负反馈放大电路

nullnull第1章 绪论 第2章 半导体器件基础 第3章 双极型模拟集成电路的基本单元电路 第4章 MOS模拟集成电路的基本单元电路 第5章 负反馈放大电路 第6章 集成运算放大器的分析与应用 第7章 直流电源电路课程章节第5章 负反馈放大电路第5章 负反馈放大电路主讲:刘颖问题： 1.什么是反馈？为什么要引入反馈？ 2.如何判断电路是是否有反馈？ 3.反馈有哪几种组态？ 4.反馈改善了放大电路的哪些性能？ 3.什么样的反馈放大电路容易产生自激振荡？如何消除自激？第5章 负反馈放大电路第5章 负反馈放大电路5.1 反馈的基本概念5.2 负反馈放大器的分类5.3 负反馈对放大器性能的影响5.4 负反馈方框图分析方法小结5.5 负反馈放大器的稳定性及其相位补偿5.1 反馈的基本概念5.1 反馈的基本概念三、单环反馈理想模型四、基本反馈方程式一、反馈的定义二、反馈的分类一、反馈的定义一、反馈的定义放大电路 A输入信号 （Ui或Ii）输出信号 （Uo或Io）反馈网络 B反馈信号 （Uf或If）+正向传输反向传输闭环：放大电路有反馈称闭环。开环：放大电路无反馈称开环。null举例说明：稳定工作点的过程：T↑→UBE↓,  ↑ ,ICBO ↑→ICQ ↑→IEQ ↑→UE=IEQRe↑UBE=UB-UE ↓IBQ ↓ ←ICQ ↓ ←基本放大电路反馈网络直流反馈二、反馈的分类二、反馈的分类反馈信号的极性正反馈：负反馈：反馈信号使放大器的净输入信号增强反馈信号使放大器的净输入信号减小反馈信号的属性直流反馈交流反馈混合反馈反馈的取样信号电压反馈电流反馈反馈在输入端的引入方式并联反馈串联反馈三、单环反馈的理想模型三、单环反馈的理想模型放大电路 A反馈网络 B+反馈环正向传输反向传输1. 正向传输信号只经过放大电路A; 2. 反向传输信号只经过反馈网络B。四、基本反馈方程式开环增益反馈系数闭环增益—基本反馈方程式Af < A反馈放大器方框图四、基本反馈方程式反馈深度,AB :环路增益四、基本反馈方程式(续）四、基本反馈方程式(续）在深度反馈的情况下：F>>1或AB>>1,说明：在深度负反馈条件下,闭环放大倍数近似等反馈系数的倒数,与有源器件的参数基本无关。一般反馈网络是无源元件构成的，其稳定性优于有源器件，因此深度负反馈时的放大倍数比较稳定。反馈放大器方框图5.2 负反馈放大器的分类及判别方法5.2 负反馈放大器的分类及判别方法三、电流并联负反馈四、电压并联负反馈一、电流串联负反馈二、电压串联负反馈输出取样方式输入引入方式一、电流串联负反馈放大电路一、电流串联负反馈放大电路1. 判断反馈的类型1) 找出反馈网络即与输入回路有关，又与输出回路有关的网络。—Re2) 判断反馈的类型① 判断电压、电流反馈的方法电压反馈：反馈信号的大小与输出电压成比例； 电流反馈：反馈信号的大小与输出电流成比例。由电路知Uf=IoRe，与输出电流Io成正比，因此是电流反馈。null判断电压、电流反馈简单的判断方法： 将输出电压‘短路’，若反馈回来的反馈信号为零，则为电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为电流反馈。2) 判断反馈的类型(续）问题： 如何判断是电压反馈还是电流反馈？null反馈信号与输入信号是电流相加减的关系。反馈信号与输入信号 是电压相加减的关系。 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，则为并联反馈；反之，加在放大电路输入回路的两个电极，则为串联反馈。 举例说明： 对于三极管来说，反馈信号与输入信号同时加在输入三极管的基极或发射极，则为并联反馈；一个加在基极，另一个加在发射极则为串联反馈。 右上角电路中，输入信号Ui加在基极，反馈信号Uf加在发射极，因此是串联反馈。