负反馈放大电路

nullnull第6章 负反馈放大电路6.2.4　电流并联负反馈目 录6.1 反馈的基本概念6.1.1　反馈及反馈方框图6.1.2　负反馈放大器的两个基本关系式6.1.3　反馈及反馈方式6.2 负反馈放大器的组态6.2.1　电压串联负反馈6.2.2　电压并联负反馈6.2.3　电流串联负反馈null6.5.3 消除自激振荡的常用方法 6.3 负反馈对放大器性能的影响6.3.1　提高放大倍数的稳定性6.3.2　展宽通频带6.3.3　减小非线性失真6.3.4　改变输入电阻和输出电阻6.4 深度负反馈放大电路的估算*6.5 负反馈放大电路的大小信号频率特征与稳定性6.5.1 关于应用负反馈扩展通频带的大小信号问题6.5.2 自激振荡问题目 录null本章要点:1. 反馈的概念与反馈的判断2. 负反馈放大器的组态3. 负反馈放大器放大倍数的计算4. 负反馈对放大器性能的影响5. 负反馈放大器引起正反馈问题的本章难点:1.负反馈放大器的稳定性问题2.负反馈放大器的组态分析与计算null 负反馈放大器是一种闭环放大器，也是一个完整的信息反馈系统。负反馈放大器要完成信息(电压或电流)的采集、输送、比较和调节(或控制)等几项任务。闭环放大器的工作状态一般是稳定的。没有加负反馈的放大器是一种开环放大器，电路工作状态不稳定。第3章在讨论放大器静态工作点问题时，因温度影响Q点的漂移就是因为电路是一个没有加入负反馈的开环系统，从而造成系统的不稳定。本章主要讨论负反馈放大器。6.1 反馈的基本概念6.1 反馈的基本概念从一个例子说起输入量：ui、ube、ib反馈——将电子系统输出回路的电量（电压或电流），以一定的方式送回到输入回路的过程。输出量：uo、uce、ic正向传输——信号从输入端到输出端的传输稳定工作点电路：UB一定null方框图：A称为开环放大倍数AF称为闭环放大倍数输出信号输入信号反馈信号净输入信号F称为反馈系数6.1.1 负反馈放大电路的方框图null6.1.2 负反馈放大器的一般关系闭环放大倍数：null关于反馈深度的讨论一般负反馈深度负反馈正反馈自激振荡null几个基本概念开环与闭环电路中只有正向传输，没有反向传输，称为开环状态。正向传输——信号从输入端到输出端的传输反向传输——信号从输出端到输入端的传输既有正向传输，又有反馈 称为闭环状态。信号的正向传输信号的正向传输反馈传输(通路) （反馈网络）null直流反馈——若电路将直流量反馈到输入回路，则称直流反馈。1.直流反馈与交流反馈 该电路引入直流反馈的目的，是为了稳定静态工作点Q。交流反馈——若电路将交流量反馈到输入回路，则称交流反馈。 （如去掉电容Ce）交流反馈，影响电路的交流工作性能。直流反馈交流反馈6.1.3　反馈及反馈方式null 解：根据反馈到输入端的信号是交流还是直流还是同时存在，来进行判别。例：判断下图中有哪些反馈回路，是交流反馈还是直流反馈。交、直流反馈交流反馈 注意电容的“隔直通交”作用！null例：基本放大器，无反馈，净输入量ube=ui，电压放大倍数为：2.负反馈与正反馈负反馈——输入量不变时，引入反馈后使净输入量减小，放大倍数减小。引入反馈后，净输入量ube =ui- uf ， 电压放大倍数为：可见，净输入量减小，放大倍数减小，所以是负反馈。正反馈——输入量不变时，引入反馈后使净输入量增加，放大倍数增加。null本级反馈——反馈只存在于某一级放大器中 级间反馈——反馈存在于两级以上的放大器中例3.本级反馈与级间反馈级间反馈本级反馈本级反馈6.２ 负反馈放大器的组态6.２ 负反馈放大器的组态负反馈类型有四种组态: 电压串联负反馈 电压并联负反馈 电流串联负反馈 电流并联负反馈 6.2.1 电压串联负反馈6.2.1 电压串联负反馈根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电压串联负反馈故为串联负反馈。用“瞬时极性法”判断反馈极性： 假设某一瞬时，在放大电路的输入端加入一个正极性的输入信号，按信号传输方向依次判断相关点的瞬时极性，直至判断出反馈信号的瞬时极性。如果反馈信号的瞬时极性使净输入减小，则为负反馈；反之为正反馈。