放大电路的反馈 电路知识讲解

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1、放大电路中的反馈,1反馈的概念 2反馈极性的判断 3反馈的组态 4反馈对电路的影响,反馈的概念(1),反馈是指将系统中的输出量的一部分或全部,按一定的方式引回到系统的输入端,从而影响原系统的输入量的过程。,反馈结构示意框图,Xi,Xo,Xf,Xid,不含反馈放大,反馈网络,输入,输出,反馈信号,净输入信号,反馈基本关系,2、反馈系数F,3、闭环放大倍数Af,Xid=Xi-Xf,反馈的概念(2),反馈的分类,交流反馈,直流反馈,交直流反馈,:只对交流具有反馈作用,:只对直流具有反馈作用,:对交直流都具有反馈作用,反馈在哪?,输入回路,输出回路,Re与Ce构成反馈网络,该反馈是什么类型?,判断在交

2、、直流通路中,反馈是否存在,直流通路,交流通路,交直流反馈,交流反馈,例:判断Rf反馈类型,增加隔直电容C后,Rf只对交流起反馈作用。,end,反馈极性的判断(1),反馈极性的分类,正反馈,负反馈,:当|Af|A|时,称系统引入了正反馈。,:当|Af|A|时,称系统引入了负反馈。,反馈极性的判断,在输入信号Xi一定的条件下,若|Af|A|,则必|Xid|Xi|;,若|Af|A|,则必|Xid|Xi|;,正反馈使|Xid|增大,负反馈使|Xid|减小。,我们将采用“瞬时电位增量法”来判断反馈的极性。,反馈极性的判断(2),电位增量变化原则,+UA,UB+,+VN,VM+,VN=UA VM=UB,

3、可计算出P点增量为:,设UAUB,则有:VNVPVM,结论:两个增量不同的点相联后,该点的增量介于相联前两点的增量之间。,将两个增量不同的点相联后,该点的增量介于相联前两点的增量之间。,电位增量变化原则:,+UA,UB+,+VN,VM+,VN=UA VM=UB,设UAUB,则有:VNVPVM,反馈极性的判断(3),“瞬时电位增量法”判断反馈极性的步骤,断开反馈网络的输出端,以图示运算放大器构成的电路为例,反馈在哪 里?,在放大电路输入端加增量ui0,a,b,计算断开点处增量的大小,显然b点的增量Vbui,由于运放中有 u0=-Auui,则,a点的增量va=u0=-Auui,所以a、b点联接后该

4、点增量V为,vaVVb,判断净输入Xid的变化 若加入反馈后| Xid|增大,则为正反馈 若加入反馈后| Xid|减小,则为负反馈,对本题,未加反馈时| Xid| =Vb,加反馈后| Xid| =V,所以电路中存在负反馈。,反馈极性的判断(4),判断图示运算放大器中反馈的极性,(1)断开反馈网络的输出端,反馈在哪 里?,b,a,(2)在放大电路输入端加增量 ui0,(3)计算断开点处增量V的大小,因为Vb=0,Va=U0=-Auui,所以,VaVVb,即V0,(4)判断净输入| Xid|的变化,因为未加反馈时| Xid|的增量xid=ui,加反馈后| Xid|的增量xid=ui-Vui,即加反

5、馈后| Xid|增加,所以该反馈为正反馈,例:判断Rf是否负反馈,end,反馈的组态(topologies)(1),反馈所取输出信号可以是电压或电流,电压型反馈,电流型反馈,反馈在输入端的叠加信号可以是电压或电流,串联型反馈,并联型反馈,-信号以电压形式叠加,-信号以电流形式叠加,反馈的组态,电压串联型反馈(Series-shunt),电压并联型反馈(Shunt-shunt),电流串联型反馈(Series-series),电流并联型反馈(shunt-Series),反馈的组态(2),四种反馈组态的框图如下所示,电压串联型,取输出电压为反馈信号,反馈信号在输入回路中以电压形式叠加,X0=U0,U

6、i=Ui-Uf,为加强反馈效果,信号源内阻要尽量小。,反馈的组态(3),电压并联型,取输出电压为反馈信号,X0=U0,反馈信号在输入回路中以电流形式叠加,Ii=Ii-If,为加强反馈效果,信号源内阻要尽量大。,反馈的组态(4),电流串联型,取输出电流为反馈信号,X0=I0,反馈信号在输入回路中以电压形式叠加,Ui=Ui-Uf,为加强反馈效果,信号源内阻要尽量小。,反馈的组态(5),电流并联型,取输出电流为反馈信号,X0=I0,反馈信号在输入回路中以电流形式叠加,Ii=Ii-If,为加强反馈效果,信号源内阻要尽量大。,反馈的组态(6),反馈组态的判断方法,电压反馈与电流反馈的判断方法-输出短路法

7、,若反馈仍存在,则为电流型反馈,若反馈消失,则为电压型反馈,串联反馈与并联反馈的判断方法-输入短路法,若反馈信号仍可加入放大器输入端,则为串联型反馈,若反馈信号被短路线旁路,不能加入放大器输入端,则为并联型反馈,反馈的组态(7),串联并联反馈的简单判断方法,当反馈信号与输入信号分别接在输入的两端,则为串联反馈,当反馈信号与输入信号接在输入的同一端,则为并联反馈,-,为并联反馈,为串联反馈,例1:判断图示放大电路的反馈组态,(1)用“瞬时电位增量法”判断反馈极性,b,a,因为未加反馈时Xid的增量xid=ui,加反馈后Xid的增量xid=ui-Vui,即加反馈后Xid减小,所以该反馈为负反馈,(

