反馈放大电路ppt课件

1、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

2、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 将电子系统输出回路的电量电压或电流送将电子系统输出回路的电量电压或电流送回到输入回路的过程。回到输入回路的过程。hfeibicvceibvbe hrevcehiehoe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 什么是反响什么是反响框图框图反响通路反响通路 信号反向传输的渠道信号反向传输的渠道开环开环 无反响通路无反

3、响通路闭环闭环 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 根据反响到输入端的信号是交流，还是直流，根据反响到输入端的信号是交流，还是直流，或同时存在，来进展判别。或同时存在，来进展判别。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 正反响与负反响正反响与负反响正反响：输入量不变时，引入反响后输出量变大了。正反响：输入量

4、不变时，引入反响后输出量变大了。负反响：输入量不变时，引入反响后输出量变小了。负反响：输入量不变时，引入反响后输出量变小了。从输出端看从输出端看从输入端看从输入端看正反响：引入反响后，使净输入量变大了。正反响：引入反响后，使净输入量变大了。负反响：引入反响后，使净输入量变小了。负反响：引入反响后，使净输入量变小了。净输入量可以是电压，也可以是电流。净输入量可以是电压，也可以是电流。7.1.3 正反响与负反响正反响与负反响判别方法：瞬时极性法。即在电路中，从输入端开场，沿着判别方法：瞬时极性法。即在电路中，从输入端开场，沿着 信号流向，标出某一时辰有关节点电压变化的斜率信号流向，标出某一时辰有关

5、节点电压变化的斜率 正斜率或负斜率，用正斜率或负斜率，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负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级间负反响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级负反响本级负反响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络在放大电路输入端的衔接方式断定由反响网络在放大电路输入端的衔接方式断定串联：输入以电压方式求和串联：输入以电压方式求和KVL -vi+vid

6、+vf=0 即即 vid=vi- vf并联：输入以电流方式求和并联：输入以电流方式求和KCL ii-iid-if=0 即即 iid=ii-if串联串联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联反响并联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联反响串联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

7、反响与电流反响由反响网络在放大电路输出电压反响与电流反响由反响网络在放大电路输出端的取样对象决议端的取样对象决议电压反响：反响信号电压反响：反响信号xf和输出电压成比例，即和输出电压成比例，即xf=Fvo电流反响：反响信号电流反响：反响信号xf与输出电流成比例，即与输出电流成比例，即xf=Fio 并联构造并联构造串联构造串联构造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电压负反响RLvoxf x i d 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负反响电流负反响RL ioxf x i

8、 d 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= xixf7.1.5 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 将负载短路，反响量依然存在将负载短路，反响量依然存在电流反响。电流反响。 将负载短路未接负载时输出对地短路，反响量为零将负载短路未接负载时输出对地短路，反响量为零电压反响。电压反响。电压反响电压反响电流反响电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电压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

9、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 输入以电压方式求和输入以电压方式求和KVLKVL： vid=vi- vf vid=vi- vf 稳定输出电压稳定输出电压特点：特点： 电压控制的电压源电压控制的电压源RL vo vf vid(= vi vf) vo 7.2.2 电压并联负反响放大电路电压并联负

10、反响放大电路 输入以电流方式求和输入以电流方式求和KCLKCL： iid=ii-iid=ii-ifif 稳定输出电压稳定输出电压 电流控制的电压源电流控制的电压源特点：特点：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 输入以电压方式求和输入以电压方式求和KVLKVL： vid=vi- vf vid=vi- vf 稳定输出电流稳定输出电流 电压控制的电流源电压控制的电流源特点：特点： RL io vf (=ioRf ) vi一 定 时 vi d io 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 输入以电流方式求和输入以电流方式求和KCLKCL： iid=ii-ifii

11、d=ii-if 稳定输出电流稳定输出电流 电流控制的电流源电流控制的电流源特点：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(+)(-)(+)(+)级间电压串联负反响级间电压串联负反响(+)反响组态判别举例交流反响组态判别举例交流电压并联负反响电压并联负反响直流反直流反响响交、直流交、直流反响反响反响组态

