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1、电子技术,编者:电工课程组 中北大学电工电子教学中心,电子技术课程多媒体课件,3 反馈及负反馈放大电路,3.1 反馈的基本概念,3.2 负反馈对放大电路性能的影响及负反馈的正确引入,3.3 负反馈放大电路的分析计算,3.4 负反馈放大电路的自激振荡,3 反馈及负反馈放大电路,一、基本内容：,1.反馈的概念与反馈的判断； 2.负反馈放大电路的组态； 3.负反馈放大电路放大倍数的计算； 4.负反馈对放大电路性能的影响； 5.负反馈放大电路引起正反馈问题的分析。,3 反馈及负反馈放大电路,1. 通过学习，学生应掌握反馈的基本概念、反馈的作用以及电路中反馈类型的判断； 2. 理解放大电路中引入不同组态
2、负反馈后,对放大电路的影响；掌握深度负反馈下放大倍数的估算方法； 3. 理解产生自激振荡的原因、条件及消除方法。,二、教学要求：,3.1 反馈的基本概念,返回主目录,3.1.1 反馈的概念,1. 反馈,放大电路中的反馈，就是将放大电路的输出量(电压或电流)的全部或者一部分，通过一定的电路（网路）送回输入回路，与输入量(电压或电流)进行比较，通过影响放大电路输入量从而影响放大电路的输出量，使放大电路的性能得到改善的措施称为反馈。,按照反馈放大电路各部分电路的主要功能可将其分为基本放大电路和反馈网络两部分，如右图所示。,3.1 反馈的基本概念,前者主要功能是放大信号，后者主要功能是传输反馈信号。基
3、本放大电路的输入信号称为净输入量，它不但取决于输入信号(输入量)，还与反馈信号(反馈量)有关。,返回主目录,举例：,3.1 反馈的基本概念,UB一定,输入量：ui、ube、ib,输出量：uo、uce、ic,正向传输：信号从输入端到输出端的传输,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。,返回主目录,3.1 反馈的基本概念,3.1.2 反馈的分类及其判断,1. 直流反馈和交流反馈,直流反馈：如果反馈量只含有直流量，则称直流反馈。 交流反馈：如果反馈量只含有交流量，则称交流反馈。,交流反馈,直流反馈,返回主目录,3.1 反馈的基本概念,注意:,1.有的反馈只对
4、交流信号起作用；有的反馈只 对直流信号起作用；有的反馈对交、直流信号 均起作用。,2.若在反馈网络中串接隔直电容，则可以隔断 直流，此时反馈只对交流起作用。,3.在起反馈作用的电阻两端并联旁路电容，可 以使其只对直流起作用。,返回主目录,3.1 反馈的基本概念,例3.1.1：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！,返回主目录,3.1 反馈的基本概念,2. 正反馈和负反馈,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。,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。,返回主目录,3.1 反馈的基本概
5、念,上图中基本放大器，无反馈，净输入量ube=ui，电压放大倍数为：,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。,返回主目录,3.1 反馈的基本概念,正反馈与负反馈的判别方法:瞬时极性法,假设输出端信号有一定极性的瞬时变化，依次 经过反馈、比较、放大后，再回到输出端，若 输出信号与原输出信号的变化极性相反，则为 负反馈。反之为正反馈。,判断时在输入端也要反映出反馈信号与输入信 号的比较关系。,返回主目录,3.1 反馈的基本概念,3. 电压反馈和电流反馈,电压反馈：反馈信号取自输出电压。负反馈稳定输出电压。,电流反馈 ：反馈信
