[工学]电子放大电路中的反馈课件.ppt

1、回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六1第第6章章 放大电路中的反馈放大电路中的反馈6.1 6.1 反馈的基本概念反馈的基本概念6 6.2.2 负反馈的类型负反馈的类型6 6.4 .4 深度负反馈放大电路的分析深度负反馈放大电路的分析6 6.3.3 负反馈对放大电路的影响负反馈对放大电路的影响6 6.5 .5 负反馈放大电路的稳定性负反馈放大电路的稳定性回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六2+RB1+VCCTRB2RERLRCC1C2vivoVB6.1 负反馈的基本概念负反馈的基本概念1 1、静态时、静态时 CCBBBBVRRRV212

2、若温度上升使集电极电流若温度上升使集电极电流I IC C增大，发射极电流增大，发射极电流I IE E也随之增大，则基极与发射极也随之增大，则基极与发射极之间的电压随之减小，基极电流之间的电压随之减小，基极电流I IB B减小，使得集电极电流减小，使得集电极电流I IC C也要减小，放大电也要减小，放大电路的路的静态工作点趋向稳定静态工作点趋向稳定。6.1.1 负反馈举例负反馈举例TVBEIBICVEIC回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六32 2、动态时、动态时ELCEbeLCvfRRRRrRRA/)1()/(若(1+)RErbe，则放大器将获得稳定的电压增益。获

3、得稳定的电压增益。+RB1+VCCTRB2RERLRCC1C2vivoVB回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六4 在电子电路中，将输出量(输出电压或输出电流)的一部分或全部通过一定的电路形式作用到输入回路，用来影响其输入量(放大电路的输入电压或输入电流)的措施称为反馈。反馈。3、什么是反馈、什么是反馈回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六5+RB1+VCCTRB2RERLRCC1C2vivoVB基本放大基本放大电路电路AdXoX反反馈馈电路电路FfXiX+doXXAofXXF6.1.2 6.1.2 反馈的一般表达式反馈的一般表达式 由基

4、本放大电路和反馈网络两部分组成。反馈信号与输入信号在放大电路的输入端叠加。基本放大电路的净输入信号：fidXXX 书p260回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六6如 Xf0,Xd Xi，如 =0，fXidXX 是输入信号，是反馈信号，称为净输入信号iXfXdXfiXXXd无反馈无反馈负反馈负反馈基本放大基本放大电路电路AdXoX反反馈馈电路电路FfXiX+回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六71.1.交流反馈与直流反馈交流反馈与直流反馈反馈只对交流信号起作用，称为反馈只对交流信号起作用，称为交流反馈交流反馈。在反馈网络中串接在反馈网络

5、中串接隔直电容隔直电容，可以隔断直流，反馈只对交，可以隔断直流，反馈只对交流起作用。流起作用。在起反馈作用的电阻两端并联在起反馈作用的电阻两端并联旁路电容旁路电容，可只对直流起作用。，可只对直流起作用。反馈只对直流起作用，称为反馈只对直流起作用，称为直流反馈直流反馈。6.2 6.2 负反馈的四种组态负反馈的四种组态6.2.1 6.2.1 负反馈的类型负反馈的类型回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六8根据反馈根据反馈输出采样输出采样信号的不同，可以分为电压反馈和信号的不同，可以分为电压反馈和电流反馈。电流反馈。如果反馈信号取自输出电压信号，叫如果反馈信号取自输出电压

6、信号，叫电压反馈电压反馈。如果反馈信号取自输出电流信号，叫如果反馈信号取自输出电流信号，叫电流反馈电流反馈。2.2.电压反馈和电流反馈电压反馈和电流反馈回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六9根据反馈信号根据反馈信号在输入端与输入信号比较形式的不同，在输入端与输入信号比较形式的不同，可以分可以分为串联反馈和并联反馈。为串联反馈和并联反馈。反馈信号与输入信号串联，即反馈电压信号与输入电压比反馈信号与输入信号串联，即反馈电压信号与输入电压比较的，叫较的，叫串联反馈串联反馈。反馈信号与输入信号并联，即反馈电流信号与输入电流反馈信号与输入信号并联，即反馈电流信号与输入电流比

