第5章放大电路中的反馈PPT课件

1、Home1. 反馈的基本概念反馈的基本概念 Next 将放大电路的输出量（电压或电流），通过一定的电路(反馈电路)，部分或全部回送到输入端(或输入回路)，用以改善或改变电路某些特性的控制过程，称之为反馈。通过反馈电路回送到输入回路电压或电流信号称为反馈信号。hfeibicvceIbvbehrevcehiehoe内部反馈外部反馈（1 1）什么是反馈？第1页/共61页信号源输出信号反馈放大电路的输入信号反馈信号基本放大电路的输入信号（净输入信号）XfXs变换网络变换网络K比较环节 Xo 基本放大基本放大 A 电路电路 Xid Xi 反馈网络反馈网络F.iidXX 引反馈前.fiidXXX 引反馈后

2、 + 闭环有反馈Xid Xi 正反馈Xid Xi 负反馈Exit（2 2）反馈放大电路的一般框图2. 2. 正负反馈的概念第2页/共61页并并串串fffIVXXf Xo 基基本本放放大大 A 电电路路 Xid Xi 反反馈馈网网络络F.fiidXXX 引反馈后 + Xid Xi 正反馈Xid Xi 负反馈Exit直流反馈与交流反馈以及有无反馈的判别瞬时极性法举例3. 3. 直流反馈和交流反馈直流反馈和交流反馈 电流电压000IVX4. 4. 正、负反馈的判断方法第3页/共61页例输入回路输出回路判断电路是否存在反馈。是正反馈还是负反馈？直反馈还是交流反馈？ RE 介于输入输出回路，有反馈。反馈

3、使 uid 减小，为负反馈。既有直流反馈，又有交流反馈。第4页/共61页1. 分类及判断方法分类及判断方法 Xf F A Xi Xid + RL Vo + Io Xf F A Xi Xid + RL Vo + Io 电流：将负载短路，反馈量仍然存在。电压：将负载短路，反馈量为零。oXoV电压反馈oXoI电流反馈判断方法Exit5.2.1. 负反馈放大电路四种基本类型负反馈放大电路四种基本类型5.2. 负反馈放大电路四种基本类型及放大倍数一般表达式负反馈放大电路四种基本类型及放大倍数一般表达式第5页/共61页fiidVVV 净输入电压fiidIII 净输入电流iX并联：反馈量和和fX输入量接于同

4、一输入端。接于不同的输入端。iX串联：反馈量和和fX输入量判断方法 F Xo A + Vi + Vid Vf + F Xo A Ii Iid If fiidXXX 串联并联Exit第6页/共61页串联反馈：反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的两个电极。有： 此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。 对于运算放大器来说，反馈信号与输入信号同时加在同相输入端或反相输入端，则为并联反馈；一个加在同相输入端一个加在反相输入端则为串联反馈。 对于三极管来说，反馈信号与输入信号同时加在三极管的基极或发射极，则为并联反馈；一个加在基极一个加在发射极则为串联反馈。并联反馈：反馈信号与输入信号加在放大电路

5、输入回路的同一个电极。有： vd = vi -vFid = iI -iF对运算放大器对三极管 此时反馈信号与输入信号是电流相加减的关系。Exit第7页/共61页iifibib=i-if并联反馈ufuiubeube=ui - uf串联反馈Exit第8页/共61页RLuoRLuo电压反馈采样的两种形式：采样电阻很大采样电阻很大Exit第9页/共61页电流反馈采样的两种形式：RLioiERLioiERf采样电阻很小采样电阻很小Exit第10页/共61页 F Io A + Vi + Vid Vf + Vo RL + F Io A + Vi + Vid Vf + Vo RL + F A Ii Iid I

