电工学第3章课件

1、3 反馈及负反馈放大电路3.1 反馈的基本概念3.2 负反馈对放大电路性能的影响及负反馈的正确引入3.3 负反馈放大电路的分析计算3.4 负反馈放大电路的自激振荡3 反馈及负反馈放大电路一、基本内容：1.反馈的概念与反馈的判断；2.负反馈放大电路的组态；3.负反馈放大电路放大倍数的计算；4.负反馈对放大电路性能的影响；5.负反馈放大电路引起正反馈问题的分析。3 反馈及负反馈放大电路1. 通过学习，学生应掌握反馈的基本概念、反馈的作用以及电路中反馈类型的判断；2. 理解放大电路中引入不同组态负反馈后,对放大电路的影响；掌握深度负反馈下放大倍数的估算方法；3. 理解产生自激振荡的原因、条件及消除方

2、法。二、教学要求：3.1 反馈的基本概念返回主目录3.1.1 反馈的概念1. 反馈放大电路中的反馈，就是将放大电路的输出量(电压或电流)的全部或者一部分，通过一定的电路（网路）送回输入回路，与输入量(电压或电流)进行比较，通过影响放大电路输入量从而影响放大电路的输出量，使放大电路的性能得到改善的措施称为反馈。 按照反馈放大电路各部分电路的主要功能可将其分为基本放大电路和反馈网络两部分，如右图所示。3.1 反馈的基本概念前者主要功能是放大信号，后者主要功能是传输反馈信号。基本放大电路的输入信号称为净输入量，它不但取决于输入信号(输入量)，还与反馈信号(反馈量)有关。返回主目录举例：3.1 反馈的

3、基本概念UB一定输入量：ui、ube、ib输出量：uo、uce、ic正向传输：信号从输入端到输出端的传输TUBEICICUEIB反馈：将电子系统输出回路的电量（电压或电流），以一定的方式送回到输入回路的过程。返回主目录3.1 反馈的基本概念3.1.2 反馈的分类及其判断1. 直流反馈和交流反馈直流反馈：如果反馈量只含有直流量，则称直流反馈。交流反馈：如果反馈量只含有交流量，则称交流反馈。ic交流反馈直流反馈返回主目录3.1 反馈的基本概念注意:1.有的反馈只对交流信号起作用；有的反馈只对直流信号起作用；有的反馈对交、直流信号均起作用。2.若在反馈网络中串接隔直电容，则可以隔断直流，此时反馈只对

4、交流起作用。3.在起反馈作用的电阻两端并联旁路电容，可以使其只对直流起作用。返回主目录3.1 反馈的基本概念例3.1.1：判断下图中有哪些反馈回路，是交流反馈还是直流反馈。交、直流反馈交流反馈 注意电容的“隔直通交”作用！返回主目录3.1 反馈的基本概念2. 正反馈和负反馈负反馈：输入量不变时，引入反馈后使净输入量减小，放大倍数减小。正反馈：输入量不变时，引入反馈后使净输入量增加，放大倍数增加。返回主目录3.1 反馈的基本概念上图中基本放大器，无反馈，净输入量ube=ui，电压放大倍数为：引入反馈后，净输入量ube =ui- uf ，电压放大倍数为：可见，净输入量减小，放大倍数减小，所以是负反

5、馈。返回主目录3.1 反馈的基本概念正反馈与负反馈的判别方法:瞬时极性法假设输出端信号有一定极性的瞬时变化，依次经过反馈、比较、放大后，再回到输出端，若输出信号与原输出信号的变化极性相反，则为负反馈。反之为正反馈。判断时在输入端也要反映出反馈信号与输入信号的比较关系。返回主目录3.1 反馈的基本概念3. 电压反馈和电流反馈电压反馈：反馈信号取自输出电压。负反馈稳定输出电压。AFRLuo电压反馈电流反馈 ：反馈信号取自输出电流。负反馈稳定输出电流。电流反馈iouoFARLio判别法：使 uo = 0 (RL 短路)，若反馈消失为电压反馈。判别法：使 io = 0(RL 开路)，若反馈消失为电流反