7、较的，叫比较的，叫并联反馈并联反馈。3.3.串联反馈和并联反馈串联反馈和并联反馈回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六106.2.2 6.2.2 四种负反馈组态四种负反馈组态电压串联负反馈电压串联负反馈电压并联负反馈电压并联负反馈电流串联负反馈电流串联负反馈电流并联负反馈电流并联负反馈回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六11分析步骤：分析步骤：3、是否负反馈？、是否负反馈？(瞬时极性法瞬时极性法)4、是负反馈！那么是、是负反馈！那么是何种类型何种类型的负反馈？的负反馈？（判断反馈的组态）（判断反馈的组态）1、找出反馈网络。、找出反馈网络

8、。2、是交流还是直流反馈？、是交流还是直流反馈？6.2.3 6.2.3 负反馈组态的判断方法负反馈组态的判断方法回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六12增加隔直电容增加隔直电容C后，后，Rf只对只对交流交流起反馈作用。起反馈作用。+C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2RE1CEC3C2+VCCuoui+T1T2RfC判断交、直流反馈的方法判断交、直流反馈的方法:回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六13瞬时极性法：瞬时极性法：利用电路中各点对利用电路中各点对“地地”的交流电位的瞬时极性来判断正的交流电位的瞬时极性来判断正反馈还是

9、负反馈。反馈还是负反馈。（1 1）先设输入端电位为）先设输入端电位为正正，而后逐级定出各点电位的，而后逐级定出各点电位的瞬时极性。瞬时极性。（2 2）判断反馈到输入端的信号的瞬时极性是否对）判断反馈到输入端的信号的瞬时极性是否对净输入信号净输入信号起削弱作用。如果是削弱的，则为负反馈。起削弱作用。如果是削弱的，则为负反馈。判断负反馈的方法判断负反馈的方法回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六14三极管的三极管的集电极集电极与与基极基极相位相位相反。相反。+三极管的三极管的发射极发射极与与基极基极相位相位相同。相同。回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日

10、星期六日星期六15RCRB1RB2RE1RE2CEC2C1+VCCuouiubeie+例：例：判断负反馈判断负反馈RE1、RE2是本级直流负反馈，是本级直流负反馈，RE1是交流负反馈。是交流负反馈。fiXXXd使净输入信号使净输入信号ube减小减小回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六16+VCCRCC2C1Rfuiuoiiib例：例：判断负反馈判断负反馈+Rf是交、直流负反馈。是交、直流负反馈。使净输入信号使净输入信号ib减小减小,if回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六17RLuoRLuo电压反馈输出取样：电压反馈输出取样：判断输出

11、取样判断输出取样：输出端短路法输出端短路法反馈信号取自输出电压信号，叫反馈信号取自输出电压信号，叫电压反馈。电压反馈。回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六18电流反馈输出取样：电流反馈输出取样：RLiERLioiERf如果反馈信号取自输出电流信号，叫如果反馈信号取自输出电流信号，叫电流反馈电流反馈。判：判：u0=0，但，但if不等于不等于0ifif回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六19iiifibib=ii-if并联反馈并联反馈ufuiubeube=ui-uf串联反馈串联反馈输入联接：输入联接：反馈信号与输入信号串联，即反馈电压与输

12、反馈信号与输入信号串联，即反馈电压与输入电压比较的，叫入电压比较的，叫串联反馈串联反馈。反馈信号与输入信号并联，即反馈电流与输入电流比较的，叫反馈信号与输入信号并联，即反馈电流与输入电流比较的，叫并联并联反馈反馈。回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六20“输出端短路法输出端短路法”，即将放大电路的输出端短路，若反馈信即将放大电路的输出端短路，若反馈信号为零则为电压反馈，若反馈信号仍然存在则是电流反馈。号为零则为电压反馈，若反馈信号仍然存在则是电流反馈。引入引入电压负反馈电压负反馈的目的是稳定输出电压。的目的是稳定输出电压。引入引入电流负反馈电流负反馈的目的是稳定输

