反馈的基本概念及负反馈对放大器性能的影响1.ppt

1、第六章 负反馈技术,会判: 判断电路中有无反馈和反馈的性质,会算: 估算深度负反馈条件下放大电路的闭环增益,会引: 根据需求在电路中引入适当的反馈,会判振消振: 会判断电路是否稳定，会消除自激振荡,6-1 反馈的基本概念,6-1 反馈的基本概念,反馈网络,一、什么是反馈,放大电路输出量的一部分或全部通过一定的方式引回到输入回路，影响输入，称为反馈,放大信号,传输反馈信号,反馈量：实质是对输出量的采样，其数值仅仅取决于输出 量，与输出量成正比，而与输入量无关,净输入量：考虑反馈量后得到的输入量,1、有无反馈的判断,正确判断反馈的性质是研究反馈放大电路的基础,通过寻找电路中有无反馈通道，可以判断出

2、电路是否引入了反馈,如果放大电路中存在将输出 回路 与输入 回路 相连接的通路（反馈通路），并且影响放大电路的净输入量，则表明电路中引入了反馈，否则电路中便没有反馈,二、反馈的判断,二、反馈的判断,2、反馈的极性的判断（正、负反馈,如何判断反馈的极性呢？瞬时极性法,根据反馈效果来确定,瞬时极性：某一时刻该点交流信号的对地电位极性,引入反馈后其变化是增大还是减小,引入反馈后其变化是增大还是减小,凡反馈的结果使输出量的变化减小的为负反馈，否则为正反馈,凡反馈的结果使净输入量的变化减小的为负反馈，否则为正反馈,放大电路中引入的一般是负反馈，用来改善电路的性能。振荡电路要引入正反馈，用来产生各种振荡波

3、形,瞬时极性法判断正/负反馈,找出反馈网络,假定输入信号为某一瞬时极性，按信号的传输路线（放大电路的输入端输出端反馈网络输入端）逐级推倒出电路中各个相关点的瞬时极性，得到反馈信号的极性,判断反馈的结果净输入量 是增大了还是减小了,难,如果,净输入量减小，为负反馈,如果,净输入量增大，为正反馈,规定Xi的极性,推出XO的极性,得到Xf的极性,三个物理量的叠加关系,判断反馈极性,负反馈,正反馈,说明：从不同的输出端子引回同一个输入端，反馈极性相反,反馈信号与输入信号在输入回路以电流形式求和，若两 者极性相反为负反馈，两者极性同为正反馈,用瞬时极性法判断反馈极性的例子,正反馈,负反馈,反馈信号与输入

4、信号在输入回路以电压形式求和， 若两者极性相同为负反馈，两者极性反为正反馈,用瞬时极性法判断反馈极性的例子,用瞬时极性法判断反馈极性的例子,负反馈,正反馈,说明：从同一个输出端子引回不同的输入端，反馈极性相反,3、直流反馈和交流反馈的判断,直 流 反 馈,反馈信号只含有直流成分,交 流 反 馈,反馈信号只含有交流成分,交直流反馈,交、直流共存的反馈,直流负反馈的作用只有一个，就是稳定静态工作点， 对放大器的各项动态性能指标均无影响,交流负反馈会对放大电路的各项动态指标产生不同的影响，是用以改善电路技术指标的主要手段，也是本章要讨论的主要内容,如何判断交、直流反馈,看通路,看反馈通路中含有直流成

5、分还是交流成分,*特别要注意电容所起的作用,判别交、直流反馈的例子,直流反馈,交流反馈,4、多级放大电路中的局部反馈和级间反馈的判断,局部反馈,只对电路中某一级起反馈作用,级间反馈,将整个电路的输出引回到输入级的输入回路（主反馈,RF引入级间反馈（主反馈,Re1 、Re2引入局部反馈,重点研究级间反馈,讨论：找出电路中的反馈，并判断反馈类型,局部反馈,级间反馈,负反馈,负反馈,三、“交流负反馈”的四种组态及判别方法,电压反馈和电流反馈,描述放大电路和反馈网络在输出回路的连接方式，即反馈网络的取样对象,电压反馈,将输出电压的一部分或全部引回到输入回路影响净输入量，称为电压反馈,电流反馈,将输出电

