第6章-負(fù)反饋放大電路

1、第6章 負(fù)反饋放大電路,6.1 概述 6.2 負(fù)反饋放大電路的框圖和一般 關(guān)系 6.3 負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響 6.4 負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定性,6.1.1 反饋的基本概念 6.1.2 反饋的分類 6.1.3 負(fù)反饋的四種組態(tài),6.1 概述,在電子設(shè)備中經(jīng)常采用反饋的方法來改善電路的性能，以達(dá)到預(yù)定的指標(biāo)。例如，采用直流負(fù)反饋穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。,Rb1 和 Rb2 分壓，使基極 UB 固定。,UBQ 固定,使 ICQ 基本不隨溫度變化，穩(wěn)定了靜態(tài)工作點(diǎn)。,反饋概念的建立,圖 5.1.1,圖 5.1.1,放大電路中的反饋，是指將放大電路輸出電量(輸出電壓或輸出電流)的一部分或全部，通過一定的方式

2、，反送回輸入回路中。,UBEQ UBQ - ICQRE,將輸出電流 ICQ(IEQ) 反饋回輸入回路，改變UBEQ，使 ICQ 穩(wěn)定。,由此可見，欲穩(wěn)定電路中的某個(gè)電量，應(yīng)采取措施將該電量反饋回輸入回路。,6.1.2反饋的分類,一、正反饋和負(fù)反饋,反饋信號(hào)增強(qiáng)了外加輸入信號(hào)，使放大電路的放大倍數(shù)提高 ,正反饋,反饋信號(hào)削弱了外加輸入信號(hào)，使放大電路的放大倍數(shù)降低 ,負(fù)反饋,反饋極性的判斷方法：瞬時(shí)極性法。,先假定某一瞬間輸入信號(hào)的極性，然后按信號(hào)的放大過程，逐級(jí)推出輸出信號(hào)的瞬時(shí)極性，最后根據(jù)反饋回輸入端的信號(hào)對(duì)原輸入信號(hào)的作用，判斷出反饋的極性。,極性正、負(fù)判斷的原則： 對(duì)分立元件而言，C與

3、B極性相反，E與B極性相同，C與E極性相同。 對(duì)集成運(yùn)放而言， uO與uN極性相反， uO與uP極性相同。,例：用瞬時(shí)極性法判斷電路中的反饋極性。,因?yàn)椴钅］斎腚妷旱扔谳斎腚妷号c反饋電壓之差，反饋增強(qiáng)了輸入電壓，所以為正反饋。,反饋信號(hào)削弱了輸入信號(hào)，因此為負(fù)反饋。,圖 5.1.1,(a)正反饋,(b)負(fù)反饋,二、直流反饋和交流反饋,圖 5.1.3直流反饋與交流反饋,(a)直流負(fù)反饋,(b)交流負(fù)反饋,直流負(fù)反饋可穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)， 交流負(fù)反饋用以改善放大電路的性能。,三、電壓反饋和電流反饋,如果反饋信號(hào)取自輸出電壓，則為電壓反饋；電壓負(fù)反饋的反饋信號(hào)與輸出電壓成比例； 反饋信號(hào)取自輸出電流，則

4、為電流反饋，電流負(fù)反饋的反饋信號(hào)與輸出電流成比例。,判斷方法：,假設(shè)將輸出端交流短路，如果反饋信號(hào)消失，則為電壓反饋；否則為電流反饋。,Re1 兩端的電壓與輸出信號(hào)無關(guān)，即反饋信號(hào)消失，所以為電壓反饋。,例：,圖 5.1.3(b),反饋信號(hào)末消失，所以為電流反饋。,四、串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋,反饋信號(hào)與輸入信號(hào)在輸入回路中以電壓形式求和，為串聯(lián)反饋；如果二者以電流形式求和，為并聯(lián)反饋。,例：右上圖,所以為并聯(lián)反饋；,所以為串聯(lián)聯(lián)反饋。,例：右下圖,小結(jié)：,1.正、負(fù)反饋的判斷 (瞬時(shí)極性法),對(duì)分立元件而言，C與B極性相反，E與B極性相同。 對(duì)集成運(yùn)放而言， uO與uN極性相反， uO與uP極性相

