负反馈放大电路

nullnull第8讲 负反馈放大电路 8.1 反馈的基本概念 8.2 负反馈放大电路的组态 8.3 负反馈对放大电路性能的影响 8.4 负反馈放大电路的计算方法 8.5 负反馈放大器的稳定问题内容阅读：教材 第8章模拟电路基础第8章 负反馈放大电路第8章 负反馈放大电路 什么是反馈 反馈放大器的一般模型 8.1 反馈的基本概念关键问题 什么是反馈？ 反馈放大器的方框图和基本方程式是怎样的？ 如何判断一个电路是负反馈电路？第8章 负反馈放大电路 8.1反馈的基本概念第8章 负反馈放大电路 8.1反馈的基本概念1.什么是反馈Re一定时，VRe的变化就反映了IC的变化。 ③输入回路的情况 反馈过程：TICQVE(ICRe)VBE(=VB-VE)IB ICQ第8章 负反馈放大电路 8.1反馈的基本概念第8章 负反馈放大电路 8.1反馈的基本概念1.什么是反馈 因此，所谓“反馈”，就是通过一定的电路形式（反馈网络），把放大电路输出信号的-部分或全部反向输入到放大电路的输入端，并影响放大电路的输入信号。第8章 负反馈放大电路 8.1反馈的基本概念第8章 负反馈放大电路 8.1反馈的基本概念1.什么是反馈反馈放大电路必有两部分组成 第8章 负反馈放大电路 8.1反馈的基本概念第8章 负反馈放大电路 8.1反馈的基本概念2.反馈放大器的一般模型——基本方程式 第8章 负反馈放大电路 8.1反馈的基本概念第8章 负反馈放大电路 8.1反馈的基本概念2.反馈放大器的一般模型——基本方程式 第8章 负反馈放大电路 8.1反馈的基本概念第8章 负反馈放大电路 8.1反馈的基本概念2.反馈放大器的一般模型——反馈深度 讨论第8章 负反馈放大电路 8.1反馈的基本概念第8章 负反馈放大电路 8.1反馈的基本概念2.反馈放大器的一般模型——反馈深度 讨论 这种情况下，即使信号源提供的信号为无限小量，也可能有输出信号，由于实际电路中总存在噪声，即总有弱信号存在，因而实际上可以没有输入信号而有输出信号。这称为自激振荡。 第8章 负反馈放大电路 8.1反馈的基本概念第8章 负反馈放大电路 8.1反馈的基本概念正反馈和负反馈是两种不同性质的反馈。其差异是，2.反馈放大器的一般模型——反馈深度 所以，反馈的性质主要决定于信号绕环路一周产生的相移。第8章 负反馈放大电路 8.1反馈的基本概念第8章 负反馈放大电路 8.1反馈的基本概念有没有反馈和不同的反馈形式对于放大电路性能的影响是很不相同的。 具体分析问题之前，要弄清这个电路是不是含有反馈？反馈量是什么？反馈量使输入量的作用是加强了还是削弱了？ 2.反馈放大器的一般模型——反馈电路的定性分析 第8章 负反馈放大电路 8.1反馈的基本概念第8章 负反馈放大电路 8.1反馈的基本概念1）反馈与反馈通路 判断一个电路是否有反馈，是通过分析是否存在反馈通路而进行的。2.反馈放大器的一般模型——反馈电路的定性分析 第8章 负反馈放大电路 8.1反馈的基本概念第8章 负反馈放大电路 8.1反馈的基本概念反馈电路中，由于将输出量送回到输入回路影响输入量，从而影响输出量，这个影响的结果有两种可能： 在输入量不变时经过反馈后，输出量比没有反馈时变大了——正反馈。 在输入量不变时经过反馈后，输出量比没有反馈时变小了——负反馈。2.反馈放大器的一般模型——反馈电路的定性分析 判断反馈极性的思路： 先假定反馈通路在适当地方断开（一般在与输入回路的连接处）， 再假定输入瞬时值有一个变化量，然后分析这个变化量经过放大再反馈回来对原输入量的影响。若其趋势使输入量变化的趋势得到加强，就是正反馈；反之，为负反馈。具体方法是——瞬时极性法。 