6、流的一部分或全部引回到输入回路影响净输入量，称为电流反馈,电压负反馈可以稳定输出电压,结论：采用电压反馈还是电流反馈取决于负载的需求,取样电压,并联连接,取样电流,串联连接,电流负反馈可以稳定输出电流,串联反馈和并联反馈,描述放大电路和反馈网络在输入回路的连接方式，即反馈量、输入量和净输入量三者的叠加关系,并联反馈,反馈量、输入量和净输入量在输入端以电流形式求和,并联连接,串联反馈,反馈量、输入量和净输入量在输入回路以电压形式求和,串联连接,三、“交流负反馈”的四种组态及判别方法,1）串联反馈,讨论： 信号源对反馈效果的影响,ud = ui -uf,则ui最好为恒压源，即信号源内阻RS越小越好

7、,要想反馈效果明显，就要求uf 的变化能有效引起ud 的变化,串联负反馈适用于内阻比较小的信号源（电压源,2）并联反馈,id = ii -if,则ii最好为恒流源，即信号源内阻RS越大越好,要想反馈效果明显，就要求if 的变化能有效引起id 的变化,并联负反馈适用于内阻比较大的信号源（电流源,结论：采用并联反馈还是串联反馈取决于信号源的性质,根据反馈网络在输出端和输入端的连接方式的不同，有四种组态：电压串联、电压并联、电流串联、电流并联,电压串联,电流串联,电流并联,电压并联,1、交流负反馈的四种组态,1）短路判别法,2、反馈组态的判别方法,2）同点连接判别法,反馈支路与放大电路的输出端接在同

8、一点,反馈支路与放大电路的输出端没有接在同一点,反馈支路与放大电路的输入端接在同一点,反馈支路与放大电路的输入端没有接在同一点,电压反馈,电流反馈,并联反馈,串联反馈,看输出端,看输入端,2、反馈组态的判别方法,电压并联负反馈,电流串联负反馈,判别反馈组态的例子(1,判别反馈组态的例子(2,电压串连负反馈,电流并联负反馈,判别反馈组态的例子(3,判别反馈组态的例子(4,电压并联负反馈,电压串联负反馈,小结,会判: 判断电路中有无反馈和反馈的性质,放大电路的反馈 是指将放大电路输出量的一部分或全部通过一定的方式引回到输入回路，影响输入。通过判断电路中有无反馈通路来判断电路是否存在反馈,根据反馈的

9、效果可分为正反馈和负反馈： 正反馈使放大电路的净输入量增大；负反馈使放大电路的净输入量减小。利用瞬时极性法可以判断反馈的极性,根据反馈信号的性质可分为直流反馈和交流反馈： 直流反馈中反馈信号只含有直流成分，直流负反馈用来稳定静态工作点；交流反馈中反馈信号只含有交流成分，交流负反馈会影响放大电路的各种性能指标；实际中大部分反馈为交直流反馈,交流负反馈有四种组态,采用同点连接判别法判断交流负反馈的组态： 反馈支路与输出端接于同一点为电压反馈，否则为电流反馈；反馈支路与输入端接于同一点为并联反馈，否则为串联反馈,采用何种组态的交流负反馈取决于负载的需求和信号源性质： 需要稳定电压采用电压反馈，需要稳