5、同。 以電壓求和或以電流求和判斷凈輸入信號(hào)是增加或減小。,2.交、直流負(fù)反饋的判斷,直流負(fù)反饋：反饋量只含有直流量。,交流負(fù)反饋：反饋量只含有交流量。,3.四種負(fù)反饋?zhàn)钁B(tài)的判斷,電流：將負(fù)載短路，反饋量仍然存在。,電壓：將負(fù)載短路，反饋量為零。,電壓串聯(lián)、電壓并聯(lián)、電流串聯(lián)和電流并聯(lián),6.1.3 負(fù)反饋的四種組態(tài),對(duì)于負(fù)反饋來說，根據(jù)反饋信號(hào)在輸出端采樣方式以及在輸入回路中求和形式的不同，共有四種組態(tài)，它們分別是： 電壓串聯(lián)負(fù)反饋 電壓并聯(lián)負(fù)反饋 電流串聯(lián)負(fù)反饋 電流并聯(lián)負(fù)反饋。 下面通過例子來說明如何判斷?,1.電壓串聯(lián)負(fù)反饋,R1上的壓降為零，電阻RF引入一個(gè)反饋，反饋電壓vF為輸出電壓v

6、o在R2和RF上的分壓而得，屬電壓反饋；又集成運(yùn)放的差模輸入電壓(凈輸入電壓)vid=vi-vf，反饋電壓削弱外加輸入電壓的作用，使放大倍數(shù)降低，為負(fù)反饋；vi與vf接在輸入回路不同端，為串聯(lián)反饋。所以該組態(tài)是電壓串聯(lián)負(fù)反饋。,2.電流串聯(lián)負(fù)反饋,反饋電壓vf=ioRf取自輸出電流,為電流反饋。又集成運(yùn)放的差模輸入電壓(凈輸入電壓)為vid=vi-vf，為串聯(lián)反饋。由瞬時(shí)極性法知該反饋為負(fù)反饋?？梢?，所以該組態(tài)是電流串聯(lián)負(fù)反饋。,3.電壓并聯(lián)負(fù)反饋,反饋電流if取自輸出電壓v0,為電壓反饋。又凈輸入電流為iid=ii-if，為并聯(lián)反饋。由瞬時(shí)極性法知該反饋為負(fù)反饋?？梢姡栽摻M態(tài)是電壓并聯(lián)負(fù)

7、反饋。,4.電流并聯(lián)負(fù)反饋,反饋電流if取自輸出電流i0,為電流反饋。又凈輸入電流為iid=ii-if，為并聯(lián)反饋。由瞬時(shí)極性法知該反饋為負(fù)反饋?？梢?，所以該組態(tài)是電流并聯(lián)負(fù)反饋。,例6.1：判斷Rf是否負(fù)反饋，若是，判斷反饋的組態(tài)。,uo,if,ib=i+if,uo,此電路是電壓并聯(lián)負(fù)反饋，對(duì)直流也起作用。,問題：三極管的靜態(tài)工作點(diǎn)如何提供？能否在反饋回路加隔直電容？,不能！Rf為三極管提供靜態(tài)電流！,Rf 的作用： 1. 提供靜態(tài)工作點(diǎn)。 2. 直流負(fù)反饋，穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。 3. 交流負(fù)反饋，穩(wěn)定放大倍數(shù)。,例6.2 判斷Rf是否負(fù)反饋，若是，判斷反饋的組態(tài)。,例6.2:判斷Rf是否負(fù)反饋

8、，若是，判斷反饋的組態(tài)。,電流并聯(lián)負(fù)反饋。對(duì)直流也起作用，可以穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。,例6.3 試判斷圖6.3所示電路的反饋組態(tài)。,解: 根據(jù)瞬時(shí)極性法，見圖中的紅色“+”、“-” 號(hào)，可知經(jīng)電阻R1加在基極B1上的是直流并聯(lián)負(fù)反饋。因反饋信號(hào)與輸出電流成比例，故又為電流反饋。結(jié)論：是直流電流并聯(lián)負(fù)反饋。,經(jīng)Rf 加在E1上是交流負(fù)反饋。反饋信號(hào)和輸入信號(hào)加在T1兩個(gè)輸入電極，故為串聯(lián)反饋。結(jié)論：交流電壓串聯(lián)負(fù)反饋。,例題6. 3圖,例6.4:試判斷圖6.4所示電路的反饋組態(tài),解: 根據(jù)瞬時(shí)極性法，見圖中的紅色+、- 號(hào)，可知是負(fù)反饋。 因反饋信號(hào)和輸入信號(hào)加在運(yùn)放A1的兩個(gè)輸入端，故為串聯(lián)反饋。,

