第五章負(fù)反饋放大電路.ppt

1、5.2 負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響,5.4 深度負(fù)反饋,5.3 負(fù)反饋放大器的性能分析,5.1 反饋放大器的基本概念,第五章 放大器中的負(fù)反饋,學(xué)習(xí)要求,1判斷在掌握反饋的基本概念和類型的基礎(chǔ)上，判斷反饋組態(tài)及其作用。 2引入在熟悉各種反饋對(duì)放大電路性能影響的基礎(chǔ)上，按要求引入適當(dāng) 的負(fù)反饋。 3計(jì)算掌握深度負(fù)反饋電路交流性能指標(biāo)的估算。對(duì)一般負(fù)反饋，了解方框圖法。,5.1 反饋放大器的基本概念,5.1.1 反饋放大器的組成,將放大器輸出信號(hào)的一部分或全部，通過(guò)反饋網(wǎng)絡(luò)回送到電路輸入端，并對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行調(diào)整，所形成的閉合回路即反饋放大器。,反饋放大器組成框圖,反饋放大器增益一般表達(dá)式,開環(huán)增益,

2、反饋系數(shù),閉環(huán)增益,反饋深度,環(huán)路增益,反饋深度1+AF（或環(huán)路增益T）是衡量反饋強(qiáng)弱的一項(xiàng)重要指標(biāo)。其值直接影響電路性能。,當(dāng)1+AF1 ，則AfA負(fù)反饋 可見(jiàn)，引入負(fù)反饋后，放大倍數(shù)下降了，反饋越深，負(fù)反饋放大倍數(shù)越小。 特別的當(dāng)1+AF1 ，則Af1/F深度負(fù)反饋 可見(jiàn)，AF與A無(wú)關(guān)，只與反饋網(wǎng)絡(luò)有關(guān)，其穩(wěn)定性提高是顯然的.,反饋深度與反饋效果的關(guān)系,當(dāng)1+AF=0，Af 自激（振蕩器） 說(shuō)明放大器在沒(méi)有輸入信號(hào)時(shí)，能有輸出信號(hào)， 此時(shí)電路處于自激振蕩狀態(tài)）,當(dāng)1+AF1 ，則AfA正反饋 雖然提高了放大倍數(shù)，但使放大電路的性能不穩(wěn)定， 所以較少使用。但可用來(lái)產(chǎn)生振蕩信號(hào)（波形發(fā)生器）,

3、反饋極性,由于凈輸入信號(hào),若 xf 削弱了xi，使 xi xi,負(fù)反饋,若 xf 增強(qiáng)了xi，使 xi xi,正反饋,負(fù)反饋具有自動(dòng)調(diào)整作用，可改善放大器性能。,例：某原因,正反饋使放大器工作不穩(wěn)定，多用于振蕩器中。,負(fù)反饋的自動(dòng)調(diào)整作用是以犧牲增益為代價(jià)的。,反饋形式,本級(jí)反饋和級(jí)間反饋,本級(jí)反饋:指反饋網(wǎng)絡(luò)連接在同一級(jí)放大電路的輸出回路與輸入回路之間，只影響這一級(jí)的性能;,級(jí)間反饋:指反饋網(wǎng)絡(luò)連接在兩級(jí)或兩級(jí)以上基本放大器組成的多級(jí)放大器的輸出回路與輸入回路之間，影響多級(jí)放大器的性能. 若一個(gè)負(fù)反饋放大器同時(shí)兼有本級(jí)與級(jí)間反饋，則決定整個(gè)負(fù)反饋放大器性能的通常總是級(jí)間反饋。,反饋形式,直流

4、反饋和交流反饋,直流反饋:如果反饋網(wǎng)絡(luò)僅能饋送直流信號(hào)，則只存在直流反饋，當(dāng)然穩(wěn)定的也只有直流信號(hào);只存在負(fù)反饋,交流反饋:若只饋送交流信號(hào)，則只存在交流信號(hào)。,交直流反饋:當(dāng)引入反饋的電路是直接耦合放大電路，反饋網(wǎng)絡(luò) 可以同時(shí)饋送輸出信號(hào)中的直流及交流分量到輸入回路，則稱 為交直流反饋。,直流反饋：只存在負(fù)反饋 其作用：穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn) 交流反饋：有正負(fù)之分,5.1.2反饋極性及類型的判斷,反 饋 的 分 類,正反饋和負(fù)反饋,直流反饋 和交流反饋,串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋（輸入連接方式分）,電壓反饋和電流反饋（ 輸出連接方式分）,直流反饋：只存在負(fù)反饋 其作用：穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn) 交流反饋：有正負(fù)之分,