2）正反馈与负反馈第8章 负反馈放大电路 8.1反馈的基本概念第8章 负反馈放大电路 8.1反馈的基本概念 2）正反馈与负反馈2.反馈放大器的一般模型——反馈电路的定性分析 反馈过程是： 第8章 负反馈放大电路 8.1反馈的基本概念第8章 负反馈放大电路 8.1反馈的基本概念 2）正反馈与负反馈2.反馈放大器的一般模型——反馈电路的定性分析 ----级间负反馈 ----本级负反馈 第8章 负反馈放大电路 8.1反馈的基本概念第8章 负反馈放大电路 8.1反馈的基本概念 2）正反馈与负反馈2.反馈放大器的一般模型——反馈电路的定性分析 例3第8章 负反馈放大电路 8.1反馈的基本概念第8章 负反馈放大电路 8.1反馈的基本概念3）交流反馈与直流反馈 若反馈电路的信号是交流量，则对输入中的交流成分有影响，会影响电路的交流性能，为交流反馈。 若反馈电路的信号是直流量，则会影响电路的直流性能，如Q点等，为直流反馈。 在放大和反馈通路都能同时通过交、直流信号的情况下，反馈对电路的两种性能都有影响。 2.反馈放大器的一般模型——反馈电路的定性分析 第8章 负反馈放大电路第8章 负反馈放大电路负反馈电路的原理框图 电压串联负反馈 电压并联负反馈 电流并联负反馈 电流串联负反馈 反馈类型的判别关键问题 不同组态的负反馈对电路的影响是什么？ 如何判别负反馈电路的类型？ 8.2 负反馈放大电路的组态 第8章 负反馈放大电路 8.2 负反馈放大电路的组态 从输入求和看， 第8章 负反馈放大电路 8.2 负反馈放大电路的组态 1.反馈电路的原理框图第8章 负反馈放大电路 8.2 负反馈放大电路的组态 从输出取样看， 反馈环路的反馈信号直接依赖于输出电压信号，为电压反馈。反馈环路的反馈信号直接依赖于输出电流信号，为电流反馈。 第8章 负反馈放大电路 8.2 负反馈放大电路的组态 1.反馈电路的原理框图第8章 负反馈放大电路 8.2 负反馈放大电路的组态 根据反馈网络与基本放大器在输出、入连接方式的不同，有四种典型反馈电路： 电流并联负反馈。 电压串联负反馈； 电压并联负反馈；电流串联负反馈；第8章 负反馈放大电路 8.2 负反馈放大电路的组态 1.反馈电路的原理框图第8章 负反馈放大电路 8.2 负反馈放大电路的组态 第8章 负反馈放大电路 8.2 负反馈放大电路的组态 2.电压串联负反馈--电路结构 第8章 负反馈放大电路 8.2 负反馈放大电路的组态 1）反馈电压与输出电压成比例。 2）电路的输出电压趋向于维持恒定。 ----电压负反馈的重要特点。 3）由于是串联反馈，输入端用电压求和的方式反映电路有反馈时对输入信号的影响。 利用这个特点可以很简便地判断一个负反馈电路是不是电压负反馈。 Vd=Vi-Vf 当Vi一定时，Vf越大 (即反馈越强)，净输入电压Vd越小； RS越小，串联负反馈的效果越明显 第8章 负反馈放大电路 8.2 负反馈放大电路的组态 2.电压串联负反馈——特点 第8章 负反馈放大电路 8.2 负反馈放大电路的组态 第8章 负反馈放大电路 8.2 负反馈放大电路的组态 2.电压串联负反馈——A、F参量 第8章 负反馈放大电路 8.2 负反馈放大电路的组态 反馈网络跨接于输出电压的两端 ——电压反馈。 第8章 负反馈放大电路 8.2 负反馈放大电路的组态 3.电压并联负反馈——电路结构 第8章 负反馈放大电路 8.2 负反馈放大电路的组态 1）输出短路时，反馈消失。 2）输出电压趋向于维持恒定。 3）输入端用电流求和的方式，反映反馈对输入信号的影响。 第8章 负反馈放大电路 8.2 负反馈放大电路的组态 3.