第四章放大電路中的反饋

第四章放大電路中的反饋第1頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第四章放大電路中的反饋三、反饋的組態(tài)電壓串聯(lián)型電壓并聯(lián)型電流串聯(lián)型電流并聯(lián)型§4.3負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響{end}第2頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期三放大電路中的反饋（Feedback)

反饋是指將系統(tǒng)中的輸出量的一部分或全部，按一定的方式引回到系統(tǒng)的輸入端，從而影響原系統(tǒng)的輸入量的過程。反饋結(jié)構(gòu)示意框圖(FeedbackConfiguration)AXiXoFXfXid不含反饋放大反饋網(wǎng)絡(luò)輸入輸出反饋信號(hào)凈輸入信號(hào)Xid=Xi-Xf+-第3頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期三放大電路中的反饋（Feedback)1、開環(huán)放大倍數(shù)A(Open-loopGain)2、反饋系數(shù)F(FeedbackTransferFunction)3、閉環(huán)放大倍數(shù)Af(Closed-loopGain){end}反饋基本關(guān)系A(chǔ)XiXoFXfXid+-第4頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期三反饋的分類反饋的分類交流反饋直流反饋交直流反饋：只對(duì)交流具有反饋?zhàn)饔茫褐粚?duì)直流具有反饋?zhàn)饔茫簩?duì)交直流都具有反饋?zhàn)饔胾oBTRCC1ui+-C2+-++++UCCRb1Rb2RLReCe反饋在哪？輸入回路輸出回路Re與Ce構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)該反饋是什么類型？判斷方法判斷在交、直流通路中，反饋是否存在{end}第5頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期三反饋的極性（1）反饋極性的分類正反饋(positivefeedback)負(fù)反饋(negativefeedback)---當(dāng)|Af|>|A|時(shí)，稱系統(tǒng)引入了正反饋。---當(dāng)|Af|<|A|時(shí)，稱系統(tǒng)引入了負(fù)反饋。反饋極性的判斷在輸入信號(hào)Xi一定的條件下若|Af|<|A|，則必|Xid|<|Xi|；若|Af|>|A|，則必|Xid|>|Xi|；正反饋使|Xid|增大，負(fù)反饋使|Xid|減小。我們將采用“瞬時(shí)電位增量法”來判斷反饋的極性。為此，先介紹電位增量變化原則。第6頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期三反饋的極性（2）電位增量變化原則RARBUAUB+--+MNVMVN+ΔUAΔUB++ΔVNΔVM+ΔVN=ΔUAΔVM=ΔUBRARBUAUB+--+P+ΔUAΔUB+VP+ΔVPRARBUAUB+--+PVPRARB+--+PΔUAΔUBΔVP可計(jì)算出P點(diǎn)增量為：設(shè)ΔUA>ΔUB，則有：ΔVN>ΔVP>ΔVM結(jié)論：兩個(gè)增量不同的點(diǎn)相聯(lián)后，該點(diǎn)的增量介于相聯(lián)前兩點(diǎn)的增量之間。第7頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期三放大電路中的反饋（3）“瞬時(shí)電位增量法”判斷反饋極性的步驟斷開反饋網(wǎng)絡(luò)的輸出端以圖示運(yùn)算放大器構(gòu)成的電路為例++-uoΔAR1R2ui++--RL反饋在哪里？在放大電路輸入端加增量Δui>0ab計(jì)算斷開點(diǎn)處增量的大小顯然b點(diǎn)的增量ΔVb≈Δui由于運(yùn)放中有

u0=-Auui，則a點(diǎn)的增量Δva=Δu0=-AuΔui所以a、b點(diǎn)聯(lián)接后該點(diǎn)增量ΔV為Δva<ΔV<ΔVb判斷凈輸入Xid的變化若加入反饋后Xid增大，則為正反饋若加入反饋后Xid減小，則為負(fù)反饋

