模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程(第三版)楊素行 PPT課件 第五章PPT課件

《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程(第三版)楊素行 PPT課件 第五章PPT課件》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程(第三版)楊素行 PPT課件 第五章PPT課件（50頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、5.1反饋的基本概念在電子設(shè)備中經(jīng)常采用反饋的方法來改善電路的性能，以達(dá)到預(yù)定的指標(biāo)。例如，采用直流負(fù)反饋穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。Rb1 和 Rb2 分壓，使基極 UB 固定。T ICQ (IEQ)UEQ = IEQReUBQ 固定UBEQ = UBQ- UEQIBQICQ使 ICQ 基本不隨溫度變化，穩(wěn)定了靜態(tài)工作點(diǎn)。反饋概念的建立圖 第1頁/共50頁圖 5.1.1放大電路中的反饋，是指將放大電路輸出電量(輸出電壓或輸出電流)的一部分或全部，通過一定的方式，反送回輸入回路中。UBEQ UBQ - ICQRE將輸出電流 ICQ(IEQ) 反饋回輸入回路，改變UBEQ，使 ICQ 穩(wěn)定。由此可見，欲穩(wěn)定

2、電路中的某個(gè)電量，應(yīng)采取措施將該電量反饋回輸入回路。第2頁/共50頁反饋的分類一、正反饋和負(fù)反饋反饋信號增強(qiáng)了外加輸入信號，使放大電路的放大倍數(shù)提高 正反饋反饋信號削弱了外加輸入信號，使放大電路的放大倍數(shù)降低 負(fù)反饋反饋極性的判斷方法：瞬時(shí)極性法。先假定某一瞬間輸入信號的極性，然后按信號的放大過程，逐級推出輸出信號的瞬時(shí)極性，最后根據(jù)反饋回輸入端的信號對原輸入信號的作用，判斷出反饋的極性。第3頁/共50頁(a)正反饋(b)負(fù)反饋例：用瞬時(shí)極性法判斷電路中的反饋極性。-因?yàn)椴钅］斎腚妷旱扔谳斎腚妷号c反饋電壓之差，反饋增強(qiáng)了輸入電壓，所以為正反饋。-反饋信號削弱了輸入信號，因此為負(fù)反饋。圖 第4頁

3、/共50頁二、直流反饋和交流反饋圖 直流反饋與交流反饋 (a)直流負(fù)反饋(b)交流負(fù)反饋直流負(fù)反饋可穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，交流負(fù)反饋用以改善放大電路的性能。第5頁/共50頁三、電壓反饋和電流反饋如果反饋信號取自輸出電壓，則為電壓反饋；電壓負(fù)反饋的反饋信號與輸出電壓成比例；反饋信號取自輸出電流，則為電流反饋，電流負(fù)反饋的反饋信號與輸出電流成比例。判斷方法：假設(shè)將輸出端交流短路，如果反饋信號消失，則為電壓反饋；否則為電流反饋。 Re1 兩端的電壓與輸出信號無關(guān)，即反饋信號消失，所以為電壓反饋。例：圖 (b)第6頁/共50頁反饋信號末消失，所以為電流反饋。四、串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋反饋信號與輸入信號在輸入回路

4、中以電壓形式求和，為串聯(lián)反饋；如果二者以電流形式求和，為并聯(lián)反饋。例：FIBiii 因?yàn)橐驗(yàn)?FIBEuuu 因?yàn)橐驗(yàn)樗詾椴⒙?lián)反饋；所以為串聯(lián)聯(lián)反饋。第7頁/共50頁負(fù)反饋的四種組態(tài)一、電壓串聯(lián)負(fù)反饋圖 電壓串聯(lián)負(fù)反饋 (a)電路圖反饋信號與輸出電壓成正比，集成運(yùn)放的凈輸入電壓等于輸入電壓與反饋電壓之差，.fi.iUUU .oF11f.URRRU 第8頁/共50頁圖 電壓串聯(lián)負(fù)反饋(b)方框圖電壓放大倍數(shù)：io.UUAuu 反饋系數(shù)：of.UUFuu 因?yàn)椋?oF11f.URRRU 所以反饋系數(shù)：F11o.f.RRRUUFuu 第9頁/共50頁二、電壓并聯(lián)負(fù)反饋圖 電壓并聯(lián)負(fù)反饋(a)電路圖