5、Xi Xi正反饋,Xi Xi負(fù)反饋,瞬時(shí)極性法判斷,負(fù)反饋,NOTE： “極性”指正或負(fù)，類型指電壓串聯(lián)、電壓并聯(lián)、 電流串聯(lián)、電流并聯(lián)。,5.1.2反饋極性及類型的判斷步驟,1、首先判斷反饋的有無(wú)（關(guān)鍵找有無(wú)反饋支路） 2、判直流或交流（書） 3、判串聯(lián)或并聯(lián)（從輸入端判斷） 4、判電壓或電流 （從輸出端判斷） 5、判正反饋或負(fù)反饋,5.1.2反饋極性及類型的判斷步驟,1、首先判斷反饋的有無(wú)（關(guān)鍵找有無(wú)反饋支路）,單級(jí)放大器,輸入回路和輸出回路的公共支路,跨接在輸入回路和輸出回路的一條支路,多級(jí)放大器：跨接在輸入回路和輸出回路的一條支路,看電路輸出與輸入之間是否接有元件，若有則為反饋電路，該

6、元件即為反饋元件。,經(jīng)驗(yàn):,圖（1）,圖（2）,圖（3）,Re 為反饋支路,交直流反饋,Rb 為反饋支路,Rf 為反饋支路,交直流反饋,交直流反饋,直流反饋,交流反饋,直流反饋,2.判直流反饋和交流反饋 如果反饋網(wǎng)絡(luò)僅能饋送直流信號(hào)，則只存在直流反饋，當(dāng)然穩(wěn)定的也只有直流信號(hào)，若只饋送交流信號(hào)，則只存在交流信號(hào)。當(dāng)引入反饋的電路是直接耦合放大電路，反饋網(wǎng)絡(luò)可以同時(shí)饋送輸出信號(hào)中的直流及交流分量到輸入回路，則稱為交直流反饋。,根據(jù)輸入端連接方式,串聯(lián)反饋,在輸入端，反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大器串接，反饋信號(hào)以電壓uf 的形式出現(xiàn)，并在輸入端進(jìn)行電壓比較，即ui= ui- u 。,在輸入端，反饋網(wǎng)絡(luò)與基本

7、放大器并接，反饋信號(hào)以電流if 的形式出現(xiàn)，并在輸入端進(jìn)行電流比較，即ii = ii- if 。,并聯(lián)反饋,3、判串聯(lián)或并聯(lián)反饋（定義法）(書P273),并聯(lián)反饋,串聯(lián)反饋,串聯(lián)反饋,5.1.2反饋極性及類型的判斷步驟(續(xù)),若反饋支路與輸入端（US或Ui的“+”端）相連，則為并聯(lián)反饋，反之則為串聯(lián)反饋。 若反饋支路與輸出端（UO的“+”端）相連，則為電壓反饋，反之則為電流反饋。,3、判串聯(lián)或并聯(lián)反饋（同點(diǎn)連接法）,記筆記!,串聯(lián)反饋,串聯(lián)反饋,并聯(lián)反饋,5.1.2反饋極性及類型的判斷步驟,電壓反饋：若反饋信號(hào)取自輸出電壓，則為電壓反饋。,電流反饋：若反饋信號(hào)取自輸出電流，則為電流反饋。,從輸

8、出端連接形式上A與F是并聯(lián)形式，只有并聯(lián)才能取出輸出電壓的全部或一部分（分壓形式取出）.,從輸出端連接形式上A與F是 串聯(lián)形式，只有串聯(lián)聯(lián)才能取 出輸出電流的全部或一部分（ （分流形式取出）,根據(jù)輸出端連接方式,電壓反饋,在輸出端，凡反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大器并接，反饋信號(hào)取自負(fù)載上輸出電壓的反饋稱為電壓反饋。,輸出量 xo = vo,在輸出端，凡反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大器串接，反饋信號(hào)取自負(fù)載中輸出電流的反饋稱為電流反饋。,電流反饋,輸出量 xo = io,4、判電壓或電流反饋（定義法）,并聯(lián)反饋,串聯(lián)反饋, 電流反饋,電壓反饋,電流反饋,串聯(lián)反饋,5.1.2反饋極性及類型的判斷步驟(續(xù)),若反饋支路與