6、f Io Vo RL + F A Ii Iid If Io Vo RL + 电压串联 电压并联 电流串联 电流并联1. 分类及判断方法分类及判断方法负反馈的四种组态负反馈的四种组态Exit第11页/共61页iX并联：反馈量和和fX输入量接于同一输入端。接于不同的输入端。iX串联：反馈量和和fX输入量电流：将负载短路，反馈量仍然存在。电压：将负载短路，反馈量为零。判断方法汇总判断方法汇总 Exit2. 四种组态判断举例四种组态判断举例第12页/共61页判断方法汇总判断方法汇总 有反馈通路（闭环） 则引入了反馈瞬时极性法，沿环路走一圈。 串联判断: Xf与Xi的相位关系：同相为负；反相为正. 并联

7、判断: Xf 流进节点为正; Xf 流出节点为负.Exit第13页/共61页1. 电压串联负反馈 电压串联负反馈电路及其方框图如下： 电压负反馈电路的主要特点之一是稳定输出电压011uRRRuff+C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2CEC3C2+ECuoui+T1T2RfRE1第14页/共61页2. 电流串联负反馈 电流串联负反馈电路及其方框图如下： 电流负反馈主要特点之一是稳定输出电流第15页/共61页3. 电压并联负反馈 电压并联负反馈电路及其方框图如下：ifii fiRiu0fiuifRiuA0第16页/共61页4. 电流并联负反馈 电流并联负反馈电路及其方框图如下：ifiRR

8、i)1 (10)1 (10RRiiAfiiif第17页/共61页 增加隔直电容C后，Rf只对交流起反馈作用。注：本电路中注：本电路中C1、C2也起到隔直作用。也起到隔直作用。+C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2CEC3C2+ECuoui+T1T2RfRE1C例Exit第18页/共61页增加旁路电容C后，Rf只对直流起反馈作用。+C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2CEC3C2+ECuoui+T1T2RfRE1C例Exit第19页/共61页Exit(+)(-)(-)(+)(+)(+)(+)(+)局部反馈 电压串联负反馈级间反馈电压串联负反馈 例: 判断下图中有哪些反馈回路，是交

9、流反馈还是直流反馈。并判断反馈的极性和类型（组态）。局部反馈 电压并联正反馈 解：根据反馈到输入端的信号是交流，还是直流，或同时存在，来进行判别。第20页/共61页1. 负反馈放大电路放大倍数的一般表达式负反馈放大电路放大倍数的一般表达式Next)(净输入量fidXXX)(开环放大倍数doXXA)(反馈系数ofXXFFAAXFAXXAXXXAXXAdddfddiof1)(闭环放大倍数)(环路增益dfXXFAHome Xf F Xo A Xi Xd + 第21页/共61页2.2.反馈深度反馈深度FAAA 1F称为反馈深度FA 1增益 负反馈时时， 11 )1( FA， FAA 时，时，当当 11

10、 FA称为深度负反馈时时， 11 )2( FA， FAA 时，时，当当 01 FA， F ioXXA增益 正反馈自激振荡FFAAA11F Exit第22页/共61页正反馈与负反馈的作用效果正反馈与负反馈的作用效果 Xf F Xo A Xi Xid + 某种原因（温漂） oX fXfiidXXX fiidXXX 负反馈fiidXXX 正反馈 idX oX idX oX稳定不稳定Exit第23页/共61页：的负反馈放大电路组态放大倍数分别对应不同同量纲的为不同电量时，构成不、，当据ioiofXXXXA馈）无量纲，电压串联负反（电压放大倍数，）（iouufUUA1 + - + - + 电电压压串串联

11、联负负反反馈馈 uuAuuFiU+ - dUfUoU- 馈）无量纲，电流并联负反（电流放大倍数，）（ioiifIIA2 电电流流并并联联负负反反馈馈 iiAiiFiIoUdIfIoI第24页/共61页NextBack，电压并联负反馈）量纲（互阻放大倍数，）（iouifIUA4，电流串联负反馈）量纲（互导放大倍数，）（SUIAioiuf3 电电压压并并联联负负反反馈馈 uiAiuFiIoUdIfI + - + - + 电电流流串串联联负负反反馈馈 iuAuiFiU+ - dUfUoUoI- 。系数）计算反馈网络的反馈（；放大倍数）计算基本放大电路的（放大倍数：的不同形式，计算闭环和根据FAAFA