2) 判断反馈的类型(续）电流串联负反馈瞬时极性法： 在放大电路的输入端，假设一个输入信号的电压极性，可用“+”、“-” 。 按信号传输方向经基本放大器反馈网络判断相关点的瞬时极性，直至判断出反馈信号的瞬时电压极性。 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。电流串联负反馈++2) 判断反馈的类型(续）电流串联负反馈电流串联负反馈++Udi=Ui-Uf>1，可得：二、负反馈对通频带的影响二、负反馈对通频带的影响幅频特性曲线：放大器的增益AU与频率f的关系曲线低频截止频率高频截止频率BW= fh- fl通频带引入反馈后增益下降通频带加宽 BWf=(1+AUB)BW小结：负反馈的引入使放大电路的通频带得到展宽。三、负反馈对非线性失真的影响三、负反馈对非线性失真的影响小结：1. 负反馈改善波形失真的实质是利用失真减小失真，但不能完全消除失真。 2. 负反馈只能减小反馈环内的失真，如输入信号本身就是失真的，负反馈则不能改善失真。6-36-4四、信号源内阻对负反馈放大器性能的影响四、信号源内阻对负反馈放大器性能的影响输入应采用电压源Us，Rs影响归入基本放大器。当Rs→∞时，AUs→0,结论：对于串联负反馈，信号源应采用低内阻Rs才能得到好的反馈效果。失去负反馈的作用null输入应采用电流源Is，Rs影响归入基本放大器。当Rs→0时，AIs→0, 对于并联负反馈，信号源应采用高内阻Rs才能得到好的反馈效果。失去负反馈的作用五、负反馈对输入、输出阻抗的影响五、负反馈对输入、输出阻抗的影响1.负反馈对输入阻抗的影响 负反馈对输入电阻的影响与反馈加入的方式有关，而与输出取样无直接关系。 （说明：因为输入电阻与输出取样无直接关系，因此框图中B网络的输入没有画出具体的连接。）null1) 串联负反馈输入阻抗无反馈时：ri=Udi/Ii有反馈时：rif=Ui/Ii电压串联负反馈(1) 电压串联负反馈输入输出阻抗的影响输入输出阻抗的影响(1) 电压串联负反馈(2) 电流串联负反馈结论：串联负反馈使输入阻抗增加，增大的倍数等于反馈深度。1) 串联负反馈输入阻抗 (续）输入输出阻抗的影响输入输出阻抗的影响2) 并联负反馈输入阻抗（1）电流并联负反馈无反馈时：ri=Ui/Idi有反馈时：rif=Ui/Ii输入输出阻抗的影响输入输出阻抗的影响2) 并联负反馈输入阻抗（1）电流并联负反馈（2）电压并联负反馈∵ri=Ui/Idi,rif=Ui/Ii结论：并联负反馈使输入阻抗减小，减小的倍数等于反馈深度。输入输出阻抗的影响输入输出阻抗的影响小结： 1. 负反馈对输入阻抗的影响只取决于反馈在输入端的连接方式即串联反馈和并联反馈有关，而与输出取样信号即电压反馈和电流反馈无关。输出的取样信号只影响A和B的下标内容。 2. 串联负反馈使输入阻抗增大，并联负反馈使输入阻抗减小。增大或减小的倍数等于反馈的深度。1.负反馈对输入阻抗的影响（续）输入输出阻抗的影响输入输出阻抗的影响2. 负反馈对输出阻抗的影响说明：负反馈对输出电阻的影响与输出取样的内容有关；而与输入端的连接方式无直接关系。分析输出阻抗的方法： 1） 将输入电压源短路，或将输入电流源开路，但电源的内阻必须保留。 2）去掉负载RL，并在输出端外加激励电压Uos，此时产生的电流为Ios。 3） 输出阻抗 rof=Uos/Ios 4） 当考虑集电极负载Rc的影响时，输出阻抗r'of=rof//Rcnull考虑Rs后基本放大器的开路电压增益AUo输出开路电压增益1） 电压负反馈输出阻抗(1) 电压串联负反馈基本放大器 输出电阻null(1) 电压串联负反馈(续），r'of=rof//RcnullARo输出开路互阻增益考虑Rs后基本放大器的开路互阻增益（2）电压并联负反馈null（2）电压并联负反馈（续），r'of=rof//Rc结论：电压负反馈使输出阻抗减小，减小的倍数等于反馈深度。