《负反馈放大电路ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《负反馈放大电路ppt课件（72页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、湖南科技大学信息与电气工程学院湖南科技大学信息与电气工程学院主讲主讲: 杨林杨林第七章第七章 放大电路中的反响放大电路中的反响7.1 反响的根本概念与分类反响的根本概念与分类7.3 负反响放大电路增益的普通表达式负反响放大电路增益的普通表达式7.4 负反响对放大电路性能的影响负反响对放大电路性能的影响7.5 深度负反响条件下的近似计算深度负反响条件下的近似计算7.2 负反响放大电路的四种组态负反响放大电路的四种组态7.6 负反响放大电路设计负反响放大电路设计7.7 负反响放大电路的频率呼应负反响放大电路的频率呼应7.8 负反响放大电路的稳定性负反响放大电路的稳定性7.1 反响的根本概念与分类反
2、响的根本概念与分类7.1.2 直流反响与交流反响直流反响与交流反响7.1.3 正反响与负反响正反响与负反响7.1.4 串联反响与并联反响串联反响与并联反响7.1.1 什么是反响什么是反响7.1.5 电压反响与电流反响电压反响与电流反响7.1.1 什么是反响什么是反响 将将电子子系系统输出出回回路路的的电量量电压或或电流流，送回到送回到输入回路的入回路的过程。程。hfeibicvceIbvbehrevcehiehoe内部反响内部反响外部反响外部反响输出信输出信号号反响放大反响放大电路的输电路的输入信号入信号反响反响信号信号根本放大电路根本放大电路的输入信号的输入信号净输入信号净输入信号7.1.1
3、 什么是反响什么是反响框图框图反响通路反响通路信号反向信号反向传输的渠道的渠道开开环 无反响通路无反响通路闭环 有反响通路有反响通路判别电路能否存在反响通路判别电路能否存在反响通路7.1.1 什么是反响什么是反响反响通反响通路本路本级级反响通反响通路本路本级级反响通反响通路级路级间间7.1.2 直流反响与交流反响直流反响与交流反响 根根据据反反响响到到输入入端端的的信信号号是是交交流流，还是是直直流流，或同或同时存在，来存在，来进展判展判别。直流反直流反响响交、直流交、直流反响反响7.1.2 直流反响与交流反响直流反响与交流反响(a)直流通路直流通路 (b)交流通路交流通路7.1.3 正反响与
4、负反响正反响与负反响正反响：正反响：输入量不入量不变时，引入反响后，引入反响后输出量出量变大了。大了。负反响：反响：输入量不入量不变时，引入反响后，引入反响后输出量出量变小了。小了。从从输出端看出端看从从输入端看入端看正反响：引入反响后，使正反响：引入反响后，使净输入量入量变大了。大了。负反响：引入反响后，使反响：引入反响后，使净输入量入量变小了。小了。净输入量可以是入量可以是电压，也可以是，也可以是电流。流。7.1.3 正反响与负反响正反响与负反响判判别方法：瞬方法：瞬时极性法。即在极性法。即在电路中，从路中，从输入端开入端开场，沿着，沿着 信号流向，信号流向，标出某一出某一时辰有关辰有关节
5、点点电压变化的斜率化的斜率 正斜率或正斜率或负斜率，用斜率，用“+“+、“-“-号表示。号表示。净输入量净输入量减小减小净输入量净输入量增大增大负反响反响正反响正反响反响通路反响通路反响通路反响通路级间反响级间反响通路通路净输入量净输入量减小减小级间负反响反响7.1.3 正反响与负反响正反响与负反响7.1.3 正反响与负反响正反响与负反响反响通反响通路路净输入量净输入量减小减小本本级负反响反响7.1.4 串联反响与并联反响串联反响与并联反响由反响网由反响网络在放大在放大电路路输入端的入端的衔接方式断定接方式断定串联串联串串联：输入以入以电压方式求和方式求和KVL -vi+vid+vf=0 即即
