放大电路中的反馈.doc

太原工业学院教 案20 / 20 学年 第 学期所在单位 教 研 室 课程名称 授课班级 授课教师 职 称 教材名称 20 年 月 日课的序号授课时间，地点授课班级授课题目，内容（章节）第六章 放大电路中的反馈6.1 反馈的基本概念及判断方法6.2 负反馈放大电路的四种基本组态课时安排2学时教学目的1. 掌握判断方法：电路中是否引入反馈、正负反馈、电压反馈、电流反馈、串联反馈、并联反馈、交直流反馈；2. 理解反馈的概念；教学重点与难点重点反馈的概念；反馈组态的判断难点反馈组态的概念教学方式，方法与手段演示法讲授法比较法提问法多媒体辅助教学法教具准备计算机多媒体设备、自制课件、Powerpoint、Flash软件教学参考资料模拟电子技术王远 机械工业出版社模拟电子技术杨栓科 机械工业出版社课后小结教案首页第六章 放大电路中的反馈6.1 反馈的基本概念和判断1、什么是反馈将放大电路的输出量（电压或电流）的一部分或全部通过一定的方式回送到放大电路的输入端，并对输入量（电压或电流）产生影响， 这个过程称为反馈（Feedback）。 通常将连接输入回路与输出回路的反馈元件，称为反馈网络(Feedback Network)；把没有引入反馈的放大电路，称为基本放大电路； 而把引入反馈的放大电路称为反馈放大电路或闭环放大电路。 反馈放大电路的方框图由方框图可知，基本放大电路的放大倍数，也称为开环增益(Open Loop Gain)为 （6-1）反馈网络的反馈系数（Feedback Factor）为 （6-2）反馈放大电路的闭环放大倍数，即闭环增益（Closed Loop Gain）为 （6-3）净输入信号 （6-4）反馈信号为 （6-5）根据式（6-1）（6-5）整理可得 （6-6）式（6-6）中AF称为环路增益（Loop Gain）, 或回归比(Return Ratio)， 即 （6-7） 它表示xi经基本放大电路和反馈网络这个环路后，获得反馈信号xf的大小，AF越大，反馈越强。 1+AF称为反馈深度（Amount of Feedback），放大电路引入反馈后的放大倍数Af，与反馈深度有关。当(1+AF)1时，AfA，即引入反馈后，放大倍数减小了，说明放大电路引入的是负反馈；当(1+AF)A，即引入反馈后，放大倍数比原来增大了，说明放大电路引入的是正反馈； 当(1+AF)=0，即AF=-1时， Af，说明放大电路在没有输入信号时，也有输出信号，放大电路产生了自激振荡， 这种情况应避免发生。 2、正反馈和负反馈根据反馈的效果可以区分反馈的极性，使放大电路净输入信号增大的反馈称为正反馈（Positive Feedback）；使放大电路净输入信号减小的反馈称为负反馈（Negative Feedback）。 通常采用瞬时极性法判别放大电路中引入的是正反馈还是负反馈。先假定输入信号为某一瞬时极性，然后根据中频段各级电路输入、输出电压相位关系（其中对于分立元件，共射电路反相、共集和共基电路同相；对于集成运放，uo与up同相，uo与un反相），逐级推出其它相关各点的瞬时极性，最后判断反馈到输入端的信号是增强了还是减弱了净输入信号。为了便于说明问题，在电路中用符号和分别表示瞬时极性的正和负，以表示该点电位上升或下降。 例如在图6-2（a）中，假设输入信号ui在某一瞬时极性为+， 由于输入信号加在集成运放的反相输入端，故输出电压uo的瞬时极性为-，而反馈电压uf是经电阻分压uo后得到的，因此反馈电压uf的瞬时极性也为-，并且加在了集成运放的同相输入端。集成运放的净输入电压即差模输入电压为ui =uid=up-un=ui-uf，uf的瞬时极性为 - 表示电位下降，则ui增大，所以引入的反馈是正反馈。 