因为反馈量与输出电压成比例，所以称电压反馈。null分立电路电压串联负反馈RL电压负反馈的特性——稳定输出电压稳定过程：负载变化时，输出电压稳定——输出电阻↓ui一定6.2.2电压并联负反馈6.2.2电压并联负反馈根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电压串联负反馈。因为反馈量与输出电压成比例，所以是电压反馈。故为并联负反馈。null分立电路电压并联负反馈反馈量与输出电压成比例， 所以是电压反馈。根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电压串联负反馈id = ii -if在输入端有故为并联负反馈。 因为反馈电流：6.2.3电流并联负反馈6.2.3电流并联负反馈根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电流串联负反馈。又因为在输入端有: 反馈电流：因为反馈量与输出电流成比例，所以是电流反馈。故为并联负反馈。null分立电路组成的电流并联负反馈引入电流负反馈的目的——稳定输出电流稳定过程：负载变化时，输出电流稳定——输出电阻↑RL  6.2.4电流串联负反馈 6.2.4电流串联负反馈 反馈电压：uf=ioRf根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电流串联负反馈因为反馈量与输出电流成比例，所以是电流反馈。故为串联负反馈。null分立电路组成的电流串联负反馈电路引入电流负反馈的目的——稳定输出电流稳定过程：负载变化时，输出电流稳定——输出电阻↑RLnull反馈类型及判别方法1.直流反馈与交流反馈——注意电容的“隔直通交”作用 例题:试判断下图电路中有哪些反馈支路，各是直流反馈还是交流反馈？null2.反馈极性：正反馈与负反馈判定方法——“瞬时极性法”例题:试判断下列电路中反馈支路的反馈极性。对于串联反馈：输入量与反馈量作用在不同的两点上，若输入量与反馈量的瞬时极性相同为负反馈，瞬时极性相反为正反馈。对于并联反馈：输入量与反馈量作用在同一点上，若反馈元件两端瞬时极性相反为负反馈，瞬时极性相同为正反馈。动画演示nullnull3. 取样方式——电压反馈与电流反馈 假设输出端交流短路（RL=0），即uo=0，若反馈信号消失了，则为电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为电流反馈。电压反馈：反馈信号的大小与输出电压成比 例。判断方法——输出短路法：电流反馈：反馈信号的大小与输出电流成比 例。null例题:试判断下列电路中引入的反馈是电压反馈还是电流反馈。null 4.比较方式——串联反馈和并联反馈 4.比较方式——串联反馈和并联反馈并联反馈：反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的同一个电极。有：id = ii -if 此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。此时反馈信号与输入信号是电流相加减的关系。串联反馈：反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的两个电极。有：ud = ui -ufnull 对于三极管电路： 若反馈信号与输入信号同时加在三极管的基极或发射极，则为并联反馈。 若反馈信号与输入信号一个加在基极一个加在发射极则为串联反馈。null 对于运放电路： 若反馈信号与输入信号同时加在同相端或反相端为并联反馈。 若反馈信号与输入信号一个加在同相端一个加在反相端则为串联反馈。null例题:试判断下列电路中引入的反馈是串联反馈还是并联反馈。nullnull例题:试判断下列电路中的反馈组态。解:电压串联负反馈。null解:电压并联负反馈。动画演示例题:试判断下列电路中的反馈组态。null（1）串联反馈 5. 信号源对反馈效果的影响ud = ui -uf 所以us应为恒压源，即信号源内阻RS越小越好。 