9、例題6. 4圖,因反饋信號(hào)與輸出電壓成比例，故為電壓反饋。結(jié)論：交直流串聯(lián)電壓負(fù)反饋。,動(dòng)畫9-1,動(dòng)畫9-2,例6.5:判斷圖示電路中RE1、RE2 的負(fù)反饋?zhàn)饔谩?RE2對(duì)交流不起作 用，RE1對(duì)交、直 流均起作用,電流串聯(lián)反饋,另外再看幾個(gè)例子：,思考,例6.6 判斷Rf是否負(fù)反饋，若是，判斷反饋的類型。,電壓串聯(lián)負(fù)反饋（交流反饋）,+,C1,RB1,RC1,RB21,RB22,RC2,RE2,RE1,C3,C2,+VCC,vo,vi,+,T2,若Rf與T發(fā)射極相接如圖所示，引入的是何種類型的反饋？,T1,電流串聯(lián)正反饋,例6.7 判斷圖示電路Rf的反饋類型。,電流并聯(lián)負(fù)反饋（交、直流反

10、饋）,+,例6.8：判斷如圖電路中RE1、RE2的負(fù)反饋?zhàn)饔谩?1. 對(duì)交流信號(hào)：,RE1：電流串聯(lián)負(fù)反饋。,2. 對(duì)直流信號(hào)：,RE1、RE2對(duì)直流均起作用，通過反饋穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。,反饋過程：,例6.9：判斷如圖電路中RE3的負(fù)反饋?zhàn)饔谩?電流串聯(lián)負(fù)反饋，對(duì)直流不起作用。,例6.10:回答下列問題。,例6.10電路圖,求在靜態(tài)時(shí)運(yùn)放的共模輸入電壓; 若要實(shí)現(xiàn)串聯(lián)電壓反饋, Rf 應(yīng)接向何處? 要實(shí)現(xiàn)串聯(lián)電壓負(fù)反饋,運(yùn)放的輸入端極性如何確定？ 求引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋后的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)。,解：靜態(tài)時(shí)運(yùn)放的共模輸入電壓，即靜態(tài)時(shí) T1和T2的集電極 電位。,例6.10電路圖,Ic1 = Ic2

11、= Ic3 /2,解 :可以把差動(dòng)放大電路看成運(yùn)放A的輸入級(jí)。輸入信號(hào)加在T1的基極，要實(shí)現(xiàn)串聯(lián)反饋，反饋信號(hào)必然要加在B2。所以要實(shí)現(xiàn)串聯(lián)電壓反饋, Rf應(yīng)接向B2。,解既然是串聯(lián)反饋, 反饋和輸入信號(hào)接到差放的兩個(gè)輸入端。要實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋，必為同極性信號(hào)。差放輸入端的瞬時(shí)極性，見圖中紅色標(biāo)號(hào)。根據(jù)串聯(lián)反饋的要求，可確定B2的極性，,見圖中綠色標(biāo)號(hào)，由此可確定運(yùn)放的輸入端極性。,例6.10電路圖,解 :求引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋后的閉環(huán)電壓增 益，可把差放和運(yùn)放合為一個(gè)整體看待。,圖6.10電路圖,為了保證獲得運(yùn)放綠色標(biāo)號(hào)的極性，B1相當(dāng)同相輸入端，B2相當(dāng)反向輸入端。為此該電路相當(dāng)同相輸入比例運(yùn)算電

12、路。所以電壓增益為,6.2 負(fù)反饋放大電路的框圖與一般關(guān)系式,6.2.1 負(fù)反饋的方塊圖 6.2.2 負(fù)反饋放大電路增益 6.2.3 四種負(fù)反饋組態(tài)的方框圖 6.2.4 負(fù)反饋電路放大倍數(shù)計(jì)算,6.2.1 負(fù)反饋的方塊圖,以上幾個(gè)量都采用了復(fù)數(shù)表示，因?yàn)橐紤]實(shí)際電路的相移。由于,閉環(huán)放大倍數(shù),凈輸入,開環(huán)放大倍數(shù),反饋系數(shù),6.2.2 負(fù)反饋放大電路增益,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) 1時(shí)， ，相當(dāng)于負(fù)反饋 (2)當(dāng) 1時(shí)， ，相當(dāng)于正反饋 (3)當(dāng) =0 時(shí)， = ，相當(dāng)于輸入為 零時(shí)仍有輸出，故稱為“自激狀態(tài)”。,討論,2. 深度負(fù)反饋,環(huán)路增益 是指

