放大电路中的反馈课件

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1、第3章 放大电路中的反馈1放大电路中的反馈最新课件第3章 放大电路中的反馈把放大电路的输出信号通过一定的电路形式（反馈网把放大电路的输出信号通过一定的电路形式（反馈网络）引回到电路的输入端就是络）引回到电路的输入端就是反馈反馈。放大器与反馈网络构成放大器与反馈网络构成闭环放大器闭环放大器。未引入反馈的放大电路称为未引入反馈的放大电路称为开环放大器开环放大器。XiXdXoXf基本放大电路基本放大电路A反馈网络反馈网络F3.1反馈的概念反馈的概念2放大电路中的反馈最新课件第3章 放大电路中的反馈正反馈：加反馈后，输出量比无反馈时大负反馈：加反馈后，输出量比无反馈时小 瞬时极性法：将闭环回路在反馈通

2、路与输入回路的连接处断开（变为开环），假定某时刻电路的输入信号为正极性（方向），分析反馈回输入回路的信号极性（方向）。 如果反馈信号使放大器得到的输入信号加强，则为正反馈； 如果反馈信号使放大器得到的输入信号削弱，则为负反馈。3.2 反馈的分类及其判别反馈的分类及其判别3.2 .1正、负正、负反馈及其判别反馈及其判别1.正反馈和负反馈正反馈和负反馈2.正、负反馈的判别正、负反馈的判别3放大电路中的反馈最新课件第3章 放大电路中的反馈直流反馈：对直流信号起反馈作用。例如电路中的发射极电阻Re1和Re2交流反馈：对交流信号起反馈作用。例如电路中的发射极电阻Re1C1C2RR21uiuo交、直交、直

3、交流交流Rb1RcUCCui iCb1Cb2+Re10.1K68K4K15VRb2Re2Ce+0.4K12Kuo o直直流流反反馈馈3.2 .2直流、交流直流、交流反馈及其判别反馈及其判别4放大电路中的反馈最新课件第3章 放大电路中的反馈电压反馈：若反馈信号的取样对象是输出电压，反馈信号正比于输出电压。电流反馈：若反馈信号的取样对象是输出电流，反馈信号正比于输出电流。判定方法：3.2 .3电压、电流电压、电流反馈及其判别反馈及其判别(1) 将输出端短路，若反馈信号不复存在，为电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为电流反馈。 (2) 除公共端外，若反馈取自输出端,为电压反馈；若反馈取自非输出端,则为

4、电流反馈。（3）若反馈网络与负载成并联，为电压反馈；若反馈网络与负载成串联，为电流反馈。 5放大电路中的反馈最新课件第3章 放大电路中的反馈图图34实际放大电路中的电压反馈与电流反馈实际放大电路中的电压反馈与电流反馈6放大电路中的反馈最新课件第3章 放大电路中的反馈串联反馈：反馈信号以电压形式串接在输入回路，即反馈信号和输入信号 在输入回路是以电压的形式相加、减。并联反馈：反馈信号以电流形式并接在输入回路，即反馈信号和输入信号在输入回路是以电流的形式相加、减。图图35放大电路中的串联反馈与并联反馈示意图放大电路中的串联反馈与并联反馈示意图3.2 .4串联、并联串联、并联反馈及其判别反馈及其判别

5、7放大电路中的反馈最新课件第3章 放大电路中的反馈判别方法：判别方法：(1) 将输入回路的反馈节点对地短路，若输入信号仍能送入到放大电路中去，则为串联反馈；若输入信号不能在送入到放大电路中去，则为并联反馈。(2) 除公共端外，若反馈信号回送到输入回路的输入端（对于三极管来说为基极支路），则为并联反馈。若反馈信号不是回送到输入回路的输入端（对于三极管来说为发射极支路）则为串联反馈。 图3.6 电压并联负反馈放大电路 图3.7 电流串联负反馈放大电路 8放大电路中的反馈最新课件第3章 放大电路中的反馈3.2.5负反馈四种组态及其判别负反馈四种组态及其判别 由于反馈网络在放大电路输出端有电压和电流两

6、种取样方式，在放大电路输入端有串联和并联两种求和方式，因此可以构成四种组态（或称类型）的负反馈放大电路，即 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。举例：举例：判断如下4个电路中反馈的极性和组态。 由图(a)可见，反馈电压取自放大电路的输出电压，而在输入回路中，外加输入信号与反馈信号以电压的形式求和，所以反馈的组态是电压串联负反馈。 反馈的极性用瞬时极性法判断，判断过程（讲解时用红笔）标注于电路图中 ，经判断4个电路中的反馈均为负反馈。9放大电路中的反馈最新课件第3章 放大电路中的反馈10放大电路中的反馈最新课件第3章 放大电路中的反馈 由图（C)可见，反馈信号是