12、AAff211Home第25页/共61页电压串联电压并联电流串联电流并联idXiXfXoXidViVfVoVidIiIfIoIoVidViVfVoIidIiIfIofXXF idoXXA ioXXAF ofVVFV idoVVAV ioVVAVF ofVIFG idoIVAR ioIVARF ofIVFR idoVIAG ioVIAGF ofIIFI idoIIAI ioIIAIF X信号 及 、 在四种反馈阻态中的具体形式FAFExit第26页/共61页5.3.1 提高放大倍数的稳定提高放大倍数的稳定性性则22F)1(1)1(111AFFAFAAFdAdA 闭环时FAAA 1F只考虑幅值有A

13、FAA 1FAdAAFAdA 11FF 即闭环增益相对变化量是开环的1/(1+AF)例：某种原因 A变化了5，引入反馈深度为1+AF=10的负反馈， 则闭环增益AF的变化只有0.5Exit第27页/共61页5.3.3减少非线性失减少非线性失真真Auiufuiuoud加反馈前加反馈前加反馈后加反馈后AF+ 失真失真改善改善uouoExit第28页/共61页5.3.2 5.3.2 展宽通频带展宽通频带A 开环幅频响应)1 (HHFAF 上限频率扩展1+AF倍AF 1LLF 下限频率降低1+AF倍闭环幅频响应H HF FAExit第29页/共61页HMMHMHMjFAAjAFjAjFAjAjA /1

14、/11/1)(1)()(F HjAjA /1)(M 已知引入负反馈（F与f 无关）HFMFMHMMjAFAjFAAjA/1)1 (/1)1/()(FHMHFMFAA 增益带宽积常数证明：ExitHMHFHMHFfFAFAf)1 ()1 (即第30页/共61页无反馈时：有反馈时：.i.d.i.ii=IVIVR.i.iif=IVR.i.fd=IVV .i.od=IFVV .i.dd=IAFVV .i.d)1(=IAFV AF)(1i RExit5.3.4.改变输入电阻改变输入电阻1. 串联反馈使输入电阻增大第31页/共61页无反馈时：有反馈时：.d.i.i.ii=IVIVR .i.iif=IVR.

15、fd.i=IIV .od.i=FVIV .dd.i=AFIIV .d.i)1(=AFIV .i)1(=AFR Exit2.2. 并联反馈使输入电阻减小第32页/共61页1. 电压反馈使输出电阻减小5.3.5 改变输出电阻改变输出电阻FARUFAURUXAURURXAUUIURooooofoooodooooof1/2. 电流反馈使输出电阻增大 oUAFdXfX0iXofRoIoRdXA oUAFdXfX0iXofRoIoRdXAooofoodoooIFARUXARUXARUIoooofRFAIUR1第33页/共61页5.4.1 深度负反馈的实质深度负反馈的实质Next。，此时，时，称之为深度负反

16、馈当FAFAf111fofoofoiXXXXFXAXX/故fdiXXX而5.4.2 负反馈系数的确定负反馈系数的确定fifiIIUU；对于并联反馈，对于串联反馈，Home1. 并联负反馈求反馈系数的方法并联负反馈求反馈系数的方法对于并联负反馈，令对于并联负反馈，令Ui=0，根据电压或电流并联求，根据电压或电流并联求Fg或或 Fi。2. 串联负反馈求反馈系数的方法串联负反馈求反馈系数的方法对于串联负反馈，令对于串联负反馈，令Ii=0，根据电压或电流串联求，根据电压或电流串联求Fu 或或Fr。第34页/共61页NextBack1.1.深度电压串联负反馈电路的闭环电压放大倍数分析解：图a电路为电压串