12、判别举例交流反响组态判别举例交流(+)(+)(-)(+)(+)(+)电流串联负反响电流串联负反响串联负反响串联负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 那么那么vi最好为恒压源，最好为恒压源，即信号源内阻即信号源内阻Rs越小越好。越小越好。 要想反响效果明显，就要想反响效果明显，就要求要求vf变化能有效引起变化能有效引起vid的变化。的变化。信号源对反响效果的影响信号源对反响效果的影响并联负反响并联负反响iid = ii -if 那么那么ii最好为恒流源，最好为恒流源，即信号源内阻即信号源内阻Rs越大越好。越大越好。 要想反响效果明显，就要想反响效果明显，就要

13、求要求if变化能有效引起变化能有效引起iid的的变化。变化。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idoxxA ofxxF 反响系数反响系数iofxxA 闭环增益闭环增益由于由于fiidxxx 所以所以iofxxA fidoxxx FxAxxooo/ 知知AFA 1fidixxx 闭环增益的普通表达式闭环增益的普通表达式即即AFAA 1f7.3 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

14、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负反响普通负反响称为反响深度称为反响深度)1(FA 时，时， 11 )1( FA， FAA 时，时， 11 )2( FA深度负反响深度负反响正反响正反响时，时， 11 )3( FA， FAA 自激振荡自激振荡时时， 01 )4( FA， F A 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。 fAAF即即FAAA 1fend7.3 负

15、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闭环时FAAA 1f对对A求导得求导得2f)1(1ddAFAA 只思索幅值有只思索幅值有AFAA 1fAAAFAAd11dff 另一方面另一方面, ,在深度负反响条件下在深度负反响条件下FA1f 即闭环增益只取决于反响网络。当反响网络由稳定

16、的线即闭环增益只取决于反响网络。当反响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。性元件组成时，闭环增益将有很高的稳定性。负反响的组态不同，稳定的增益不同负反响的组态不同，稳定的增益不同Avf Avf 、Arf Arf 、Agf Agf 、AifAif即闭环增益相对变化量是开环时的即闭环增益相对变化量是开环时的AF 117.4.2 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。 只能减少环内放大电路产生的失真，假设输入波形本身就只能减少环内放大电路产生的失真，假设输入波形本身就是失真的，即使引入负反响，也无济于事。是失真的，即使引入负反响，也无

17、济于事。 1开环特性开环特性2闭环特性闭环特性 7.4.3 抑制反响环内噪声抑制反响环内噪声nsVVNS VVVVVVVVFAAAVFAAAAVV211n2121so1 1 V比原有的信噪比提高了比原有的信噪比提高了 倍倍2VA电压的信噪比电压的信噪比 2VA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的 2nsVAVVNS 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 串联负反响串联负反响1. 对输入电阻的影响对输入电阻的影响开环输入电阻开环输入电阻 Ri=vid/iiRi=vid/ii由 于由 于 v f = F x o v f

18、 = F x o xo=Avidxo=Avid闭环输入电阻闭环输入电阻 Rif=vi/iiRif=vi/ii所以所以 vi=vid+vf=(1+AF )vidvi=vid+vf=(1+AF )vid闭环输入电阻闭环输入电阻 Rif=vi/iiRif=vi/iiiiid)1()1(RAFiAF v引入串联负反响后，输入电阻添加了。引入串联负反响后，输入电阻添加了。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AFRR 1iif 引入并联负反响后，引入并联负反响后，输入电阻减小了。输入电阻减小了。

19、留意留意: : 反响对输入电阻的影响仅限于环内，对环外不反响对输入电阻的影响仅限于环内，对环外不产生影响。产生影响。例如例如图中图中R1不在环内不在环内AFRR 1iif但是但是if1ifRRR 当当R1 时，反响对时，反响对Rif几乎没有影响。几乎没有影响。ifR 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 电压负反响电压负反响2. 对输出电阻的影响对输出电阻的影响闭环输出电阻闭环输出电阻ttofiRv 电压负反响电压负反响而而 Xid= - Xf= -Fvt idoottXARi v忽略反响网络对忽略反响网络对it的分流的分流FA