8、2)用“输出短路法”判断反馈输出端组态,由等效电路可见,放大电路的反馈消失,则反馈为电压型。,(3)用“输入短路法”判断反馈输入端组态,由等效电路可见,放大电路的反馈信号仍然可加入到电路的输入端,则反馈为串联型。,结论:图示放大电路的反馈为电压串联型负反馈,下面我们通过几个实际放大电路, 介绍反馈组态的判断方法,例2:判断图示放大电路的反馈组态,(1)判断反馈极性,K,加反馈后Xid减小,所以该反馈为负反馈,(2)判断反馈输出端组态,由等效电路可见,放大电路的反馈消失,则反馈为电压型。,结论:图示放大电路的反馈为电压并联型负反馈,(3)因为反馈信号与输入 信号接在输入的同一端, 则为并联反馈,

9、例3:判断图示放大电路的反馈组态,k,(1)判断反馈极性,加反馈后Xid减小,所以该反馈为负反馈,(2)判断反馈输出端组态,由等效电路可见,放大电路的反馈仍然存在,则反馈为电流型。,(3)判断反馈输入端组态,由等效电路可见,放大电路的反馈信号仍然可加入到电路的输入端,则反馈为串联型。,结论:图示放大电路的反馈为电流串联型负反馈,例4:判断图示放大电路的反馈组态,结论:图示放大电路的反馈为电流并联型负反馈,级间反馈,end,例5:判断Rf是否负反馈,若是,判断反馈的组态。,uo,uf,ube=ui-uf,uc1,ub2,uc2,uo,此电路是交流电压串联负反馈,负反馈对放大电路性能的影响(1),

10、1、降低放大倍数,由反馈的基本关系可知,因为对于负反馈放大电路|1+AF|1,所以|Af|A|,定义:|1+AF|为反馈深度。 当|1+AF|1时,称放大电路具有深度负反馈,此时:,闭环放大倍数与开环放大倍数无关,例:已知一反馈放大电路A=104,当F=0.01时,求Af。,解:反馈深度 1+AF=1+1040.01=101,则,若采用近似关系,有,与精确计算相比,误差为1%。,负反馈对放大电路性能的影响(2),2、提高放大倍数的稳定性,在中频条件下,对 微分,有,对上式同除Af,有,对负反馈电路,因为|1+AF|1,所以,结论:闭环放大倍数的稳定性比开环提高|1+AF|倍,例:已知放大电路A

11、=100、F=0.05,如果A产生30%的变化,求Af的变化率。,Af的变化率为:,解:反馈深度 1+AF=1+1000.05=6,则,Xi,Xo,Xf,Xid,输入正弦信号,输出信号底部失真,反馈信号存在失真,净输入信号失真,输出信号改善,3、改善输出波形的非线性失真,负反馈对放大电路性能的影响(3),负反馈对放大电路性能的影响(4),4、展宽放大器的通频带,未加负反馈时,此时|dA/A|= 1-0.707=0.293,加负反馈时,因为|dAf/Af|dA/A| 所以频带展宽,可以证明,展宽倍数为|1+AF|,负反馈对放大电路性能的影响(5),5、负反馈对输入电阻的影响,串联负反馈提高输入电

12、阻,未加负反馈时,放大电路开环输入电阻为,加入负反馈后,放大电路闭环输入电阻为,因为,,代入上式,则,即,结论:串联型负反馈使输入电阻提高|1+AF|倍,负反馈对放大电路性能的影响(6),并联负反馈降低输入电阻,未加负反馈时,放大电路开环输入电阻为,加入负反馈后,放大电路闭环输入电阻为,因为,,代入上式,则,即,结论:并联型负反馈使输入电阻降低|1+AF|倍,负反馈对放大电路性能的影响(5),5、负反馈对输入电阻的影响,结论:并联负反馈降低输入电阻,-,并联负反馈:,显然,从ui两端看过去,放大电路的输入电阻 =运放的输入电阻/反馈网络两端等效电阻,结论:串联负反馈提高输入电阻,串联负反馈:,

13、显然,从ui两端看过去,放大电路的输入电阻 =运放的输入电阻+反馈网络两端等效电阻,负反馈对放大电路性能的影响(6),负反馈对放大电路性能的影响(7),6、负反馈对输出电阻的影响,负反馈对输出电阻的影响取决于反馈是电压反馈还是电流反馈。,电压型负反馈使输出电压稳定性提高 电流型负反馈使输出电流稳定性提高,输出电压稳定性提高,意味着输出电阻减小 输出电流稳定性提高,意味着输出电阻增大,结论 电压型负反馈使输出电阻减小 电流型负反馈使输出电阻增大,end,射极跟随器(电压串联负反馈),ui = ube + uf,其中uf = uo,符合公式:,深度负反馈下电压放大倍数的近似估算,性能:,(1)放大倍数 1 (2)输入电阻大 (3)输出电阻小,放大倍数的近似计算:,在两级放大器之间接有负反馈电阻的 放大器(电压串联负反馈),ui = ube + uf,符合公式:,放大倍数的近似计算:,

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