17、联负反馈。令输入端交流开路( (令I Ii i=0)=0)，则I Ie1e1=0=0，可得图b b反馈网络，则反馈电压Uf f为：Home5.4.3 深度负反馈放大电路电压放大倍数分析深度负反馈放大电路电压放大倍数分析例5.55.5：求下图深度电压串联负反馈电路的闭环放大倍数。第35页/共61页例5.65.6：求下图深度电流串联负反馈电路的闭环放大倍数。解：2. 2. 深度电流串联负反馈电路的闭环电压放大倍数分析第36页/共61页解：令输入端交流短路（令Ui =0，），于是可得图（b）反馈网络。由图 (b)可知,流过R f的电流If为 3. 3. 深度电压并联负反馈电路的闭环放大倍数分析例5.

18、7 5.7 求下图深度电压并联负反馈电路的闭环源电压放大倍数。第37页/共61页解：将输入端短路，得到图b b反馈网络。I If f为BackHome4. 深度电流并联负反馈电路闭环电压放大倍数分析例5.8 求下图深度电流并联负反馈电路的闭环源电压放大倍数。第38页/共61页NextBackHome（4）确定反馈网络电阻Re1、Rf电阻Re1不宜取得太大（特别是Re3较小时），否则，T1管静态电流在电阻Re1上产生直流压降太大，导致UCE1减小，一般取100200左右，现取Re1=100。反馈系数应满足Fu= Re1/（Re1+ Rf）0.0095，将Re1=100代入，可求得Rf 10.4k

19、，取Rf =10k。 （5）验算 反馈深度为1+A uFu =1+ A uRe1/（Re1+ Rf）1+8410.1/（0.1+10）9.3闭环电压放大倍数为A uf =A u/（1+A uFu）8419.390 均满足设计要求。第39页/共61页一一. 负反馈放大电路自激振荡的原因和条件负反馈放大电路自激振荡的原因和条件Next自激振荡现象：在不加任何输入信号的情况下，放大电路仍会产生一定频率的信号输出。 - + AFoXiXdXfX 在高频区或低频区产生的附加相移达到180 ，使中频区的负反馈在高频区或低频区变成了正反馈，当满足了一定的幅值条件时，便产生自激振荡。FA和和Home1. 自激

20、振荡产生自激振荡产生的原因的原因第40页/共61页NextBack自激振荡条件自激振荡条件产生自激振荡。反馈深度时，时， 01 FA即1 FA为为环环路路增增益益）（ FA又)()()()(fa FAFA得自激振荡的平衡条件：1)()(kk FA 180)12()()(kfkan 幅值条件相位条件（附加相移）FAAA 1F闭环增益 -1 AFoXdXfXHome第41页/共61页1)破坏自激振荡条件1 FA 180fa 1 FA 180fa 或NextBackHome2. 消除电路自激振荡的原理消除电路自激振荡的原理3.常用消除电路自激振荡的措施常用消除电路自激振荡的措施如下所示第42页/共6

21、1页NextBack5.4.5. 负反馈放大电路的设计负反馈放大电路的设计Home1. 设计原则（1）根据输入特性要求确定负反馈网络在电路输入端连接方式 1）若要求输入电阻高，选串联型负反馈。 2）若要求输入电阻低，选并联型负反馈。 3) 若对输入电阻无特定要求，则可灵活选择。 4）若输入信号源内阻较小，应选串联型负反馈，这是因为输入信号源内阻小，并联负反馈作用不明显，而串联型负反馈作用明显。 5) 若输入信号源内阻较大，且输入信号源对负载又无特别要求，应选并联型负反馈，这是因为输入信号源内阻大，并联负反馈作用明显，而串联型负反馈作用不明显。第43页/共61页 （2）根据输出特性要求确定负反馈