nullAIo输出短路电流增益2） 电流负反馈输出阻抗（1） 电流并联负反馈考虑Rs后基本放大器的开路互阻增益null（1） 电流并联负反馈（续），r'of=rof//RcnullAGo输出短路互导增益（2） 电流串联负反馈考虑Rs后基本放大器的开路互阻增益null（2） 电流串联负反馈,r'of=rof//Rc结论：电流负反馈使输出阻抗增大，增大的倍数等于反馈深度。输入输出阻抗的影响输入输出阻抗的影响小结： （1） 负反馈对输出阻抗的影响只取决于输出取样是电压还是电流，与输入端的连接方式无直接关系。 （2） 电压负反馈使输出阻抗减小，电流负反馈使输出阻抗增加。 （3） 电压负反馈可以稳定输出电压，电流负反馈可以稳定输出电流。2. 负反馈对输出阻抗的影响（续）5.4 负反馈放大器的分析方法5.4 负反馈放大器的分析方法一、等效电路法 二、方框图分析法 三、负反馈放大器的近似计算 四、基于框图法负反馈放大器的分析步骤 五、深负反馈条件下的近似计算一、等效电路法一、等效电路法方法：画交流等效电路，列电流电压方程。优点：适合任何类型放大电路，能够得到精确结果。二、方框图分析法二、方框图分析法1.方法：将反馈放大器划分为基本放大器和反馈网络两部分，分别求出基本放大器的放大增益A和反馈网络的反馈系数B，然后利用反馈方程式求Auf。分析流程图。注意：求基本放大电路的放大增益时必须考虑反馈网络的负载作用。null确定输出信号量 电压反馈：Xo=Uo 电流反馈：Xo=Io 确定输入信号量和反馈信号量 串联反馈：Xi、Xf均为电压信号 并联反馈：Xi、Xf均为电流信号求反馈系数B=Xf/Xo和基本放大器的放大增益A=Xo/Xi求反馈深度F=1+AB根据反馈方程式求Af继续求其他指标如rif 、rof等2. 方框图分析法流程图方框图分析方法方框图分析方法3. 画基本放大电路的原则 为了考虑反馈网络对基本放大器输入端和输出端的负载效应，在画基本放大电路时，应遵循以下两条原则：1） 画输入电路原则 如果是电压反馈，则令Uo=0，即将输出端对地短路； 如果是电流反馈，则令Io=0，即将输出回路开路。2）画求输出电路原则 如果是并联反馈，则令Ui=0，即将输入端对地短路； 如果是串联反馈，则令Ii=0，即将输入回路开路。三、负反馈放大器的近似计算三、负反馈放大器的近似计算1. 电压并联负反馈放大器的计算1)判断反馈类型反馈元件：Rf 反馈类型：电压并联负反馈2) 画基本放大器电路反馈网络对输入回路的负载作用反馈网络对输出回路的负载作用反馈放大器的计算反馈放大器的计算1 .电压并联负反馈放大器的计算(续）3） 基本放大器的计算（续）（3）开环互阻增益的计算考虑RS的影响：（1）输入电阻ri=Rf//hie（2）输出电阻ro=Rf反馈放大器的计算反馈放大器的计算4）反馈系数的计算（3） 如考虑Rs的影响在深度反馈的情况下AB>>15）反馈放大器的计算基本放大器反馈放大器的计算反馈放大器的计算并联反馈使输入阻抗减小， 减小的倍数等于F(6)输出电阻考虑Rc的影响，5）反馈放大器的计算（续）电压反馈使输出入阻抗减小， 减小的倍数等于F(5)输入电阻三、负反馈放大器的近似计算（续）2. 电流串联负反馈放大器的计算例：1)判断反馈类型反馈元件：Re 反馈类型：电流串联负反馈解1：晶体管的参数： hfe=100, hie=1K, hrehoe 0 Rs 0, Re =100 ，Rb1=100K , Rb2=50K， Rc =2K ， RL =2K 试求：AGf, rif, rof 和 Auf。已知单级电流负反馈电路，三、负反馈放大器的近似计算（续）反馈放大器的计算2） 画基本放大器电路反馈网络对输入回路的负载作用反馈网络对输出回路的负载作用反馈放大器的计算null3)基本放大器计算ri=hie+Re=1.1Kro=1/hoe+Re ∞4)反馈放大器计算Io反馈放大器的计算反馈放大器的计算4)反馈放大器计算(续）null例：解2：晶体管的参数： hfe=100, hie=1K, hrehoe 0 Rs 0, Re =100 ，Rb1=100K , Rb2=50K， Rc =2K ， RL =2K 试求：AGf, rif, rof 和 Auf。