對(duì)本題，未加反饋時(shí)Xid=ΔVb，加反饋后Xid=ΔV，所以電路中存在負(fù)反饋。第8頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期三放大電路中的反饋（4）判斷圖示運(yùn)算放器中反饋的極性++-uoΔAR1R2ui++--RLR3（1）斷開反饋網(wǎng)絡(luò)的輸出端反饋在哪里？ba（2）在放大電路輸入端加增量Δui>0（3）計(jì)算斷開點(diǎn)處增量ΔV的大小因?yàn)棣b=0，ΔVa=ΔU0=-Auui所以，ΔVa<ΔV<ΔVb，即ΔV<0（4）判斷凈輸入Xid的變化因?yàn)槲醇臃答仌r(shí)Xid的增量Δxid=Δui加反饋后Xid的增量Δxid=Δui-ΔV>Δui即加反饋后Xid增加，所以該反饋為正反饋{end}第9頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期三反饋的組態(tài)(topologies)（1）AXiXoFXfXid反饋所取輸出信號(hào)可以是電壓或電流按所取信號(hào)電壓型反饋電流型反饋反饋在輸入端的疊加信號(hào)可以是電壓或電流按疊加信號(hào)串聯(lián)型反饋并聯(lián)型反饋----信號(hào)以電壓形式疊加----信號(hào)以電流形式疊加反饋的組態(tài)電壓串聯(lián)型反饋(Series-shunt)電壓并聯(lián)型反饋(Shunt-shunt)電流串聯(lián)型反饋(Series-series)電流并聯(lián)型反饋(shunt-Series)第10頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期三反饋的組態(tài)（2）四種反饋組態(tài)的框圖如下所示電壓串聯(lián)型取輸出電壓為反饋信號(hào)

反饋信號(hào)在輸入回路中以電壓形式疊加X0=U0Ui’=Ui-Uf

為加強(qiáng)反饋效果，信號(hào)源內(nèi)阻要盡量小。第11頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期三反饋的組態(tài)（3）電壓并聯(lián)型取輸出電壓為反饋信號(hào)X0=U0

反饋信號(hào)在輸入回路中以電流形式疊加Ii’=Ii-If

為加強(qiáng)反饋效果，信號(hào)源內(nèi)阻要盡量大。第12頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期三反饋的組態(tài)（4）電流串聯(lián)型取輸出電流為反饋信號(hào)X0=I0

反饋信號(hào)在輸入回路中以電壓形式疊加Ui’=Ui-Uf

為加強(qiáng)反饋效果，信號(hào)源內(nèi)阻要盡量小。第13頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期三反饋的組態(tài)（5）電流并聯(lián)型取輸出電流為反饋信號(hào)X0=I0

反饋信號(hào)在輸入回路中以電流形式疊加Ii’=Ii-If

為加強(qiáng)反饋效果，信號(hào)源內(nèi)阻要盡量大。第14頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期三反饋的組態(tài)（6）反饋組態(tài)的判斷方法電壓反饋與電流反饋的判斷方法---輸出短路法將輸出信號(hào)短接若反饋仍存在，則為電流型反饋若反饋消失，則為電壓型反饋串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋的判斷方法---輸入短路法將輸入信號(hào)短接若反饋信號(hào)仍可加入放大器輸入端，則為串聯(lián)型反饋若反饋信號(hào)被短路線旁路，不能加入放大器輸入端，則為并聯(lián)型反饋下面我們通過幾個(gè)實(shí)際放大電路，介紹反饋組態(tài)的判斷方法第15頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期三反饋的組態(tài)（7）++-uoΔAR0Rfui++--RLR1例1：判斷圖示放大電路的反饋組態(tài)（1）用“瞬時(shí)電位增量法”判斷反饋極性ba因?yàn)槲醇臃答仌r(shí)Xid的增量Δxid=Δui加反饋后Xid的增量Δxid=Δui-ΔV<Δui即加反饋后Xid減小，所以該反饋為負(fù)反饋（2）用“輸出短路法”判斷反饋輸出端組態(tài)輸出端短路++-uoΔAR0Rfui++--RLR1

由等效電路可見，放大電路的反饋消失，則反饋為電壓型。（3）用“輸入短路法”判斷反饋輸入端組態(tài)輸入端短路++-uoΔAR0Rf+-RLR1UfUi’由等效電路可見，放大電路的反饋信號(hào)仍然可加入到電路的輸入端，則反饋為串聯(lián)型。結(jié)論：圖示放大電路的反饋為電壓串聯(lián)型負(fù)反饋第16頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期三反饋的組態(tài)（8）例2：判斷圖示放大電路的反饋組態(tài)（1）判斷反饋極性K加反饋后Xid減小，所以該反饋為負(fù)反饋（2）判斷反饋輸出端組態(tài)輸出端短路