6、 vid=vi- vf并并联：输入以入以电流方式求和流方式求和KCL ii-iid-if=0 即即 iid=ii-if并联并联判别电路中的级间交流反响是串联反响还是并联反响判别电路中的级间交流反响是串联反响还是并联反响7.1.4 串联反响与并联反响串联反响与并联反响并并联反响反响级间反响级间反响通路通路xf (if)判别电路中的级间交流反响是串联反响还是并联反响判别电路中的级间交流反响是串联反响还是并联反响7.1.4 串联反响与并联反响串联反响与并联反响串串联反响反响级间反响级间反响通路通路xf (vf)7.1.5 电压反响与电流反响电压反响与电流反响 电压反响与反响与电流反响由反响网流反响由
7、反响网络在放大在放大电路路输出出端的取端的取样对象决象决议电压反响：反响信号反响：反响信号xf和和输出出电压成比例，即成比例，即xf=Fvo电流反响：反响信号流反响：反响信号xf与与输出出电流成比例，即流成比例，即xf=Fio 并并联构造构造串串联构造构造7.1.5 电压反响与电流反响电压反响与电流反响电压负反响反响RLvo xf xid vo 电压负反响稳定输出电压电压负反响稳定输出电压xf=Fvo ， xid= xixf7.1.5 电压反响与电流反响电压反响与电流反响电流流负反响反响RL io xf xid io 电流负反响稳定输出电流电流负反响稳定输出电流xf=Fio ， xid= xi
8、xf7.1.5 电压反响与电流反响电压反响与电流反响判别方法：负载短路法判别方法：负载短路法 将将负载短路，反响量依然存在短路，反响量依然存在电流反响。流反响。 将将负载短短路路未未接接负载时输出出对地地短短路路，反反响响量量为零零电压反响。反响。电压反响反响电流反响流反响反响反响通路通路反响反响通路通路7.1.5 电压反响与电流反响电压反响与电流反响电压反响反响反响反响通路通路end7.2 负反响放大电路的四种组态负反响放大电路的四种组态7.2.2 电压并联负反响放大电路电压并联负反响放大电路7.2.3 电流串联负反响放大电路电流串联负反响放大电路7.2.4 电流并联负反响放大电路电流并联负
9、反响放大电路7.2.1 电压串联负反响放大电路电压串联负反响放大电路 反响组态判别举例交流反响组态判别举例交流 信号源对反响效果的影响信号源对反响效果的影响7.2.1 电压串联负反响放大电路电压串联负反响放大电路 输入以入以电压方式求和方式求和KVLKVL： vid=vi- vf vid=vi- vf 稳定输出电压稳定输出电压特点：特点： 电压控制的控制的电压源源7.2.2 电压并联负反响放大电路电压并联负反响放大电路 输入入以以电流流方方式式求求和和KCLKCL： iid=ii-iid=ii-ifif 稳定输出电压稳定输出电压 电流控制的流控制的电压源源特点：特点：7.2.3 电流串联负反响
10、放大电路电流串联负反响放大电路 输入以入以电压方式求和方式求和KVLKVL： vid=vi- vf vid=vi- vf 稳定输出电流稳定输出电流 电压控制的控制的电流源流源特点：特点：7.2.4 电流并联负反响放大电路电流并联负反响放大电路 输入以入以电流方式求和流方式求和KCLKCL： iid=ii-if iid=ii-if 稳定输出电流稳定输出电流 电流控制的流控制的电流源流源特点：特点：电压负反响：稳定输出电压，具有恒压特性电压负反响：稳定输出电压，具有恒压特性串联反响：输入端电压求和串联反响：输入端电压求和KVLKVL电流负反响：稳定输出电流，具有恒流特性电流负反响：稳定输出电流，具
