)絡(luò)的傳輸系數(shù),信號(hào)沿環(huán)路傳遞一周得到 的放大倍數(shù),整個(gè)負(fù)反饋電路的放大倍數(shù),要考慮反饋網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載效應(yīng),3、閉環(huán)增益的一般表達(dá)式基本反饋方程,閉環(huán)增益的一般表達(dá)式,基本反饋方程,負(fù)反饋,反饋深度,4、關(guān)于反饋深度的討論,反饋深度,反饋深度是開環(huán)增益與閉環(huán)增益的幅值之比，反映了反饋對(duì)放大電路的影響程度。負(fù)反饋對(duì)放大電路性能指標(biāo)的改善程度均與反饋深度密切相關(guān),反饋對(duì)放大電路的影響程度可以分為四種情況,負(fù)反饋,深度負(fù)反饋,正反饋,自激振蕩,1,2,3,自激時(shí)電路失去正常放大能力，在負(fù)反饋放大電路

12、中必須要消除,4,結(jié)論：引入深度負(fù)反饋后，閉環(huán)增益幾乎只取決于反饋網(wǎng)絡(luò),注意：以上的增益和反饋系數(shù)是廣義上的增益和反饋系數(shù)，對(duì)于不同的反饋組態(tài)，它們具有不同的物理意義和量綱,5、不同反饋組態(tài)放大電路的增益、反饋系數(shù)的物理意義和量綱,電壓增益,電壓傳輸系數(shù),電壓增益,跨阻增益（,跨導(dǎo)傳輸系數(shù)（S,跨阻增益（,跨導(dǎo)增益（S,跨阻傳輸系數(shù)（,跨導(dǎo)增益（S,電流增益,電流傳輸系數(shù),電流增益,5、不同反饋組態(tài)放大電路的增益、反饋系數(shù)的物理意義和量綱,環(huán)路增益有量綱嗎,四種組態(tài)的環(huán)路增益均無(wú)量綱,uo ui uf ud,uo ii if id,io ui uf ud,io ii if id,負(fù)反饋放大電路

13、的增益和反饋系數(shù)具有廣泛的含義，對(duì)于不同的反饋組態(tài)，它們具有不同的物理意義和量綱,不同組態(tài)的放大電路具有不同的功能,6-2 交流負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響,一、 提高增益的穩(wěn)定性,二、 減少非線性失真,三、擴(kuò)展頻帶,四、改變輸入輸出電阻,五、為改善性能引入負(fù)反饋的一般原則,一、提高增益的穩(wěn)定性,在中頻區(qū)、反饋網(wǎng)絡(luò)為純阻性時(shí),增益的穩(wěn)定性可用相對(duì)變化量來表示,結(jié)論：引入負(fù)反饋后，增益下降為開環(huán)的1/（1+AF），但增益的穩(wěn)定性卻提高了（1+AF）倍,如果是深負(fù)反饋,當(dāng)反饋網(wǎng)絡(luò)由穩(wěn)定的線性元件組成時(shí)，閉環(huán)增益將有很高的穩(wěn)定性,犧牲增益換取增益的穩(wěn)定性是否值得,二、減小非線性失真,放大電路引入負(fù)反饋

14、后，非線性失真將有一定程度的改善，而且反饋越深，對(duì)非線性失真的補(bǔ)償作用越大，非線性失真越小,定性分析,在一定程度上補(bǔ)償了放大器對(duì)信號(hào)的非線性失真作用，使輸出信號(hào)xo近似為正弦信號(hào),假設(shè)由于晶體管的非線性，輸出xO產(chǎn)生截止失真（上大下小,放大電路引入負(fù)反饋后，非線性失真將有一定程度的改善，而且反饋越深，對(duì)非線性失真的補(bǔ)償作用越大，非線性失真越小,在非線性失真不太嚴(yán)重的情況下，可以證明輸出波形中的非線性失真近似減小為原來的1/（1+AF,負(fù)反饋減小非線性失真指的是反饋環(huán)內(nèi)的失真,如果失真是由外界干擾產(chǎn)生的，負(fù)反饋不能減小這種失真，必須采用濾波或屏蔽等方法才能解決,二、減小非線性失真,三、展寬頻帶,

15、從圖可以直觀地看到，引入負(fù)反饋后，通頻帶展寬了,定性分析 ：（P221,定量分析,上限頻率增大為開環(huán)的（1+A0F）倍,下限頻率下降為開環(huán)的1/（1+A0F,引入負(fù)反饋后，放大電路的通頻帶展寬了（1+ A0F）倍,四、改變輸入電阻,1、串聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻增大,無(wú)反饋時(shí),引入串聯(lián)負(fù)反饋后,說明：串聯(lián)負(fù)反饋使放大電路的輸入電阻增大為無(wú)反饋時(shí)的 1+A(s) F(s)倍,負(fù)反饋對(duì)輸入電阻的影響取決于是串聯(lián)反饋還是并聯(lián)反饋,2、并聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻減小,無(wú)反饋時(shí),引入并聯(lián)負(fù)反饋后,說明：并聯(lián)負(fù)反饋使放大電路的輸入電阻減小為無(wú)反饋時(shí)的 1/1+A(s) F(s)倍,四、改變輸入電阻,負(fù)反饋對(duì)輸入電阻的