由等效電路可見，放大電路的反饋消失，則反饋為電壓型。（3）判斷反饋輸入端組態(tài)Rb//Rc//RL輸入端短路

由等效電路可見，放大電路的輸入短路，反饋消失，則反饋為并聯(lián)型。結(jié)論：圖示放大電路的反饋為電壓并聯(lián)型負(fù)反饋第17頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期三反饋的組態(tài)（9）例3：判斷圖示放大電路的反饋組態(tài)++-uoΔAR0ui++--RLR1k（1）判斷反饋極性

加反饋后Xid減小，所以該反饋為負(fù)反饋（2）判斷反饋輸出端組態(tài)輸出端短路++-ΔAR0ui+-R1

由等效電路可見，放大電路的反饋仍然存在，則反饋為電流型。（3）判斷反饋輸入端組態(tài)輸入端短路++-uoΔAR0+-RLR1ui’uf由等效電路可見，放大電路的反饋信號(hào)仍然可加入到電路的輸入端，則反饋為串聯(lián)型。結(jié)論：圖示放大電路的反饋為電流串聯(lián)型負(fù)反饋第18頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期三反饋的組態(tài)（10）例4：判斷圖示放大電路的反饋組態(tài)級(jí)間反饋（1）判斷反饋極性負(fù)反饋第19頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期三Rb1b1ib1rbe1c1e1β1ib1ic1Rc1ui+Rb2b2ib2rbe2c2e2β2ib2ic2-Rc2RLuOReRf（2）判斷反饋輸出端組態(tài)將輸出端短路，反饋仍然存在，則為電流型反饋的組態(tài)（11）（3）判斷反饋輸入端組態(tài)將輸入端短路，反饋消失，則為并聯(lián)型結(jié)論：圖示放大電路的反饋為電流并聯(lián)型負(fù)反饋{end}第20頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期三負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響（1）1、降低放大倍數(shù)由反饋的基本關(guān)系可知因?yàn)閷?duì)于負(fù)反饋放大電路|1+AF|>1，所以|Af|<|A|定義：|1+AF|為反饋深度。當(dāng)|1+AF|>>1時(shí)，稱放大電路具有深度負(fù)反饋，此時(shí)：閉環(huán)放大倍數(shù)與開環(huán)放大倍數(shù)無關(guān)例：已知一反饋放大電路A=104，當(dāng)F=0.01時(shí)，求Af。解：反饋深度

1+AF=1+104╳0.01=101，則若采用近似關(guān)系，有與精確計(jì)算相比，誤差為1%。第21頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期三負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響（2）2、提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性在中頻條件下，對(duì)微分，有對(duì)上式同除Af，有對(duì)負(fù)反饋電路，因?yàn)閨1+AF|>1，所以結(jié)論：閉環(huán)放大倍數(shù)的穩(wěn)定性比開環(huán)提高|1+AF|倍例：已知放大電路A=100、F=0.05，如果A產(chǎn)生±30%的變化，求Af的變化率。Af的變化率為：解：反饋深度

1+AF=1+100╳0.06=6，則第22頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期三負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響（3）3、改善輸出波形的非線性失真輸入正弦信號(hào)輸出信號(hào)正半周幅值大、負(fù)半周幅值小反饋信號(hào)正半周幅值大、負(fù)半周幅值小凈輸入正半周幅值小、負(fù)半周幅值大輸出信號(hào)改善第23頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期三負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響（4）4、展寬放大器的通頻帶未加負(fù)反饋時(shí)此時(shí)|dA/A|=1-0.707=0.293加負(fù)反饋時(shí)因?yàn)閨dAf/Af|<|dA/A|所以頻帶展寬可以證明，展寬倍數(shù)為|1+AF|第24頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期三負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響（5）5、負(fù)反饋對(duì)輸入電阻的影響串聯(lián)負(fù)反饋提高輸入電阻

未加負(fù)反饋時(shí)，放大電路開環(huán)輸入電阻為

加入負(fù)反饋后，放大電路閉環(huán)輸入電阻為

因?yàn)椋?/p>

代入上式，則

即結(jié)論：串聯(lián)型負(fù)反饋使輸入電阻提高|1+AF|倍第25頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期三負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響（6）并聯(lián)負(fù)反饋降低輸入電阻

未加負(fù)反饋時(shí)，放大電路開環(huán)輸入電阻為

加入負(fù)反饋后，放大電路閉環(huán)輸入電阻為

因?yàn)椋?/p>

代入上式，則

即結(jié)論：并聯(lián)型負(fù)反饋使輸入電阻降低|1+AF|倍第26頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期三負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響（7