10、定输出电流采用电流反馈；信号源为内阻小的电压源时，采用串联反馈效果较好；信号源为内阻大的电流源时，采用并联反馈效果较好,小结,会判: 判断电路中有无反馈和反馈的性质,四、负反馈放大电路的方框图和基本反馈方程,1、负反馈放大电路的方框图,因为负反馈放大电路有四种组态，而且对于同一种组态，具体电路也各不相同，所以为了研究负反馈放大电路的共同规律，利用方框图来描述所有电路，并推倒出基本反馈方程,说明：理想情况下，信号传输应满足单向化条件,1）信号只经过基本放大器实现正向传输,2）信号只经过反馈网络实现反向传递,Xi(s)：输入信号,XO(s)：输出信号,Xf(s)：反馈信号,Xd(s)：净输入信号,

11、2、开环增益、环路增益和闭环增益,开环增益,闭环增益,反馈系数,环路增益,放大电路无反馈时的放大倍数,反馈网络的传输系数,信号沿环路传递一周得到 的放大倍数,整个负反馈电路的放大倍数,要考虑反馈网络的负载效应,3、闭环增益的一般表达式基本反馈方程,闭环增益的一般表达式,基本反馈方程,负反馈,反馈深度,4、关于反馈深度的讨论,反馈深度,反馈深度是开环增益与闭环增益的幅值之比，反映了反馈对放大电路的影响程度。负反馈对放大电路性能指标的改善程度均与反馈深度密切相关,反馈对放大电路的影响程度可以分为四种情况,负反馈,深度负反馈,正反馈,自激振荡,1,2,3,自激时电路失去正常放大能力，在负反馈放大电路

12、中必须要消除,4,结论：引入深度负反馈后，闭环增益几乎只取决于反馈网络,注意：以上的增益和反馈系数是广义上的增益和反馈系数，对于不同的反馈组态，它们具有不同的物理意义和量纲,5、不同反馈组态放大电路的增益、反馈系数的物理意义和量纲,电压增益,电压传输系数,电压增益,跨阻增益（,跨导传输系数（S,跨阻增益（,跨导增益（S,跨阻传输系数（,跨导增益（S,电流增益,电流传输系数,电流增益,5、不同反馈组态放大电路的增益、反馈系数的物理意义和量纲,环路增益有量纲吗,四种组态的环路增益均无量纲,uo ui uf ud,uo ii if id,io ui uf ud,io ii if id,负反馈放大电路

13、的增益和反馈系数具有广泛的含义，对于不同的反馈组态，它们具有不同的物理意义和量纲,不同组态的放大电路具有不同的功能,6-2 交流负反馈对放大电路性能的影响,一、 提高增益的稳定性,二、 减少非线性失真,三、扩展频带,四、改变输入输出电阻,五、为改善性能引入负反馈的一般原则,一、提高增益的稳定性,在中频区、反馈网络为纯阻性时,增益的稳定性可用相对变化量来表示,结论：引入负反馈后，增益下降为开环的1/（1+AF），但增益的稳定性却提高了（1+AF）倍,如果是深负反馈,当反馈网络由稳定的线性元件组成时，闭环增益将有很高的稳定性,牺牲增益换取增益的稳定性是否值得,二、减小非线性失真,放大电路引入负反馈

14、后，非线性失真将有一定程度的改善，而且反馈越深，对非线性失真的补偿作用越大，非线性失真越小,定性分析,在一定程度上补偿了放大器对信号的非线性失真作用，使输出信号xo近似为正弦信号,假设由于晶体管的非线性，输出xO产生截止失真（上大下小,放大电路引入负反馈后，非线性失真将有一定程度的改善，而且反馈越深，对非线性失真的补偿作用越大，非线性失真越小,在非线性失真不太严重的情况下，可以证明输出波形中的非线性失真近似减小为原来的1/（1+AF,负反馈减小非线性失真指的是反馈环内的失真,如果失真是由外界干扰产生的，负反馈不能减小这种失真，必须采用滤波或屏蔽等方法才能解决,二、减小非线性失真,三、展宽频带,