在图6-2（b）中，假设输入信号ui在某一瞬时极性为+ ，由于输入信号加在集成运放的同相输入端，故输出电压uo的瞬时极性为+，则uo经电阻分压后得到的反馈电压uf的瞬时极性也为 +， 表示电位上升，此时集成运放的净输入电压ui=ui-uf减小，因此引入的反馈是负反馈。 图6-23、直流反馈和交流反馈 根据反馈信号的交、直流性质，可分为直流反馈和交流反馈。 如果反馈信号中只有直流分量，则称为直流反馈；如果反馈信号中仅有交流分量，则称为交流反馈。在很多情况下，反馈信号中同时存在直流信号和交流信号， 则交、 直流反馈并存。4、电压反馈和电流反馈 根据反馈信号在放大电路输出端不同的采样方式，可分为电压反馈和电流反馈。若反馈信号取自输出电压，或者说与输出电压成正比，则称为电压反馈；若反馈信号取自输出电流，或者说与输出电流成正比，则称为电流反馈。 判断是电压反馈还是电流反馈，可采用负载短路法。假设将放大电路的负载RL短路，此时输出电压为零，若反馈信号也为零，则说明反馈信号与输出电压成正比，因而属于电压反馈； 反之，如果反馈信号依然存在，则表示反馈信号不与输出电压成正比，属于电流反馈。 5、串联反馈和并联反馈 根据放大电路输入端输入信号和反馈信号的比较方式，可分为串联反馈和并联反馈。如果反馈信号与输入信号进行电压比较， 即反馈信号与输入信号是串联连接，则称为串联反馈。 如果反馈信号与输入信号在输入端进行电流比较， 即反馈信号与输入信号并联连接，则称为并联反馈。 判断是串联反馈还是并联反馈可采用输入回路的反馈节点对地短路法。若反馈节点对地短路，输入信号作用仍存在，则说明反馈信号和输入信号相串联，故所引入的反馈是串联反馈。 若反馈节点接地，输入信号作用消失，则说明反馈信号和输入信号相并联，故所引入的反馈是并联反馈。 例如图6-3（a），假设将输入回路反馈节点a接地，输入信号ui无法进入放大电路，而只是加在电阻R1上，故所引入的反馈为并联反馈；在图6-3（b）中，如果将反馈节点a接地，输入信号ui仍然能够加到放大电路中，即加在集成运放的同相输入端， 由图可见输入电压ui与反馈电压uf进行电压比较，其差值为集成运放的差模输入电压，故所引入的反馈为串联反馈。 图6-36、局部反馈和极间反馈 只对多级放大电路中某一级起反馈作用的称为局部反馈，将多级放大电路的输出量引回到其输入回路的为级间反馈。6.2 负反馈放大电路的四种基本组态1、电压串联负反馈基本放大电路的电压放大倍数为 反馈网络的反馈系数为 对于闭环放大电路，输入信号是 ，输出信号是 ，因此闭环电压放大倍数为 电路图 方框图2、电压并联负反馈基本电路的放大倍数为反馈网络的互导反馈系数 闭环互阻放大倍数为 3、电流串联负反馈基本放大电路的放大倍数为 反馈网络的互阻反馈系数 闭环互导放大倍数为 4、电流并联负反馈基本放大电路的放大倍数为 反馈网络的电流反馈系数为 闭环电流放大倍数为 太原工业学院教 案20 / 20 学年 第 学期所在单位 教 研 室 课程名称 授课班级 授课教师 职 称 教材名称 20 年 月 日课的序号授课时间，地点授课班级授课题目，内容（章节）第六章 放大电路中的反馈6.3 负反馈放大电路的基本放大电路6.4 深度负反馈放大电路放大倍数的分析课时安排2学时教学目的1. 掌握负反馈放大电路的基本放大电路2. 会估算深度负反馈条件下的放大倍数教学重点与难点重点深度负反馈电路难点估算深度负反馈条件下的放大倍数教学方式，方法与手段演示法讲授法比较法提问法多媒体辅助教学法教具准备计算机多媒体设备、自制课件、Powerpoint、Flash软件教学参考资料模拟电子技术王远 机械工业出版社模拟电子技术杨栓科 机械工业出版社课后小结教案首页6.3 负反馈放大电路的基本放大电路负反馈放大电路的方框图是将电路等效成两个二端口网络连接而成。