20、RiRoottof1 vtoottvvFARi 所以所以 引入电压负反响后，输引入电压负反响后，输出电阻减小了。出电阻减小了。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电阻闭环输出电阻osttof)1(RFAiR v 引入电流负反响后，输引入电流负反响后，输出电阻增大了。出电阻增大了。留意留意: : 反响对输出电阻的影响仅限于环内，对环外不产生影响。反响对输出电阻的影响仅限于环内，对环外不产生影响。 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

21、生影响。益为代价的，且仅对环内的性能产生影响。串联负反响串联负反响 并联负反响并联负反响 电压负反响电压负反响 电流负反响电流负反响 特别留意表特别留意表7.4.1的内容的内容增大输入电阻增大输入电阻减小输入电阻减小输入电阻减小输出电阻，稳定输出电压减小输出电阻，稳定输出电压增大输出电阻，稳定输出电流增大输出电阻，稳定输出电流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，深度负反响条件下，闭环增益只与反响网络有关即，深

22、度负反响条件下，闭环增益只与反响网络有关 11 FA由于由于FAAA 1f那那么么FFAA1 又由于又由于iofXXA ofXXF 代入上式代入上式ifXX 得得也常写为也常写为 xf xi0fiid XXX净输入量近似等于零净输入量近似等于零由此可得深度负反响条件下，根本放大电路由此可得深度负反响条件下，根本放大电路“两虚两虚的概念的概念输入量近似等于反响量输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联负反响，输入端电压求和串联负反响，输入端电压求和0iidid riv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

23、短虚短虚断虚断虚短虚短虚断虚断并联负反响，输入端电流求和并联负反响，输入端电流求和vid= vi - vf 0iid= ii - if 0vid= iid ri 02. 举例举例 电压串联负反响电压串联负反响反响系数反响系数ofvvv F 实践上该电路就是第实践上该电路就是第2 2章引见的同相比例放大电路，该章引见的同相比例放大电路，该结果与第结果与第2 2章所得结果一样章所得结果一样 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f11RRR 闭环增益闭环增益就是闭环电压增益就是

24、闭环电压增益iofvvv AvF1 1f1RR 2. 举例举例 (例例7.5.1) 电压串联负反响电压串联负反响 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ofb2b2fvvRRR 闭环电压增益闭环电压增益iofvvv Ab2f1RR ifvv 2. 举例举例 (例例7.5.4) 电流并联负反响电流并联负反响 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

25、根据虚短、虚断RRRii ff- -闭环增益闭环增益iofii iA)1(fRR ifii 所以闭环电压增益所以闭环电压增益sofvvv AsisRiv 0pn vvLooRiv sLf)1(RRRR siLoRiRi- 留意：假设留意：假设ioio参考方向不同，将影响闭环增益的结果参考方向不同，将影响闭环增益的结果 ofiii R又由于又由于iR解解: :3 3 闭环增益闭环增益fiofRiv rAifii 例例7.5.5 3求大环反响的闭环增益以及对信号源的闭环电求大环反响的闭环增益以及对信号源的闭环电压增益；压增益； 电压并联负反响电压并联负反响根据虚短、虚断根据虚短、虚断ffoR-iv

26、 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. 选定需求的反响类型选定需求的反响类型2. 2. 确定反响系数的大小确定反响系数的大小3. 3. 适中选择反响网络中的电阻阻值适中选择反响网络中的电阻阻值4. 4. 经过仿真分析，检验设计能否满足要求经过仿真分析，检验设计能否满足要求信号源性质信号源性质对输出信号的要求对输出信号的要求对输入、输出电阻的要求对输入、输出电阻的要求对信号变换的要求对信号

27、变换的要求V-VV-V、V-IV-I、I-VI-V、I-I I-I FA1f 深度负反响时深度负反响时尽量减小反响网络对根本放大电路的负载效应尽量减小反响网络对根本放大电路的负载效应7.6.2 设计举例设计举例例例7.6.2 设计一个带负反响的光电隔离器的驱动电路。设设计一个带负反响的光电隔离器的驱动电路。设vs的变化范围为的变化范围为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。设计后仿真检验发光二极管的电流。设计后仿真检验发光二极管的电流。 解解: :驱动电路需求将电压驱动电路需求将电压vs转换为

