負(fù)反饋放大電路教學(xué).ppt

第四章 負(fù)反饋放大電路,4.1 反饋的基本概念,4.2 負(fù)反饋放大電路,4.3 深度負(fù)反饋放大電路的計算,4.4 負(fù)反饋對放大電路性能的影響,本章重點和考點：,1.負(fù)反饋組態(tài)的正確判斷,2.深度負(fù)反饋放大電路放大倍數(shù)的計算,3.負(fù)反饋的作用,4.1 反饋的基本概念,4.1.1 反饋的基本概念,一、什么是反饋,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)。,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，反送回輸入回路中。,反饋放大電路的方框圖,二、正反饋和負(fù)反饋,反饋信號增強(qiáng)了外加凈輸入信號，使放大電路的放大倍數(shù)提高 ,正反饋,反饋信號削弱了外加凈輸入信號，使放大電路的放大倍數(shù)降低 ,負(fù)反饋,負(fù)反饋 穩(wěn)定靜態(tài)工作點,三、直流反饋和交流反饋,(a)直流負(fù)反饋,(b)交流負(fù)反饋,交流負(fù)反饋：反饋量只含有交流量。 用以改善放大電路的性能。,可穩(wěn)定靜態(tài)工作點。,4.1.2 反饋的分類和判斷,一、有無反饋的判斷,是否有聯(lián)系輸入、輸出回路的反饋通路； 是否影響放大電路的凈輸入。,(a)沒引入反饋的放大電路,(b)引入反饋的放大電路,(c) R的接入沒引入反饋,反饋極性的判斷方法：瞬時極性法。,先假定某一瞬間輸入信號的極性，然后按信號的放大過程，逐級推出輸出信號的瞬時極性，最后根據(jù)反饋回輸入端的信號對原輸入信號的作用，判斷出反饋的極性。,二、反饋極性的判斷,對分立元件而言，C與B極性相反，E與B極性相同。 對集成運(yùn)放而言， uO與uN極性相反， uO與uP極性相同。,例：用瞬時極性法判斷電路中的反饋極性。,因為差模輸入電壓等于輸入電壓與反饋電壓之差，反饋增強(qiáng)了輸入電壓，所以為正反饋。,反饋信號削弱了輸入信號，因此為負(fù)反饋。,(a)正反饋,(b)負(fù)反饋,例,(+),(-),(-),凈輸入量減小,(+),(+),(-),(-),凈輸入量增加,a負(fù)反饋,b正反饋,反饋通路,反饋通路,級間反饋通路,(+),(+),(+),(+),(-),凈輸入量減小,c級間負(fù)反饋,分立元件電路反饋極性的判斷,分立元件放大電路反饋極性的判斷,負(fù)反饋,原則：對分立元件而言，C與B極性相反，E與B極性相同。,凈輸入量減小,反饋通路,三、直流反饋與交流反饋的判斷,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。,直流反饋與交流反饋的判斷（一）,(a)電路,(b)直流通路,(c)交流通路,直流反饋,無交流反饋,4.2 負(fù)反饋放大電路,負(fù)反饋放大電路分析要點,（3）負(fù)反饋的基本作用是將引回的反饋量與輸入量相減，從而調(diào)整電路的凈輸入量和輸出量。,（1）交流負(fù)反饋使放大電路的輸出量與輸入量之間具有 穩(wěn)定的比例關(guān)系，任何因素引起的輸出量的變化均得 到抑制。由于輸入量的變化也同樣會受到抑制，因此 交流負(fù)反饋使電路的放大能力下降。,（2）反饋量實質(zhì)上是對輸出量的取樣，其數(shù)值與輸出 量成正比。,（2）從輸入端看，反饋量與輸入量是以電壓方 式相疊加，還是以電流方式相疊加。,對于具體的負(fù)反饋放大電路，首先應(yīng)研究下列問題，進(jìn)而進(jìn)行定量分析。,（1）從輸出端看，反饋量是取自于輸出電壓， 還是取自于輸出電流。