13、放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)所形成環(huán)路的增益，當(dāng) 1時(shí)稱為深度負(fù)反饋，與 1+ 1相當(dāng)。于是閉環(huán)放大倍數(shù):,也就是說在深度負(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)基本無關(guān)。一般反饋網(wǎng)絡(luò)是無源元件構(gòu)成的，其穩(wěn)定性優(yōu)于有源器件，因此深度負(fù)反饋時(shí)的放大倍數(shù)比較穩(wěn)定。,由此可見：對(duì)于復(fù)雜的負(fù)反饋電路，增益的計(jì)算可簡(jiǎn)化為反饋系數(shù)的計(jì)算。,在此還要注意的是 、 和 可以是 電壓信號(hào)，也可以是電流信號(hào)。,(1) 當(dāng)它們都是電壓信號(hào)時(shí)， 、 、 無量綱， 和 是電壓放大倍數(shù)。,(2) 當(dāng)它們都是電流信號(hào)時(shí)， 、 、 無量綱， 和 是電流放大倍數(shù)。,(3) 當(dāng)它們既有電壓信號(hào)也有電流信號(hào)時(shí)， 、

14、 、 有量綱， 和 也有專門的放大倍數(shù)的稱謂。,3、需說明：,6.2.3 四種反饋組態(tài)電路的方框圖,對(duì)于不同組態(tài)的負(fù)反饋放大電路來說，其中開環(huán)放大倍數(shù)和反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù)物理意義和量綱都各不相同，因此，統(tǒng)稱之為廣義的放大倍數(shù)和廣義的反饋系數(shù)。,6.2.4 深度負(fù)反饋電路放大倍數(shù)計(jì)算,1. 電壓串聯(lián)負(fù)反饋,結(jié)論:,2. 電流串聯(lián)負(fù)反饋,結(jié)論:,3. 電壓并聯(lián)負(fù)反饋,結(jié)論:,4. 電流并聯(lián)負(fù)反饋,結(jié)論:,6.3 負(fù)反饋對(duì)放大電路性能影響,6.3.1 提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性 6.3.2 減小非線性失真和抑制干擾 6.3.3 提高反饋環(huán)內(nèi)信噪比 6.3.4 改善放大電路的頻率特性,6.3.1 提高放大倍

15、數(shù)的穩(wěn)定性,Af 的相對(duì)變化量,A 的相對(duì)變化量,放大倍數(shù)穩(wěn)定性提高,6.3.2 減小非線性失真,加入 負(fù)反饋,無負(fù)反饋,F,vf,vo,略大,略小,略小,略大,接近正弦波,改善了波形失真,減小失真動(dòng)畫演示,6.3.3 改善放大電路的頻率特性,無反饋時(shí)： BW = fH fL fH,引入反饋后，,f,A(f),O,Am,0.707Am,fL,fH,BW,Af(f),Amf,0.707Amf,fLf,fHf,BWf,可證明：,fHf = (1 + AF) fH,fLf = fL / (1 + AF),= (1 + AF) fH,= (1 + AF) BW,例6.13 已知集成運(yùn)放中頻開環(huán)差模放大

16、倍數(shù)Am=104，上限頻率 fH=10Hz，下限頻率fL=1Hz。引入負(fù)反饋后，閉環(huán)電壓放大倍數(shù)Amf=10，試問反饋深度等于多少？此時(shí)負(fù)反饋放大電路的通頻帶等于多少？增益帶寬積又為多少？,解：因?yàn)?所以反饋深度:,又,所以通頻帶寬:,頻帶增益積:,6.3.5 改變放大電路的輸入和輸出電阻,1、對(duì)輸入電阻的影響,(1) 串聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻增大,深度負(fù)反饋：,理解：串聯(lián)負(fù)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。,(2) 并聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻減小,深度負(fù)反饋：,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。,A 為負(fù)載開路時(shí)的源電壓放大倍數(shù)。,深度負(fù)反饋：,理解：電壓負(fù)反饋目的是阻止vo的變化，穩(wěn)定輸出 電壓。,放大電路空載時(shí)可等效右圖框中為電壓源：,輸出電阻越小，輸出電壓越穩(wěn)定，反之亦然。,(2) 電流負(fù)反饋 F 與 A 串聯(lián)，使輸出電阻增大,A 為負(fù)載短路時(shí)的源電壓放大倍數(shù)。,深度負(fù)反饋：,理解：電流負(fù)反饋目的是阻止io的變化，穩(wěn)定輸出電流。,放大電路空載時(shí)可等效為右圖框中電流源：,輸出電阻越大，輸出電流越穩(wěn)定，反之亦然。,例6.14:電路如圖所示，試用虛短與虛斷的概念近似計(jì)算它的放大倍數(shù)并定性分析輸入電阻與輸出電阻。,解：運(yùn)放兩個(gè)輸入端得虛線短接(即 )，稱為虛短，同時(shí)運(yùn)放的輸