《放大電路中的反饋》PPT課件.ppt

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1、第六章 放大電路中的反饋,第六章 放大電路中的反饋,6.1 反饋的概念及判斷,6.2 負(fù)反饋放大電路的方框圖及放大倍數(shù)的估算,6.3 交流負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響,6.4 負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定性,6.5 放大電路中反饋的其它問題,本章基本要求,會(huì)判：判斷電路中有無(wú)反饋及反饋的性質(zhì) 會(huì)算：估算深度負(fù)反饋條件下的放大倍數(shù) 會(huì)引：根據(jù)需求引入合適的反饋 會(huì)判振消振：判斷電路是否能穩(wěn)定工作，會(huì)消除自激振蕩。,6.1 反饋的概念及判斷,一、反饋的基本概念,二、交流負(fù)反饋的四種組態(tài),三、反饋的判斷,1. 什么是反饋,放大電路輸出量的一部分或全部通過一定的方式引回到輸入回路，影響輸入，稱為反饋。,一、反饋

2、的基本概念,要研究哪些問題？,反饋放大電路可用方框圖表示。,2. 正反饋和負(fù)反饋,從反饋的結(jié)果來(lái)判斷，凡反饋的結(jié)果使輸出量的變化減小的為負(fù)反饋，否則為正反饋；,引入反饋后其變化是增大？還是減??？,引入反饋后其變化是增大？還是減小？,或者，凡反饋的結(jié)果使凈輸入量減小的為負(fù)反饋，否則為正反饋。,3. 直流反饋和交流反饋,直流通路中存在的反饋稱為直流反饋，交流通路中存在的反饋稱為交流反饋。,引入交流負(fù)反饋,4. 局部反饋和級(jí)間反饋,只對(duì)多級(jí)放大電路中某一級(jí)起反饋?zhàn)饔玫姆Q為局部反饋，將多級(jí)放大電路的輸出量引回到其輸入級(jí)的輸入回路的稱為級(jí)間反饋。,通過R3引入的是局部反饋,通過R4引入的是級(jí)間反饋,通常

3、，重點(diǎn)研究級(jí)間反饋或稱總體反饋。,二、交流負(fù)反饋的四種組態(tài),將輸出電壓的一部分或全部引回到輸入回路來(lái)影響凈輸入量的為電壓反饋，即,將輸出電流的一部分或全部引回到輸入回路來(lái)影響凈輸入量的為電流反饋，即,描述放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)在輸出端的連接方式，即反饋網(wǎng)絡(luò)的取樣對(duì)象。,1. 電壓反饋和電流反饋,或者說從輸出端并聯(lián)引回的是電壓反饋，串聯(lián)引回的是電流反饋,,2. 串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋,描述放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)在輸入端的連接方式，即輸入量、反饋量、凈輸入量的疊加關(guān)系。,--串聯(lián)負(fù)反饋,--并聯(lián)負(fù)反饋,負(fù)反饋,反饋量在輸出端并聯(lián)接入的是并聯(lián)反饋，串聯(lián)接入的是串聯(lián)反饋,3. 四種反饋組態(tài)：注意量綱,電壓串聯(lián)負(fù)反

4、饋,電流串聯(lián)負(fù)反饋,電壓并聯(lián)負(fù)反饋,電流并聯(lián)負(fù)反饋,為什么在并聯(lián)負(fù)反饋電路中不加恒壓源信號(hào)？ 為什么在串聯(lián)負(fù)反饋電路中不加恒流源信號(hào)？,三、反饋的判斷,“找聯(lián)系”：找輸出回路與輸入回路的聯(lián)系，若有則有反饋，否則無(wú)反饋。,有反饋嗎？,將輸出電壓全部反饋回去,無(wú)反饋,1. 有無(wú)反饋的判斷,既在輸入回路又在輸出回路,2. 直流反饋和交流反饋的判斷,“看通路”，即看反饋是存在于直流通路還是交流通路。,設(shè)以下電路中所有電容對(duì)交流信號(hào)均可視為短路。,僅有直流反饋,僅有交流反饋,交、直流反饋共存,僅有直流反饋,3. 正、負(fù)反饋（反饋極性）的判斷,“看反饋的結(jié)果” ，即凈輸入量是被增大還是被減小。,瞬時(shí)極性法