要想反馈效果明显，就要求uf变化能有效引起ud的变化。null（2）并联反馈id = ii -if 所以is应为恒流源，即信号源内阻RS越大越好。 要想反馈效果明显，就要求if变化能有效引起id的变化。6.3 负反馈对放大电路性能的影响6.3 负反馈对放大电路性能的影响 提高增益的稳定性 减少非线性失真 扩展频带 改变输入电阻和输出电阻 在放大器中引入负反馈 降低了放大倍数6.3.1 提高放大倍数的稳定性6.3.1 提高放大倍数的稳定性闭环时则只考虑幅值有即闭环增益相对变化量比开环减小了1+AF倍另一方面:在深度负反馈条件下 即闭环增益只取决于反馈网络。当反馈网络由稳定的线性元件组成时，闭环增益将有很高的稳定性。6.3.2 扩展放大器的通频带6.3.2 扩展放大器的通频带 无反馈时放大器的通频带： fbw= f H－fL f H 有反馈时放大器的通频带： fbwf= f Hf－fLf f Hf可以证明：fbwf = (1+AF) fbw 放大器的一个重要特性：增益与通频带之积为常数。 即： Amf× fbwf= Am× fbw放大电路加入负反馈后，增益下降，但通频带却加宽了。6.3.3 改善放大器的非线性失真6.3.3 改善放大器的非线性失真加反馈前加反馈后失真改善6.3.4 改变输入电阻和输出电阻6.3.4 改变输入电阻和输出电阻 无反馈时： 有反馈时： １． 串联负反馈使输入电阻增加 null 无反馈时： 有反馈时： ２．并联负反馈使输入电阻减小３． 负反馈对输出电阻的影响３． 负反馈对输出电阻的影响(1) 电压负反馈使输出电阻减小 电流负反馈→稳定输出电流（当负载变化时）→恒流源→输出电阻大。(2) 电流负反馈使输出电阻提高电压负反馈→稳定输出电压（当负载变化时）→恒压源→输出电阻小。null为改善性能引入负反馈的一般原则 要稳定直流量——引直流负反馈 要稳定交流量——引交流负反馈 要稳定输出电压——引电压负反馈 要稳定输出电流——引电流负反馈 要增大输入电阻——引串联负反馈 要减小输入电阻——引并联负反馈null举例：在下面的放大器中按要求引入适当的反馈。 （1）希望加入信号后，ic3的数值基本不受R6改变的影响。null（2）希望接入负载后，输出电压UO基本稳定。null（3）希望输入端向信号源索取的电流小。null（4）希望稳定静态工作点。解：以上两种反馈都同时具有交、直流反馈，所以能够稳定静态工作点。如果要求只引入直流负反馈，去除交流反馈。怎样接？6.4 深度负反馈放大电路的估算6.4 深度负反馈放大电路的估算 本节重点讨论深度负反馈条件下的近似计算（1） 估算的依据 深度负反馈：即，深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈系数有关。由得 方法一：１. 估算电压增益null 方法二：根据将代入上式得即：输入量近似等于反馈量净输入量近似等于零 由此可得深度负反馈条件下，基本放大电路“虚短”、“虚断”的概念或null深度负反馈条件下：Xd=Xi-Xf≈0u+=u-（运放电路）ue=ub（三极管电路）(1)“虚短”——ud≈0(2)“虚断”——id≈0ii+=ii-=0 （运放电路）ib=0（三极管电路）“虚短”与“虚断”null 例1.分立电路电压串联负反馈2. 举例 解：用方法一。 求反馈系数： 求闭环电压放大倍数： （1） 电压串联负反馈null 解：用方法二。 利用虚短和虚断的概念得知闭环电压增益例2.运放组成的电压串联负反馈电路null（2 ）电流并联负反馈放大器反馈系数:闭环增益闭环电压增益 解：用方法一。 例1.分立电路电流并联负反馈null闭环电压增益：利用虚短和虚断可知例2. 运放组成的电流并联负反馈放大器 解：用方法二。ui=ii R1 ii=ifnull（3）电压并联负反馈 例1.分立电路电压并联负反馈闭环增益闭环电压增益 解：用方法一。null 例2.运放组成的电压并联负反馈利用虚短和虚断可知u+=u-=0ii=ifnull闭环增益闭环电压增益例1. 分立元件组成的电流串联负反馈 解：用方法一。反馈系数:由第二章知，该电路闭环电压增益:（4）电流串联负反馈null例2.