电压并联负反馈——特点 第8章 负反馈放大电路 8.2 负反馈放大电路的组态 并联反馈 反馈网络串接于输出回路。反馈信号的来源是输出电流 电流反馈 第8章 负反馈放大电路 8.2 负反馈放大电路的组态 4.电流并联负反馈——电路结构第8章 负反馈放大电路 8.2 负反馈放大电路的组态 1）反馈电流与输出电流成比例 输出短路时，反馈存在； 输出开路时，反馈消失。 利用这个特点，可以很简便地判断一个电路是否电流反馈。 2）电路的输出趋向于维持IO恒定。 -----电流反馈的重要特点。 第8章 负反馈放大电路 8.2 负反馈放大电路的组态 4.电流并联负反馈——特点 第8章 负反馈放大电路 8.2 负反馈放大电路的组态 串联反馈 反馈网络串接于输出回路。反馈信号的来源是输出电流 电流反馈 第8章 负反馈放大电路 8.2 负反馈放大电路的组态 5.电流串联负反馈——电路结构 第8章 负反馈放大电路 8.2 负反馈放大电路的组态 1）反馈电流与输出电流成比例。 输出短路时，反馈存在；输出开路时，反馈消失。 2）输出电流趋向于维持恒定。 3）输入端用电压求和的方式反映电路有反馈时对输入信号的影响。Vd=Vi-Vf 第8章 负反馈放大电路 8.2 负反馈放大电路的组态 5.电流串联负反馈——特点 第8章 负反馈放大电路 8.2 负反馈放大电路的组态 Re是输出和输入回路的共有元件，通过它把输出信号返送到输入回路，所以电路存在反馈。例1第8章 负反馈放大电路 8.2 负反馈放大电路的组态 6.反馈类型的判别第8章 负反馈放大电路 8.2 负反馈放大电路的组态 电压串联负反馈电路例1第8章 负反馈放大电路 8.2 负反馈放大电路的组态 6.反馈类型的判别第8章 负反馈放大电路 8.2 负反馈放大电路的组态 例2级间反馈 RL=0→VO=0，反馈存在 —电流反馈 Vf与Vbe串联作用于输入回路 ——串联 电流串联负反馈电路第8章 负反馈放大电路 8.2 负反馈放大电路的组态 6.反馈类型的判别第8章 负反馈放大电路第8章 负反馈放大电路提高增益的稳定性 减少非线性失真 抑制放大电路内部的干扰和噪声 展宽频带 对输入电阻和输出电阻的影响 8.3 负反馈对放大电路性能的影响 关键问题 负反馈对放大电路的性能主要在哪几个方面产生了哪些具体的影响？第8章 负反馈放大电路 8.3负反馈对放大电路性能的影响 引入负反馈，可以稳定输出电压和电流，进而使增益稳定。 即，引入负反馈后，只决定于反馈网络，而与基本放大器无关（与开环放大倍数无关）。 第8章 负反馈放大电路 8.3负反馈对放大电路性能的影响 1.提高增益的稳定性第8章 负反馈放大电路 8.3负反馈对放大电路性能的影响 为定量说明放大倍数稳定的程度，可将开环增益Ａ与闭环增益ＡＦ的相对变化量进行比较。第8章 负反馈放大电路 8.3负反馈对放大电路性能的影响 1.提高增益的稳定性第8章 负反馈放大电路 8.3负反馈对放大电路性能的影响 第8章 负反馈放大电路 8.3负反馈对放大电路性能的影响 1.提高增益的稳定性第8章 负反馈放大电路 8.3负反馈对放大电路性能的影响 ②若A稳定，有 。对于一定量的dF， 大时， 相对变 化量也大。 第8章 负反馈放大电路 8.3负反馈对放大电路性能的影响 1.提高增益的稳定性第8章 负反馈放大电路 8.3负反馈对放大电路性能的影响 输出产生了失真 正半周期略大，负半周期略小。 引入负反馈后送到求和点的反馈信号与输出波形相似经过求和网络后的净输入信号 第8章 负反馈放大电路 8.3负反馈对放大电路性能的影响 2.减少非线性失真第8章 负反馈放大电路 8.3负反馈对放大电路性能的影响 输入幅度较大的正弦信号 输出产生非性失真 第8章 负反馈放大电路 8.3负反馈对放大电路性能的影响 2.