16、影響取決于是串聯(lián)反饋還是并聯(lián)反饋,1、電壓負(fù)反饋使輸出電阻減小,五、改變輸出電阻,取決于是電壓反饋還是電流反饋,無(wú)反饋時(shí)放大電路的輸出電阻,負(fù)載開路時(shí)的開環(huán)電壓增益或跨阻增益,0,不重復(fù)考慮反饋網(wǎng)絡(luò)的影響,電壓負(fù)反饋使輸出電阻減小為無(wú)反饋時(shí)的 1/1+AO (s) F(s),當(dāng)1+AO(s)F(s)時(shí),2、電流負(fù)反饋使輸出電阻增大,0,電流負(fù)反饋使輸出電阻增大為無(wú)反饋時(shí)的 1+AS (s) F(s)倍,當(dāng)1+AS(s)F(s)時(shí),不重復(fù)考慮反饋網(wǎng)絡(luò)的影響,負(fù)載短路時(shí)的開環(huán)電流增益或跨導(dǎo)增益,小結(jié)：交流負(fù)反饋對(duì)放大電路各項(xiàng)性能指標(biāo)的的影響,串聯(lián)負(fù)反饋增大輸入電阻,并聯(lián)負(fù)反饋減小輸入電阻,電壓負(fù)反

17、饋減小輸出電阻,電流負(fù)反饋增大輸出電阻,負(fù)反饋對(duì)放大器動(dòng)態(tài)指標(biāo)的影響程度，均與反饋深度有關(guān),或增大為原來的 1+A F 倍,或減小為原來的1/ 1+A F 倍,負(fù)反饋提高增益的穩(wěn)定性,負(fù)反饋展寬放大器通頻帶,注意：A與反饋組態(tài) 緊密相關(guān),負(fù)反饋減小非線性失真：減小為開環(huán)時(shí)的1/(1+AF,負(fù)反饋降低增益,負(fù)反饋改變的是反饋環(huán)內(nèi)的輸入、輸出電阻，若反饋環(huán)外還連接有其他電阻，則應(yīng)予以考慮,小結(jié)：不同反饋組態(tài)對(duì)各項(xiàng)性能指標(biāo)的的影響,Auf,Arf,Agf,Aif,擴(kuò)展通頻帶、減小非線性失真、抑制干擾和噪聲,六、為改善性能引入負(fù)反饋的一般原則,1、穩(wěn)定Q點(diǎn)應(yīng)引入直流負(fù)反饋,2、改善動(dòng)態(tài)性能應(yīng)引入交流負(fù)

18、反饋,3、根據(jù)信號(hào)源特點(diǎn)決定引入串聯(lián)負(fù)反饋還是并聯(lián)負(fù)反饋： 減小向信號(hào)源索取電流(增大輸入電阻)應(yīng)引入串聯(lián)負(fù)反饋； 盡可能向信號(hào)源索取電流(減小輸入電阻)應(yīng)引入并聯(lián)負(fù)反饋,4、根據(jù)負(fù)載的需求決定引入電壓負(fù)反饋還是電流負(fù)反饋： 需要穩(wěn)定輸出電壓（減小輸出電阻）應(yīng)引入電壓負(fù)反饋； 需要穩(wěn)定輸出電流（增大輸出電阻）應(yīng)引入電流負(fù)反饋,5、根據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換關(guān)系,輸出是電壓控制電壓源電壓串聯(lián)負(fù)反饋,輸出是電流控制電壓源電壓并聯(lián)負(fù)反饋,輸出是電壓控制電流源電流串聯(lián)負(fù)反饋,輸出是電流控制電流源電流并聯(lián)負(fù)反饋,如何在放大電路中引入適當(dāng)?shù)呢?fù)反饋,根據(jù)需求確定應(yīng)引入何種組態(tài)的負(fù)反饋。 根據(jù)反饋信號(hào)的取樣方式（電壓反饋或

19、電流反饋）確定反饋信號(hào)應(yīng)由輸出回路的哪一點(diǎn)引出。 根據(jù)反饋信號(hào)與輸入信號(hào)的疊加方式（串聯(lián)反饋或并聯(lián)反饋）確定反饋信號(hào)應(yīng)饋送到輸入回路的哪一點(diǎn)。 要注意保證反饋極性是負(fù)反饋,討論（一,1、為減小放大電路從信號(hào)源索取的電流，減小輸出電阻， 應(yīng)引入什么反饋,2、為了得到穩(wěn)定的電流放大倍數(shù)，應(yīng)引入什么反饋,3、為了穩(wěn)定放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，應(yīng)引入什么反饋,4、為了使電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成與之成穩(wěn)定關(guān)系的電流信號(hào)， 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(fù)反饋,電壓串聯(lián)負(fù)反饋,電流串聯(lián)負(fù)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(fù)反饋,電壓并聯(lián)負(fù)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(fù)反饋,電流