5、： 給定 的瞬時(shí)極性，并以此為依據(jù)分析電路中各電流、電位的極性從而得到 的極性；,的極性 的極性 、 、 的疊加關(guān)系,正反饋,負(fù)反饋,3. 正、負(fù)反饋的判斷,反饋量是僅僅決定于輸出量的物理量。,是什么組態(tài)的反饋？,電壓串聯(lián),是什么反饋？,負(fù)反饋,,,,,在判斷集成運(yùn)放構(gòu)成的反饋放大電路的反饋極性時(shí)，凈輸入電壓指的是集成運(yùn)放兩個(gè)輸入端的電位差，凈輸入電流指的是同相輸入端或反相輸入端的電流。,反饋電流,反饋量?jī)H決定于輸出量,,,凈輸入電流減小，引入了負(fù)反饋,凈輸入電流增大，引入了正反饋,4. 電壓反饋和電流反饋的判斷,電路引入了電壓負(fù)反饋,令輸出電壓為0，若反饋量隨之為0，則為電壓反饋

6、；若反饋量依然存在，則為電流反饋。,,4. 電壓反饋和電流反饋的判斷,,,,,,電路引入了電流負(fù)反饋,,反饋電流,引入電壓負(fù)反饋可以--------穩(wěn)定輸出電壓！,僅受基極電流的控制,引入電流負(fù)反饋可以--------穩(wěn)定輸出電流！,5. 串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋的判斷,在輸入端，輸入量、反饋量和凈輸入量以電壓的方式疊加，為串聯(lián)反饋；以電流的方式疊加，為并聯(lián)反饋。,引入了并聯(lián)反饋,引入了串聯(lián)反饋,分立元件放大電路中反饋的分析,3. 若在第三級(jí)的射極加旁路電容，且在輸出端和輸入端跨接一電阻，則反饋的性質(zhì)有何變化？,1. 若從第三級(jí)射極輸出，則電路引入了哪種組態(tài)的交流負(fù)反饋？,2. 若在第三級(jí)的射極加旁

7、路電容，則反饋的性質(zhì)有何變化？,引入了電流串聯(lián)負(fù)反饋,作用？,圖示電路有無(wú)引入反饋？是直流反饋還是交流反饋？是正反饋還是負(fù)反饋？若為交流負(fù)反饋，其組態(tài)為哪種？,清華大學(xué) 華成英 ,分立元件放大電路中的凈輸入量和輸出電流,在判斷分立元件反饋放大電路的反饋極性時(shí)，凈輸入電壓常指輸入級(jí)晶體管的b-e（e-b）間或場(chǎng)效應(yīng)管g-s（s-g）間的電位差，凈輸入電流常指輸入級(jí)晶體管的基極電流（射極電流）或場(chǎng)效應(yīng)管的柵極（源極）電流。 在分立元件電流負(fù)反饋放大電路中，反饋量常取自于輸出級(jí)晶體管的集電極電流或發(fā)射極電流，而不是負(fù)載上的電流；此時(shí)稱輸出級(jí)晶體管的集電極電流或發(fā)射極電流為輸出電流，反饋的結(jié)果將穩(wěn)定該