7、从输出电压采样，在放大电路的输入回路中与外加输入信号以电流形式求和，所以是电压并联负反馈。 由图（d)可见，由于反馈信号取自输出回路的电流，在放大电路的输入回路中与外加输入信号以电压的形式求和，因此是电流串联负反馈。 由图(b)可见，反馈信号取自输出回路的非输出端，而在输入回路中外加输入信号与反馈信号以电流的形式求和，所以反馈的组态是电流并联负反馈。 除了以上列举的几种反馈的分类方法外，还可以有其它的分类。例如，还可以分为局部反馈和级间反馈。前者表示反馈信号从某一个放大级的输出信号取样，只引回到本级放大电路的输入回路；后者表示反馈信号从后面放大级的输出信号取样，引回到前面另一个放大级的输入回路

8、中去。 11放大电路中的反馈最新课件第3章 放大电路中的反馈3.3 负负反馈放大电路的一般分析方法反馈放大电路的一般分析方法3.3 .1负负反馈的框图表示反馈的框图表示12放大电路中的反馈最新课件第3章 放大电路中的反馈3.3 .2负负反馈的一般关系式反馈的一般关系式由图可知：由图可知：由上列式子可得：由上列式子可得：13放大电路中的反馈最新课件第3章 放大电路中的反馈 称为反馈深度，是一个反映反馈强弱的物理量，也是反馈电路定量分析的基础。 关于反馈的一般关系式，下面进行几点讨论。 时 当 时， 为负反馈； 当 时， 为正反馈；当 时， ，反馈效果为0，实际上就是没有反馈； （1）（2） 当

9、时， ， ，即使放大电路没有外加输入信号，但却有一定的输出信号，这种情况称为自激振荡，这是正反馈的一种特殊情况。 （3）如果 ，亦即 ，称为深度负反馈。此时则有 14放大电路中的反馈最新课件第3章 放大电路中的反馈（4） 对于负反馈放大电路，所谓放大的概念是广义的，除可能是通常意义的电压放大倍数或电流放大倍数外，还可能表明电流电压转换关系或电压电流的转换关系。 （5）与与的定义，量纲对比如下表所示，的定义，量纲对比如下表所示，应注意应用应注意应用。与与的定义，量纲对比如下表所示，的定义，量纲对比如下表所示，应注意应用应注意应用。 ( 量纲)(无量纲)(电导)(电阻)(无量纲)15放大电路中的反

10、馈最新课件第3章 放大电路中的反馈 ( 量纲)(无量纲)(电导)(电阻)(无量纲)反馈方式 (量纲)电路特点电压串联负反馈(无量纲)电压放大电压并联负反馈(电阻)互阻放大电流串联负反馈 (电导)互导放大电流并联负反馈(无量纲)电流放大 反馈系数F是只决定于反馈网络而与负载无关的物理量。因此，在深度负反馈条件下， ，表明Af也是与负载无关的物理量。 16放大电路中的反馈最新课件第3章 放大电路中的反馈3.4 负负反馈对放大电路性能的影响反馈对放大电路性能的影响3.4 .1负反馈对放大倍数稳定性的影响 放大电路引入负反馈以后得到的最直接、最显著的效果就是提高放大倍数的稳定性。 由由可得可得又两边同

11、除又两边同除Af，可得，可得 对于负反馈， (1+AF) 1，所以 。这表明闭环放大倍数的相对变化量，只有其开环相对变化量的 ，即放大倍数的稳定性提高了（1+AF）倍。 17放大电路中的反馈最新课件第3章 放大电路中的反馈3.4 .2负反馈对输入和输出电阻的影响1.对输入电阻的影响 输入电阻是从输入端看进去的等效电阻，因此，输入电阻的变化仅决定于反馈网络与输入端的连接方式，而与输出端的取样方式无关。分析证明： 凡是串联负反馈，都使输入电阻提高，即Rif Ri； 凡是并联负反馈，都使输入电阻降低，即Rif Ri。 2.对输出电阻的影响 放大电路的输出电阻，是从其输出端看进去的等效电阻。负反馈对输

12、出电阻的影响，决定于反馈网络在输出端的取样对象，而与输人端连接方式无关。分析证明：凡是电压负反馈，都能稳定输出电压，使输出电阻降低，即Rof Ro。 Ri为无反馈时放大电路的输入电阻，称为开环输入电阻；Rif为引入负反馈后放大电路的输入电阻，称为闭环输入电阻。 Ro为无反馈时放大电路的输出电阻，称为开环输出电阻；Rof为引入负反馈后的输出电阻，称为闭环输出电阻。 18放大电路中的反馈最新课件第3章 放大电路中的反馈3.4 .3负反馈对非线性失真的影响下图所示是负反馈改善非线性失真的示意图： 结论：负反馈只能改善由放大电路本身所引起的非线性失真。对于输人信号中已存在的由其他原因引起的非线性失真，