15、从图可以直观地看到，引入负反馈后，通频带展宽了,定性分析 ：（P221,定量分析,上限频率增大为开环的（1+A0F）倍,下限频率下降为开环的1/（1+A0F,引入负反馈后，放大电路的通频带展宽了（1+ A0F）倍,四、改变输入电阻,1、串联负反馈使输入电阻增大,无反馈时,引入串联负反馈后,说明：串联负反馈使放大电路的输入电阻增大为无反馈时的 1+A(s) F(s)倍,负反馈对输入电阻的影响取决于是串联反馈还是并联反馈,2、并联负反馈使输入电阻减小,无反馈时,引入并联负反馈后,说明：并联负反馈使放大电路的输入电阻减小为无反馈时的 1/1+A(s) F(s)倍,四、改变输入电阻,负反馈对输入电阻的

16、影响取决于是串联反馈还是并联反馈,1、电压负反馈使输出电阻减小,五、改变输出电阻,取决于是电压反馈还是电流反馈,无反馈时放大电路的输出电阻,负载开路时的开环电压增益或跨阻增益,0,不重复考虑反馈网络的影响,电压负反馈使输出电阻减小为无反馈时的 1/1+AO (s) F(s),当1+AO(s)F(s)时,2、电流负反馈使输出电阻增大,0,电流负反馈使输出电阻增大为无反馈时的 1+AS (s) F(s)倍,当1+AS(s)F(s)时,不重复考虑反馈网络的影响,负载短路时的开环电流增益或跨导增益,小结：交流负反馈对放大电路各项性能指标的的影响,串联负反馈增大输入电阻,并联负反馈减小输入电阻,电压负反

17、馈减小输出电阻,电流负反馈增大输出电阻,负反馈对放大器动态指标的影响程度，均与反馈深度有关,或增大为原来的 1+A F 倍,或减小为原来的1/ 1+A F 倍,负反馈提高增益的稳定性,负反馈展宽放大器通频带,注意：A与反馈组态 紧密相关,负反馈减小非线性失真：减小为开环时的1/(1+AF,负反馈降低增益,负反馈改变的是反馈环内的输入、输出电阻，若反馈环外还连接有其他电阻，则应予以考虑,小结：不同反馈组态对各项性能指标的的影响,Auf,Arf,Agf,Aif,扩展通频带、减小非线性失真、抑制干扰和噪声,六、为改善性能引入负反馈的一般原则,1、稳定Q点应引入直流负反馈,2、改善动态性能应引入交流负

18、反馈,3、根据信号源特点决定引入串联负反馈还是并联负反馈： 减小向信号源索取电流(增大输入电阻)应引入串联负反馈； 尽可能向信号源索取电流(减小输入电阻)应引入并联负反馈,4、根据负载的需求决定引入电压负反馈还是电流负反馈： 需要稳定输出电压（减小输出电阻）应引入电压负反馈； 需要稳定输出电流（增大输出电阻）应引入电流负反馈,5、根据信号转换关系,输出是电压控制电压源电压串联负反馈,输出是电流控制电压源电压并联负反馈,输出是电压控制电流源电流串联负反馈,输出是电流控制电流源电流并联负反馈,如何在放大电路中引入适当的负反馈,根据需求确定应引入何种组态的负反馈。 根据反馈信号的取样方式（电压反馈或

19、电流反馈）确定反馈信号应由输出回路的哪一点引出。 根据反馈信号与输入信号的叠加方式（串联反馈或并联反馈）确定反馈信号应馈送到输入回路的哪一点。 要注意保证反馈极性是负反馈,讨论（一,1、为减小放大电路从信号源索取的电流，减小输出电阻， 应引入什么反馈,2、为了得到稳定的电流放大倍数，应引入什么反馈,3、为了稳定放大电路的静态工作点，应引入什么反馈,4、为了使电压信号转换成与之成稳定关系的电流信号， 应引入什么反馈,讨论（二,试在图示电路中分别引入四种不同组态的交流负反馈,电压串联负反馈,电流串联负反馈,讨论（二,试在图示电路中分别引入四种不同组态的交流负反馈,电压并联负反馈,讨论（二,试在图示电路中分别引入四种不同组态的交流负反馈,电流