6、馈。返回主目录3.1 反馈的基本概念4. 串联反馈和并联反馈串联反馈：反馈信号与输入信号以电压相比较的形式在输入端出现。RSAFuiuidufus并联反馈：反馈信号与输入信号以电流相比较的形式在输入端出现。AFiiifisiidRSuid = ui ufiid = ii if特点：反馈信号和输入信号在不同节点引入。特点：反馈信号和输入信号在同一节点引入。返回主目录3.1 反馈的基本概念+C1+ui ReRb+VCCC2RL+uo+ uid +uf例3.1.2：RL uo uf uid uo 稳定了输出电压，为电压反馈。反馈信号和输入信号在不同节点引入，为串联反馈。返回主目录5. 反馈的四种类型

7、AFuiuidufusRSRLuoAFuiuidufusRSiouoRLio返回主目录3.1 反馈的基本概念电压串联负反馈电流串联负反馈返回主目录3.1 反馈的基本概念FAiiifisiidRSRLuo电压并联负反馈FAiiifisiidRSiouoRLio电流并联负反馈3.1 反馈的基本概念例3.1.3：电压串联负反馈 AFuo 经 Rf 与 R1 分压反馈到输入回路，故有反馈。反馈使净输入电压 uid 减小，为负反馈。RL = 0，无反馈，故为电压反馈。uf = uoR1/(R1 + Rf) 也说明是电压反馈。uid = ui uf 故为串联反馈。返回主目录3.1 反馈的基本概念例3.1.

8、4：电流串联负反馈AFRf 为输入回路和输出回路的公共电阻，故有反馈。反馈使净输入电压 uid 减小，为负反馈。RL = 0，反馈存在，故为电流反馈。uf = ioRf ，也说明是电流反馈。uid = ui uf 故为串联反馈。返回主目录3.1 反馈的基本概念例3.1.5：电压并联负反馈AFRf 为输入回路和输出回路的公共电阻，故有反馈。反馈使净输入电流 iid 减小，为负反馈。RL = 0，无反馈，故为电压反馈。iid = ii if ，故为并联反馈。返回主目录3.1 反馈的基本概念例3.1.6：电流并联负反馈AFRf 介于输入回路和输出回路，故有反馈。反馈使净输入电流 iid 减小，为负反

9、馈。RL = 0，反馈存在，故为电流反馈。iid = ii if ，故为并联反馈。返回主目录3.1 反馈的基本概念电流串联负反馈电压串联负反馈例3.1.7：返回主目录3.1 反馈的基本概念例3.1.8：RE：引入本级电流串联负反馈；引入级间电流并联负反馈。规 律：（1） 反馈信号与输入信号在不同节点为串联反馈，在同一个节点为并联反馈。（2） 反馈取自输出端或输出分压端为电压反馈，反馈取自非输出端为电流反馈。返回主目录3.1 反馈的基本概念3.1.3 负反馈放大电路的基本关系式1. 反馈放大电路的框图表示法返回主目录3.1 反馈的基本概念2. 各变量之间的基本关系式开环放大倍数：反馈网络的反馈系

10、数：闭环放大倍数：由上述两式可得：基本放大电路的净输入信号：反馈深度：返回主目录3.1 反馈的基本概念它反映了反馈对放大电路影响的程度可分为下列三种情况：(1) 当时， ，相当正反馈；(2) 当时， ，相当于输入为零时仍(3) 当时， ，相当负反馈。返回主目录有输出，故称为“自激状态”；3.1 反馈的基本概念环路增益是指放大电路和反馈网络所形成环路的增益，当 时，称为深度负反馈，与 相当，于是闭环放大倍数如下：返回主目录3.1 反馈的基本概念也就是说在深度负反馈条件下，闭环放大倍数近似等于反馈系数的倒数，与有源器件的参数基本无关。一般反馈网络是无源元件构成的，其稳定性优于有源器件，因此深度负反

11、馈时的放大倍数比较稳定。返回主目录3.2 负反馈对放大电路性能的影响及负反馈的正确引入3.2.1 负反馈对放大电路性能的影响在放大电路中引入负反馈，虽然会导致闭环增益的下降，但能使放大电路的许多性能得到改善。例如，可以提高增益的稳定性，扩展通频带，减小非线性失真，改变输入电阻和输出电阻等。下面将分别加以讨论。返回主目录3.2 负反馈对放大电路性能的影响及负反馈的正确引入1. 提高放大倍数的稳定性（1）定性分析（2）定量分析为了从数量上表示增益的稳定程度，常用有、无反馈时增益的相对变化量之比来衡量。用 和 分别表示开环和闭环增益的相对变化量，用正实数A和F分别表示A和F的模，则闭环增益的表达式为