9、輸入端（Ui的“+”端）相連，則為并聯(lián)反饋，反之則為串聯(lián)反饋。 若反饋支路與輸出端（UO的“+”端）相連，則為電壓反饋，反之則為電流反饋。,4、判電壓或電流反饋（同點(diǎn)連接法）,注意:該法當(dāng)對(duì)uO的“+”端理解不是很好時(shí),對(duì)各別電路 不適用,建議用短路實(shí)驗(yàn)法再次驗(yàn)證!,串聯(lián)反饋,并聯(lián)反饋,串聯(lián)反饋,電流反饋,電壓反饋,電流反饋,5.1.2反饋極性及類型的判斷步驟4、判電壓或電流反饋（短路試驗(yàn)法),若將輸出端負(fù)載短路，使輸出電壓為0，若反饋信號(hào)存在，則為電流反饋（說(shuō)明不是取自輸出電壓），反之則為電壓反饋。(P279),注意:該法對(duì)所有電路都適用,特別當(dāng)用同點(diǎn)連接法不能 確定是電壓或是電流時(shí),最萬(wàn)無(wú)

10、一失!,串聯(lián)反饋,串聯(lián)反饋,電流反饋,電壓反饋,電流反饋,并聯(lián)反饋,5.1.2反饋極性及類型的判斷步驟,5、判正反饋或負(fù)反饋 瞬時(shí)極性法：假設(shè)輸入信號(hào)的瞬時(shí)極性為（則根據(jù)三基本電路的特點(diǎn)），逐極表出各電路的極性，最后根據(jù)輸入信號(hào)和反饋信號(hào)的極性來(lái)判斷。若判斷出反饋信號(hào)的變化趨勢(shì)是減弱輸入信號(hào)的變化趨勢(shì)，則為負(fù)反饋；反之則為正反饋。,其有兩方面的含義，一方面表示某時(shí)刻該端比地的電位高，用表示；另一方面表示某一瞬間其為增大的過(guò)程）,同端同號(hào)正反饋 同端異號(hào)負(fù)反饋 異端異號(hào)正反饋 異端同號(hào)負(fù)反饋,NOTE：同端、異端指輸入信號(hào)和 反饋信號(hào)是否加在同一端子；同號(hào) 、異號(hào)指兩信號(hào)的極性是否相同。,（+）

11、 （+）（+）,記筆記!,判斷反饋極性 采用瞬時(shí)極性法,用正負(fù)號(hào)表示電路中各點(diǎn)電壓的瞬時(shí)極性，或用箭頭表示各節(jié)點(diǎn)電流瞬時(shí)流向的方法稱瞬時(shí)極性法。,比較xf 與xi 的極性 （ xi= xi- xf ）,若xf 與xi同相，使xi減小的，為負(fù)反饋；,若xf 與xi反相，使xi增大的，為正反饋。,Rb 為反饋之路 交直流反饋,Rf 為反饋之路,交直流反饋,負(fù)反饋,Re 為反饋之路 交直流反饋,負(fù)反饋,負(fù)反饋,（無(wú)連接正反饋,串聯(lián)反饋,電流反饋,并聯(lián)反饋,電壓反饋,串聯(lián)反饋,電流反饋,用瞬時(shí)極性法比較xf 與xi 極性時(shí)：,若是并聯(lián)反饋：則需根據(jù)電壓的瞬時(shí)極性，標(biāo)出相關(guān)支路 的電流流向，然后用電流進(jìn)

12、行比較（ii= ii- if ）。,若是串聯(lián)反饋：則直接用電壓進(jìn)行比較（ui= ui-uf ）。,按交、直流性質(zhì)分：,直流反饋：,交流反饋：,反饋信號(hào)為直流量，用于穩(wěn)定電路靜態(tài)工作點(diǎn)。,反饋信號(hào)為交流量，用于改善放大器動(dòng)態(tài)性能。,多級(jí)放大器中的反饋：,局部反饋：,越級(jí)反饋：,反饋由本級(jí)輸出信號(hào)產(chǎn)生，可忽略。,輸出信號(hào)跨越一個(gè)以上放大級(jí)向輸入端傳送的稱為級(jí)間（或越級(jí)）反饋。,例1 判斷電路的反饋極性和反饋類型。,假設(shè)輸出端交流短路，,Rf引入的反饋消失,電壓反饋。,假設(shè)輸入端交流短路，,Rf 的反饋?zhàn)饔孟?并聯(lián)反饋。,分析：,形成的if 方向如圖示。,ii,if,ib,因凈輸入電流 ib= i