6、号取自输出电流。负反馈稳定输出电流。,判别法：使 uo = 0 (RL 短路)， 若反馈消失为电压反馈。,判别法：使 io = 0(RL 开路)，若反馈消失为电流反馈。,返回主目录,3.1 反馈的基本概念,4. 串联反馈和并联反馈,串联反馈：反馈信号与输入信号以电压相比较的形式在输入端出现。,并联反馈：反馈信号与输入信号以电流相比较的形式在输入端出现。,uid = ui uf,iid = ii if,特点：反馈信号和输入信号在不同 节点引入。,特点：反馈信号和输入信号在同一 节点引入。,返回主目录,3.1 反馈的基本概念,例3.1.2：,稳定了输出电压，为电压反馈。反馈信号和输入信号在不同节点
7、引入，为串联反馈。,返回主目录,5. 反馈的四种类型,返回主目录,3.1 反馈的基本概念,电压串联负反馈,电流串联负反馈,返回主目录,3.1 反馈的基本概念,电压并联负反馈,电流并联负反馈,3.1 反馈的基本概念,例3.1.3：,电压串联负反馈,uo 经 Rf 与 R1 分压反馈到输入回路，故有反馈。,反馈使净输入电压 uid 减小，为负反馈。,RL = 0，无反馈，故为电压反馈。,uf = uoR1/(R1 + Rf) 也说明是电压反馈。,uid = ui uf 故为串联反馈。,返回主目录,3.1 反馈的基本概念,例3.1.4：,电流串联负反馈,Rf 为输入回路和输出回路的公共电阻，故有反馈
8、。,反馈使净输入电压 uid 减小，为负反馈。,RL = 0，反馈存在，故为电流反馈。,uf = ioRf ，也说明是电流反馈。,uid = ui uf 故为串联反馈。,返回主目录,3.1 反馈的基本概念,例3.1.5：,电压并联负反馈,Rf 为输入回路和输出回路的公共电阻，故有反馈。,反馈使净输入电流 iid 减小，为负反馈。,RL = 0，无反馈，故为电压反馈。,iid = ii if ，故为并联反馈。,返回主目录,3.1 反馈的基本概念,例3.1.6：,电流并联负反馈,Rf 介于输入回路和输出回路，故有反馈。,反馈使净输入电流 iid 减小，为负反馈。,RL = 0，反馈存在，故为电流反
9、馈。,iid = ii if ，故为并联反馈。,返回主目录,3.1 反馈的基本概念,电流串联负反馈,电压串联负反馈,例3.1.7：,返回主目录,3.1 反馈的基本概念,例3.1.8：,RE：引入本级电流串联负反馈；,引入级间电流并联负反馈。,规 律：,（1） 反馈信号与输入信号在不同节点为串联反馈，在同一个节点为并联反馈。,（2） 反馈取自输出端或输出分压端为电压反馈，反馈取自非输出端为电流反馈。,返回主目录,3.1 反馈的基本概念,3.1.3 负反馈放大电路的基本关系式,1. 反馈放大电路的框图表示法,返回主目录,3.1 反馈的基本概念,2. 各变量之间的基本关系式,开环放大倍数：,反馈网络
10、的反馈系数：,闭环放大倍数：,由上述两式可得：,基本放大电路的净输入信号：,反馈深度：,返回主目录,3.1 反馈的基本概念,它反映了反馈对放大电路影响的程度,可分为下列三种情况：,(1) 当,时，,，相当正反馈；,(2) 当,时，,，相当于输入为零时仍,(3) 当,时，,，相当负反馈。,返回主目录,有输出，故称为“自激状态”；,3.1 反馈的基本概念,环路增益,是指放大电路和反馈网络所形成环,路的增益，当,时，称为深度负反馈，与,相当，于是闭环放大倍数如下：,返回主目录,3.1 反馈的基本概念,也就是说在深度负反馈条件下，闭环放大倍数 近似等于反馈系数的倒数，与有源器件的参数 基本无关。一般反
11、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。,返回主目录,3.2 负反馈对放大电路性能的影响及负反馈的正确引入,3.2.1 负反馈对放大电路性能的影响,在放大电路中引入负反馈，虽然会导致闭环增 益的下降，但能使放大电路的许多性能得到改 善。例如，可以提高增益的稳定性，扩展通频 带，减小非线性失真，改变输入电阻和输出电 阻等。下面将分别加以讨论。,返回主目录,3.2 负反馈对放大电路性能的影响及负反馈的正确引入,1. 提高放大倍数的稳定性,（1）定性分析,（2）定量分析,为了从数量上表示增益的稳定程度，常用有、 无反馈时增益的相对变化量之比来衡量。用 和