13、负反馈不能改善。同理，负反馈对于在反馈环内的干扰和噪声有抑制能力，但对输入信号中的干扰和噪声无能为力。 19放大电路中的反馈最新课件第3章 放大电路中的反馈3.4 .4负反馈对频带范围的影响 由于负反馈对任何原因引起的放大倍数的变化都有抑制能力，因此，对于因信号频率的升高或降低而产生的放大倍数的变化，可自动调节减小其变化，使得放大倍数幅频特性平稳的区间加大，也就是通频带加宽(即上限频率提高，下限频率降低)。频带展宽的幅度与广义反馈深度(1+AF)及电路结构有关。 由由及及可得到可得到因此因此增益带宽积不变，同理可获得：增益带宽积不变，同理可获得：20放大电路中的反馈最新课件第3章 放大电路中的

14、反馈3.5 深度负深度负反馈放大电路的分析计算反馈放大电路的分析计算3.5 .1深度负反馈的条件 如果 ，亦即 ，称为深度负反馈。此时则有 上式表明，在放大电路中引入深度负反馈后，其闭环放大倍数基本上与原来放大电路的放大倍数无关，而主要决定于反馈网络的反馈系数。 3.5 .2放大電路在深度负反馈条件下的計算1.深度负反馈电路放大倍数的近似估算法 根据前面的讨论可知在反馈放大电路中 21放大电路中的反馈最新课件第3章 放大电路中的反馈在深度负反馈条件下 因此有 或者 其具体形式为 凡是串联负反馈 凡是并联负反馈 称虚短称虚断例3.2 估算图3.9所示的深度负反馈放大电路的源电压放大倍数Ausf。

15、 解：在求解深负反馈的放大电路时，首先要判断负反馈属于哪一种组态。图3.9所示的是电压并联负反馈电路。深度负反馈时 。 22放大电路中的反馈最新课件第3章 放大电路中的反馈图3.9 电压并联负反馈 因为因为又由于引入深度并联负反馈后输入电阻Rif很小 将以上两式合并整理得源电压放大倍数 可以看到放大电路引入深度电压负反馈后，电压放大倍数与负载电阻无关，说明电压负反馈可稳定输出电压近似于恒压源。 23放大电路中的反馈最新课件第3章 放大电路中的反馈2.深度负反馈条件下输入、输出电阻的估算在深度负反馈条件下，估算输入、输出电阻的方法是将反馈环内的电路按理想情况处理，即可以认为对于串联负反馈：对于并

16、联负反馈：对于电压负反馈：对于电流负反馈： 需要注意的是，对于不包含在反馈环路内的电阻，那么在估算电路总的输入、输出电阻时，应将其考虑进去进行计算。 24放大电路中的反馈最新课件第3章 放大电路中的反馈例3.4 电路如图3.11所示，估算深度负反馈时电路的增益、输入、输出电阻。 图3.11 电流串联负反馈 25放大电路中的反馈最新课件第3章 放大电路中的反馈解：由图分析可知，Rf引入了级间电流串联负反馈，故在输入回路闭环输入电阻为 ，但输入回路的Rb不在反馈环内，所以电路总的输入电阻为 。在输出回路，闭环输出电阻 ，但由于Rc3不在反馈环内，故电路总的输出电阻为 。 26放大电路中的反馈最新课

17、件第3章 放大电路中的反馈T1T2R3R5R1R2R4UBB-+UCC+ ui -uo+-iIiDiFiD =iI iF :负反馈负反馈,采样的是电流信号，采样的是电流信号，在输入端进行并联在输入端进行并联计算，因此为电流计算，因此为电流并联负反馈。并联负反馈。解：先判断电路中的反馈解：先判断电路中的反馈图3.12 例3-5 电路如图3.12所示，判断电路中引入了哪种组态的交流负反馈， 并计算它们的反馈系数及在深度负反馈条件下的电压放大倍数。 27放大电路中的反馈最新课件第3章 放大电路中的反馈3.6负负反馈放大电路的稳定性问题反馈放大电路的稳定性问题3.6 .1负反馈放大电路的自激振荡问题1