5、反饋信號與輸出電壓成正比，凈輸入電流等于外加輸入電流與反饋電流之差.f.i.iIII F.of.RUI 第10頁/共50頁圖 電壓并聯(lián)負(fù)反饋 (b)方框圖放大倍數(shù)：io.IUAui 轉(zhuǎn)移電阻反饋系數(shù)：of.UIFiu 因?yàn)椋篎.of.RUI 所以反饋系數(shù)：Fo.f.1RUIFiu 第11頁/共50頁三、電流串聯(lián)負(fù)反饋圖 電流串聯(lián)負(fù)反饋 (a)電路圖反饋信號與輸出電流成正比，凈輸入電壓等于外加輸入信號與反饋信號之差.fi.iUUU Fo.f.RIU 第12頁/共50頁圖 電流串聯(lián)負(fù)反饋(b)方框圖io.UIAiu 轉(zhuǎn)移電導(dǎo)反饋系數(shù)：of.IUFui 因?yàn)椋篎o.f.RIU 所以反饋系數(shù)：Fo.f

6、.RIUFui 第13頁/共50頁四、電流并聯(lián)負(fù)反饋圖 電流并聯(lián)負(fù)反饋(a)電路圖 反饋信號與輸出電流成正比，凈輸入電流等于外加輸入信號與反饋信號之差：.f.iiIII F33o.f.RRRII 第14頁/共50頁圖 電流并聯(lián)負(fù)反饋(b)方框圖電流放大倍數(shù)：io.IIAii 反饋系數(shù)：o.fIIFii 因?yàn)椋篎33o.f.RRRII 所以反饋系數(shù)：F33o.f.RRRIIFui 第15頁/共50頁四種負(fù)反饋組態(tài)的電壓放大倍數(shù)、反饋系數(shù)之比較輸出信號輸出信號反饋信號反饋信號放大網(wǎng)絡(luò)的放大倍數(shù)放大網(wǎng)絡(luò)的放大倍數(shù)反饋系數(shù)反饋系數(shù)電壓串聯(lián)式電壓串聯(lián)式電壓并聯(lián)式電壓并聯(lián)式電流串聯(lián)式電流串聯(lián)式電流并聯(lián)式電

7、流并聯(lián)式o.Uo.Uo.Io.If.Uf.Uf.If.Iio.UUAuu 電壓放大倍數(shù))(io. IUAui轉(zhuǎn)移電阻 )S(io.UIAiu 轉(zhuǎn)移電導(dǎo)io.IIAii 電流放大倍數(shù)of.UUFuu S)(of.UIFiu )(of. IUFuiof.IIFii 第16頁/共50頁反饋的一般表達(dá)式圖 反饋放大電路方框圖.f.o.iXXX，分 別 為 輸入信號、輸出信號和反饋信號；開環(huán)放大倍數(shù):.A無反饋時(shí)放大網(wǎng)絡(luò)的放大倍數(shù)；因?yàn)椋篿.o.XXA o.f.XXF .f.iiXXX 所以：)()(.o.i.f.i.i.oXFXAXXAXAX 得：閉環(huán)放大倍數(shù):.fAFAAXXA 1.i.o.f第17

8、頁/共50頁FAAXXA 1.i.o.f閉環(huán)放大倍數(shù)：.fA引入反饋后，放大電路對外加輸入信號的放大倍數(shù)。回路增益：.FA在反饋放大電路中，信號沿放大網(wǎng)絡(luò)和反饋網(wǎng)絡(luò)組成的環(huán)路傳遞一周后所得到的放大倍數(shù)。：.1FA 反饋深度 引入反饋后，放大電路的放大倍數(shù)與無反饋時(shí)相比所變化的倍數(shù)。1 1 FA若若 fAA 則則負(fù)反饋；1 1 FA若若 fAA 則則正反饋。第18頁/共50頁FAAXXA 1.i.o.f若11 FAFFAAFAAA11.f 深度負(fù)反饋結(jié)論：深負(fù)反饋放大電路的放大倍數(shù)主要由反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù)決定，能保持穩(wěn)定。若， 01 FA則 fA自激振蕩第19頁/共50頁5.2負(fù)反饋對放大電路性

9、能的影響提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性引入負(fù)反饋后，在輸入信號一定的情況下，當(dāng)電路參數(shù)變化、電源電壓波動或負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，放大電路輸出信號的波動減小，即放大倍數(shù)的穩(wěn)定性提高。放大倍數(shù)穩(wěn)定性提高的程度與反饋深度有關(guān)。FAAA 1.f在中頻范圍內(nèi)，AFAA 1fAAAFAAd11dff 放大倍數(shù)的相對變化量：結(jié)論：引入負(fù)反饋后，放大倍數(shù)的穩(wěn)定性提高了 (1 + AF) 倍。第20頁/共50頁圖 5.1.4(a)例：在電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路中， k18k210F15RRA， 估算反饋系數(shù)和反饋深度F；)1(FA 估算放大電路的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)；fA 如果開環(huán)差模電壓放大倍數(shù) A 的相對變化量為10%，此時(shí)閉環(huán)