11、有恒流特性并联反响：输入端电流求和并联反响：输入端电流求和KCLKCL特点小结：特点小结：反响组态判别举例交流反响组态判别举例交流(+)(-)(+)(+)级间电压串串联负反响反响(+)反响组态判别举例交流反响组态判别举例交流电压并并联负反响反响直流反直流反响响交、直流交、直流反响反响反响组态判别举例交流反响组态判别举例交流(+)(+)(-)(+)(+)(+)电流串流串联负反响反响串串联负反响反响信号源对反响效果的影响信号源对反响效果的影响vID = vI -vF 那那么么vI最最好好为恒恒压源源，即信号源内阻即信号源内阻RS越小越好。越小越好。 要要想想反反响响效效果果明明显，就就要要求求vF
12、变化化能能有有效效引引起起vID的的变化。化。信号源对反响效果的影响信号源对反响效果的影响并并联负反响反响iID = iI -iF 那那么么iI最最好好为恒恒流流源源，即信号源内阻即信号源内阻RS越大越好。越大越好。 要要想想反反响响效效果果明明显，就就要要求求iF变化化能能有有效效引引起起iID的的变化。化。end7.3 负反响放大电路增益的普通表达式负反响放大电路增益的普通表达式1. 闭环增益的普通表达式闭环增益的普通表达式2. 反响深度讨论反响深度讨论3. 环路增益环路增益1. 闭环增益的普通表达式闭环增益的普通表达式开环增益开环增益反响系数反响系数闭环增益闭环增益由于由于所以所以知知闭
13、环增益的普通表达式增益的普通表达式即即7.3 负反响放大电路增益的普通表达式负反响放大电路增益的普通表达式负反响放大电路中各种信号量的含义负反响放大电路中各种信号量的含义7.3 负反响放大电路增益的普通表达式负反响放大电路增益的普通表达式2. 反响深度讨论反响深度讨论普通普通负反响反响称为反响深度称为反响深度深度深度负反响反响正反响正反响自激振自激振荡 普通情况下，普通情况下，A和和F都是频率的函数，当思索信号频率的影都是频率的函数，当思索信号频率的影响时，响时，Af、A和和F分别用分别用 、 和和 表示。表示。 即即end7.3 负反响放大电路增益的普通表达式负反响放大电路增益的普通表达式7
14、.4 负反响对放大电路负反响对放大电路性能的影响性能的影响7.4.2 减小非线性失真减小非线性失真7.4.3 抑制反响环内噪声抑制反响环内噪声7.4.4 对输入电阻和输出电阻的影响对输入电阻和输出电阻的影响7.4.1 提高增益的稳定性提高增益的稳定性7.4.1 提高增益的稳定性提高增益的稳定性闭环时对A求求导得得只思索幅只思索幅值有有即即闭环增益相增益相对变化量比开化量比开环减小了减小了1+AF另一方面另一方面, ,在深度在深度负反响条件下反响条件下 即即闭环增增益益只只取取决决于于反反响响网网络。当当反反响响网网络由由稳定定的的线性元件性元件组成成时，闭环增益将有很高的增益将有很高的稳定性。
15、定性。负反响的反响的组态不同，不同，稳定的增益不同定的增益不同Avf Avf 、Arf Arf 、Agf Agf 、AifAif7.4.2 减小非线性失真减小非线性失真 闭环时增益减小，线性度变好。闭环时增益减小，线性度变好。 只能减少只能减少环内放大内放大电路路产生的失真，假生的失真，假设输入波形本身就入波形本身就是失真的，即使引入是失真的，即使引入负反响，也无反响，也无济于事。于事。 1开开环特性特性2闭环特性特性 7.4.3 抑制反响环内噪声抑制反响环内噪声比原有的信噪比提高了比原有的信噪比提高了 倍倍电压的信噪比的信噪比 添加一前置级添加一前置级 并以为该级为无噪声的并以为该级为无噪声
16、的 新的信噪比新的信噪比 7.4.4 对输入电阻和输出电阻的影响对输入电阻和输出电阻的影响 串串联负反响反响1. 对输入入电阻的影响阻的影响开开环输入入电阻阻 Ri=vid/ii Ri=vid/ii由于由于 vf=Fxo xo=Avid vf=Fxo xo=Avid闭环输入入电阻阻 Rif=vi/ii Rif=vi/ii所以所以 vi=vid+vf=(1+AF )vid vi=vid+vf=(1+AF )vid闭环输入入电阻阻 Rif=vi/ii Rif=vi/ii引入串引入串联负反响后，反响后，输入入电阻添加了。阻添加了。7.4.4 对输入电阻和输出电阻的影响对输入电阻和输出电阻的影响 并联
