電工學(xué)第3章課件

1、3 反饋及負(fù)反饋放大電路3.1 反饋的基本概念3.2 負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響及負(fù)反饋的正確引入3.3 負(fù)反饋放大電路的分析計(jì)算3.4 負(fù)反饋放大電路的自激振蕩3 反饋及負(fù)反饋放大電路一、基本內(nèi)容：1.反饋的概念與反饋的判斷；2.負(fù)反饋放大電路的組態(tài)；3.負(fù)反饋放大電路放大倍數(shù)的計(jì)算；4.負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響；5.負(fù)反饋放大電路引起正反饋問(wèn)題的分析。3 反饋及負(fù)反饋放大電路1. 通過(guò)學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)掌握反饋的基本概念、反饋的作用以及電路中反饋類(lèi)型的判斷；2. 理解放大電路中引入不同組態(tài)負(fù)反饋后,對(duì)放大電路的影響；掌握深度負(fù)反饋下放大倍數(shù)的估算方法；3. 理解產(chǎn)生自激振蕩的原因、條件及消除方

2、法。二、教學(xué)要求：3.1 反饋的基本概念返回主目錄3.1.1 反饋的概念1. 反饋放大電路中的反饋，就是將放大電路的輸出量(電壓或電流)的全部或者一部分，通過(guò)一定的電路（網(wǎng)路）送回輸入回路，與輸入量(電壓或電流)進(jìn)行比較，通過(guò)影響放大電路輸入量從而影響放大電路的輸出量，使放大電路的性能得到改善的措施稱(chēng)為反饋。 按照反饋放大電路各部分電路的主要功能可將其分為基本放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)兩部分，如右圖所示。3.1 反饋的基本概念前者主要功能是放大信號(hào)，后者主要功能是傳輸反饋信號(hào)?；痉糯箅娐返妮斎胄盘?hào)稱(chēng)為凈輸入量，它不但取決于輸入信號(hào)(輸入量)，還與反饋信號(hào)(反饋量)有關(guān)。返回主目錄舉例：3.1 反饋的

3、基本概念UB一定輸入量：ui、ube、ib輸出量：uo、uce、ic正向傳輸：信號(hào)從輸入端到輸出端的傳輸TUBEICICUEIB反饋：將電子系統(tǒng)輸出回路的電量（電壓或電流），以一定的方式送回到輸入回路的過(guò)程。返回主目錄3.1 反饋的基本概念3.1.2 反饋的分類(lèi)及其判斷1. 直流反饋和交流反饋直流反饋：如果反饋量只含有直流量，則稱(chēng)直流反饋。交流反饋：如果反饋量只含有交流量，則稱(chēng)交流反饋。ic交流反饋直流反饋返回主目錄3.1 反饋的基本概念注意:1.有的反饋只對(duì)交流信號(hào)起作用；有的反饋只對(duì)直流信號(hào)起作用；有的反饋對(duì)交、直流信號(hào)均起作用。2.若在反饋網(wǎng)絡(luò)中串接隔直電容，則可以隔斷直流，此時(shí)反饋只對(duì)

4、交流起作用。3.在起反饋?zhàn)饔玫碾娮鑳啥瞬⒙?lián)旁路電容，可以使其只對(duì)直流起作用。返回主目錄3.1 反饋的基本概念例3.1.1：判斷下圖中有哪些反饋回路，是交流反饋還是直流反饋。交、直流反饋交流反饋 注意電容的“隔直通交”作用！返回主目錄3.1 反饋的基本概念2. 正反饋和負(fù)反饋負(fù)反饋：輸入量不變時(shí)，引入反饋后使凈輸入量減小，放大倍數(shù)減小。正反饋：輸入量不變時(shí)，引入反饋后使凈輸入量增加，放大倍數(shù)增加。返回主目錄3.1 反饋的基本概念上圖中基本放大器，無(wú)反饋，凈輸入量ube=ui，電壓放大倍數(shù)為：引入反饋后，凈輸入量ube =ui- uf ，電壓放大倍數(shù)為：可見(jiàn)，凈輸入量減小，放大倍數(shù)減小，所以是負(fù)反

