《模拟电子技术 教学课件 ppt 作者 邱丽芳 主编第5章 负反馈放大器》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模拟电子技术 教学课件 ppt 作者 邱丽芳 主编第5章 负反馈放大器（39页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、模拟电子技术,Analog electronic technology,第五章 负反馈放大器,5.1.1 反馈的定义,在电子电路中，把放大电路输出量（电压或电流）的部分或全部，经过一定的电路或元件反送回到放大电路的输入端，从而牵制输出量，这种措施称为反馈。有反馈的放大电路称为反馈放大电路。,5.1 反馈的概念,5.1.2 反馈的框图与表达式,1. 反馈电路的一般方框图,任意一个反馈放大电路都可以表示为一个基本放大电路和反馈网络组成的闭环系统，其构成如图5.1所示。,没有引入反馈时的基本放大电路叫做开环电路，其中的A表示基本放大电路的放大倍数，也称为开环放大倍数。,2. 反馈元件,在反馈电路中，
2、既与基本放大电路输入回路相连，又与输出回路相连的元件，以及与反馈支路相连且对反馈信号的大小产生影响的元件，均称为反馈元件。,图5.1 反馈放大电路方框图,3. 反馈放大电路的一般表达式,5.1 反馈的概念,（1）闭环放大倍数（闭环增益）Af A为开环增益，F为反馈系数。且,（5.1）,（2）反馈深度（1AF）,1）如果|1AF|1，那么|Af|A|，即加入反馈后，其闭环增益比开环增益小，这类反馈属于负反馈。,2）如果|1AF|A|，即加入反馈后，其闭环增益比开环增益大，这类反馈属于正反馈。它使放大电路变得不稳定，所以在放大电路中一般很少使用。,5.1 反馈的概念,（5.2）,3）如果|1AF|
3、=0，那么|Af|，即使没有信号输入，也将产生较大输出信号，这种现象称为自激振荡。,5.1.3 反馈的分类与判定,1. 正反馈和负反馈,按照反馈信号极性的不同进行分类，反馈可以分为正反馈和负反馈。,（1）定义,正反馈：引入的反馈信号Xf增强了外加输入信号的作用，使放大电路的净输入信号增加，导致放大电路的放大倍数提高的反馈。,负反馈：引入的反馈信号Xf削弱了外加输入信号的作用，使放大电路的净输入信号减小，导致放大电路的放大倍数减小的反馈。,5.1 反馈的概念,（2）判定方法,1）先假定放大电路的输入信号电压处于某一瞬时极性。,2）按照信号单向传输的方向（如图5.1中所示），同时根据各级放大电路输
4、出电压与输入电压的相位关系，确定电路中相关各点电压的瞬时极性。 3）根据反送到输入端的反馈电压信号的瞬时极性，确定是增强还是削弱了原来输入信号的作用。,图5.2 反馈极性的判定,5.1 反馈的概念,2. 交流反馈和直流反馈,根据反馈信号的性质进行分类，反馈可以分为交流反馈和直流反馈。,直流反馈：反馈信号中只包含直流成分。 交流反馈：反馈信号中只包含交流成分。,交流反馈和直流反馈的判定，可以通过画反馈放大电路的交、直流通路来完成。在直流通路中，如果反馈回路存在，即为直流反馈；在交流通路中，如果反馈回路存在，即为交流反馈；如果在直、交流通路中，反馈回路都存在，即为交、直流反馈。,（1）定义,（2）
5、判定方法,5.1 反馈的概念,3. 电压反馈和电流反馈,（1）定义,电压反馈：反馈信号从输出电压uo采样。 电流反馈：反馈信号从输出电流io采样。,（2）判定方法。,根据定义判定，方法是：令uo=0，检查反馈信号是否存在。若不存在，则为电压反馈；否则为电流反馈。,5.1 反馈的概念,4. 串联反馈和并联反馈,（1）定义,串联反馈：反馈信号Xf与输入信号Xi在输入回路中以电压的形式相加减，即在输入回路中彼此串联。,并联反馈：反馈信号Xf与输入信号Xi在输入回路中以电流的形式相加减，即在输入回路中彼此并联。,（2）判定方法。,如果输入信号Xi与反馈信号Xf在输入回路的不同端点，则为串联反馈；若输入