已知单级电流负反馈电路，四、基于框图法负反馈放大器的分析步骤四、基于框图法负反馈放大器的分析步骤判断反馈类型画出基本放大器电路 分别考虑反馈网络的负载作用基本放大器的参数计算A、ri、ro反馈放大器的计算BF Af rif和 rof  r'if 和r'of继续求其它指标null五、深负反馈条件下的近似计算 串联负反馈时，有并联负反馈时，有在深度负反馈下，有由基本反馈方程式，在深负反馈的条件下，有 分析：在深度负反馈下，有null例： 负反馈放大电路如图所示，设电路满足深负反馈的条件，求电路的源电压增益AUSf、输入电阻及输出电阻。解：据图基本放大器电路，可得反馈系数：在深负反馈条件下，电流增益 Ifnull深度负反馈时，输入电阻 源电压增益深度负反馈时，输出电阻 反馈深度 5.5 反馈放大器的稳定性及其相位补偿5.5 反馈放大器的稳定性及其相位补偿一、负反馈放大电路自激振荡的条件二、负反馈放大电路稳定性的判别方法三、防止负反馈放大器自激的方法null 1.什么是自激？ 当Ui=0时，在输出端仍有一定频率和幅度的信号输出的现象。说明：负反馈可以改善放大电路的性能指标，但是负反馈引入不当，会引起放大电路的自激。为了使放大电路正常工作，必须要研究放大电路产生自激的原因和消除自激的有效方法。2. 产生自激的原因 在中频：放大电路有180的相移。 在其它频段：电路中出现附加相移，且达到180，使总的 相移为360，负反馈变为正反馈，产生自激。一、 反馈放大器自激振荡的条件null3. 自激的条件 幅度条件：相位条件：自激振荡现象负反馈系统： 当负反馈放大器的环路增益满足AB= -1， Af∞，即无输入信号，电路也会产生输出，出现自激振荡。自激振荡的条件：AB= -1null4. 起振条件 幅度条件：相位条件：自激振荡现象负反馈系统：自激振荡的起振条件：AB< -11. 由环路增益判别稳定性1. 由环路增益判别稳定性20lgAB=20lgA+20lgB=20lgA－20lg1/B对于幅度条件| AB|= 1 20lgAB=20lgA－20lg1/B=0dB 在以20lgA为Y坐标的波特图上减去20lg1/B，即可得到环路增益20lgAB的波特图了。 由于负反馈的自激条件是AB= -1，所以将以20lgA为Y坐标的波特图改变为以 20lgAB 为Y坐标的波特图，用于分析放大电路的自激更为方便。由于二、负反馈放大器稳定性的判别null 根据以上讨论，可将环路增益波特图分为三种情况，f 0 — 增益交界频率：满足幅值条件 20lgAB=0dB 时的频率。 f c —相位交界频率 ：满足相位条件 =±180 时的频率。 幅度裕量： (a)稳定:fc>f0 ,Gm<0dB相位裕量：(b)自激: fc0dB(c)临界状态: fc=f0, Gm=0dBnull判断自激的条件归纳如下：fc>f0 ,Gm<0dB。从=－180出发，得到的Gm<0dB，即|AB|<1，不满足幅度条件。fc0dB。从 =－180出发，得到的Gm>0dB，即|AB|>1，满足幅度条件。fc=f0 ,Gm=0dB。从 =－180出发，得到的Gm=0dB，即AB=1。稳定状态：自激状态：临界状态：1.由开环增益判别稳定性(续)试分析放大电路的闭环稳定性？解：1. 先作出幅频特性曲线和相频特性曲线， 中频电压增益AU=104即80dB。 有三个高频极点fp1=104、fp2=105、fp3=1061.由开环增益判别稳定性(续)稳定性判别波特图复习 (1) 一阶零点 的渐近线幅频特性。波特图复习0.1 11101(2)一阶极点 的渐近线。-45/dec45/dec(1) 一阶零点 的渐近线相频特性(2) 一阶极点 的渐近线相频特性null-450-1350-2250-1800临界增益曲线2. 