13、出电流。的目的是稳定输出电流。四种组态，四种组态，即电压串联负反馈、电压并联负反馈、电流串联即电压串联负反馈、电压并联负反馈、电流串联负反馈和电流并联负反馈。负反馈和电流并联负反馈。小结：小结：回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六21例：例：判断判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态。是否负反馈，若是，判断反馈的组态。ubeuc1ub2uc2此电路是电压串联负反馈。+C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2RE1CEC3C2+Vccuoui+T1T2RfuffidXXX回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六22例：例：判断是否负反

14、馈，若是，判断反馈的组态。判断是否负反馈，若是，判断反馈的组态。电压反馈电压反馈并联反馈并联反馈使使ib减小减小,是电压并联负反馈。是电压并联负反馈。fidXXX +UCCRCC2C1Rfuiuoiibif+回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六23例：例：判断是否负反馈，若是，判断反馈的组态。判断是否负反馈，若是，判断反馈的组态。uouiiibiFuFRE2RfRE1RC1RC2+VCCiE2电流反馈电流反馈并联反馈并联反馈+ib减小减小,电流并联负反馈电流并联负反馈回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六24例：例：判断电路中判断电路中

15、R RE1E1、R RE2E2的负反馈作用的负反馈作用RCRB1RB2RE1RE2CEC2C1+VCCuouiubeie电流串联电流串联使使ube减小，减小，电流串联负反馈。电流串联负反馈。回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六25例：例：判断如图电路中判断如图电路中R RE3E3的负反馈作用。的负反馈作用。+VCCT1T2T3RB1RC1RB2RC2RB3RC3RE3uiube1ufie3使使ube1减小，电流减小，电流串联负反馈，对直流不起作用。串联负反馈，对直流不起作用。+回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六26 因反馈信号与输入

16、信因反馈信号与输入信号号在一点相加，为并联反在一点相加，为并联反馈馈。根据瞬时极性法判断，。根据瞬时极性法判断，为负反馈，且为电压负反为负反馈，且为电压负反馈馈。电压并联负反馈电压并联负反馈例例 试判断电路的反馈组态试判断电路的反馈组态回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六27 例例 试判断电路的反馈组态。试判断电路的反馈组态。解解:根据瞬时极性法，见根据瞬时极性法，见图中的红色图中的红色“+”+”、“-”-”号，可知是负反馈。号，可知是负反馈。因反馈信号和输入信号加因反馈信号和输入信号加在运放在运放A A1 1的两个输入端，的两个输入端，故为串联反馈。故为串联反馈

17、。因反馈信号与输出电压成比例，故为电压反馈。因反馈信号与输出电压成比例，故为电压反馈。结论：结论：交直流电压串联负反馈。交直流电压串联负反馈。回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六28电压电压并联并联iIfIiI1.用瞬时极性法判断是正反馈还是负反馈用瞬时极性法判断是正反馈还是负反馈?正反馈正反馈课堂练习课堂练习回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六29电压电压串联串联负反馈负反馈iViVfV2.用瞬时极性法判断是正反馈还是负反馈用瞬时极性法判断是正反馈还是负反馈?回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六306.

18、3 6.3 负反馈对放大电路性能的影响负反馈对放大电路性能的影响基本放大基本放大电路电路AdX oX 反馈电路反馈电路FfX iX+doXXAofXXFfidXXX反馈电路的基本方程反馈电路的基本方程回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六316.3.1 6.3.1 对放大倍数的影响对放大倍数的影响doXXAofXXF fidXXX FAAXXAiof1A开环放大倍数开环放大倍数Af闭环放大倍数闭环放大倍数基本放大基本放大电路电路AdX oX 反馈电路反馈电路FfX iX+Af回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六32FAAAf1有：有：A

19、Af负反馈使放大倍数下降。负反馈使放大倍数下降。FAAAf1FAAAdAAdff11负反馈使放大倍数的稳定性提高。负反馈使放大倍数的稳定性提高。相对变化量相对变化量称为反馈深度,表示闭环增益与开环增益相比所变化的倍数。FA1求微分：求微分：回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六33若若:1FA称为深度负反馈，此时：称为深度负反馈，此时：FAf1重要结论：重要结论：在深度负反馈的情况下，放大倍数只与反馈网络有关。在深度负反馈的情况下，放大倍数只与反馈网络有关。FA1反馈深度反馈深度FAAAf1回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六346.3