12、返回主目录3.2 负反馈对放大电路性能的影响及负反馈的正确引入对上式求微分得： 相对变量式为：返回主目录3.2 负反馈对放大电路性能的影响及负反馈的正确引入上式说明，一个放大电路加入负反馈后的闭环不稳定性为其开环不稳定性的。也就是说，放大电路的闭环放大倍数的稳定度比其开环时提高了(1+AF)倍，反馈深度越深，闭环的稳定度就越高，增益的变动减小。返回主目录3.2 负反馈对放大电路性能的影响及负反馈的正确引入2. 减小非线性失真由于半导体元件的非线性特性使放大电路的输出和输入无法达到线性关系。从而产生非线性失真。在引入深度负反馈电路后，电路的放大倍数几乎只与反馈元件有关而与基本放大电路无关。而反馈

13、元件一般为无源的R、C元件，具有良好的线性特征，能真实反馈输出量的变化。在输入信号不变时，使放大电路的净输入与输出信号变化趋势相反，从而有效抑制放大电路自身的非线性失真。返回主目录3.2 负反馈对放大电路性能的影响及负反馈的正确引入Aouiuo加反馈前加反馈后ufuiudAoF+改善uouo波形改善以降低闭环增益为代价返回主目录3.2 负反馈对放大电路性能的影响及负反馈的正确引入3. 抑制内部噪声和干扰利用负反馈减小内部干扰和噪声，其原理及物理过程与减小非线性失真一样，效果也是闭环噪声输出减小到开环噪声输出的 。 说明：（1） 噪声对有用信号的干扰，并不取决于噪声的绝对大小，而是由信噪比来决定

14、。 返回主目录3.2 负反馈对放大电路性能的影响及负反馈的正确引入用分贝表示为：（2）负反馈只能消弱放大器内部产生的噪声与干扰，对外部混入的干扰和噪声则不起作用。 （3）负反馈将噪声缩小 ，放大器的放大倍数也减小 ，故不能提高信噪比，只有用改进电路或加大有用信号的输入来提高信噪比。返回主目录3.2 负反馈对放大电路性能的影响及负反馈的正确引入4. 对输入电阻和输出电阻的影响（1）对输入电阻的影响1）串联负反馈使输入电阻增加返回主目录3.2 负反馈对放大电路性能的影响及负反馈的正确引入开环输入电阻：闭环输入电阻： = 结论：串联负反馈使输入电阻增大为原来的 倍说明：深度负反馈 时， 理解：串联负

15、反馈相当于在输入回路中串联了一个电阻，故输入电阻增加。返回主目录3.2 负反馈对放大电路性能的影响及负反馈的正确引入2）并联负反馈使输入电阻减小返回主目录3.2 负反馈对放大电路性能的影响及负反馈的正确引入开环输入电阻：闭环输入电阻：= = 结论：并联负反馈使输入电阻减小为原来的 倍理解：并联负反馈相当于在输入回路中并联了一条支路，故输入电阻减小返回主目录3.2 负反馈对放大电路性能的影响及负反馈的正确引入（2）对输出电阻的影响1）电压负反馈使输出电阻减小返回主目录3.2 负反馈对放大电路性能的影响及负反馈的正确引入由图可得：在输出回路列写基尔霍夫电压等式：= = 开环输出电阻：则：结论：电压

16、负反馈使输出电阻是原来的理解：输出电阻越小，输出电压就越稳定返回主目录3.2 负反馈对放大电路性能的影响及负反馈的正确引入2）电流负反馈使输出电阻增大返回主目录3.2 负反馈对放大电路性能的影响及负反馈的正确引入对图中输出回路，列写基尔霍夫电流式图中：代入上式得：则：结论：电流负反馈使输出电阻增大为原来的 倍理解：输出电阻越大，输出电流就越稳定返回主目录3.2 负反馈对放大电路性能的影响及负反馈的正确引入总结：负反馈对放大电路的影响都与反馈深度有关： 反馈使基本放大器的放大倍数变为原来的 。 返回主目录3.2 负反馈对放大电路性能的影响及负反馈的正确引入3.2.2 负反馈的正确引入1. 引入原