由=-1800作出临界特性曲线 引入负反馈后，闭环增益Auf将下降，当Auf下降到临界增益曲线40dB以下时，就可能产生自激振荡。3. 检验幅度条件是否满足，并求最大反馈系数 深度反馈情况下，因为AUf=1/B,所以为保证系统稳定，临界的反馈系数Bmax=1/100=0.01。 20lgAB=20lgA－20lg1/B=40-40=0dB00null如引入反馈后，使闭环增益下降到60dB，即AUf=1/B= 60dB,此时系统稳定。 幅度裕度Gm= - 20dB 相位裕度m=450工程

设计

领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计

中，应留有余量：一般Gm<-10dB m4501. 防止负反馈放大电路自激的方法1. 防止负反馈放大电路自激的方法 （1）尽可能不使用多级放大电路组成的反馈环； （2）限制反馈深度，使之不能满足自激条件； （3）采用相位补偿的方法，破坏自激条件。三、防止负反馈放大器自激的方法2. 常用的相位补偿方法三、防止负反馈放大器自激的方法2. 常用的相位补偿方法 （1）滞后补偿：接入补偿元件后,使附加相位更加滞后，但以牺牲带宽为代价。所以适合带宽要求不太宽的场合。（2）超前补偿：在产生自激的频率附近引入超前相移零点，利用该零点产生的超前相移来抵消原有的滞后相移。null小 结1） 找出反馈网络方法：与输入回路有关，又与输出回路有关的网络。2） （输出端）电压、电流反馈的判别方法判断方法1： 将输出电压‘短路’，若反馈回来的反馈信号为零，则为电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为电流反馈。 判断方法2：反馈信号与输出电压成比例，则为电压反馈，与电流成比例，则为电流反馈。2. 反馈判别方法null小结(续）3）(输入端) 串联、并联反馈判别方法 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，则为并联反馈；反之，加在放大电路输入回路的两个电极，则为串联反馈。 4）正、负反馈判别方法瞬时极性法：在放大电路的输入端，假设一个输入信号的电压极性，可用“+”、“-”， 按信号传输方向经基本放大器反馈网络判断相关点的瞬时极性，直至判断出反馈信号的瞬时电压极性。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。null5） 直流、交流反馈判别方法电容观察法： 反馈通路如存在隔直电容，则为交流反馈 反馈通路如存在旁路电容，则为直流反馈 反馈通路不存在电容，则为交直流混合反馈3. 闭环增益：无论何种类型的负反馈可用统一形式的反馈方程来描述，即Af=1/(1+AB)。反馈的类型不同将影响A、Af和B的下标和量纲。反馈深度F=1+AB将影响反馈放大器的性能。小结(续）null4. 负反馈放大器的主要影响 （1） 提高增益的稳定性，电压负反馈可稳定输出电压，电流负反馈可稳定输出电流。 （2） 改善非线性失真，减小内部噪声和干扰。 （3） 改变放大器的输入和输出阻抗。串联负反馈可使输入阻抗增加，并联负反馈可使输入阻抗减小；电压负反馈可使输出阻抗减小，电流负反馈可使输出阻抗增加。 （4） 增加放大器的频带宽度。5. 方框图分析法 方框图分析法可用于分析各种类型的负反馈放大器。小结(续）null6.自激振荡 多极点闭环系统引入负反馈时，应严格分析是否会出现自激振荡现象。可由环路增益进行判别，也可通过开环增益的波特图进行判别。 负反馈放大器产生自激振荡的条件：小结(续）null重点难点重点：负反馈对放大器性能的影响。 难点：1.负反馈放大器的组态判别。 2.方框图分析法； 3.多级负反馈放大器的闭环稳定性分析。null第五章结束