12、 分别表示开环和闭环增益的相对变化量，用正实数A和F分别表示A和F的模，则闭环增益的表达式为,返回主目录,3.2 负反馈对放大电路性能的影响及负反馈的正确引入,对上式求微分得：,相对变量式为：,返回主目录,3.2 负反馈对放大电路性能的影响及负反馈的正确引入,上式说明，一个放大电路加入负反馈后的闭环 不稳定性为其开环不稳定性的。也就是说，放 大电路的闭环放大倍数的稳定度比其开环时提 高了(1+AF)倍，反馈深度越深，闭环的稳定度 就越高，增益的变动减小。,返回主目录,3.2 负反馈对放大电路性能的影响及负反馈的正确引入,2. 减小非线性失真,由于半导体元件的非线性特性使放大电路的输出和输入无法
13、达到线性关系。从而产生非线性失真。在引入深度负反馈电路后，电路的放大倍数几乎只与反馈元件有关而与基本放大电路无关。而反馈元件一般为无源的R、C元件，具有良好的线性特征，能真实反馈输出量的变化。在输入信号不变时，使放大电路的净输入与输出信号变化趋势相反，从而有效抑制放大电路自身的非线性失真。,返回主目录,3.2 负反馈对放大电路性能 的影响及负反馈的正确引入,加反馈前,加反馈后,改善,波形改善以降低闭环增益为代价,返回主目录,3.2 负反馈对放大电路性能的影响及负反馈的正确引入,3. 抑制内部噪声和干扰,利用负反馈减小内部干扰和噪声，其原理及物 理过程与减小非线性失真一样，效果也是闭环 噪声输出
14、减小到开环噪声输出的 。,说明：,（1） 噪声对有用信号的干扰，并不取决于噪声 的绝对大小，而是由信噪比来决定。,返回主目录,3.2 负反馈对放大电路性能 的影响及负反馈的正确引入,用分贝表示为：,（2）负反馈只能消弱放大器内部产生的噪声与 干扰，对外部混入的干扰和噪声则不起作用。,（3）负反馈将噪声缩小 ，放大器的放大倍 数也减小 ，故不能提高信噪比，只有用改进 电路或加大有用信号的输入来提高信噪比。,返回主目录,3.2 负反馈对放大电路性能 的影响及负反馈的正确引入,4. 对输入电阻和输出电阻的影响,（1）对输入电阻的影响,1）串联负反馈使输入电阻增加,返回主目录,3.2 负反馈对放大电路
15、性能 的影响及负反馈的正确引入,开环输入电阻：,闭环输入电阻：,=,结论：串联负反馈使输入电阻增大为原来的 倍,说明：深度负反馈 时，,理解：串联负反馈相当于在输入回路中串联了 一个电阻，故输入电阻增加。,返回主目录,3.2 负反馈对放大电路性能 的影响及负反馈的正确引入,2）并联负反馈使输入电阻减小,返回主目录,3.2 负反馈对放大电路性能 的影响及负反馈的正确引入,开环输入电阻：,闭环输入电阻：,=,=,结论：并联负反馈使输入电阻减小为原来的 倍,理解：并联负反馈相当于在输入回路中并联了 一条支路，故输入电阻减小,返回主目录,3.2 负反馈对放大电路性能 的影响及负反馈的正确引入,（2）对
16、输出电阻的影响,1）电压负反馈使输出电阻减小,返回主目录,3.2 负反馈对放大电路性能 的影响及负反馈的正确引入,由图可得：,在输出回路列写基尔霍夫电压等式：,=,=,开环输出电阻：,则：,结论：,电压负反馈使输出电阻是原来的,理解：,输出电阻越小，输出电压就越稳定,返回主目录,3.2 负反馈对放大电路性能 的影响及负反馈的正确引入,2）电流负反馈使输出电阻增大,返回主目录,3.2 负反馈对放大电路性能 的影响及负反馈的正确引入,对图中输出回路，列写基尔霍夫电流式,图中：,代入上式得：,则：,结论：,电流负反馈使输出电阻增大为原来的 倍,理解：,输出电阻越大，输出电流就越稳定,返回主目录,3.2 负反馈对放大电路性能 的影响及负反馈的正确引入,总结：,负反馈对放大电路的影响都与反馈深度有关：,反馈使基本放大器的放大倍数变为原来的 。,