22、网络在电路输出端的连接方式 1) 若负载为低阻值负载，应选电压负反馈，因为电压负反馈电路输出电阻小。 2) 若负载电阻在一定范围内变化时，希望输出电压变化尽可能较小，应选电压负反馈，因为电压负反馈能稳定输出电压。 3) 若负载为电流型负载，希望负载电载电阻在一定范围内变化时，流经负载的输出电流变化尽可能小，应选电流负反馈，因为电流负反馈能稳定输出电流。1. 设计原则第44页/共61页（3）负反馈深度的确定 分立元件的负反馈放大电路，其开环放大倍数A通常在几十几千左右，其负反馈深度可在十几十左右的范围内根据需要综合考虑确定。由于集成运放开环电压增益在105106左右，其线性输入电压很小，约为十几

23、微伏左右，为保证集成运放工作在线性区，集成运放负反馈放大电路的负反馈深度通常在几千几万左右。2 2设计举例试设计一如图5-215-21所示的两级阻容耦合电压串联负反馈电路。设计要求：闭环电压放大倍数相对变化量小于开环电压放大倍数相对变化量的11%11%，开环电压放大倍数A Au u= =A Au1u1A Au2u2800800，闭环电压放倍数A Au fu f8080。第45页/共61页NextBackHome已知：1=2=60，rbe1=1.7k，rbe2=1.5k，其它参数如图所示。设电路中标出的所有电容对交流可视为短路。 设计步骤如下：(1) 根据开环电压放倍数Au=Au1Au2800，

24、分配各级开环电压放大倍数Au1、Au2。 本例所说的电路开环是指消除了两级之间电压串联负反馈的电路工作状态。第46页/共61页NextBackHome 由于两级间的电压串联负反馈电压Uf= =UoRe1/ /（Re1+ + Rf），要消除两级间的电压串联负反馈，令Uo=0=0（即令输出端交流交流短）即可，此时，反馈电阻Rf对输入回路影响（对输入回路负载作用）表现为Rf与Re1并联；另方面，消除两级间的电压串联负反馈后、还应保留反馈电路对输出端的负载（Rf+ + Re1）作用。因此，消除两级间电压串联负反馈后的基本放大电路的交流通路如图5-225-22所示。第47页/共61页BackHome 由

25、图5-22可知，Re1/ Rf（Re1）使T1放大电路存在本级电流串联负反馈，其电压放大倍数较小，分配为Au1=8左右，T2放大电路电压放大倍数分配为Au2=100左右。以此为基础、按第2章单级放大电路电路设计方法确定的电路参数如图5-21中所示，其设计过程在此不赘述。第48页/共61页（2）计算开环电压放大倍数 由图5-22可知，第一级电压放大倍数数值为u1(RC1/ Rb2/ rbe2)/ RS+ rbe1+（1+）（Re1/ Rf）8.65 .式中Rb2= Rb21/ Rb22。第二级电压放大倍数数值为Au2=RC2/（Re1+ Rf）/ RL/ rbe2 97.2两级放大电路开环电压放

26、大倍数数值为Au=Au1Au2=8.6597.2841满足开环电压放倍数Au=Au1Au2800的各件。第49页/共61页 （3）确定反馈深度和反馈系数 根据闭环电压放大倍数相对变化量小于开环电压放大倍数相对变化量的11%的设计要求，应满足反馈深度1+A uFu9，由此可求得电压反馈系数Fu（9-1）/ Au=0.0095。第50页/共61页（4）确定反馈网络电阻Re1、Rf 电阻Re1不宜取得太大（特别是Re3较小时），否则，T1管静态电流在电阻Re1上产生直流压降太大，导致UCE1减小，一般取100200左右，现取Re1=100。 反馈系数应满足Fu= Re1/（Re1+ Rf）0.009