8、電流。,6.2 負(fù)反饋放大電路的方框圖及放大倍數(shù)的估算,一、負(fù)反饋放大電路的方框圖,二、負(fù)反饋放大電路放大倍數(shù)的一般表達(dá)式,三、深度負(fù)反饋的實(shí)質(zhì),四、基于反饋系數(shù)的放大倍數(shù)的估算方法,五、基于理想運(yùn)放的放大倍數(shù)的計(jì)算方法,一、負(fù)反饋放大電路的方框圖,斷開反饋，且考慮反饋網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載效應(yīng),決定反饋量和輸出量關(guān)系的所有元件所組成的網(wǎng)絡(luò),負(fù)反饋放大電路 的基本放大電路,反饋網(wǎng)絡(luò),方框圖中信號(hào)是單向流通的。,基本放大電路的放大倍數(shù),反饋系數(shù),反饋放大電路的放大倍數(shù),二、負(fù)反饋放大電路放大倍數(shù)的一般表達(dá)式,三、深度負(fù)反饋的實(shí)質(zhì),凈輸入量忽略不計(jì),四、基于反饋系數(shù)的電壓放大倍數(shù)的估算方法,1. 電壓串聯(lián)負(fù)反

9、饋電路,2. 電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路,為什么?,為什么?,2. 電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路,令uN=0,3. 電流串聯(lián)負(fù)反饋電流,4. 電流并聯(lián)負(fù)反饋電路,深度負(fù)反饋條件下四種組態(tài)負(fù)反饋放大電路的電壓放大倍數(shù),討論一 求解在深度負(fù)反饋條件下電路的電壓放大倍數(shù)。,_,+,+,uF,比較兩電路,_,討論二 求解在深度負(fù)反饋條件下電路的電壓放大倍數(shù)。,1. 第三級(jí)從射極輸出；,2. 若在第三級(jí)的射極加旁路電容，且在輸出端和輸入端跨接一電阻。,五、基于理想運(yùn)放的電壓放大倍數(shù)的計(jì)算方法,1. 理想運(yùn)放參數(shù)特點(diǎn)： Aod，rid， ro0，fH ，所有失調(diào)因素、溫漂、噪聲均為零。,2. 理想運(yùn)放工作在線性區(qū)的電路特征

10、：引入交、直流負(fù)反饋,無(wú)源網(wǎng)絡(luò),3. 理想運(yùn)放工作在線性區(qū)的特點(diǎn),利用“虛短”、“虛斷”求解電路,清華大學(xué) 華成英 ,利用“虛短”、“虛斷”求解電路。,清華大學(xué) 華成英 ,,,,設(shè)所有的電容對(duì)交流信號(hào)均可視為短路。試說明電路中是否引入了交流負(fù)反饋；如引入了，則說明其組態(tài)。,電流串聯(lián)負(fù)反饋,討論,電流串聯(lián)負(fù)反饋,6.3 交流負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響,一、提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性,二、改變輸入電阻和輸出電阻,三、展寬頻帶,四、減小非線性失真,五、引入負(fù)反饋的一般原則,一、提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性,在中頻段，放大倍數(shù)、反饋系數(shù)等均為實(shí)數(shù)。,說明放大倍數(shù)的變化減小到基本放大電路的 ，,放大倍數(shù)的穩(wěn)定性

11、是基本放大電路的 倍。,二、改變輸入電阻和輸出電阻,1. 對(duì)輸入電阻的影響,引入串聯(lián)負(fù)反饋時(shí),對(duì)輸入電阻的影響僅與反饋網(wǎng)絡(luò)和基本放大電路在輸入端的接法有關(guān)，即決定于是串聯(lián)反饋還是并聯(lián)反饋。,串聯(lián)負(fù)反饋對(duì)輸入電阻影響的討論,引入串聯(lián)負(fù)反饋，使引入反饋的支路的等效電阻增大到原來(lái)的（1AF）倍。,引入串聯(lián)負(fù)反饋，對(duì)圖示兩電路的輸入電阻所產(chǎn)生的影響一樣碼？ Rb1支路在引入反饋前后對(duì)輸入電阻的影響有無(wú)變化？,引入并聯(lián)負(fù)反饋時(shí),串聯(lián)負(fù)反饋增大輸入電阻，并聯(lián)負(fù)反饋減小輸入電阻。,2、對(duì)輸出電阻的影響,對(duì)輸出電阻的影響僅與反饋網(wǎng)絡(luò)和基本放大電路在輸出端的接法有關(guān)，即決定于是電壓反饋還是電流反饋。,引