18、.自激的产生 由于放大电路和反馈网络中存在有电抗元件，反馈信号与输人信号间的相位关系会随频率而变化，因此，反馈的极性也会随频率而变。通常所说的负反馈放大电路，是指在中频段为负反馈，而在通频带之外，也就是高频段和低频段，就有可能变为正反馈。如果在某一频率，反馈信号和净输入信号相位相同，而且幅度也相等。那么，即使此时去掉输入信号，放大电路依靠自己的反馈信号，也可维持有输出。这时放大电路自己激励自己，即产生了自激振荡，简称“自激”，于是放大电路变成了振荡电路，不能进行正常的放大。 28放大电路中的反馈最新课件第3章 放大电路中的反馈2.自激的条件负反馈放大电路的一般表达式为当时 ， ，这时即可产生自

19、激振荡，所以自激 振荡的条件为 ，分解可得自激振荡的幅度平衡条件和相位平衡条件分别为： （n = 0、1、2） 上述两条件的物理意义为：满足相位条件是正反馈；而满足幅度条件意味着反馈信号等于净输入信号。如果同时满足这两个条件，放大电路就会出现无输入时却有输出的自激振荡状态。 29放大电路中的反馈最新课件第3章 放大电路中的反馈3.稳定工作的条件 为了使负反馈放大电路稳定地工作，必须设法破坏上述自激振荡的两个条件，要求在的情况下 ，满足 。这就是判别放大电路稳定的条件。 反馈网络通常是纯电阻网络， 这样相位条件就仅由基本放大电路的相移 来决定。 在工程上，通常采用 的频率响应来进行分析，并提出稳

20、定裕度的概念，并用增益裕度Gm和相位裕度m从数量上表示。 定义如下： 或 式中 是 时的相角 ； 是 时基本放大电路的增益。30放大电路中的反馈最新课件第3章 放大电路中的反馈 判断稳定依据：若m为正，表明相移 到达 之前， 即已衰减为0dB，此时反馈电路是稳定的。相反若m为负， 反馈电路是不稳定的。 4.负反馈放大电路稳定性分析 在分析反馈放大电路的稳定性时，常常利用基本放大电路开环增益的波特图。为了方便分析，可以在 的同一坐标平面上，绘出一条水平线 ，两条曲线之差为这就是以dB为单位的环路增益。因此，可以通过检验两条曲线之差来分析放大电路的稳定性。 31放大电路中的反馈最新课件第3章 放大

21、电路中的反馈例3-6设某放大电路的波特图如图3.13所示，电压增益AVO为100dB，三个极点频率1、2、3分别是105、106、107rad/s，该放大电路分别引入了两个反馈网络，它们的 与 的交点分别如图所示的P1和P2。分别进行分析，判断哪种情况是稳定的，哪种情况是不稳定的。 分析：(1)当 时，环路增益为10dB，从图可知，相位裕度为 ，增益裕度为-30dB；电路是稳定的。 (2)当 时，环路增益为50dB，从图可知，相位裕度为负值，电路是不稳定的。 (3)从图可知，要使系统安全稳定工作，需有 的相位裕度，因此低频环路增益的最大值为20dB,相当于 ，这数值显然是不够大的，不利于改善放

22、大电路多方面的性能。为了克服这一不足，可以采用频率补偿技术来解决。 32放大电路中的反馈最新课件第3章 放大电路中的反馈3.6 .2防止自激振荡的措施1.自激的防止常采用的措施有以下几种：(1)环路内包含的放大电路最好小于三级，即尽可能采用单级和两级负反馈，这样在理论上可以保证不产生自激振荡。(2）在不得不采用三级以上的负反馈时，应尽可能使各级电路参数分散。分析证明，放大电路在级数相同的情况下，各级电路参数越接近，电路就越不稳定。(3)减小反馈系数或反馈深度，使之不满足自激的幅度条件。这种方法的缺点是不利于放大电路其他方面性能的改善，而且对于必须有深度负反馈的放大电路等系统来说是不允许的。这时

23、就需要采用相位补偿(校正)的办法。 33放大电路中的反馈最新课件第3章 放大电路中的反馈1.自激的消除 负反馈放大电路一旦出现自激振荡，通常采用的措施是在电路中加入补偿电容或RC补偿电路(也叫消振电路)来改变电路的频率特性，消除自激振荡，这就是相位补偿(校正)，如图3.14所示。 图3.14 消振电路 34放大电路中的反馈最新课件第3章 放大电路中的反馈反馈反馈内部反馈内部反馈 外部反馈外部反馈反馈通路反馈通路直流反馈直流反馈 交流反馈交流反馈正反馈正反馈 负反馈负反馈总总 结结输入端输入端输出端输出端电电压压电电流流串串联联并并联联35放大电路中的反馈最新课件第3章 放大电路中的反馈36放大电路中的反馈最新课件