13、i- if ii,負(fù)反饋。,結(jié)論： Rf引入電壓并聯(lián)負(fù)反饋,例2 判斷圖示電路的反饋極性和反饋類型。,假設(shè)輸出端交流短路，,RE上的反饋依然存在,電流反饋。,假設(shè)輸入端交流短路，,RE上的反饋沒(méi)有消失,串聯(lián)反饋。,分析：,因凈輸入電壓 ube= ui- uf vi,負(fù)反饋。,結(jié)論： RE引入電流串聯(lián)負(fù)反饋,例3 判斷下列電路的反饋極性和反饋類型。,電壓串聯(lián)負(fù)反饋,電流并 聯(lián)負(fù)反饋,書圖5-1-5,5-1-4,例3 自看,例4 判斷下列電路的反饋極性和反饋類型。,電流并聯(lián)負(fù)反饋,電流串聯(lián)正反饋,電壓并聯(lián)負(fù)反饋,電壓串聯(lián)負(fù)反饋,例5 判斷下列電路的反饋極性和反饋類型。,電流串聯(lián)負(fù)反饋,電流并聯(lián)負(fù)反

14、饋,例6 判斷下列電路的反饋極性和反饋類型。,電壓并聯(lián)正反饋,電壓串聯(lián)負(fù)反饋,四種類型負(fù)反饋放大器增益表達(dá)式,電壓串聯(lián)負(fù)反饋,開環(huán)電壓增益,電壓反饋系數(shù),閉環(huán)電壓增益,電壓并聯(lián)負(fù)反饋,開環(huán)互阻增益,互導(dǎo)反饋系數(shù),閉環(huán)互阻增益,電流串聯(lián)負(fù)反饋,開環(huán)互導(dǎo)增益,互阻反饋系數(shù),閉環(huán)互導(dǎo)增益,電流并聯(lián)負(fù)反饋,開環(huán)電流增益,電流反饋系數(shù),閉環(huán)互阻增益,表5-1四種類型反饋電路的A，Kf，Af的表示形式,負(fù)反饋放大電路,Ii,IO,Io,Ii,VO,A f =VO/ Ii,r,If,g,Vi,Vi,Vf,VO,A f =VO/ Vi,V,Kf =Vf/ Vo,V,A f =IO/ Ii,i,Kf =If /

15、 Io,i,A f =IO/ Vi,g,Kf =Vf/ Io,r,NOTE: Af 與Kf 對(duì)偶性 深度負(fù)反饋的條件下 Af 1/Kf,1 降低增益,5.2 負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響,反饋越深，電路增益越小。,注：當(dāng)取源增益時(shí)，上式依然成立，即,2 減小增益靈敏度（或提高增益穩(wěn)定性）,定義,由,得,(2)(1)得,-(1),-(2),反饋越深，增益靈敏度越小。,5.2負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響,5.2負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響,(P274) 結(jié)論1：不同類型的負(fù)反饋能夠穩(wěn)定相應(yīng)的輸出量和相應(yīng)的增益。 如：電壓負(fù)反饋可穩(wěn)定電壓， 電流負(fù)反饋可穩(wěn)定輸出電流； 電壓串聯(lián)負(fù)反饋 能穩(wěn)定電壓增益； 電壓并聯(lián)

16、負(fù)反饋 互阻增益 電流串聯(lián)負(fù)反饋 互導(dǎo)增益 電流并聯(lián)負(fù)反饋 電流增益,AVf =VO/ Vi,Arf =VO/ Ii,Agf =Io / Vi,Aif =IO/ Ii,5.2負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響(續(xù)),記筆記!,3 改變輸入、輸出電阻,輸入電阻,串聯(lián)反饋,基放輸入電阻,環(huán)路增益,反饋電路輸入電阻：,并聯(lián)反饋,反饋電路輸入電阻：,基放輸入電阻,環(huán)路增益,輸出電阻,電壓反饋,Ro ：考慮反饋網(wǎng)絡(luò)負(fù)載效應(yīng)后，基放輸出電阻。,Ast ：負(fù)載開路時(shí)，基本放大器源增益。,由定義得Rof電路模型：,得,電流反饋,Ro ：考慮反饋網(wǎng)絡(luò)負(fù)載效應(yīng)后，基放輸出電阻。,Asn ：負(fù)載短路時(shí)，基本放大器源增益。,由

17、定義得Rof電路模型：,得,4 減小頻率失真（或擴(kuò)展通頻帶）,由于負(fù)反饋降低了電路增益靈敏度，因此放大器可在更寬的通頻帶范圍內(nèi)維持增益不變。,單極點(diǎn)系統(tǒng)引入負(fù)反饋后，反饋越深，上限角頻率越大、增益越小，但其增益帶寬積維持不變。,設(shè)基放為單極點(diǎn)系統(tǒng)：,則,若反饋網(wǎng)絡(luò)反饋系數(shù)為：,則閉環(huán)系統(tǒng)：,其中：,注意：通頻帶的擴(kuò)展是以降低增益為代價(jià)的。,5 減小非線性失真,vi,例如：一基本放大器，,引入負(fù)反饋,注意：負(fù)反饋只能減小反饋環(huán)內(nèi)的失真，若輸入 信號(hào)本身產(chǎn)生失真，反饋電路無(wú)能為力。,輸入正弦信號(hào)時(shí)，輸出產(chǎn)生失真。,vo失真減小。,6 噪聲性能不變,同減小非線性失真一樣，引入負(fù)反饋可減小噪聲。,注意