10、電壓放大倍數(shù) Af 的相對變化量等于多少？解： 反饋系數(shù)1 . 01822F11of RRRUUF反饋深度45101 . 01011 FA第21頁/共50頁 閉環(huán)放大倍數(shù)101010145.f FAAA Af 的相對變化量%001. 010%10d11d4ff AAAFAA 結(jié)論：當(dāng)開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)變化 10% 時(shí)，電壓放大倍數(shù)的相對變化量只有 0.000 1%，而穩(wěn)定性提高了一萬倍。第22頁/共50頁xf負(fù)反饋減小了波形失真 加入負(fù)反饋無負(fù)反饋FxfAxixoxo大小xiA接近正弦波預(yù)失真+ix 減小非線性失真和抑制干擾同樣道理，負(fù)反饋可抑制放大電路內(nèi)部噪聲。圖 第23頁/共50頁展寬頻

11、帶由于負(fù)反饋可以提高放大倍數(shù)和穩(wěn)定性，因而對于 頻率不同而引起的放大倍數(shù)下降，也可以改善。設(shè)無反饋時(shí)放大電路在中、高頻段的放大倍數(shù)分別為 ，上限頻率為 f；HmAA和和HmHj1ffAA HffmAA和和 引入反饋系數(shù)為的負(fù)反饋后，放大電路在中、高頻段的放大倍數(shù)分別為 ，上限頻率為 fHf。F第24頁/共50頁HfmfHmmmHmmHmHmHHHfj1)1(j11j1j11j11ffAfFAfFAAffFAAFffAffAFAAA 所以：FAAAmmmf1 HmHf)1(fFAf 第25頁/共50頁可見，引入負(fù)反饋后，放大電路的中頻放大倍數(shù)減小為無反饋時(shí)的1 /；而上限頻率提高到無反饋時(shí)的倍。

12、)1(mFA )1(FAm 同理，可推導(dǎo)出引入負(fù)反饋后，放大電路的下限頻率降低為無反饋時(shí)的 1 /。)1(mFA 結(jié)論：引入負(fù)反饋后，放大電路的上限頻率提高，下限頻率降低，因而通頻帶展寬。BWFABW)1(mf 第26頁/共50頁BWFABW)1(mf Alg20mlg20A3dBmflg20A3dBfLfHBWfLffHfBWf圖 負(fù)反饋對通頻帶和放大倍數(shù)的影響f第27頁/共50頁改變輸入電阻和輸出電阻不同類型的負(fù)反饋，對輸入電阻、輸出電阻的影響不同。一、負(fù)反饋對輸入電阻的影響1. 串聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻增大iiiIUR iiiifiiiifIUFAUIUUIUR 得：iif)1(RFAR 結(jié)

13、論：引入串聯(lián)負(fù)反饋后，輸入電阻增大為無反饋時(shí)的 倍。)1(FA 圖 第28頁/共50頁2. 并聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻減小.fiiIII iiiIUR iiifiiiiifIFAIUIIUIUR FARR 1iif得：結(jié)論：引入并聯(lián)負(fù)反饋后，輸入電阻減小為無負(fù)反饋時(shí)的 1/ 。)1(FA 圖 并聯(lián)負(fù)反饋對 Ri 的影響第29頁/共50頁二、負(fù)反饋對輸出電阻的影響1. 電壓負(fù)反饋使輸出電阻減小Rcf Li, 0oooRXIURoffiiUFXXXX 放大電路的輸出電阻定義為：時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng)0i XooooioooUFARIXARIU 得：FARIURooooof1 結(jié)論：引入電壓負(fù)反饋后，放大電路的輸出電阻