17、负反响并联负反响1. 对输入电阻的影响对输入电阻的影响闭环输入电阻闭环输入电阻 引入并引入并联负反响后，反响后，输入入电阻减小了。阻减小了。留意留意: : 反响反响对输入入电阻的影响阻的影响仅限于限于环内，内，对环外不外不产生影响。生影响。例如例如图中中R1不在不在环内内但是但是当当R1 时，反响对时，反响对Rif几乎没有影响。几乎没有影响。7.4.4 对输入电阻和输出电阻的影响对输入电阻和输出电阻的影响2. 对输出电阻的影响对输出电阻的影响 电压负反响反响2. 对输出电阻的影响对输出电阻的影响闭环输出出电阻阻 电压负反响电压负反响而而 Xid= - Xf= - FvT 忽略反响网忽略反响网络
18、对iT的分流的分流所以所以 引入引入电压负反响后，反响后，输出出电阻减小了。阻减小了。7.4.4 对输入电阻和输出电阻的影响对输入电阻和输出电阻的影响2. 对输出电阻的影响对输出电阻的影响 电流负反响电流负反响闭环输出出电阻阻 引入引入电流流负反响后，反响后，输出出电阻增大了。阻增大了。留意留意: : 反响反响对输出出电阻的影响阻的影响仅限于限于环内，内，对环外不外不产生影响。生影响。 负反响对放大电路性能的改善，是以牺牲增负反响对放大电路性能的改善，是以牺牲增益为代价的，且仅对环内的性能产生影响。益为代价的，且仅对环内的性能产生影响。串串联负反响反响 并并联负反响反响 电压负反响反响 电流流
19、负反响反响 特特别留意表留意表7.4.1的内容的内容增大增大输入入电阻阻减小减小输入入电阻阻减小减小输出出电阻，阻，稳定定输出出电压增大增大输出出电阻，阻，稳定定输出出电流流7.4.4 对输入电阻和输出电阻的影响对输入电阻和输出电阻的影响end7.5 深度负反响条件下深度负反响条件下的近似计算的近似计算1. 深度负反响的特点深度负反响的特点2. 举例举例1. 深度负反响的特点深度负反响的特点即，深度即，深度负反响条件下，反响条件下，闭环增益只与反响网增益只与反响网络有关有关由于由于那那么么又由于又由于代入上式代入上式得得也常写也常写为 xf xi净输入量近似等于零入量近似等于零由此可得深度由此
20、可得深度负反响条件下，根本放大反响条件下，根本放大电路路“两虚的概念两虚的概念输入量近似等于反响量入量近似等于反响量xid 0 1. 深度负反响的特点深度负反响的特点串串联负反响，反响，输入端入端电压求和求和深度负反响条件下深度负反响条件下 xid= xi - xf xid= xi - xf 0 0 虚短虚短虚断虚断虚短虚短虚断虚断并并联负反响，反响，输入端入端电流求和流求和vid= vi - vf 0iid= ii - if 0vid= iid ri 02. 举例举例 电压串串联负反响反响反响系数反响系数 实践上践上该电路就是第路就是第2 2章引章引见的同相比例放大的同相比例放大电路，路，该
21、结果与第果与第2 2章所得构造一章所得构造一样 设电路满足深度负反响条件，试设电路满足深度负反响条件，试写出该电路的闭环电压增益表达式。写出该电路的闭环电压增益表达式。 解：解： 根据虚短、虚断根据虚短、虚断闭环增益增益就是就是闭环电压增益增益2. 举例举例 (例例7.5.1) 电压串串联负反响反响 设电路满足深度负反设电路满足深度负反响条件，试写出该电路的响条件，试写出该电路的闭环电压增益表达式。闭环电压增益表达式。 解：解： 根据虚短、虚断根据虚短、虚断闭环电压增益增益2. 举例举例 (例例7.5.4) 电流并流并联负反响反响 设电路满足深度负反响条设电路满足深度负反响条件，试写出该电路的