12、入電壓負(fù)反饋時(shí),引入電流負(fù)反饋時(shí),電壓負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電壓，使輸出具有恒壓特性，因而輸出電阻減小。,電流負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電流，使輸出具有恒流特性，因而輸出電阻增大。,電流負(fù)反饋對(duì)輸出電阻影響的討論,Rc2支路在引入反饋前后對(duì)輸出電阻的影響有無(wú)變化？,引入電流負(fù)反饋，使引出反饋的支路的等效電阻增大到原來(lái)的（1AF）倍。,三、展寬頻帶：設(shè)反饋網(wǎng)絡(luò)是純電阻網(wǎng)絡(luò),,,,引入負(fù)反饋后的幅頻特性,,,,fL,fH,,,四、減小非線性失真,由于晶體管輸入特性的非線性，當(dāng)b-e間加正弦波信號(hào)電壓時(shí)，基極電流的變化不是正弦波。,可以設(shè)想，若加在b-e之間的電壓正半周幅值大于負(fù)半周的幅值，則其電流失真會(huì)減小，甚至為正

13、弦波。,非正弦波,近似 正弦波,四、減小非線性失真 設(shè)基本放大電路的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)同相。,可以證明，在引入負(fù)反饋前后輸出量基波幅值相同的情況下，非線性失真減小到基本放大電路的1/(1AF )。,凈輸入信號(hào)的正半周幅值小于負(fù)半周幅值,五、引入負(fù)反饋的一般原則,穩(wěn)定Q點(diǎn)應(yīng)引入直流負(fù)反饋，改善動(dòng)態(tài)性能應(yīng)引入交流負(fù)反饋； 根據(jù)信號(hào)源特點(diǎn)，增大輸入電阻應(yīng)引入串聯(lián)負(fù)反饋，減小輸入電阻應(yīng)引入并聯(lián)負(fù)反饋； 根據(jù)負(fù)載需要，需輸出穩(wěn)定電壓（即減小輸出電阻）的應(yīng)引入電壓負(fù)反饋，需輸出穩(wěn)定電流（即增大輸出電阻）的應(yīng)引入電流負(fù)反饋； 從信號(hào)轉(zhuǎn)換關(guān)系上看，輸出電壓是輸入電壓受控源的為電壓串聯(lián)負(fù)反饋，輸出電壓是輸入電流

14、受控源的為電壓并聯(lián)負(fù)反饋，輸出電流是輸入電壓受控源的為電流串聯(lián)負(fù)反饋，輸出電流是輸入電流受控源的為電流并聯(lián)負(fù)反饋； 當(dāng)(1AF) 1時(shí)，它們的轉(zhuǎn)換系數(shù)均約為1/F。,討論一,為減小放大電路從信號(hào)源索取的電流，增強(qiáng)帶負(fù)載能力，應(yīng)引入什么反饋？ 為了得到穩(wěn)定的電流放大倍數(shù)，應(yīng)引入什么反饋？ 為了穩(wěn)定放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，應(yīng)引入什么反饋？ 為了使電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成與之成穩(wěn)定關(guān)系的電壓信號(hào)，應(yīng)引入什么反饋？ 為了使電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成與之成穩(wěn)定關(guān)系的電流信號(hào)，應(yīng)引入什么反饋？,討論二,試在圖示電路中分別引入四種不同組態(tài)的交流負(fù)反饋。,,,,,,,電流反饋,電壓反饋,串聯(lián)反饋,并聯(lián)反饋,清華大學(xué) 華成英 ,討