5、饋。返回主目錄3.1 反饋的基本概念正反饋與負(fù)反饋的判別方法:瞬時(shí)極性法假設(shè)輸出端信號(hào)有一定極性的瞬時(shí)變化，依次經(jīng)過(guò)反饋、比較、放大后，再回到輸出端，若輸出信號(hào)與原輸出信號(hào)的變化極性相反，則為負(fù)反饋。反之為正反饋。判斷時(shí)在輸入端也要反映出反饋信號(hào)與輸入信號(hào)的比較關(guān)系。返回主目錄3.1 反饋的基本概念3. 電壓反饋和電流反饋電壓反饋：反饋信號(hào)取自輸出電壓。負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電壓。AFRLuo電壓反饋電流反饋 ：反饋信號(hào)取自輸出電流。負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電流。電流反饋iouoFARLio判別法：使 uo = 0 (RL 短路)，若反饋消失為電壓反饋。判別法：使 io = 0(RL 開(kāi)路)，若反饋消失為電流反

6、饋。返回主目錄3.1 反饋的基本概念4. 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)以電壓相比較的形式在輸入端出現(xiàn)。RSAFuiuidufus并聯(lián)反饋：反饋信號(hào)與輸入信號(hào)以電流相比較的形式在輸入端出現(xiàn)。AFiiifisiidRSuid = ui ufiid = ii if特點(diǎn)：反饋信號(hào)和輸入信號(hào)在不同節(jié)點(diǎn)引入。特點(diǎn)：反饋信號(hào)和輸入信號(hào)在同一節(jié)點(diǎn)引入。返回主目錄3.1 反饋的基本概念+C1+ui ReRb+VCCC2RL+uo+ uid +uf例3.1.2：RL uo uf uid uo 穩(wěn)定了輸出電壓，為電壓反饋。反饋信號(hào)和輸入信號(hào)在不同節(jié)點(diǎn)引入，為串聯(lián)反饋。返回主目錄5. 反饋的四種類(lèi)型

7、AFuiuidufusRSRLuoAFuiuidufusRSiouoRLio返回主目錄3.1 反饋的基本概念電壓串聯(lián)負(fù)反饋電流串聯(lián)負(fù)反饋返回主目錄3.1 反饋的基本概念FAiiifisiidRSRLuo電壓并聯(lián)負(fù)反饋FAiiifisiidRSiouoRLio電流并聯(lián)負(fù)反饋3.1 反饋的基本概念例3.1.3：電壓串聯(lián)負(fù)反饋 AFuo 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(wú)反饋，故為電壓反饋。uf = uoR1/(R1 + Rf) 也說(shuō)明是電壓反饋。uid = ui uf 故為串聯(lián)反饋。返回主目錄3.1 反饋的基本概念例3.1.

8、4：電流串聯(lián)負(fù)反饋AFRf 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(shuō)明是電流反饋。uid = ui uf 故為串聯(lián)反饋。返回主目錄3.1 反饋的基本概念例3.1.5：電壓并聯(lián)負(fù)反饋AFRf 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(wú)反饋，故為電壓反饋。iid = ii if ，故為并聯(lián)反饋。返回主目錄3.1 反饋的基本概念例3.1.6：電流并聯(lián)負(fù)反饋AFRf 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

9、饋。RL = 0，反饋存在，故為電流反饋。iid = ii if ，故為并聯(lián)反饋。返回主目錄3.1 反饋的基本概念電流串聯(lián)負(fù)反饋電壓串聯(lián)負(fù)反饋例3.1.7：返回主目錄3.1 反饋的基本概念例3.1.8：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。規(guī) 律：（1） 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。（2） 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。返回主目錄3.1 反饋的基本概念3.1.3 負(fù)反饋放大電路的基本關(guān)系式1. 反饋放大電路的框圖表示法返回主目錄3.1 反饋的基本概念2. 各變量之間的基本關(guān)系式開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)：反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系