22、闭环增益件，试写出该电路的闭环增益和闭环源电压增益表达式。和闭环源电压增益表达式。 解：解： 根据虚短、虚断根据虚短、虚断闭环增益增益所以所以闭环电压增益增益留意：假留意：假设ioio参考方向不同，将影响参考方向不同，将影响闭环增益的增益的结果果 又由于又由于iR解解: :3 3 闭环增益增益例例7.5.5 3求大求大环反响的反响的闭环增益以及增益以及对信号源的信号源的闭环电压增益；增益； 电压并并联负反响反响根据虚短、虚断根据虚短、虚断0V0V2. 举例举例end7.6 负反响放大电路设计负反响放大电路设计7.6.1 设计负反响放大电路的普通步骤设计负反响放大电路的普通步骤7.6.2 设计举
23、例设计举例7.6.1 设计负反响放大电路的普通步骤设计负反响放大电路的普通步骤1. 1. 选定需求的反响定需求的反响类型型2. 2. 确定反响系数的大小确定反响系数的大小3. 3. 适中适中选择反响网反响网络中的中的电阻阻阻阻值4. 4. 经过仿真分析，仿真分析，检验设计能否能否满足要求足要求信号源性信号源性质对输出信号的要求出信号的要求对输入、入、输出出电阻的要求阻的要求对信号信号变换的要求的要求V-VV-V、V-IV-I、I-VI-V、I-I I-I 深度负反响时深度负反响时尽量减小反响网尽量减小反响网络对根本放大根本放大电路的路的负载效效应7.6.2 设计举例设计举例例例7.6.2 设计
24、一个一个带负反响的光反响的光电隔离器的隔离器的驱动电路。路。设vs的的变化范化范围为05V，内阻，内阻Rs=500。要求。要求LED的的io1=10-3vs(A)。知运放的。知运放的Avo=104，Ri=5k，Ro=100。设计后仿真后仿真检验发光二极管的光二极管的电流。流。 解解: :驱动电路需求将路需求将电压vs转换为电流流io1知知LED的光的光强度度流流过LED的的电流流io1线线性性电压信号信号vs线线性性选用用电流串流串联负反响反响电路路光电隔离器光电隔离器解解: :选用电流串联负反响电路选用电流串联负反响电路所以所以 Rf=1k又由于根据虚断有又由于根据虚断有深度负反响时深度负反
25、响时7.6.2 设计举例设计举例例例7.6.2 设计一个一个带负反响的光反响的光电隔离器的隔离器的驱动电路。路。设vs的的变化范化范围为05V，内阻，内阻Rs=500。要求。要求LED的的io1=10-3vs(A)。知运放的。知运放的Avo=104，Ri=5k，Ro=100。设计后仿真后仿真检验发光二极管的光二极管的电流。流。 解解: : 仿真电路仿真电路io1与与vs的呈的呈线性关系，性关系， io1=10-3vs，放大放大电路路满足足设计要求。要求。end7.6.2 设计举例设计举例例例7.6.2 设计一个一个带负反响的光反响的光电隔离器的隔离器的驱动电路。路。设vs的的变化范化范围为05
26、V，内阻，内阻Rs=500。要求。要求LED的的io1=10-3vs(A)。知运放的。知运放的Avo=104，Ri=5k，Ro=100。设计后仿真后仿真检验发光二极管的光二极管的电流。流。 7.7 负反响放大电路的频率呼应负反响放大电路的频率呼应7.7.2 增益一带宽积增益一带宽积7.7.1 频率呼应的普通表达式频率呼应的普通表达式7.7.1 频率呼应的普通表达式频率呼应的普通表达式根本放大根本放大电路的高路的高频呼呼应比开比开环时添加了添加了 为为根根本本放放大大电电路通带增益路通带增益根据闭环增益表达式有根据闭环增益表达式有设反响网络为纯阻网络设反响网络为纯阻网络通通带闭环增益增益其中其中