为了将信号的传递单向化，在分解出基本放大电路时，应考虑放大网络的负载效应，也就是将反馈网络作为放大电路输入端和输出端的等效负载。根据网络叠加原理，将考虑反馈网络在输入端的负载效应时，令输出量的作用为零；当考虑网络在输出端的负载效应时，令输入量的作用为零。 电压串联负反馈电路的基本组成 电流串联负反馈放大电路的基本放大电路 电压串联负反馈放大电路的基本放大电路 电流并联负反馈电路的基本放大电路6.4 深度负反馈放大电路放大倍数的分析在负反馈的情况下，如果反馈深度(1+AF)1，则称为深度负反馈，此时 (6-8) 式（6-8）表明，在深度负反馈条件下，闭环放大倍数与开环放大倍数无关，只取决于反馈系数F。由于反馈网络常常是无源网络，受环境温度等外界因素的影响极小，因此放大倍数可以保持很高的稳定性。 应当指出，通常所说的负反馈是中频段的反馈极性，当信号频率进入高频段或低频段时，会产生附加相移，在一定的条件下使反馈变为正反馈，甚至产生自激振荡。一、 深度负反馈条件下放大倍数的估算1.电压串联负反馈2.电压并联负反馈3.电流并联负反馈4.电流并联负反馈例：求解下图在深度负反馈条件下电路的电压放大倍数 在判断分立元件反馈放大电路的反馈极性时，净输入电压常指输入级晶体管的b-e(e-b)间或场效应管g-s(s-g)间的电位差，净输入电流常指输入级晶体管的基极电流（射级电流）或场效应管的栅极（源极）电流。在分立元件电流负反馈放大电路中，反馈量常取自于输出级晶体管的集电极电流或发射极电流，而不是负载上的电流；此时称输出级晶体管的集电极电流或发射极电流该电流为输出电流，反馈的结果将稳定该电流。太原工业学院教 案20 / 20 学年 第 学期所在单位 教 研 室 课程名称 授课班级 授课教师 职 称 教材名称 20 年 月 日课的序号授课时间，地点授课班级授课题目，内容（章节）第六章 放大电路中的反馈6.5 负反馈对放大电路性能的影响6.6 负反馈放大电路的稳定性课时安排2学时教学目的1. 正确理解负反馈放大电路产生自激振荡的原因，了解消除自激振荡的方法2. 负反馈对放大电路性能的影响教学重点与难点重点负反馈对放大电路性能的影响,消除自激振荡的方法难点根据需要在放大电路中引入正确的交流负反馈教学方式，方法与手段演示法讲授法比较法提问法多媒体辅助教学法教具准备计算机多媒体设备、自制课件、Powerpoint、Flash软件教学参考资料模拟电子技术王远 机械工业出版社模拟电子技术杨栓科 机械工业出版社课后小结教案首页6.5 负反馈对放大电路性能的影响6.5.1 稳定放大倍数 放大电路的放大倍数取决于放大器件的性能参数以及电路元件的参数，当环境温度发生变化，器件老化，电源电压波动以及负载变化时，都会引起放大倍数发生变化，为了提高放大倍数的稳定性，常常在放大电路中引入负反馈。 为了从数量上表示放大倍数的稳定程度，常用有、无反馈两种情况下放大倍数的相对变化量的比值来衡定。放大电路的闭环放大倍数为 （6-9）将闭环放大倍数Af对A取导数得 将上式等号两边分别除以式(6-9)左右两边，可得 （6-10）引入负反馈后，Af的相对变化量 仅为其基本放大电路放大倍数A的相对变化量的(1+AF)分之一，也就是说Af的稳定性是A的(1+AF)倍。 6.5.2 减小非线性失真 6.5.3 改变输入电阻和输出电阻1. 负反馈对输入电阻的影响 输入电阻是从放大电路输入端看进去的等效电阻，因而负反馈对输入电阻的影响取决于基本放大电路和反馈网络在输入端的连接方式，即取决于所引入的反馈是串联负反馈还是并联负反馈。 1） 串联负反馈使输入电阻增大串联负反馈放大电路方框图如图6-4所示。