20、.26.3.2 对输入电阻的影响对输入电阻的影响1.1.串联反馈串联反馈（提高（提高输入电阻）输入电阻）idiiiifIVrIVriididdifdifrFAIVFAIVAFVIVVr)1()1(A Fri+-dV oX fV+-+-iV ri fiI 回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六352.2.并联反馈并联反馈)1(1iiiiioodfdifdiiiifdiiFArIIIIIVIIVIVrIVr（降低（降低输入电阻）输入电阻）ri f A FRioV-+iV iI fI dI uouiiibiFuFRE2RfRE1RC1RC2+VCCiE2回首页第6章 负反

21、馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六366.3.3 6.3.3 对输出电阻的影响对输出电阻的影响1 电压反馈（降低输出电阻）电压反馈（降低输出电阻）FArroof1oofrFAr)1(2 电流反馈（提高输出电阻）电流反馈（提高输出电阻）回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六376.3.4 6.3.4 展宽通频带展宽通频带|Af|Af|2 fL fH|A|f0|A|A|2 fL fH无负反馈有负反馈有负反馈展宽通频带展宽通频带)1(bwfAFffbw回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六38 由于放大电路中元件（如晶体管）具有非

22、线性，因而会引起非线性失真。一个无反馈的放大器，即使设置了合适的静态工作点，但当输入信号较大时，仍会使输出信号波形产生非线性失真。引入负反馈后，这种失真可以减小。6.3.5 6.3.5 减小非线性失真减小非线性失真回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六39fidXXX回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六406.4 6.4 深度负反馈放大电路的分析深度负反馈放大电路的分析1|1|FA深度负反馈深度负反馈 的条件的条件 FAf1FAAXXAiof1foioXXXXifXX深度负反馈深度负反馈放大倍数放大倍数只考虑电阻电路只考虑电阻电路F！6

23、.4.1 6.4.1 深度负反馈的实质深度负反馈的实质回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六41R1RLR2R3RfTA+VCC-+-dViVoVfVifVV1111RRRRRVVVVAfffoiovf放大倍数由电阻电路决定！6.4.2 6.4.2 深度负反馈放大电路的分析深度负反馈放大电路的分析 例 由集成运放和三极管组成的深度电压串联负反馈放大电路如图，试写出该电路的闭环电压增益近似表达式。ifXX回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六42时，深度负反馈，即11FAFFAAXXAiof11ofVRRRV211211RRRVVFofvv

24、1212111RRRRRFAvvvvfioVRRV)1(12同相比例电路例例 求电路的闭环增益表达式求电路的闭环增益表达式回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六43电压并联负反馈电压并联负反馈ivfoiovifFIVIVA1fffIRIfR例例 写电路的闭环增益表达式写电路的闭环增益表达式回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六44例：写电路的闭环增益表达式例：写电路的闭环增益表达式基本放大电路有源反馈电路有源反馈电路fV电压串联负反馈oV oVooVRRRV344oV ooVRRRV655 ooVRRRV565 ofVRRRV878ofV

25、RRRRRRRRRV878565434iovvfVVAfoVV865487543)()()(RRRRRRRRR回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六45在深度负反馈条件下在深度负反馈条件下估算估算输入输出电阻输入输出电阻注：表中的输入、输出电阻均指注：表中的输入、输出电阻均指有反馈有反馈的输入、输出电阻。的输入、输出电阻。回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六46 Xo 基本放大基本放大 A 电路电路 Xd Xf+Xi反馈网络反馈网络F 未加任何输入信号，放大电路仍会产生一定频率的信号输出。使放大器的正常工作受到破坏。AF在高频区或低频区

26、产生的附加相移达到180，使中频区的负反馈在高频区或低频区变成了正反馈，当同时满足了一定的幅值条件时，便产生自激振荡。6.5 6.5 负反馈放大电路的稳定性负反馈放大电路的稳定性(自激振荡自激振荡)ffifidXXXXXX0)(回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六476.5.1 6.5.1 自激振荡产生的条件自激振荡产生的条件负反馈放大电路产生自激振荡。因此，产生自激振荡的条件产生自激振荡的条件是回路增益等于负1。1FAfffidXXXXX0ofdoXFAXAXAX回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六48相位条件幅值条件1|FAAF=