,反饋信號取自輸出電壓，則為電壓反饋,反饋信號取自輸出電流，則為電流反饋,反饋量與輸入量以電壓形式求和，為串聯(lián)反饋,反饋量與輸入量以電流形式求和，為并聯(lián)反饋,4.2.1 四種負(fù)反饋組態(tài),一、電壓串聯(lián)負(fù)反饋,電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路,反饋信號與輸出電壓成正比，集成運(yùn)放的凈輸入電壓等于輸入電壓與反饋電壓之差，,電壓串聯(lián)、電壓并聯(lián)、電流串聯(lián)、電流并聯(lián)負(fù)反饋,二、電流串聯(lián)負(fù)反饋,電流串聯(lián)負(fù)反饋電路,反饋信號與輸出電流成正比，凈輸入電壓等于外加輸入信號與反饋信號之差,（2）串聯(lián)負(fù)反饋電路的輸入電流很小，適用于輸入信號為 恒壓源或近似恒壓源的情況。,（1）電壓負(fù)反饋能夠穩(wěn)定輸出電壓，電流負(fù)反饋能夠穩(wěn)定 輸出電流。,小結(jié),三、電壓并聯(lián)負(fù)反饋,電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路,反饋信號與輸出電壓成正比，凈輸入電流等于外加 輸入電流與反饋電流之差,四、電流并聯(lián)負(fù)反饋,電流并聯(lián)負(fù)反饋電路,反饋信號與輸出電流成正比，凈輸入電流等于外加輸入信號與反饋信號之差：,四種負(fù)反饋組態(tài)的放大倍數(shù),電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路,電流串聯(lián)負(fù)反饋電路,電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路,電流并聯(lián)負(fù)反饋電路,電壓放大倍數(shù),轉(zhuǎn)移電阻,轉(zhuǎn)移電導(dǎo),電流放大倍數(shù),五、 反饋組態(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。,例 判斷反饋的組態(tài)。,例題電路圖,反饋通路： T3 、 R4與R2,交、直流反饋,瞬時極性法判斷：負(fù)反饋,輸出端看：電壓負(fù)反饋,輸入端看：串聯(lián)負(fù)反饋,電路引入交、直流電壓串聯(lián)負(fù)反饋,4.2.2 負(fù)反饋放大電路的一般關(guān)系式,反饋放大電路方框圖,分別為輸入信號、輸出信號和反饋信號；,開環(huán)放大倍數(shù),無反饋時放大網(wǎng)絡(luò)的放大倍數(shù)；,因為：,所以：,閉環(huán)放大倍數(shù)：,電路的環(huán)路放大倍數(shù)：,反饋系數(shù)：,四種反饋組態(tài)電路的方框圖,電壓串聯(lián)負(fù)反饋,電流串聯(lián)負(fù)反饋,電壓并聯(lián)負(fù)反饋,電流并聯(lián)負(fù)反饋,表4.2.1 四種組態(tài)負(fù)反饋放大電路的比較,電壓放大倍數(shù),轉(zhuǎn)移電阻,轉(zhuǎn)移電導(dǎo),電流放大倍數(shù),若,深度負(fù)反饋,結(jié)論：深度負(fù)反饋放大電路的放大倍數(shù)主要由反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù)決定，能保持穩(wěn)定。,若,則,自激振蕩,4.3 深度負(fù)反饋放大電路的計算,閉環(huán)放大倍數(shù)：,4.3.1 深度負(fù)反饋的實質(zhì),放大電路的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)：,深度負(fù)反饋放大電路的 閉環(huán)電壓放大倍數(shù)：,對于串聯(lián)負(fù)反饋：,并聯(lián)負(fù)反饋：,結(jié)論：根據(jù)負(fù)反饋組態(tài)，選擇適當(dāng)?shù)墓?；再根?jù)放大電路的實際情況，列出關(guān)系式后，直接估算閉環(huán)電壓放大倍數(shù)。