28、电流转换为电流io1知知LED的光强度的光强度流过流过LED的电流的电流io1线线性性电压信号电压信号vs线线性性选用电流串联负反响电路选用电流串联负反响电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 k110001fsgrAF所以所以 Rf=1kS 103so1fs viAg又由于根据虚断有又由于根据虚断有FA1f 深度负反响时深度负反响时fo1fRiFr v7.6.2 设计举例设计举例例例7.6.2 设计一个带负反响的光电隔离器的驱动电路。设设计一个带负反响的光电隔离器的驱动电路。设vs的变化范围为的变化范围为05V，内阻，内阻Rs=500。要求。要求LED

29、的的io1=10-3vs(A)。知运放的。知运放的Avo=104，Ri=5k，Ro=100。设计后仿真检验发光二极管的电流。设计后仿真检验发光二极管的电流。 解解: : 仿真电路仿真电路io1与与vs的呈线性关系，的呈线性关系， io1=10-3vs，放大电路满足设计要求。放大电路满足设计要求。end7.6.2 设计举例设计举例例例7.6.2 设计一个带负反响的光电隔离器的驱动电路。设设计一个带负反响的光电隔离器的驱动电路。设vs的变化范围为的变化范围为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

30、计后仿真检验发光二极管的电流。设计后仿真检验发光二极管的电流。 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 增益增益-带宽积带宽积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电路的高频呼应根本放大电路的高频呼应比开环时添加了比开环时添加了HMHj1ffAA 为根本放大电为根本放大电路通带增益路通带增益MAHfMfHHHfj11ffAFAAA 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带闭环增益通带闭环增益MfA其中其中同理可得同理可得闭环上限频率闭环上限频率HMH

31、f)1(fFAf 比开环时减小了比开环时减小了闭环下限频率闭环下限频率FAffMLLf1 引入负反响后，放大电路的通频带展宽了引入负反响后，放大电路的通频带展宽了f HLfHfffffBW 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 开环开环增益增益反响系数为反响系数为0.01时时反响系数为反响系数为0.1时时反响系数反响系数为为1时时7.7.2 增益增益-带宽积带宽积放大电路的增益放大电路的增益- -带宽积为常数带宽积为常数 HHHff11AffAFAFAfA 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

32、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 负反响放大电路的自激振荡及负反响放大电路的自激振荡及 稳定任务的条件稳定任务的条件7.8.1 负反响放大电路的自激振荡及稳定任务的条件负反响放大电路的自激振荡及稳定任务的条件1. 自激振荡景象自激振荡景象 在不加任何输在不加任何输入信号的情况下，入信号的情况下，放大电路仍会产生放大电路仍会产生一定频率的信号输一定频率的信号输出。出。2. 产生缘由产生缘由 在高频区或低频区产生的附加相移到达在高频区或低频区产生的附加相移到达180180，使，使中频区的负反响在高频区或低频区变成了正反响，当满足了中频区的负反响在高频区或低

33、频区变成了正反响，当满足了一定的幅值条件时，便产生自激振荡。一定的幅值条件时，便产生自激振荡。FA和和3. 自激振荡条件自激振荡条件自激振荡自激振荡反响深度反响深度时时， 01 FA即即1 FA为为环环路路增增益益）（ FA又又)()()()(fa FAFA得自激振荡条件得自激振荡条件1)()(kk FA 180)12()()(kfkan 幅值条件幅值条件相位条件附加相移相位条件附加相移FAAA 1f闭环增益闭环增益7.8.1 负反响放大电路的自激振荡及稳定任务的条件负反响放大电路的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荡条件破坏自激振荡条件1 FA 180)12(fan 1 FA 180fa 或或0lg20m GFA 180)12(fan 0lg20 FA 180mfa 当反响网络为纯电阻网络时，当反响网络为纯电阻网络时， f = 0f = 0。其中其中 Gm幅值裕度，普通要求幅值裕度，普通要求Gm -10dB m相位裕度，普通要求相位裕度，普通要求 m 45