反饋的基本概念及負反饋對放大器性能的影響課件

第六章負反饋技術(shù)

6-1反饋的基本概念

6-2負反饋對放大電路性能的影響6-3負反饋放大電路的分析與計算

6-4負反饋放大電路的頻率響應(yīng)二、反饋的判斷三、反饋放大電路的方框圖和基本反饋方程一、什么是反饋一、提高增益的穩(wěn)定性二、減少非線性失真三、擴展頻帶四、對輸入、輸出電阻的影響五、引入負反饋的一般原則一、深負反饋條件下的近似估算二、拆環(huán)分析法（方框圖法）一、負反饋對放大器頻率特性的影響二、負反饋放大器的穩(wěn)定性會判:判斷電路中有無反饋和反饋的性質(zhì)會算:估算深度負反饋條件下放大電路的閉環(huán)增益；會引:根據(jù)需求在電路中引入適當?shù)姆答?；會判振消?會判斷電路是否穩(wěn)定，會消除自激振蕩。§6-1反饋的基本概念給電路加上正的共模信號C1C2CeRb1Rb2ReRLRCRSuSEC+T1RbRb-EERemuO1ui1RCECRCui2T2uO2反饋網(wǎng)絡(luò)基本放大器反饋網(wǎng)絡(luò)輸入量凈輸入量反饋量輸出量反饋放大電路的方框圖§6-1反饋的基本概念C1C2CeRb1Rb2ReRLRCRSuSEC+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。放大信號傳輸反饋信號反饋量：實質(zhì)是對輸出量的采樣，其數(shù)值僅僅取決于輸出

量，與輸出量成正比，而與輸入量無關(guān)。凈輸入量：考慮反饋量后得到的輸入量。輸出電壓還是輸出電流多少怎樣引出怎樣引回影響輸入電壓還是輸入電流二、反饋的判斷2、反饋的極性的判斷（正、負反饋）如何判斷反饋的極性呢？——瞬時極性法（根據(jù)反饋效果來確定)瞬時極性：某一時刻該點交流信號的對地電位極性基本放大器反饋網(wǎng)絡(luò)輸入量凈輸入量反饋量輸出量引入反饋后其變化是增大還是減?。恳敕答伜笃渥兓窃龃筮€是減??？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；凡反饋的結(jié)果使凈輸入量的變化減小的為負反饋，否則為正反饋；放大電路中引入的一般是負反饋，用來改善電路的性能。

振蕩電路要引入正反饋，用來產(chǎn)生各種振蕩波形。瞬時極性法判斷正/負反饋：①找出反饋網(wǎng)絡(luò)。②假定輸入信號為某一瞬時極性，按信號的傳輸路線（放大電路的輸入端——輸出端——反饋網(wǎng)絡(luò)——輸入端）逐級推倒出電路中各個相關(guān)點的瞬時極性，得到反饋信號的極性。③判斷反饋的結(jié)果－－凈輸入量是增大了還是減小了？（難）這一過程一定要

注意各放大級的組態(tài)：CE/CS：CC/CD：CB/CG：輸入、輸出相位相反輸入、輸出相位相同輸入、輸出相位相同單端輸出的差放電路：同側(cè)反相；異側(cè)同相如果：－－凈輸入量減小，為負反饋如果：－－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的極性三個物理量的疊加關(guān)系判斷反饋極性uO+-RSRC1+-uS·RC2○○○+VCC～RFRe1Re2CeC2C1負反饋○○iiidif正反饋○if說明：從不同的輸出端子引回同一個輸入端，反饋極性相反。①反饋信號與輸入信號在輸入回路以電流形式求和，若兩

者極性相反為負反饋，兩者極性同為正反饋。用瞬時極性法判斷反饋極性的例子：Rb1RC1-ui○○uO○○○+VCC+-Re2RC2Re1RF+正反饋負反饋Rb1RC1-ui○○uO○○○+VCC+-Re2RC2Re1RF++-ud-+uf+-ud-+uf②反饋信號與輸入信號在輸入回路以電壓形式求和，

若兩者極性相同為負反饋，兩者極性反為正反饋。用瞬時極性法判斷反饋極性的例子：說明：從不同的輸出端子引回同一個輸入端，反饋極性相反。①反饋信號與輸入信號在輸入回路以電流形式求和，

若兩者極性相反為負反饋，兩者極性同為正反饋。3、直流反饋和交流反饋的判斷直流反饋：反饋信號只含有直流成分。交流反饋：反饋信號只含有交流成分。交直流反饋：交、直流共存的反饋。