17、则1）为稳定静态工作点应引入直流负反馈，欲改善交流性能时则应引入交流负反馈。2）为稳定输出电压应引入电压负反馈，欲稳定输出电流则应引入电流负反馈。3）为稳定整个电路的最后输出量，应引入整体负反馈，欲稳定某一放大级的输出量，则应引入局返回主目录3.2 负反馈对放大电路性能的影响及负反馈的正确引入部负反馈。4）为提高放大电路的输入电阻应引入串联负反馈，欲减小放大电路的输入电阻时应引入并联负反馈。5）为减小输出电阻应引入电压负反馈，欲提高输出电阻则应引入电流负反馈。6）当信号源内阻小时，宜用串联负反馈，当信号源内阻大时，宜用并联负反馈。返回主目录3.3 负反馈放大电路的分析计算1. 估算的依据深度负

18、反馈:方法一:由 得即，深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈系数有关。返回主目录3.3 负反馈放大电路的分析计算方法二:根据将代入上式得即：输入量近似等于反馈量净输入量近似等于零或 由此可得深度负反馈条件下，基本放大电路“虚短”、“虚断”的概念。返回主目录3.3 负反馈放大电路的分析计算深度负反馈条件下：Xd=Xi-Xf0u+=u-（运放电路）ue=ub（三极管电路）（1） “虚短”ud0（2）“虚断”id0ii+=ii-=0 （运放电路）ib=0（三极管电路）“虚短”与“虚断”返回主目录3.3 负反馈放大电路的分析计算例3.3.1分立电路电压串联负反馈 解：用方法一 求反馈系数：2. 估算电压

19、放大倍数返回主目录3.3 负反馈放大电路的分析计算例3.3.2运放组成的电压串联负反馈 解：用方法二 利用虚短和虚断的概念得知闭环电压增益则返回主目录3.3 负反馈放大电路的分析计算例3.3.3分立电路电流并联负反馈反馈系数: 解：用方法一返回主目录3.3 负反馈放大电路的分析计算闭环增益闭环电压增益返回主目录3.3 负反馈放大电路的分析计算例3.3.4运放组成的电流并联负反馈闭环电压增益：利用虚短和虚断可知 解：用方法二ui=ii R1 ii=if返回主目录3.3 负反馈放大电路的分析计算例3.3.5分立电路电压并联负反馈 解：用方法一反馈系数:返回主目录3.3 负反馈放大电路的分析计算闭环

20、增益闭环电压增益返回主目录3.3 负反馈放大电路的分析计算例3.3.6运放组成的并联电压负反馈利用虚短和虚断可知u+=u-=0ii=if返回主目录3.3 负反馈放大电路的分析计算例3.3.7分立元件组成的电流串联负反馈 解：用方法一反馈系数:返回主目录3.3 负反馈放大电路的分析计算闭环增益闭环电压增益由第二章知，该电路闭环电压增益:返回主目录3.3 负反馈放大电路的分析计算例3.3.8运放组成的电流串联负反馈闭环电压增益利用虚短和虚断可知: 解：用方法二返回主目录3.3 负反馈放大电路的分析计算3. 估算输入输出电阻在深度负反馈条件下:返回主目录3.3 负反馈放大电路的分析计算例3.3.9电

21、压串联负反馈RifRifRb1ROf0返回主目录3.3 负反馈放大电路的分析计算例3.3.10电压并联负反馈Rif0RifRSROf0返回主目录3.3 负反馈放大电路的分析计算例3.3.11电流并联负反馈ROfRC2Rif0RifRSROf返回主目录3.4 负反馈放大电路的自激振荡3.4.1 负反馈放大电路的自激振荡及稳定工作条件1. 自激振荡现象ui = 0AuouiAuo2. 自激振荡的条件负反馈变为正反馈; 反馈信号要足够大。公式 可写成 返回主目录3.4 负反馈放大电路的自激振荡3. 产生自激振荡的原因附加相移 AF 使负反馈 正反馈一级放大电路附加相移 90 ,两级 180 ,三级 270 4. 自激振荡的判断方法自激振荡的两个条件中, 首先看相位条件, 只有相位条件满足了, 绝大多数情况下, 只要 , 放大器将产生自激。如