根据输入电阻的定义，基本放大电路的输入电阻为 而闭环放大电路的输入电阻为 上式中反馈电压是净输入电压经基本放大电路放大后， 再经反馈网络后得到的， 所以 （6-11） 图6-42） 并联负反馈使输入电阻减小并联负反馈放大电路的方框图如图6-5所示。根据输入电阻的定义， 基本放大电路的输入电阻为 而闭环放大电路的输入电阻为 上式中 是净输入电流经基本放大电路和反馈网络后得到的，即 （6-12）表明引入并联负反馈后，将使输入电阻减小，并等于基本放大电路输入电阻的图6-52. 负反馈对输出电阻的影响 输出电阻是从放大电路输出端看进去的等效电阻，因而负反馈对输出电阻的影响取决于反馈网络在输出端的取样方式， 即取决于所引入的反馈是电压负反馈还是电流负反馈。 1） 电压负反馈稳定输出电压，并使输出电阻减小 图6-6 （6-13）2） 电流负反馈稳定输出电流， 并使输出电阻增大 图6-7 （6-14）6.5.4 展宽频带 fBW=fH-fLfH （6-15）6.5.5放大电路中引入负反馈的一般原则l 稳定Q点引入直流负反馈，改善动态性能引入交流负反馈；l 根据信号源特点，增大输入电阻引入串联负反馈，减小输入电阻引入并联负反馈；l 根据负载需要，需输出稳定点电压的引入电压负反馈，需稳定电流的引入电流负反馈；l 从信号转换关系上看，输出电压是输入电压受控源的为电压串联负反馈，输出电压是输入电流受控源的为电压并联负反馈，输出电流是输入电压受控源的为电流串联负反馈，输出电流是输入电流受控源的为电流并联负反馈；在1+AF1时，它们的转换系数约为1/F;例：电路如图6-7，为了达到下列的目的，分别说明引入哪些组态的负反馈以及电路如何连接。（1） 减小放大电路从信号源索取的电流并增强带负载能力；（2） 将输入电流转换与之成线性关系的输出电流；（3） 将输入电流转换成稳定的输出电压6.6 负反馈放大电路的稳定性放大电路中引入负反馈，可以使电路的许多性能得到改善， 并且反馈深度越深，改善效果越好。但是对于多级放大电路而言， 反馈深度过深，即使放大电路的输入信号为零， 输出端也会出现具有一定频率和幅值的输出信号，这种现象称为放大电路的自激振荡，它使放大电路不能正常工作，失去了电路的稳定性。6.6.1 负反馈放大电路产生自激振荡的原因和条件 1. 自激振荡产生的原因 由前面的分析可知， 负反馈放大电路的闭环放大倍数为 在中频段，由于， A 和F 的相角A+F=2n（n=0，1， 2，），A 与 F同相，因此净输入量 是两者的差值，即,所以负反馈作用能正常地体现出来。 在低频段和高频段， 将产生附加相移。在低频段，由于耦合电容和旁路电容的作用， 将产生超前相移；在高频段， 由于半导体器件存在极间电容， 将产生滞后相移。假设在某一频率f0下， 的附加相移达到180，即A+F=(2n+1)（n=0，1，2， ），则和必然会由中频时的同相变为反相,即上式说明净输入信号 大于输入信号 ，输出量 增大， 所以反馈的结果使放大倍数增大。 如果在输入信号为零时，由于某种含有频率f0的扰动信号（如电源合闸通电），使 产生了180的附加相移，因此产生了输出信号经过反馈网络和比较电路后，得到净输入信号， 送到基本放大电路后再放大， 得到一个增强了的将不断增大。其过程如图6-9所示图6-9 最终，由于半导体器件的非线性电路达到动态平衡，即反馈信号维持着输出信号，而输出信号又维持着反馈信号，称电路产生了自激振荡。 可见，负反馈放大电路产生自激振荡的根本原因之一是 的附加相移。 2. 产生自激振荡的条件即 (6-16) 幅值条件 (6-17)相位条件 (6-18)放大电路只有同时满足上述两个条件，才会产生自激振荡。 电路在起振过程中，有一个从小到大的过程，故起振条件为 （6-19）3.