运放组成的电流串联负反馈 闭环电压增益:利用虚短和虚断可知: 解：用方法二。null3. 估算输入输出电阻在深度负反馈条件下：注：中的输入、输出电阻均指反馈环中的输入、输出电阻。null（1）电压串联负反馈举例 Rif＝Rb1ROf＝0null（2）电压并联负反馈Rif＝RSROf＝0null（3）电流并联负反馈ROf＝RC2Rif＝RSnull综合举例1：求电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。null综合举例2：求电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。null6.5.1　关于应用负反馈扩展通频带的大小信号问题 ① 小信号 ② 大信号 放大电路的通频带受限于反馈深度放大电路的通频带的扩展将受限于转换效率SR和反馈深度 用μA741组成的负反馈放大电路来说明转换效率SR对通频 带的影响 。μA741的电路参数：开环差模电压增益： 单位增益带宽： 开环带宽： 转换速率： 最大输出电压： Avo=105 (100dB) BWG=1MHZ BW=10HZ SR=0.5V/μS ∣Uopp∣=13V6.5 负反馈放大电路的大小信号频率特征与稳定性null 用μA741组成负反馈放大电路，闭环增益为Auf=40，则可得小信号的上限频率为：(带宽扩展 ) 运放工作在大信号条件下，输出电压的最大变化率应小于转换速率，即 否则，输出电压uo将跟不上输入信号电压的变化，而产生波形失真。 null假定μA741输入、输出均为正弦波，即余弦函数其最大值发生在ωt=0处时，于是在大信号条件下，输出电压的幅度∣Uopp∣=13V 此时， μA741 的上限频率它比小信号条件下的上限频率(-3dB带宽)小得多 null6.5.2　自激振荡问题1. 自激振荡现象 在不加任何输入信号的情况下，放大电路仍会产生一定频率的信号输出。2. 产生原因null3. 自激振荡条件自激振荡得自激振荡条件：幅值条件相位条件（附加相移）注：输入端求和的相位（-1）不包含在内闭环增益null4. 稳定工作条件破坏自激振荡条件或写为其中Gm——幅值裕度，一般要求Gm -10dBm——相位裕度，一般要求m  45为保证可靠稳定,应留有余地。null5. 负反馈放大电路稳定性分析利用波特图分析null判断稳定性方法或null 反馈深度越深，越容易自激。P点交在 的 -20dB/十倍频程处，放大电路是稳定的。null6.5.3　消除自激振荡的常用方法1. 电容滞后补偿 图示为电容滞后补偿电路。补偿电容C并接在前级输出电阻和后级输入电阻都很大的节点与地之间。在中低频段时，由于C的容抗很高，其影响可忽略。但在高频时，电容容抗变小，使放大倍数下降。合理选择电容C的大小，就能使附加相位移小于180º时，破坏自激振荡的条件，消除可能存在的高频振荡，由于接入C后使放大器在高频段的相位滞后，所以称这种补偿为滞后补偿。在电容C支路也可以串联一个电阻R进行滞后补偿，而它比单纯一个电容的补偿在高频放大倍数处于0dB处的频率有所提高。 电容滞后补偿电路null2. 超前补偿 负反馈放大电路在某一频率点附近产生有△ =-180º的附加相移，电路就可产生自激振荡。若加入的补偿电容C改变反馈网络或基本放大器的频率特性，使反馈电压的相位超前于输出电压，即△< 180º ，负反馈放大电路就不会产生自激振荡了。因此，这种补偿方法称为超前补偿。 超前补偿电路本章小结本章小结1．将电子系统输出回路的电量（电压或电流），以一定的方式送回到输入回路的过程称为反馈。 2．电路中常用的负反馈有四种组态：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。可以通过观察法，输出短路法和瞬时极性法等方法判断电路反馈类型。4．负反馈可以全面改善放大电路的性能，包括：提高放大倍数的稳定性，减小非线性失真，抑制噪声，扩展频带，改变输入、输出电阻等。6．负反馈电路的反馈深度如果过大，将有可能产生自激振荡。可以采用频率补偿技术消除自激振荡。但这样会使电路的频带变窄。