,反饋網(wǎng)絡(luò)的分析,反饋網(wǎng)絡(luò)的分析,(a)電壓串聯(lián),(b)電流串聯(lián),(c)電壓并聯(lián),(d)電流并聯(lián),4.3.2 深度負(fù)反饋放大倍數(shù)的計算,一、電壓串聯(lián)負(fù)反饋,放大倍數(shù)則為電壓放大倍數(shù),二、電流串聯(lián)負(fù)反饋,放大倍數(shù)為轉(zhuǎn)移電導(dǎo),電壓放大倍數(shù),三、電壓并聯(lián)負(fù)反饋,放大倍數(shù)為轉(zhuǎn)移電阻,源電壓放大倍數(shù),并聯(lián)負(fù)反饋電路的信號源,對于并聯(lián)負(fù)反饋電路，信號源內(nèi)阻是必不可少的。,四、電流并聯(lián)負(fù)反饋,放大倍數(shù)為 電流放大倍數(shù),電壓放大倍數(shù),小結(jié)：,（1）正確判斷反饋組態(tài)；,（2）求解反饋系數(shù)；,復(fù)習(xí)：,1.正、負(fù)反饋的判斷 (瞬時極性法),對分立元件而言，C與B極性相反，E與B極性相同。 對集成運(yùn)放而言， uO與uN極性相反， uO與uP極性相同。 以電壓求和或以電流求和判斷凈輸入信號是增加或減小。,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)反饋阻態(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。,5、深度負(fù)反饋放大電路電壓放大倍數(shù)的計算,4、負(fù)反饋的幾個概念,若,深度負(fù)反饋,例1 如圖6.2.8，已知R110K，R2100 K，R32 K， RL5 K。求解在深度負(fù)反饋條件下的AUf.,解： 反饋通路： T、 R3、 R2與R1 電路引入電流串聯(lián)負(fù)反饋,例2 在圖示電路中，已知R210K，R4100 K，求解在深度負(fù)反饋條件下的AUF,例題2電路圖,反饋通路： T3 、 R4與R2,電路引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋,電壓放大倍數(shù),例3 估算深負(fù)反饋運(yùn)放的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)。,解：,該電路為電壓并聯(lián) 負(fù)反饋，在深度負(fù)反饋條件下：,則閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為：,例 3電路圖,該電路為電壓串聯(lián)負(fù)反饋,在深度負(fù)反饋條件下,例 4電路圖,例4：,例 5電路圖,該電路為電流并聯(lián)負(fù)反饋， 在深度負(fù)反饋條件下：,故：,閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為：,例5,4.4 負(fù)反饋對放大電路性能的影響,4.4.1 穩(wěn)定放大倍數(shù),引入負(fù)反饋后，在輸入信號一定的情況下，當(dāng)電路參數(shù)變化、電源電壓波動或負(fù)載發(fā)生變化時，放大電路輸出信號的波動減小，即放大倍數(shù)的穩(wěn)定性提高。 放大倍數(shù)穩(wěn)定性提高的程度與反饋深度有關(guān)。,在中頻范圍內(nèi)，,放大倍數(shù)的相對變化量：,結(jié)論：引入負(fù)反饋后，放大倍數(shù)的穩(wěn)定性提高了 (1 + AF) 倍。,例：在電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路中，, 估算反饋系數(shù) 和反饋深度, 估算放大電路的閉環(huán)電壓放大倍數(shù), 如果開環(huán)差模電壓放大倍數(shù) A 的相對變化量為10%，此時閉環(huán)電壓放大倍數(shù) Af 的相對變化量等于多少？,解：, 反饋系數(shù),反饋深度, 閉環(huán)放大倍數(shù), Af 的相對變化量,結(jié)論：當(dāng)開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)變化 10% 時，電壓放大倍數(shù)的相對變化量只有 0.00 1%，而穩(wěn)定性提高了一萬倍。