27、同理可得同理可得闭环上限上限频率率比开比开环时减小了减小了闭环下限下限频率率引入引入负反响后，放大反响后，放大电路的通路的通频带展展宽了了7.7.1 频率呼应的普通表达式频率呼应的普通表达式例例7.7.1的波特图的波特图 7.7.2 增益一带宽积增益一带宽积放大放大电路的增益路的增益- -带宽积为常数常数 闭环增益闭环增益- -带带宽积宽积开环增益开环增益- -带带宽积宽积end7.8 负反响放大电路的稳定性负反响放大电路的稳定性*7.8.2 频率补偿频率补偿7.8.1 自激振荡及稳定任务的条件自激振荡及稳定任务的条件7.8.1 自激振荡及稳定任务的条件自激振荡及稳定任务的条件1. 自激振荡景
28、象自激振荡景象 在在不不加加任任何何输入入信信号号的的情情况况下下，放放大大电路路仍仍会会产生生一一定定频率率的的信信号号输出。出。2. 产生生缘由由 在在高高频频区区或或低低频频区区产产生生的的附附加加相相移移到到达达180180 ，使使中中频频区区的的负负反反响响在在高高频频区区或或低低频频区区变变成成了了正正反反响响，当当满满足足了了一一定的幅值条件时，便产生自激振荡。定的幅值条件时，便产生自激振荡。7.8.1 自激振荡及稳定任务的条件自激振荡及稳定任务的条件3. 自激振荡条件自激振荡条件自激振自激振荡反响深度反响深度即即又又得自激振得自激振荡条件条件幅幅值条件条件相位条件附加相移相位条
29、件附加相移注：注：注：注：输输入端求和的相位入端求和的相位入端求和的相位入端求和的相位-1-1-1-1不包含在内不包含在内不包含在内不包含在内闭环增益增益7.8.1 自激振荡及稳定任务的条件自激振荡及稳定任务的条件4. 稳定任务条件稳定任务条件破坏自激振破坏自激振荡条件条件或或 当反响网当反响网络为纯电阻网阻网络时， f = 0f = 0。其中其中 Gm幅幅值裕裕度度，普普通通要要求求Gm - 10dB m相位裕度，普通要求相位裕度，普通要求 m 45 保保证可可靠靠稳定定，留有余地留有余地写成等式，且幅写成等式，且幅值用分用分贝数表示数表示时7.8.1 自激振荡及稳定任务的条件自激振荡及稳定
30、任务的条件用波特用波特图表示表示或或Gm -10dB 或或 m 454. 稳定任务条件稳定任务条件7.8.1 自激振荡及稳定任务的条件自激振荡及稳定任务的条件5. 负反响放大电路稳定性分析负反响放大电路稳定性分析环路增益的幅频呼应写为环路增益的幅频呼应写为普通普通与频率无关，与频率无关， 那那么么的幅频呼应是一条程度线的幅频呼应是一条程度线利用波特利用波特图分析分析关键作出关键作出的幅频呼应和相频呼应波特图的幅频呼应和相频呼应波特图程度线程度线的交点为的交点为即该点满足即该点满足7.8.1 自激振荡及稳定任务的条件自激振荡及稳定任务的条件(2) 作作程度线程度线判判别稳定性方法定性方法(1)
31、作出作出的幅频呼应和相频呼应波特图的幅频呼应和相频呼应波特图在程度线在程度线的交点作垂线交相频呼应曲线的一点的交点作垂线交相频呼应曲线的一点(3) 判别能否满足相位裕度判别能否满足相位裕度 m 45 假设该点假设该点满足相位裕度，稳定；否那么不稳定。满足相位裕度，稳定；否那么不稳定。在相频呼应的在相频呼应的点处作垂线交点处作垂线交 于于P点点假设假设P点在点在 程度线之下，稳定；否那么不稳定。程度线之下，稳定；否那么不稳定。或或5. 负反响放大电路稳定性分析负反响放大电路稳定性分析根本放根本放大电大电根本根本放大放大 反反响响深深度度越越深深，越容易自激。越容易自激。越大，程度线越大，程度线下移，越下移，越容易自激容易自激越大，阐明越大，阐明反响深度越深反响深度越深7.8.1 自激振荡及稳定任务的条件自激振荡及稳定任务的条件5. 负反响放大电路稳定性分析负反响放大电路稳定性分析P点交在点交在 的的-20dB/十倍频程处，放大电路是稳定的。十倍频程处，放大电路是稳定的。*7.8.2 频率补偿频率补偿不作要求不作要求end*7.8 负反响放大电路的负反响放大电路的稳定性稳定性本节不做教学要求，有兴趣者自学本节不做教学要求，有兴趣者自学