6、信号Xi与反馈信号Xf在输入回路的相同端点，则为并联反馈。,5. 交流负反馈放大电路的四种组态,（1）电压串联负反馈,如图5.3所示负反馈放大电路，采样点和输出电压同端点，为电压反馈；反馈信号与输入信号在不同端点，为串联反馈。因此电路引入的反馈为电压串联负反馈。,图5.3 电压串联负反馈,特点：输出电压稳定，输出电阻减小，输入电阻增大，具有很强的带负载能力。,5.1 反馈的概念,（2）电压并联负反馈,如图5.4所示由运放所构成的电路，采样点和输出电压在同端点，为电压反馈；反馈信号与输入信号在同端点，为并联反馈。因此电路引入的反馈为电压并联负反馈。,特点：输出电压稳定，输出电阻减小，输入电阻减小
7、。,图5.4 电压并联负反馈,5.1 反馈的概念,（3）电流串联负反馈,如图5.5所示电路，电路中电阻R1构成反馈网络F。,图5.5 电流串联负反馈,特点：输出电流稳定，输出电阻增大，输入电阻增大。,5.1 反馈的概念,（4）电流并联负反馈,如图5.6所示由运放所构成的电路，反馈信号与输入信号在同端点，为并联反馈；输出电压uo=0时，反馈信号仍然存在，为电流反馈。因此电路引入的反馈为电流并联负反馈。,图5.6 电流并联负反馈,特点：输出电流稳定，输出电阻增大，输入电阻减小。,5.1 反馈的概念,5.2 负反馈的作用,因为1AF1，,且,=,，所以,A,（5.3）,5.2.1 降低开环增益,5.
8、2.2 提高增益稳定性,通常用放大倍数相对变化量的大小来表示放大倍数稳定性的优劣，相对变化量越小，则稳定性越好。,设信号频率为中频，则上式中各量均可为实数。对上式求微分，可得,（5.4）,当反馈深度（1+AF）1时称为深度负反馈，这时Af1/F，说明深度负反馈时，放大倍数基本上由反馈网络决定，而反馈网络一般由一电阻等性能稳定的无源线性元件组成，基本不受外界因素变化的影响。因此放大倍数比较稳定。,负反馈电路的反馈越深，放大电路的增益也就越稳定。,5.2.3 减弱内部失真,1. 减小非线性失真,三极管是一个非线性器件，放大器在对信号进行放大时不可避免地会产生非线性失真。假设放大器的输入信号为正弦信
9、号，没有引入负反馈时，开环放大器产生如图5.7（a）所示的非线性失真，即输出信号的正半周幅度变大，而负半周幅度变小。,5.2 负反馈的作用,图5.7 引入负反馈减小失真,闭环负反馈,无反馈,现在引入负反馈，假设反馈网络为不会引起失真的线性网络，则反馈回的信号同输出信号的波形一样。反馈信号在输入端与输入信号相比较，使净输入信号xid=（xixf）的波形正半周幅度变小，而负半周幅度变大，如图5.7(b)所示。经基本放大电路放大后，输出信号趋于正、负半周对称的正弦波，从而减小了非线性失真。,注意，引入负反馈减小的是环路内的失真。如果输入信号本身有失真，此时引入负反馈的作用不大。,. 抑制环路内的噪声
10、和干扰,在反馈环内，放大电路本身产生的噪声和干扰信号，可以通过负反馈进行抑制，其原理与减小非线性失真的原理相同。但对反馈环外的噪声和干扰信号，引入负反馈也无能为力。,5.2 负反馈的作用,5.2.4 展宽通频带,图5.8所示为放大器引入负反馈后通频带的变化。根据上、下限频率的定义，从图中可见，放大器引入负反馈以后，其下限频率降低，上限频率升高，通频带变宽。,图5.8 负反馈扩展频带,5.2 负反馈的作用,5.2.5 输入电阻的改变,1. 串联负反馈,图5.9(a)是串联负反馈的方框图，Ri为无负反馈时放大电路的输入电阻，且Riuid/ii，Rif为有负反馈时放大电路的输入电阻，可以得出：,（5
11、.5）,式（5.5）表明，引入串联负反馈后，输入电阻是未引入负反馈时输入电阻的1/(1AF)倍。这是由于引入负反馈后，输入信号与反馈信号串联连接。从图5.9(a)中可看出，等效的输入电阻相当干原开环放大电路的输入电阻与反馈网络串联，其结果必然使输入电阻增大。所以，串联负反馈使输入电阻增大。,5.2 负反馈的作用,(a) 串联负反馈方框图,(b) 并联负反馈方框图,图5.9 负反馈对输入电阻的影响,5.2 负反馈的作用,2. 并联负反馈,图5.9(b) 并联负反馈的方框图，Ri为无负反馈时放大电路的输入电阻，且Riuidiid，Rif为有负反馈时放大电路的输入电阻，可以得出：,（5.6）,式（5