减少非线性失真第8章 负反馈放大电路 8.3负反馈对放大电路性能的影响 第8章 负反馈放大电路 8.3负反馈对放大电路性能的影响 2.减少非线性失真第8章 负反馈放大电路 8.3负反馈对放大电路性能的影响 干扰和噪声 放大电路的干扰和噪声来自于外部环境和内部本身。 放大电路如有较大的干扰和噪声，在输入微弱信号时，则输出也较弱，甚至可能淹没在噪声之中而无法区别。 干扰噪声与信号间关系通常用信噪比表示： 另一种定义第8章 负反馈放大电路 8.3负反馈对放大电路性能的影响 3.抑制放大电路内部的干扰和噪声第8章 负反馈放大电路 8.3负反馈对放大电路性能的影响 负反馈抑制噪声 引入负反馈以后，信号与噪声同时减小。输出端信噪比并未改变。 但信号的减小可通过提高输入幅度弥补，而噪声是固定的，这样，可提高信噪比。 注：外部干扰及与信号同时混入的噪声，是不能用负反馈抑制的。第8章 负反馈放大电路 8.3负反馈对放大电路性能的影响 3.抑制放大电路内部的干扰和噪声第8章 负反馈放大电路 8.3负反馈对放大电路性能的影响 例：确定反馈对源信号和噪声信号的影响。四种放大器结构如图，所 有放大器能提供同样的输出信号电压，确定噪声的影响。(a)(b)(c)(d)第8章 负反馈放大电路 8.3负反馈对放大电路性能的影响 3.抑制放大电路内部的干扰和噪声第8章 负反馈放大电路 8.3负反馈对放大电路性能的影响 第8章 负反馈放大电路 8.3负反馈对放大电路性能的影响 3.抑制放大电路内部的干扰和噪声第8章 负反馈放大电路 8.3负反馈对放大电路性能的影响 第8章 负反馈放大电路 8.3负反馈对放大电路性能的影响 3.抑制放大电路内部的干扰和噪声第8章 负反馈放大电路 8.3负反馈对放大电路性能的影响 产生最大的输出信噪比。 第8章 负反馈放大电路 8.3负反馈对放大电路性能的影响 3.抑制放大电路内部的干扰和噪声第8章 负反馈放大电路 8.3负反馈对放大电路性能的影响 A1=103第8章 负反馈放大电路 8.3负反馈对放大电路性能的影响 3.抑制放大电路内部的干扰和噪声第8章 负反馈放大电路 8.3负反馈对放大电路性能的影响 A1=103第8章 负反馈放大电路 8.3负反馈对放大电路性能的影响 3.抑制放大电路内部的干扰和噪声第8章 负反馈放大电路 8.3负反馈对放大电路性能的影响 从本质上说，频带限制是由于电路对不同频率的信号呈现出不同的放大倍数而造成的。 负反馈具有稳定闭环增益的作用，因而对于频率增加（或减小）引起的放大倍数下降同样具有稳定作用。也就是说，它能减小频率变化对闭环增益的影响，从而展宽闭环增益的频带。第8章 负反馈放大电路 8.3负反馈对放大电路性能的影响 4.展宽频带第8章 负反馈放大电路 8.3负反馈对放大电路性能的影响 第8章 负反馈放大电路 8.3负反馈对放大电路性能的影响 4.展宽频带——定性分析第8章 负反馈放大电路 8.3负反馈对放大电路性能的影响 中频放大倍数减小 上限频率增加 下限频率减小 第8章 负反馈放大电路 8.3负反馈对放大电路性能的影响 4.展宽频带——定量分析第8章 负反馈放大电路 8.3负反馈对放大电路性能的影响 注：①上面讨论的是电压串联负反馈情况，其它三种类型能否展宽电压增益的频带还和其它条件有关。 第8章 负反馈放大电路 8.3负反馈对放大电路性能的影响 4.展宽频带第8章 负反馈放大电路 8.3负反馈对放大电路性能的影响 负反馈对Ri的影响取决于输入端连接方式，与输出端取样对象无关。 ①串联负反馈使输入电阻增大 对输入电阻的影响第8章 负反馈放大电路 8.3负反馈对放大电路性能的影响 5.对输入电阻和输出电阻的影响 第8章 负反馈放大电路 8.3负反馈对放大电路性能的影响 负反馈对Ri的影响取决于输入端连接方式，与输出端取样对象无关。 ①串联负反馈使输入电阻增大 对输入电阻的影响第8章 负反馈放大电路 8.3负反馈对放大电路性能的影响 5.对输入电阻和输出电阻的影响 第8章 负反馈放大电路 8.3负反馈对放大电路性能的影响 对输入电阻的影响负反馈对Ri的影响取决于输入端连接方式，与输出端取样对象无关。 ②并联负反馈使输入电阻减小 第8章 负反馈放大电路 8.3负反馈对放大电路性能的影响 5.对输入电阻和输出电阻的影响 第8章 负反馈放大电路 8.3负反馈对放大电路性能的影响 对输入电阻的影响负反馈对Ri的影响取决于输入端连接方式，与输出端取样对象无关。 ②并联负反馈使输入电阻减小 第8章 负反馈放大电路 8.3负反馈对放大电路性能的影响 5.对输入电阻和输出电阻的影响 第8章 负反馈放大电路 8.3负反馈对放大电路性能的影响 对输入电阻的影响注： 闭环总的输入电阻为 第8章 负反馈放大电路 8.3负反馈对放大电路性能的影响 5.对输入电阻和输出电阻的影响 第8章 负反馈放大电路 8.3负反馈对放大电路性能的影响 负反馈对RO的影响取决于输出端取样对象，与输入端连接方式无关。 ①电流负反馈使输出电阻增大 对输出电阻的影响②电压负反馈使输出电阻减小 第8章 负反馈放大电路 8.3负反馈对放大电路性能的影响 5.对输入电阻和输出电阻的影响 第8章 负反馈放大电路 负反馈放大电路的分析 关键问题深度负反馈的特点是什么？ 如何运用虚短的概念计算负反馈电路？第8章 负反馈放大电路8.4 负反馈放大电路的性能指标分析第8章 负反馈放大电路 8.4负反馈放大电路的计算方法 不考虑反馈的类型和极性，直接画出电路的交流等效电路，列出电压，电流方程，得到电路的性能指标。 这种方法从原则上讲，对于任何复杂的反馈放大电路都能求出“精确”结果。但电路复杂时计算工作量很大。需用计算机辅助分析工具进行。第8章 负反馈放大电路 8.4负反馈放大电路的计算方法等效电路法第8章 负反馈放大电路 8.4负反馈放大电路的计算方法在深度负反馈条件 下，有 第8章 负反馈放大电路 8.4负反馈放大电路的计算方法1.深度负反馈条件下放大器的近似计算 第8章 负反馈放大电路 8.4负反馈放大电路的计算方法第8章 负反馈放大电路 8.4负反馈放大电路的计算方法1.深度负反馈条件下放大器的近似计算 电路为电流串联负反馈深度负反馈的特点及虚短概念的应用 深度负反馈的特点及虚短概念的应用 第8章 负反馈放大电路 8.4负反馈放大电路的计算方法1.深度负反馈条件下放大器的近似计算 第8章 负反馈放大电路 8.4负反馈放大电路的计算方法 由于v+=v-，得 电压跟随器 第8章 负反馈放大电路 8.4负反馈放大电路的计算方法1.深度负反馈条件下放大器的近似计算 例3，如图所示电路为电压并联负反馈。 例3，如图所示电路为电压并联负反馈。 ----反相输入端为“虚地”。“虚地”是“虚短”在反相输入运放电路中的特殊表现形式； 只有在反相输入时才可能有“虚地”状态。 第8章 负反馈放大电路 8.4负反馈放大电路的计算方法问题：下图所示电路是什么组态？问题：下图所示电路是什么组态？①试用深度负反馈条件下的两种算法计算Avf； ②对电路用PSPICE进行AC分析，从而得到Avf； ③比较①②的结果。 第8章 负反馈放大电路 8.4负反馈放大电路的计算方法例，某负反馈放大电路的交流通路如图 所示。设其满足深度负反馈条件，求电路的电流增益。 