10、數(shù)：閉環(huán)放大倍數(shù)：由上述兩式可得：基本放大電路的凈輸入信號(hào)：反饋深度：返回主目錄3.1 反饋的基本概念它反映了反饋對(duì)放大電路影響的程度可分為下列三種情況：(1) 當(dāng)時(shí)， ，相當(dāng)正反饋；(2) 當(dāng)時(shí)， ，相當(dāng)于輸入為零時(shí)仍(3) 當(dāng)時(shí)， ，相當(dāng)負(fù)反饋。返回主目錄有輸出，故稱(chēng)為“自激狀態(tài)”；3.1 反饋的基本概念環(huán)路增益是指放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)所形成環(huán)路的增益，當(dāng) 時(shí)，稱(chēng)為深度負(fù)反饋，與 相當(dāng)，于是閉環(huán)放大倍數(shù)如下：返回主目錄3.1 反饋的基本概念也就是說(shuō)在深度負(fù)反饋條件下，閉環(huán)放大倍數(shù)近似等于反饋系數(shù)的倒數(shù)，與有源器件的參數(shù)基本無(wú)關(guān)。一般反饋網(wǎng)絡(luò)是無(wú)源元件構(gòu)成的，其穩(wěn)定性優(yōu)于有源器件，因此深度負(fù)反

11、饋時(shí)的放大倍數(shù)比較穩(wěn)定。返回主目錄3.2 負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響及負(fù)反饋的正確引入3.2.1 負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響在放大電路中引入負(fù)反饋，雖然會(huì)導(dǎo)致閉環(huán)增益的下降，但能使放大電路的許多性能得到改善。例如，可以提高增益的穩(wěn)定性，擴(kuò)展通頻帶，減小非線性失真，改變輸入電阻和輸出電阻等。下面將分別加以討論。返回主目錄3.2 負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響及負(fù)反饋的正確引入1. 提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性（1）定性分析（2）定量分析為了從數(shù)量上表示增益的穩(wěn)定程度，常用有、無(wú)反饋時(shí)增益的相對(duì)變化量之比來(lái)衡量。用 和 分別表示開(kāi)環(huán)和閉環(huán)增益的相對(duì)變化量，用正實(shí)數(shù)A和F分別表示A和F的模，則閉環(huán)增益的表達(dá)式為

12、返回主目錄3.2 負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響及負(fù)反饋的正確引入對(duì)上式求微分得： 相對(duì)變量式為：返回主目錄3.2 負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響及負(fù)反饋的正確引入上式說(shuō)明，一個(gè)放大電路加入負(fù)反饋后的閉環(huán)不穩(wěn)定性為其開(kāi)環(huán)不穩(wěn)定性的。也就是說(shuō)，放大電路的閉環(huán)放大倍數(shù)的穩(wěn)定度比其開(kāi)環(huán)時(shí)提高了(1+AF)倍，反饋深度越深，閉環(huán)的穩(wěn)定度就越高，增益的變動(dòng)減小。返回主目錄3.2 負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響及負(fù)反饋的正確引入2. 減小非線性失真由于半導(dǎo)體元件的非線性特性使放大電路的輸出和輸入無(wú)法達(dá)到線性關(guān)系。從而產(chǎn)生非線性失真。在引入深度負(fù)反饋電路后，電路的放大倍數(shù)幾乎只與反饋元件有關(guān)而與基本放大電路無(wú)關(guān)。而反饋

13、元件一般為無(wú)源的R、C元件，具有良好的線性特征，能真實(shí)反饋輸出量的變化。在輸入信號(hào)不變時(shí)，使放大電路的凈輸入與輸出信號(hào)變化趨勢(shì)相反，從而有效抑制放大電路自身的非線性失真。返回主目錄3.2 負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響及負(fù)反饋的正確引入Aouiuo加反饋前加反饋后ufuiudAoF+改善uouo波形改善以降低閉環(huán)增益為代價(jià)返回主目錄3.2 負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響及負(fù)反饋的正確引入3. 抑制內(nèi)部噪聲和干擾利用負(fù)反饋減小內(nèi)部干擾和噪聲，其原理及物理過(guò)程與減小非線性失真一樣，效果也是閉環(huán)噪聲輸出減小到開(kāi)環(huán)噪聲輸出的 。 說(shuō)明：（1） 噪聲對(duì)有用信號(hào)的干擾，并不取決于噪聲的絕對(duì)大小，而是由信噪比來(lái)決定