12、.6）表明，引入并联负反馈后，输入电阻是未引入负反馈时输入电阻的1/（1AF）。这是由于引入负反馈后，输入信号与反馈信号并联连接。从图5.12(b)中可看出，等效的输入电阻相当于原开环放大电路的输入电阻与反馈网络并联，其结果必然使输入电阻减小。所以，并联负反馈使输入电阻减小。,5.2 负反馈的作用,5.2.6 输出电阻的改变,1. 电压负反馈,图5.10(a)是电压负反馈的方框图。Ro为无负反馈时放大电路的输出电阻，Rof为有负反馈时放大电路的输出电阻。,（5.7）,可以得出：,（5.8）,式（5.8）表明，引入电压负反馈后，输出电阻是未引入负反馈时输出电阻的1/（1AF）。这是由于引入负反馈
13、后，对于负载RL来说，从输出端看进去，等效的输出电阻相当于原开环放大电路输出电阻与反馈网络并联，其结果必然使输出电阻减小。所以，电压负反馈使输出电阻减小。,5.2 负反馈的作用,(a) 电压负反馈方框图,(b) 电流负反馈方框图,图5.10 负反馈对输出电阻的影响,5.2 负反馈的作用,2. 电流负反馈,图5.10（b）是电流负反馈的方框图。对于负载RL来说，从输出端看进去，等效的输出电阻相当于原开环放大电路输出电阻与反馈网络串联，其结果必然使输出电阻增大。经分析，两者的关系为,Rof（1AF）Ro,（5.9）,5.2 负反馈的作用,1. 放大电路引入负反馈的一般原则,（1）要稳定放大电路的静
14、态工作点Q，应该引入直流负反馈。 （2）要改善放大电路的动态性能（如增益的稳定性、稳定输出量、减小失真、扩展频带等），应该引入交流负反馈。 （3）要稳定输出电压，减小输出电阻，提高电路的带负载能力，应引入电压负反馈。 （4）要稳定输出电流，增大输出电阻，应该引入电流负反馈。 （5）要提高电路的输入电阻，减小电路向信号源索取的电流，应该引入串联负反馈。 （6）要减小电路的输入电阻，应该引入并联负反馈。,总结：,2. 负反馈放大电路的稳定问题,（1）自激振荡产生的原因,在多级放大电路中，当附加相位移的值等于180时，会导致中频引入的负反馈转为正反馈，从而出现自激振荡。,（2）自激振荡产生的条件,由
15、相位条件可知，当负反馈放大电路自激振荡时，电路产生180的附加相位移，使原来的负反馈转为正反馈。,（3）负反馈放大电路稳定工作的条件,自激振荡的两个条件不能同时满足，这样可以保证反馈放大电路稳定地工作。,5.2 负反馈的作用,（4）消除自激振荡常用的方法,如图5.11所示(a)、(b)、(c)分别为以下三种方法。,1）电容滞后相位补偿法 2）RC滞后相位补偿法 3）RC元件反馈补偿法,图5.11 RC频率特性补偿电路,5.2 负反馈的作用,5.3.1 深度负反馈特性,在负反馈放大电路中，当反馈深度1AF1时的反馈，称为深度负反馈。一般在1AF10，就可以认为是深度负反馈。此时，由于1AFAF，
16、因此有,；即,（5.10）,由式（5.10）得出以下结论。,（1）深度负反馈的闭环增益Af只由反馈系数F来决定，而与开环增益A几乎无关。,5.3 深度负反馈分析,（2）外加输入信号近似等于反馈信号，由式(5.10)可知,（5.11）,（3）深度负反馈条件下，反馈环路内的参数可以认为理想。,分立元件电路,运算放大器电路,图5.12 深度串联负反馈uiuf,5.3 深度负反馈分析,分立元件电路,运算放大器电路,图5.13 深度并联负反馈iiif,5.3 深度负反馈分析,5.3.2 闭环增益的估算,1. 电压串联负反馈放大电路,5.3 深度负反馈分析,(a)集成运放,(b)分立电路,图5.14 电压串联负反馈放大电路,（5.16）,所以，闭环电压增益为,（5.17）,5.3 深度负反馈分析,根据式(5.12)uiuf，可以得出闭环电压增益为,（5.15）,图5.14（b）是由分立元件组成的电压串联负反馈放大电路，有,图5.14(a)是由集成运放组成的电压串联负反馈放大电路，输入量为u