例，某负反馈放大电路的交流通路如图 所示。设其满足深度负反馈条件，求电路的电流增益。 解：电路为电流并联负反馈。第8章 负反馈放大电路 8.4负反馈放大电路的计算方法第8章 负反馈放大电路 8.4负反馈放大电路的计算方法对于反馈不太强、结构复杂、需计算Ri、RO的电路——方框图法 方框图法的关键在于如何将一个具体的反馈放大电路正确地分解成基本放大器和反馈网络。 反馈电路的分解原则： 既要排除反馈的作用，又要考虑反馈网络的负载效应， 也就是说，分解以后的基本放大器应该是一个无反馈放大电路。但放大电路输入端和输出端的负载状况又应与分解前相同。第8章 负反馈放大电路 8.4负反馈放大电路的计算方法深度负反馈电路输入、输出电阻的分析——方框图法 第8章 负反馈放大电路 8.4负反馈放大电路的计算方法 1）考虑放大电路输入端负载效应 2)考虑放大电路输出端负载效应： 电压反馈——令vO=0，即输出端短路，找出其输入电路。 电流反馈——令iO=0，即输出端开路，找出其输入电路。 并联反馈——令vi=0，即输入端短路，找出输出电路。 串联反馈——令ii=0，即输入端开路，找出输出电路。第8章 负反馈放大电路 8.4负反馈放大电路的计算方法方框图法具体分解方法：第8章 负反馈放大电路 8.4负反馈放大电路的计算方法第8章 负反馈放大电路 8.4负反馈放大电路的计算方法3.方框图法 例5,例4电路（下图）为电流并联负反馈，求Avf、Ri、Ro 例5,例4电路（下图）为电流并联负反馈，求Avf、Ri、Ro 第8章 负反馈放大电路 8.4负反馈放大电路的计算方法3.方框图法 第8章 负反馈放大电路负反馈放大器的自激及稳定工作的条件 防止自激振荡的措施及消除方法。 第8章 负反馈放大电路8.5 负反馈放大器的稳定问题 关键问题负反馈电路产生自激振荡的原因及其振荡条件是什么？ 消除自激振荡措施的原则是什么？第8章 负反馈放大电路 8.5负反馈放大器的稳定问题 第8章 负反馈放大电路 8.5负反馈放大器的稳定问题 1.负反馈放大器的自激及稳定工作的条件第8章 负反馈放大电路 8.5负反馈放大器的稳定问题 电路在这个频率上工作于正反馈状态。——自激振荡。 当正反馈较强，以至反馈信号的幅值大于和等于净输入信号的幅值时，输入端不加信号，输出端也会产生输出，即电路进入自激状态。 第8章 负反馈放大电路 8.5负反馈放大器的稳定问题 1.负反馈放大器的自激及稳定工作的条件第8章 负反馈放大电路 8.5负反馈放大器的稳定问题 这两条件的物理意义是：第8章 负反馈放大电路 8.5负反馈放大器的稳定问题 1.负反馈放大器的自激及稳定工作的条件第8章 负反馈放大电路 8.5负反馈放大器的稳定问题 第8章 负反馈放大电路 8.5负反馈放大器的稳定问题 1.负反馈放大器的自激及稳定工作的条件第8章 负反馈放大电路 8.5负反馈放大器的稳定问题 判断下图所示的反馈电路是否会产生自激振荡。 增益交界频率。 相位交界频率。 第8章 负反馈放大电路 8.5负反馈放大器的稳定问题 1.负反馈放大器的自激及稳定工作的条件防止自激振荡的措施及消除方法。 防止自激振荡的措施及消除方法。 防止措施： 1）尽可能采用单级或两级负反馈。 2）各级的电路参数尽可能分散。 各级放大电路的参数越接近，则转折频率靠得越近，幅度特性下降得越快，电路越不稳定。各极点重合时，稳定性最差。 3）限制反馈深度。 第8章 负反馈放大电路 8.5负反馈放大器的稳定问题 消除方法： 一旦出现自激，通常在系统中加进某种RC网络予以消除。 第8章 负反馈放大电路 8.5负反馈放大器的稳定问题 2.防止自激振荡的措施及消除方法。