14、減小到無反饋時(shí)的。)1(1FA 圖 第30頁/共50頁2. 電流負(fù)反饋使輸出電阻增大圖 offiiIFXXXX ooooiooooIFARUXARUI 結(jié)論：引入電流負(fù)反饋后，放大電路的輸出電阻增大到無反饋時(shí)的 倍。)1(oFA 第31頁/共50頁綜上所述1. 反饋信號與外加輸入信號的求和方式只對放大電路的輸入電阻有影響：串聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻增大；并聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻減小。2. 反饋信號在輸出端的采樣方式只對放大電路的輸出電阻有影響：電壓負(fù)反饋使輸出電阻減小；電流負(fù)反饋使輸出電阻增大。3. 串聯(lián)負(fù)反饋只增大反饋環(huán)路內(nèi)的輸入電阻；電流負(fù)反饋只增大反饋環(huán)路內(nèi)的輸出電阻。4. 負(fù)反饋對輸入電阻和輸出

15、電阻的影響程度，與反饋深度有關(guān)。第32頁/共50頁5.3負(fù)反饋放大電路的分析計(jì)算簡單的負(fù)反饋放大電路，利用微變等效電路法進(jìn)行分析計(jì)算；對于深度負(fù)反饋放大電路，采用估算方法。5.3.1利用關(guān)系式估算閉環(huán)電壓放大倍數(shù)FA1f 對于電壓串聯(lián)負(fù)反饋，中的 代表閉環(huán)電壓放大倍數(shù)，因而可直接估算出負(fù)反饋放大電路的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)。FA1f fA因而：uuuuFA1f 第33頁/共50頁5.3.2利用關(guān)系式 估算閉環(huán)電壓放大倍數(shù)ifXX 放大電路的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)：iofXXA 深度負(fù)反饋放大電路的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)：FA1f ofXXF 而而foio XXXX 所以所以得得fiXX 對于串聯(lián)負(fù)反饋：并聯(lián)負(fù)反

16、饋：fiUU fiII 結(jié)論：根據(jù)負(fù)反饋組態(tài)，選擇適當(dāng)?shù)墓剑辉俑鶕?jù)放大電路的實(shí)際情況，列出關(guān)系式后，直接估算閉環(huán)電壓放大倍數(shù)。第34頁/共50頁例：估算深負(fù)反饋運(yùn)放的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)。解： 該電路為電壓并聯(lián)負(fù)反饋，在深度負(fù)反饋條件下：fiII ， 1iiRUI FofRUI 1iFoRURU 得得則閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為：11. 0202 . 2 1FiofRRUUAuu圖 例 電路(a)第35頁/共50頁該電路為電壓串聯(lián)負(fù)反饋o323fURRRU 5 . 22311132f RRFAuuuu323ofRRRUUFuu 故故在深度負(fù)反饋條件下圖 例 電路(b)第36頁/共50頁圖 例 電路(c)

17、該電路為電流并聯(lián)負(fù)反饋，在深度負(fù)反饋條件下：fiII F33LoF33ofRRRRURRRII 1iiRUI 故：1iF33LoRURRRRU 閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為：9 . 51 . 51)101 . 5(2)(1 3F3LiofRRRRRUUAuu第37頁/共50頁圖 5.3.2例 5.3.1 電路(d)該電路為電流串聯(lián)負(fù)反饋，在深度負(fù)反饋條件下：fiUU iFofURIU LooRIU 34. 0151 . 5FLiof RRUUAuu所以所以第38頁/共50頁5.4負(fù)反饋放大電路的自激振蕩對于多級放大電路，如果引入過深的負(fù)反饋，可能引起自激振蕩。產(chǎn)生自激振蕩原因放大電路的閉環(huán)放大倍數(shù)為：F

18、AAA 1f在中頻段，11 FAAF在高、低頻段，放大倍數(shù)和反饋系數(shù) 的模和相角都隨頻率變化，使 。11 FA一、自激振蕩的幅度條件和相位條件01 FA， fA當(dāng) 時(shí)說明，此時(shí)放大電路沒有輸入信號，但仍有一定的輸出信號，因此產(chǎn)生了自激振蕩。第39頁/共50頁01 FA所以，負(fù)反饋放大電路產(chǎn)生自激振蕩的條件是：即：1 FA1 FA)210()12(arg， nnFA幅度條件相位條件例：由單管阻容耦合共射放大電路的頻率響應(yīng)270ouA0.707AumAumfLfHBWffOO90o180ofLfH圖 第40頁/共50頁可見，在低、高頻段，放大電路分別產(chǎn)生了 0 + 90 和 0 -90 的附加相移