,4.4.2 展寬頻帶,由于負(fù)反饋可以提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性，因而對于 頻率不同而引起的放大倍數(shù)下降，也可以改善。,設(shè)無反饋時放大電路在中、高頻段的放大倍數(shù)分別為 ，上限頻率為 f；,引入反饋系數(shù)為 的負(fù)反饋后，放大電路在中、高頻段的放大倍數(shù)分別為 ，上限頻率為 fHf。,所以：,可見，引入負(fù)反饋后，放大電路的中頻放大倍數(shù)減小為無反饋時的1 / ；而上限頻率提高到無反饋時的 倍。,同理，可推導(dǎo)出引入負(fù)反饋后，放大電路的下限頻率降低為無反饋時的 1 / 。,結(jié)論：引入負(fù)反饋后，放大電路的上限頻率提高，下限頻率降低，因而通頻帶展寬。,fbwf=fHf-fLffHf,fbw=fH-fLfH,基本放大電路的通頻帶,反饋放大電路的通頻帶,fL,fH,fLf,fHf,負(fù)反饋對通頻帶和放大倍數(shù)的影響,f,負(fù)反饋減小了波形失真,加入 負(fù)反饋,無負(fù)反饋,F,xf,xo,略大,略小,略小,略大,接近正弦波,預(yù)失真,4.4.3 減小非線性失真和抑制干擾,同樣道理，負(fù)反饋可抑制放大電路內(nèi)部噪聲。,4.4.4 改變輸入電阻和輸出電阻,不同類型的負(fù)反饋，對輸入電阻、輸出電阻的影響不同。,一、對輸入電阻的影響,1. 串聯(lián)負(fù)反饋增大輸入電阻,得：,結(jié)論：引入串聯(lián)負(fù)反饋后，輸入電阻增大為無反饋時的 倍。,2. 并聯(lián)負(fù)反饋減小輸入電阻,得：,結(jié)論：引入并聯(lián)負(fù)反饋后，輸入電阻減小為無負(fù)反饋時的 1/ 。,并聯(lián)負(fù)反饋對 Ri 的影響,二、負(fù)反饋對輸出電阻的影響,1. 電壓負(fù)反饋減小輸出電阻,放大電路的輸出電阻定義為：,得：,結(jié)論：引入電壓負(fù)反饋后，放大電路的輸出電阻減小到無反饋時的 。,2. 電流負(fù)反饋增大輸出電阻,結(jié)論：引入電流負(fù)反饋后，放大電路的輸出電阻增大到無反饋時的 倍。,綜上所述,(1). 反饋信號與外加輸入信號的求和方式只對放大電路的輸入電阻有影響：串聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻增大；并聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻減小。 (2). 反饋信號在輸出端的采樣方式只對放大電路的輸出電阻有影響：電壓負(fù)反饋使輸出電阻減??；電流負(fù)反饋使輸出電阻增大。 (3). 串聯(lián)負(fù)反饋只增大反饋環(huán)路內(nèi)的輸入電阻；電流負(fù)反饋只增大反饋環(huán)路內(nèi)的輸出電阻。 (4). 負(fù)反饋對輸入電阻和輸出電阻的影響程度，與反饋深度有關(guān)。,放大電路中引入負(fù)反饋的一般原則,負(fù)反饋對放大電路性能方面的影響，均與反饋深度有關(guān)。 負(fù)反饋放大電路的分析以定性分析為主，定量分析為輔。,定性分析常用EDA軟件（EWB/PSPICE）進(jìn)行分析。,電路設(shè)計時，引入負(fù)反饋的一般原則,（1）為了穩(wěn)定靜態(tài)工作點，應(yīng)引入直流負(fù)反饋； 為了改善電路的動態(tài)性能，應(yīng)引入交流負(fù)反饋。,（2）根據(jù)信號源的性質(zhì)引入串聯(lián)負(fù)反饋，或者并聯(lián)負(fù)反饋。 當(dāng)信號源為恒壓源或內(nèi)阻較小的電壓源時，為增大放大 電路的輸入電阻，以減小信號源的輸出電流和內(nèi)阻上的 壓降，應(yīng)引入串聯(lián)負(fù)反饋。,（4）根據(jù)表4.2.1所示的四種組態(tài)反饋電路的功能，在需要進(jìn) 行信號變換