27、A+F=(2n+1)，n=0,1,2,3上式的模和相角分别为自激振荡的幅值条件和相位条件幅值条件和相位条件 AF是放大电路和反馈电路的总附加附加相移，如果在中频条件下，放大电路有180的相移。在其它频段电路中如果出现了附加相移AF，且AF达到180，使总的相移为360，负反馈变为正反馈。如果幅值条件满足要求，放大电路产生自激。在许多情况下反馈电路是由电阻构成的，所以F=0，AF=A+F=A。FA1起振条件由由1FAFAFA1FA回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六496.5.2 6.5.2 负反馈放大电路的稳定性的定性分析负反馈放大电路的稳定性的定性分析单管共射单

28、管共射负反馈放大电路负反馈放大电路，不存在满，不存在满足相位条件的频率为足相位条件的频率为fo，不可能自激，不可能自激振荡。振荡。相位条件幅值条件1|FAAF=A+F=(2n+1)，n=0,1,2,3一级一级两级两级20lgAF/dBAF=1=180两管两管负反馈放大电路负反馈放大电路，也不，也不可能自激振荡可能自激振荡回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六501.放大电路级数愈多，引入负反馈后愈容易产生高频振荡。放大电路中耦合电容、旁路电容等愈多，引入负反馈后，愈容易产生低频振荡。2.(1+AF)愈大，即反馈愈深，满足幅值条件的可能性愈大，产生自激振荡的可能性就愈

29、大。3.电路的自激振荡是由其自身条件决定的，不因其输入信号的改变而消除。定性分析定性分析三管以上可以自激振荡！三管以上可以自激振荡！4.要消除自激振荡，就必须破坏产生振荡的条件；而只有消除了自激振荡，放大电路才能稳定地工作。回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六516.5.3 6.5.3 负反馈放大电路稳定性的判断负反馈放大电路稳定性的判断满足相位条件的频率为fo满足幅值条件的频率为fC消除自激就是设法使消除自激就是设法使=180180和和20lg|AF|020lg|AF|0不能同时满足不能同时满足。(1)若不存在fo则电路稳定(2)若存在fo，且fofC，则电路稳

30、定，不会产生自激振荡。1.稳定判断方法稳定判断方法回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六522.2.稳定裕度稳定裕度破坏自激振荡的条件破坏自激振荡的条件1 FA180FA1 FA180FA或或1m GFA180FA1 FA180mFA或写为或写为其中其中 Gm幅值裕度幅值裕度，一般要求，一般要求Gm -10dB m相位裕度相位裕度，一般要求，一般要求 m 45 保证可靠稳定，保证可靠稳定，留有余地。留有余地。f0 fCm相位裕度Gm幅值裕度回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六53 反馈深度的讨论反馈深度的讨论一般负反馈一般负反馈称为反馈

31、深度称为反馈深度FA1FAAXXAio1f时，11 )1(FA，fAA时，11 )2(FA正反馈正反馈时，11 )3(FA，fAA自激振荡自激振荡时，01 )4(FA，AX fi,0深度负反馈深度负反馈FAf1回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六54 1.1.滞后补偿滞后补偿 滞后补偿是在反馈环内的基本放大电路中插入一个含有电容C的电路，使开环增益A的相位滞后，达到稳定负反馈放大电路的目的。6.5.4 6.5.4 自激振荡的消除方法自激振荡的消除方法 采用某种方法改变AF的频率特性，使之根本不存在fo，或者即使存在fo，但fo fc，那么自激振荡必然被消除。1 A2 A3 ACT1CRC1T2RC2RE2+VCC回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六55 采用RC滞后补偿不仅可以消除自激振荡，而且可使带宽得到一定的改善。2.RC2.RC滞后补偿滞后补偿 1 A2 A3 ACRRC1T1RCRC2RE2RB1T2+VCC回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六563.3.密勒补偿密勒补偿 图（c）（d）为反馈补偿(密勒补偿)，它们的元件数值可比前两种补偿取的小。回首页第6章 负反馈放大电路2023年年2月月11日星期六日星期六57第6章结 束