19、。兩級放大電路將產(chǎn)生 0 180 附加相移；三級放大電路將產(chǎn)生 0 270 的附加相移。對于多級放大電路，如果某個(gè)頻率的信號產(chǎn)生的附加相移為 180o，而反饋網(wǎng)絡(luò)為純電阻，則： 180argFA滿足自激振蕩的相位條件，如果同時(shí)滿足自激振蕩的幅度條件，放大電路將產(chǎn)生自激振蕩。第41頁/共50頁結(jié)論，單級放大電路不會產(chǎn)生自激振蕩；兩級放大電路當(dāng)頻率趨于無窮大或趨于零時(shí)，雖然滿足相位條件，但不滿足幅度條件，所以也不會產(chǎn)生自激振蕩；但三級放大電路，在深度負(fù)反饋條件下，對于某個(gè)頻率的信號，既滿足相位條件，也滿足幅度條件，可以產(chǎn)生自激振蕩。二、自激振蕩的判斷方法利用負(fù)反饋放大電路回路增益的波特圖，分析是否

20、同時(shí)滿足自激振蕩的幅度和相位條件。FA第42頁/共50頁例：某負(fù)反饋放大電路的波特圖為：FAf / HZf / HZfofo60dB/lg20FA40200090180 AF圖 (a)產(chǎn)生自激由波特圖中的相頻特性可見，當(dāng) f = f0 時(shí)，相位移 AF = -180，滿足相位條件；1 FA結(jié)論：當(dāng) f = f0 時(shí)，電路同時(shí)滿足自激振蕩的相位條件和幅度條件，將產(chǎn)生自激振蕩。此頻率對應(yīng)的對數(shù)幅頻特性位于橫坐標(biāo)軸之上，即：第43頁/共50頁結(jié)論：該負(fù)反饋放大電路不會產(chǎn)生自激振蕩，能夠穩(wěn)定工作。1 FA例：由 負(fù) 反 饋 放 大 電 路 的波特圖可見，當(dāng) f = f0 ，相位移 AF = -180

21、時(shí)FAf / HZf / HZf0f060dB/lg20FA4020OO90180 AFfcfc圖 5.4.2利用波特圖來判斷自激振蕩(b)不產(chǎn)生自激第44頁/共50頁Gm三、負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定裕度當(dāng)環(huán)境溫度、電路參數(shù)及電源電壓等在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，為保證放大電路也能滿足穩(wěn)定條件，要求放大電路要有一定的穩(wěn)定裕度。1. 幅度裕度 Gmf / HZf / HZfofo60dB/lg20FA4020OO90180 AFfcfc)dB(lg200mffFAG 對于穩(wěn)定的負(fù)反饋放大電路，Gm 為負(fù)值。 Gm 值愈負(fù)，負(fù)反饋放大電路愈穩(wěn)定。一般要求 Gm -10 dB 。圖 第45頁/共50頁2. 相位

22、裕度 m 180AF 當(dāng) f = fc 時(shí)，0lg20 FAcAFm180ff 負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定對于穩(wěn)定的負(fù)反饋放大電路，m 為正值。m 值愈大，負(fù)反饋放大電路愈穩(wěn)定。一般要求 m 45f / Hzf / Hzfofo60dB/lg20FA40200090180 AFfcfcmGm圖 5.4.2第46頁/共50頁常用的校正措施為保證放大電路穩(wěn)定工作，對于三級或三級以上的負(fù)反饋放大電路，需采取適當(dāng)措施破壞自激振蕩的幅度條件和相位條件。最簡單的方法是減小反饋系數(shù)或反饋深度，使得在滿足相位條件時(shí)不滿足幅度條件。但是，由于反饋深度下降，不利于放大電路其他性能的改善，因此通常采用接入電容或 RC 元件組成校正網(wǎng)絡(luò)，以消除自激振蕩。第47頁/共50頁一、電容校正 比較簡單的消振措施是在負(fù)反饋放大電路的適當(dāng)?shù)胤浇尤胍粋€(gè)電容。 接入的電容相當(dāng)于并聯(lián)在前一級的負(fù)載上，在中、低頻時(shí)，容抗很大，所以這個(gè)電容基本不起作用。 高頻時(shí)，容抗減小，使前一級的放大倍數(shù)降低，從而破壞自激振蕩的條件，使電路穩(wěn)定工作。圖 電容校正網(wǎng)絡(luò)第48頁/共50頁二、RC 校正 除了電容校正以外，還可以利用電阻、電容元件串聯(lián)組成的 RC 校正網(wǎng)絡(luò)來消除自激振蕩。 利用 RC 校正網(wǎng)絡(luò)代替電容校正網(wǎng)絡(luò)，將使通頻帶變窄的程度有所改善。圖 RC 校正網(wǎng)絡(luò)第49頁/共50頁感謝您的觀看。第50頁/共50頁