18、：負(fù)反饋在減小噪聲的同時(shí)，有用信號(hào)以同樣的倍數(shù) 在減小，其信噪比不變。,因此，引入負(fù)反饋放大器噪聲性能不變。,綜上所述，負(fù)反饋對(duì)放大器性能影響主要表現(xiàn)為：,降低增益,減小增益靈敏度（或提高增益穩(wěn)定性）,改變電路輸入、輸出電阻,減小頻率失真（或擴(kuò)展通頻帶）,減小非線性失真,噪聲性能不變,在電路輸出端,5.2.2基本放大器引入負(fù)反饋的原則,在電路輸入端,反饋效果與信號(hào)源內(nèi)阻RS的關(guān)系,例1:,為了實(shí)現(xiàn)下列目的，應(yīng)引入 A直流負(fù)反饋 B交流負(fù)反饋 為了穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，應(yīng)引入( )； 為了穩(wěn)定放大倍數(shù)，應(yīng)引入( )； 為了改變輸入電阻和輸出電阻，應(yīng)引入()； 為了抑制溫漂，應(yīng)引入( )； 為了展寬頻帶

19、，應(yīng)引入( )。,例2:,A電壓 B電流 C串聯(lián) D并聯(lián) （1）為了穩(wěn)定放大電路的輸出電壓，應(yīng)引入( ) 負(fù)反饋； （2）為了穩(wěn)定放大電路的輸出電流，應(yīng)引入( ) 負(fù)反饋； (3）為了增大放大電路的輸入電阻，應(yīng)引入 ( )負(fù)反饋； （4）為了減小放大電路的輸入電阻，應(yīng)引入 ( )負(fù)反饋； （5）為了增大放大電路的輸入電阻和減小放大電路的輸出電阻，應(yīng)引入( ) 負(fù)反饋。,例3:,1)、為穩(wěn)定輸出電流和增大輸入電阻應(yīng)如何引入負(fù)反饋？,2)、為穩(wěn)定輸出電壓和減小輸入電阻應(yīng)如何引入負(fù)反饋？,例4:,為穩(wěn)定輸出電壓和減小輸入電阻應(yīng)如何引入負(fù)反饋？,反饋效果與RS關(guān)系的說(shuō)明：,串聯(lián)負(fù)反饋,采用電壓源激勵(lì)時(shí)

20、，若RS0,則,由于vS恒定，則vf 的變化量全部轉(zhuǎn)化為vi的變化量，此時(shí)反饋效果最強(qiáng)。,采用電流源激勵(lì)時(shí)，若RS,由于iS恒定，vi固定不變，結(jié)果導(dǎo)致反饋?zhàn)饔孟А?并聯(lián)負(fù)反饋,采用電壓源激勵(lì)時(shí)，若RS0,則,由于iS恒定，則if 的變化量全部轉(zhuǎn)化為ii的變化量，此時(shí)反饋效果最強(qiáng)。,采用電流源激勵(lì)時(shí)，若RS,由于vi固定不變，結(jié)果導(dǎo)致反饋?zhàn)饔孟А?深度負(fù)反饋條件,5.4 深度負(fù)反饋,當(dāng)電路滿足深度負(fù)反饋條件時(shí)：,或,稱深度負(fù)反饋條件,將,串聯(lián)反饋電路輸入電阻：,并聯(lián)反饋電路輸入電阻：,電壓反饋電路輸出電阻：,電流反饋電路輸出電阻：,深度負(fù)反饋條件下AvSf 的估算,根據(jù)反饋類型確定F含義，并計(jì)算F,分析步驟:,若并聯(lián)反饋：將輸入端交流短路,若串聯(lián)反饋：將輸入端交流開路,則反饋系數(shù),確定Af(= xo / xi)含義，并計(jì)算Af = 1 / kf,將Af轉(zhuǎn)換成 Avfs= vo / vs,F= xf / xo,計(jì)算此時(shí)xo產(chǎn)生的xf,例1 圖示電路，試在深度負(fù)反饋條件下估算Avfs,該電路為電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大器。,解：,將輸入端交流