14、。 返回主目錄3.2 負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響及負(fù)反饋的正確引入用分貝表示為：（2）負(fù)反饋只能消弱放大器內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲與干擾，對(duì)外部混入的干擾和噪聲則不起作用。 （3）負(fù)反饋將噪聲縮小 ，放大器的放大倍數(shù)也減小 ，故不能提高信噪比，只有用改進(jìn)電路或加大有用信號(hào)的輸入來(lái)提高信噪比。返回主目錄3.2 負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響及負(fù)反饋的正確引入4. 對(duì)輸入電阻和輸出電阻的影響（1）對(duì)輸入電阻的影響1）串聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻增加返回主目錄3.2 負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響及負(fù)反饋的正確引入開(kāi)環(huán)輸入電阻：閉環(huán)輸入電阻： = 結(jié)論：串聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻增大為原來(lái)的 倍說(shuō)明：深度負(fù)反饋 時(shí)， 理解：串聯(lián)負(fù)

15、反饋相當(dāng)于在輸入回路中串聯(lián)了一個(gè)電阻，故輸入電阻增加。返回主目錄3.2 負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響及負(fù)反饋的正確引入2）并聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻減小返回主目錄3.2 負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響及負(fù)反饋的正確引入開(kāi)環(huán)輸入電阻：閉環(huán)輸入電阻：= = 結(jié)論：并聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻減小為原來(lái)的 倍理解：并聯(lián)負(fù)反饋相當(dāng)于在輸入回路中并聯(lián)了一條支路，故輸入電阻減小返回主目錄3.2 負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響及負(fù)反饋的正確引入（2）對(duì)輸出電阻的影響1）電壓負(fù)反饋使輸出電阻減小返回主目錄3.2 負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響及負(fù)反饋的正確引入由圖可得：在輸出回路列寫(xiě)基爾霍夫電壓等式：= = 開(kāi)環(huán)輸出電阻：則：結(jié)論：電壓

16、負(fù)反饋使輸出電阻是原來(lái)的理解：輸出電阻越小，輸出電壓就越穩(wěn)定返回主目錄3.2 負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響及負(fù)反饋的正確引入2）電流負(fù)反饋使輸出電阻增大返回主目錄3.2 負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響及負(fù)反饋的正確引入對(duì)圖中輸出回路，列寫(xiě)基爾霍夫電流式圖中：代入上式得：則：結(jié)論：電流負(fù)反饋使輸出電阻增大為原來(lái)的 倍理解：輸出電阻越大，輸出電流就越穩(wěn)定返回主目錄3.2 負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響及負(fù)反饋的正確引入總結(jié)：負(fù)反饋對(duì)放大電路的影響都與反饋深度有關(guān)： 反饋使基本放大器的放大倍數(shù)變?yōu)樵瓉?lái)的 。 返回主目錄3.2 負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響及負(fù)反饋的正確引入3.2.2 負(fù)反饋的正確引入1. 引入原

17、則1）為穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)應(yīng)引入直流負(fù)反饋，欲改善交流性能時(shí)則應(yīng)引入交流負(fù)反饋。2）為穩(wěn)定輸出電壓應(yīng)引入電壓負(fù)反饋，欲穩(wěn)定輸出電流則應(yīng)引入電流負(fù)反饋。3）為穩(wěn)定整個(gè)電路的最后輸出量，應(yīng)引入整體負(fù)反饋，欲穩(wěn)定某一放大級(jí)的輸出量，則應(yīng)引入局返回主目錄3.2 負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響及負(fù)反饋的正確引入部負(fù)反饋。4）為提高放大電路的輸入電阻應(yīng)引入串聯(lián)負(fù)反饋，欲減小放大電路的輸入電阻時(shí)應(yīng)引入并聯(lián)負(fù)反饋。5）為減小輸出電阻應(yīng)引入電壓負(fù)反饋，欲提高輸出電阻則應(yīng)引入電流負(fù)反饋。6）當(dāng)信號(hào)源內(nèi)阻小時(shí)，宜用串聯(lián)負(fù)反饋，當(dāng)信號(hào)源內(nèi)阻大時(shí)，宜用并聯(lián)負(fù)反饋。返回主目錄3.3 負(fù)反饋放大電路的分析計(jì)算1. 估算的依據(jù)深度負(fù)