直流負反饋的作用只有一個，就是穩(wěn)定靜態(tài)工作點，

對放大器的各項動態(tài)性能指標均無影響。交流負反饋會對放大電路的各項動態(tài)指標產(chǎn)生不同的影響，是用以改善電路技術(shù)指標的主要手段，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RSRC1uO+-uSRC2○○○+VCC～+-RFRe1Re2CeC2C1Rb1RC1-ui○○uO○○○+VCC+-Re2RC2Re1RFCF+交流反饋如何判斷交、直流反饋？“看通路”－－看反饋通路中含有直流成分還是交流成分。（*特別要注意電容所起的作用）－＋uO1R1－＋uiR2R3R4A1A2uo+-RL討論：找出電路中的反饋，并判斷反饋類型？局部反饋級間反饋負反饋負反饋三、“交流負反饋”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載的需求。反饋網(wǎng)絡(luò)放大電路+-uO反饋網(wǎng)絡(luò)放大電路+-uOiOiO取樣電壓并聯(lián)連接取樣電流串聯(lián)連接電流負反饋可以穩(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：反饋網(wǎng)絡(luò)放大電路idiiif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：反饋網(wǎng)絡(luò)放大電路+-uiuduf++--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、“交流負反饋”的四種組態(tài)及判別方法根據(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)。反饋網(wǎng)絡(luò)放大電路+-uOidiiif反饋網(wǎng)絡(luò)放大電路idiiif+-uOiOiO反饋網(wǎng)絡(luò)放大電路+-uiuduf++--+-uO反饋網(wǎng)絡(luò)放大電路+-uOiOiO+-uiuduf++--電壓串聯(lián)電流串聯(lián)電流并聯(lián)電壓并聯(lián)1、交流負反饋的四種組態(tài)（1）短路判別法：2、反饋組態(tài)的判別方法輸出端短路反饋信號消失電壓反饋反饋信號仍存在電流反饋輸入端短路反饋信號無法加到基本放大器輸入端并聯(lián)反饋反饋信號可以加到基本放大器輸入端串連反饋反饋網(wǎng)絡(luò)放大電路+-uO反饋網(wǎng)絡(luò)放大電路+-uOiOiO電壓反饋電流反饋并聯(lián)反饋串聯(lián)反饋反饋網(wǎng)絡(luò)放大電路idiiif反饋網(wǎng)絡(luò)放大電路+-uiuduf++--（2）同點連接判別法：反饋支路與放大電路的輸出端接在同一點。反饋支路與放大電路的輸出端沒有接在同一點。電壓反饋：電流反饋：反饋支路與放大電路的輸入端接在同一點。反饋支路與放大電路的輸入端沒有接在同一點。并聯(lián)反饋：串聯(lián)反饋：XfXOXfXOXfXiXfXi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)的判別方法判別反饋組態(tài)的例子(2)：RSuSI0uOR1R2R3R4R5R6+EC-EE電壓串連負反饋+ECRfRC1RLRuO電流并聯(lián)負反饋判別反饋組態(tài)的例子(3)：－＋uO1R1－＋uiR2R3R4A1A2uo+-RL判別反饋組態(tài)的例子(4)：電壓并聯(lián)負反饋電壓串聯(lián)負反饋交流負反饋有四種組態(tài)：電壓串聯(lián)負反饋電壓并聯(lián)負反饋電流串聯(lián)負反饋電流并聯(lián)負反饋采用同點連接判別法判斷交流負反饋的組態(tài)：

反饋支路與輸出端接于同一點為電壓反饋，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)的交流負反饋取決于負載的需求和信號源性質(zhì)：需要穩(wěn)定電壓采用電壓反饋，需要穩(wěn)定輸出電流采用電流反饋；