27、5，将Re1=100代入，可求得Rf 10.4k， 取Rf =10k。 第51页/共61页 （5）验算 反馈深度为1+A uFu =1+ A uRe1/（Re1+ Rf）1+8410.1/（0.1+10）9.3 闭环电压放大倍数为 A uf =A u/（1+A uFu）8419.390 均满足设计要求。第52页/共61页5.5 放大电路中的正反馈为了使放大电路具有良好的特性、稳定可靠地工作，一般引入负反馈，但在少数特殊情形下，为满足某些特殊的需要，有时也引入正反馈。最为典型的应用是，一、在射极跟随器中引入正反馈、以进一步提高输入电阻；二、在互补功率放大电路中引入正反馈、以进一步提高不失真输出电

28、压幅度。下面分别讨论。图5-23（a）所示电路为基极分压式静态工作点稳定的射极输出器，为了保证静态工作点稳定，R1、R2不能取得太大，这就限制了射极输出器输入电阻Ri=R1/R2/rbe+（1+）Re的提高。在要求输入电阻很高的情形下，通常采用图5-23（b）所示电路，即在图（a）电路基础上引入了R3、C2。用瞬时极性法不难判断图（b）电路通过R3、C2引入了正反馈。 设图5-23所示电路中所有电容对交流均可视为短路，图（b）电路中，当R3上端交流电位ub=ui变化时，R3下端交流电位uA=uo跟随着同样变化，好象自己将自己“抬举”起来一样，故称为自举电路。第53页/共61页由图（b）可知，流

29、过R3的交流电流（有效值）为 IR3=（Ui-Uo）/ R3= Ui（1-Auf）/ R3 射极输出器的电压放大倍数Auf= Uo/ Ui1，所以， UA= Uo =Auf UiUi。 R3支路的等效电阻为 R/3= Ui / IR3= R3/（1-Auf） （5-27)第54页/共61页由于Auf (= uo / ui)小于约等于1，所以，（1-Auf）大于约等于0，故 R/3 = R3/（1-Auf） R3由2.2.3节讨论可知 Auf R/L/（rbe+R/L） （5-28）式中R/L= R1/R2/ Re。则有 1-Auf1-R/L/（rbe+R/L）= rbe /（rbe+R/L）

30、（5-29）将式（5-29）代入式（5-27），并考虑到R/Lrbe，可得 R/3（rbe+R/L）R3/ rbeR/LR3/ rbe （5-30）所以图5-21（b）电路输入电阻为 RiR/3/R/L （5-31）第55页/共61页2. 互补功率放大电路中引入正反馈、以提高不失 真输出电压幅度 实际互补功率放大电路中，为了提高不失真输出电压幅度，通常也引入正反馈的自举电路。图5-24为一实用的甲乙类自举互补对称功率放大电路（OTL电路）。同4.2节讨论的OTL电路相比，增加了大电容C2（约为几十F一、二百F）、电阻R5等组成的自举电路。T1、T2等其它各元件组成的互补对称OTL电路工作原理及

31、各元件的作用在4.2节已介绍。现在从如下两方面作一补充说明。第56页/共61页 (1) 引入级间直流负反馈稳定静态工作点 输入级T1管基极上偏置电阻R1上端连接至T2、T3管发射极，构成两级之间的静态工作点稳定的直流负反馈电路。由于对称性，T2、T3管发射极直流电压的正常值为：UE2= UE3=+VCC/2，这一直流电压经R1、R2分压给T1管基极提供静态偏置电压、使T1管工作在放大区。 由于某种原因，使得UE2= UE3偏离了+VCC/2，比如：UE2= UE3+VCC/2，两级之间随即发生如下直流负反馈过程：可见，这一直流负反馈过程，使T2、T3管发射极直流电压较好地稳定在+VCC/2，从而保证T2、T3管工作电压具有较好的对称性。第57页/共61页 (2) 引入正反馈加大输出电压的动态范围 图5-24电路中通过C2、R5引入了正反馈，其作用是提高互补输出级T2管输出电压的跟随范围，