18、反饋:方法一:由 得即，深度負(fù)反饋條件下，閉環(huán)增益只與反饋系數(shù)有關(guān)。返回主目錄3.3 負(fù)反饋放大電路的分析計(jì)算方法二:根據(jù)將代入上式得即：輸入量近似等于反饋量?jī)糨斎肓拷频扔诹慊?由此可得深度負(fù)反饋條件下，基本放大電路“虛短”、“虛斷”的概念。返回主目錄3.3 負(fù)反饋放大電路的分析計(jì)算深度負(fù)反饋條件下：Xd=Xi-Xf0u+=u-（運(yùn)放電路）ue=ub（三極管電路）（1） “虛短”ud0（2）“虛斷”id0ii+=ii-=0 （運(yùn)放電路）ib=0（三極管電路）“虛短”與“虛斷”返回主目錄3.3 負(fù)反饋放大電路的分析計(jì)算例3.3.1分立電路電壓串聯(lián)負(fù)反饋 解：用方法一 求反饋系數(shù)：2. 估算電壓

19、放大倍數(shù)返回主目錄3.3 負(fù)反饋放大電路的分析計(jì)算例3.3.2運(yùn)放組成的電壓串聯(lián)負(fù)反饋 解：用方法二 利用虛短和虛斷的概念得知閉環(huán)電壓增益則返回主目錄3.3 負(fù)反饋放大電路的分析計(jì)算例3.3.3分立電路電流并聯(lián)負(fù)反饋反饋系數(shù): 解：用方法一返回主目錄3.3 負(fù)反饋放大電路的分析計(jì)算閉環(huán)增益閉環(huán)電壓增益返回主目錄3.3 負(fù)反饋放大電路的分析計(jì)算例3.3.4運(yùn)放組成的電流并聯(lián)負(fù)反饋閉環(huán)電壓增益：利用虛短和虛斷可知 解：用方法二ui=ii R1 ii=if返回主目錄3.3 負(fù)反饋放大電路的分析計(jì)算例3.3.5分立電路電壓并聯(lián)負(fù)反饋 解：用方法一反饋系數(shù):返回主目錄3.3 負(fù)反饋放大電路的分析計(jì)算閉環(huán)

20、增益閉環(huán)電壓增益返回主目錄3.3 負(fù)反饋放大電路的分析計(jì)算例3.3.6運(yùn)放組成的并聯(lián)電壓負(fù)反饋利用虛短和虛斷可知u+=u-=0ii=if返回主目錄3.3 負(fù)反饋放大電路的分析計(jì)算例3.3.7分立元件組成的電流串聯(lián)負(fù)反饋 解：用方法一反饋系數(shù):返回主目錄3.3 負(fù)反饋放大電路的分析計(jì)算閉環(huán)增益閉環(huán)電壓增益由第二章知，該電路閉環(huán)電壓增益:返回主目錄3.3 負(fù)反饋放大電路的分析計(jì)算例3.3.8運(yùn)放組成的電流串聯(lián)負(fù)反饋閉環(huán)電壓增益利用虛短和虛斷可知: 解：用方法二返回主目錄3.3 負(fù)反饋放大電路的分析計(jì)算3. 估算輸入輸出電阻在深度負(fù)反饋條件下:返回主目錄3.3 負(fù)反饋放大電路的分析計(jì)算例3.3.9電

21、壓串聯(lián)負(fù)反饋RifRifRb1ROf0返回主目錄3.3 負(fù)反饋放大電路的分析計(jì)算例3.3.10電壓并聯(lián)負(fù)反饋Rif0RifRSROf0返回主目錄3.3 負(fù)反饋放大電路的分析計(jì)算例3.3.11電流并聯(lián)負(fù)反饋ROfRC2Rif0RifRSROf返回主目錄3.4 負(fù)反饋放大電路的自激振蕩3.4.1 負(fù)反饋放大電路的自激振蕩及穩(wěn)定工作條件1. 自激振蕩現(xiàn)象ui = 0AuouiAuo2. 自激振蕩的條件負(fù)反饋?zhàn)優(yōu)檎答? 反饋信號(hào)要足夠大。公式 可寫(xiě)成 返回主目錄3.4 負(fù)反饋放大電路的自激振蕩3. 產(chǎn)生自激振蕩的原因附加相移 AF 使負(fù)反饋 正反饋一級(jí)放大電路附加相移 90 ,兩級(jí) 180 ,三級(jí) 270 4. 自激振蕩的判斷方法自激振蕩的兩個(gè)條件中, 首先看相位條件, 只有相位條件滿足了, 絕大多數(shù)情況下, 只要 , 放大器將產(chǎn)生自激。如