信號源為內(nèi)阻小的電壓源時，采用串聯(lián)反饋效果較好；

信號源為內(nèi)阻大的電流源時，采用并聯(lián)反饋效果較好。小結(jié)會判:判斷電路中有無反饋和反饋的性質(zhì)四、負反饋放大電路的方框圖和基本反饋方程1、負反饋放大電路的方框圖基本放大器A（s）反饋網(wǎng)絡(luò)F（s）Xi(s)XO(s)Xf(s)Xd(s)-因為負反饋放大電路有四種組態(tài)，而且對于同一種組態(tài)，具體電路也各不相同，所以為了研究負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。在斷開反饋且考慮反饋網(wǎng)絡(luò)的負載效應(yīng)的情況下所構(gòu)成的放大電路。與反饋系數(shù)有關(guān)的所有元器件構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。箭頭表示信號的流通方向說明：理想情況下，信號傳輸應(yīng)滿足單向化條件。（1）信號只經(jīng)過基本放大器實現(xiàn)正向傳輸。（2）信號只經(jīng)過反饋網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)反向傳遞。Xi(s)：輸入信號;XO(s)：輸出信號;Xf(s)：反饋信號;Xd(s)：凈輸入信號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，反映了反饋對放大電路的影響程度。負反饋對放大電路性能指標的改善程度均與反饋深度密切相關(guān)。反饋對放大電路的影響程度可以分為四種情況：負反饋深度負反饋：正反饋自激振蕩（1）（2）（3）自激時電路失去正常放大能力，在負反饋放大電路中必須要消除。（4）結(jié)論：引入深度負反饋后，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)，對于不同的反饋組態(tài)，它們具有不同的物理意義和量綱。開環(huán)增益：反饋系數(shù)：閉環(huán)增益：環(huán)路增益：5、不同反饋組態(tài)放大電路的增益、反饋系數(shù)的物理意義和量綱電壓串聯(lián)電流串聯(lián)電流并聯(lián)電壓并聯(lián)ui+-uduf++--+-uO放大器反饋網(wǎng)絡(luò)+-uOidiiif放大器反饋網(wǎng)絡(luò)iOiO+-uiuduf++--放大器反饋網(wǎng)絡(luò)idiiifiOiO放大器反饋網(wǎng)絡(luò)組態(tài)XoXi

Xf

Xd開環(huán)增益反饋系數(shù)閉環(huán)增益電壓串聯(lián)電壓并聯(lián)電流串聯(lián)電流并聯(lián)電壓增益電壓傳輸系數(shù)電壓增益跨阻增益（?）跨導傳輸系數(shù)（S）跨阻增益（?）跨導增益（S）跨阻傳輸系數(shù)（?）跨導增益（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)路增益均無量綱。uoui

uf

uduoii

if

idioui

uf

udioii

if

id*負反饋放大電路的增益和反饋系數(shù)具有廣泛的含義，對于不同的反饋組態(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。功能ui控制uo(VCVS)電壓放大ii控制uo(CCVS)電流轉(zhuǎn)換成電壓ui控制io(VCCS)電壓轉(zhuǎn)換成電流ii控制io(CCCS)電流放大§6-2交流負反饋對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、擴展頻帶四、改變輸入輸出電阻五、為改善性能引入負反饋的一般原則一、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：增益的穩(wěn)定性可用相對變化量來表示：結(jié)論：引入負反饋后，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。如果是深負反饋，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。犧牲增益換取增益的穩(wěn)定性是否值得？ubeib基本放大器反饋網(wǎng)絡(luò)Σxfxdxo·xi二、減小非線性失真放大電路引入負反饋后，非線性失真將有一定程度的改善，而且反饋越深，對非線性失真的補償作用越大，非線性失真越小。定性分析：在一定程度上補償了放大器對信號的非線性失真作用，使輸出信號xo近似為正弦信號。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?。?ubeib基本放大器反饋網(wǎng)絡(luò)Σxfxdxo·xi放大電路引入負反饋后，非線性失真將有一定程度的改善，而且反饋越深，對非線性失真的補償作用越大，非線性失真越小。在非線性失真不太嚴重的情況下，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f0|Au(j)|/dB三、展寬頻帶從圖可以直觀地看到，引入負反饋后，通頻帶展寬了。fLfHfLffHf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)負反饋使輸入電阻增大無反饋時：引入串聯(lián)負反饋后：F(S)

A(S)+-uiuduf++--iiRixO說明：串聯(lián)負反饋使放大電路的輸入電阻增大為無反饋時的[1+A(s)F(s)]倍。（負反饋對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)負反饋使輸入電阻減小無反饋時：引入并聯(lián)負反饋后：說明：并聯(lián)負反饋使放大電路的輸入電阻減小為無反饋時的1/[1+A(s)F(s)]倍。F(S)

A(S)+-uiiiRiXOidif四、改變輸入電阻（負反饋對輸入電阻的影響取決于是串聯(lián)反饋還是并聯(lián)反饋）Xi

F(S)∑RoAO(S)XdXdXf1、電壓負反饋使輸出電阻減小電壓負反饋穩(wěn)定輸出電壓輸出具有恒壓特性輸出電阻減小五、改變輸出電阻（取決于是電壓反饋還是電流反饋）uo+-io無反饋時放大電路的輸出電阻負載開路時的開環(huán)電壓增益或跨阻增益=0不重復考慮反饋網(wǎng)絡(luò)的影響io電壓負反饋使輸出電阻減小為無反饋時的1/[1+AO(s)F(s)]。當1+AO(s)F(s)→∞時，

RoAS(S)XdXi∑XdXfF(S)uo+-2、電流負反饋使輸出電阻增大電流負反饋穩(wěn)定輸出電流輸出具有恒流特性輸出電阻增大=0iouo+-電流負反饋使輸出電阻增大為無反饋時的[1+AS(s)F(s)]倍。當1+AS(s)F(s)→∞時，不重復考慮反饋網(wǎng)絡(luò)的影響負載短路時的開環(huán)電流增益或跨導增益小結(jié)：交流負反饋對放大電路各項性能指標的的影響串聯(lián)負反饋增大輸入電阻：并聯(lián)負反饋減小輸入電阻：電壓負反饋減小輸出電阻：電流負反饋增大輸出電阻：※負反饋對放大器動態(tài)指標的影響程度，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；負反饋提高增益的穩(wěn)定性：負反饋展寬放大器通頻帶：注意：A與反饋組態(tài)

緊密相關(guān)。負反饋減小非線性失真：減小為開環(huán)時的1/(1+AF)負反饋降低增益：負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)對各項性能指標的的影響反饋類型穩(wěn)定的增益輸入電阻輸出電阻其他性能的改善電壓串聯(lián)電壓并聯(lián)電流串聯(lián)電流并聯(lián)AufArfAgfAif擴展通頻帶、減小非線性失真、抑制干擾和噪聲六、為改善性能引入負反饋的一般原則1、穩(wěn)定Q點應(yīng)引入直流負反饋。2、改善動態(tài)性能應(yīng)引入交流負反饋。3、根據(jù)信號源特點決定引入串聯(lián)負反饋還是并聯(lián)負反饋：減小向信號源索取電流(增大輸入電阻)應(yīng)引入串聯(lián)負反饋；盡可能向信號源索取電流(減小輸入電阻)應(yīng)引入并聯(lián)負反饋。4、根據(jù)負載的需求決定引入電壓負反饋還是電流負反饋：需要穩(wěn)定輸出電壓（減小輸出電阻）應(yīng)引入電壓負反饋；需要穩(wěn)定輸出電流（增大輸出電阻）應(yīng)引入電流負反饋；5、根據(jù)信號轉(zhuǎn)換關(guān)系：輸出是電壓控制電壓源－－電壓串聯(lián)負反饋輸出是電流控制電壓源－－電壓并聯(lián)負反饋輸出是電壓控制電流源－－電流串聯(lián)負反饋輸出是電流控制電流源－－電流并聯(lián)負反饋如何在放大電路中引入適當?shù)呢摲答伕鶕?jù)需求確定應(yīng)引入何種組態(tài)的負反饋。根據(jù)反饋信號的取樣方式（電壓反饋或電流反饋）確定反饋信號應(yīng)由輸出回路的哪一點引出。根據(jù)反饋信號與輸入信號的疊加方式（串聯(lián)反饋或并聯(lián)反饋）確定反饋信號應(yīng)饋送到輸入回路的哪一點。要注意保證反饋極性是負反饋。討論（一）1、為減小放大電路從信號源索取的電流，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，應(yīng)引入什么反饋？4、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？RC1RC2Rb1uiRe1Re2Rb2RC3RLVD+EC-EERf12345678910+-+-uOIEE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。？電壓串聯(lián)負反饋RC1RC2Rb1uiRe1Re2Rb2RC3RLVD+EC-EERf12345678910+-+-uOIEE？電流串聯(lián)負反饋討論（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。RC1RC2Rb1uiRe1Re2Rb2RC3RLVD+EC-EERf12345678910+-+-uOIEE電壓并聯(lián)負反饋討論（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。RC1RC2Rb1uiRe1Re2Rb2RC3RLVD+EC-EERf12345678910+-+-uOIEE？電流并聯(lián)負反饋討論（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。Rb1RC1Re1C1RC3Re3RC2C2T1T2T3

b1c1c2e2c3e3+VCCuOui++--e1在圖示電路中要達到以下效