15、論三 在圖示電路中能夠引入哪些組態(tài)的交流負(fù)反饋？,,,只可能引入電壓并聯(lián)或電流串聯(lián)兩種組態(tài)的交流負(fù)反饋。,6.4 負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定性,一、自激振蕩產(chǎn)生的原因及條件,二、負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性的分析,三、負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性的判斷,四、消除自激振蕩的方法,一、自激振蕩產(chǎn)生的原因及條件,1. 現(xiàn)象：輸入信號(hào)為0時(shí)，輸出有一定幅值、一定頻率的信號(hào)，稱電路產(chǎn)生了自激振蕩。,負(fù)反饋放大電路自激振蕩的頻率在低頻段或高頻段。,低頻干擾或產(chǎn)生了輕微低頻振蕩,高頻干擾或產(chǎn)生了輕微高頻振蕩,實(shí)驗(yàn)波形,在電擾動(dòng)下，如合閘通電，必含有頻率為f0的信號(hào)，對(duì)于f = f0 的信號(hào)，產(chǎn)生正反饋過程,輸出量逐漸增大，直至達(dá)

16、到動(dòng)態(tài)平衡，電路產(chǎn)生了自激振蕩。,2. 原因,在低頻段或高頻段，若存在一個(gè)頻率f0，且當(dāng) f f0 時(shí)附加相移為，則,3. 自激振蕩的條件,,由于電路通電后輸出量有一個(gè)從小到大直至穩(wěn)幅的過程，起振條件為,二、負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性的分析,附加相移由放大電路決定; 振蕩只可能產(chǎn)生在高頻段。,設(shè)反饋網(wǎng)絡(luò)為電阻網(wǎng)絡(luò)，放大電路為直接耦合形式。,因沒有滿足相位條件的頻率，故引入負(fù)反饋后不可能振蕩。,因沒有滿足幅值條件的頻率，故引入負(fù)反饋后不可能振蕩。,對(duì)于產(chǎn)生180附加相移的信號(hào)頻率，有可能滿足起振條件，故引入負(fù)反饋后可能振蕩。,對(duì)于單管放大電路:,對(duì)于兩級(jí)放大電路:,對(duì)于三級(jí)放大電路:,什么樣的放大電路

17、引入負(fù)反饋后容易產(chǎn)生自激振蕩？,三級(jí)或三級(jí)以上放大電路引入負(fù)反饋后有可能產(chǎn)生高頻振蕩；同理，耦合電容、旁路電容等為三個(gè)或三個(gè)以上的放大電路，引入負(fù)反饋后有可能產(chǎn)生低頻振蕩。,放大電路的級(jí)數(shù)越多，耦合電容、旁路電容越多，引入的負(fù)反饋越深，產(chǎn)生自激振蕩的可能性越大。,環(huán)路放大倍數(shù)AF越大，越容易滿足起振條件，閉環(huán)后越容易產(chǎn)生自激振蕩。,三、負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性的判斷,已知環(huán)路增益的頻率特性來(lái)判斷閉環(huán)后電路的穩(wěn)定性。,使環(huán)路增益下降到0dB的頻率，記作fc； 使AF(2n1) 的頻率，記作f0。,穩(wěn)定性的判斷,fc,,,f0,,滿足起振條件,電路不穩(wěn)定,電路穩(wěn)定,f0 fc，電路不穩(wěn)定，可能會(huì)產(chǎn)生自

18、激振蕩； f0 fc，電路穩(wěn)定，不會(huì)產(chǎn)生自激振蕩。,幅值裕度,相位裕度,電路穩(wěn)定,當(dāng)Gm10dB且m45，才具有可靠的穩(wěn)定性。,不滿足 起振條件,四、消除自激振蕩的方法,1. 簡(jiǎn)單滯后補(bǔ)償,常用的方法為滯后補(bǔ)償方法。設(shè)放大電路為直接耦合方式，反饋網(wǎng)絡(luò)為電阻網(wǎng)絡(luò)。,在最低的上限頻率所在回路加補(bǔ)償電容。,補(bǔ)償電容,,1. 簡(jiǎn)單滯后補(bǔ)償,最大附加相移為-135,具有45的相位裕度，故電路穩(wěn)定,滯后補(bǔ)償法是以頻帶變窄為代價(jià)來(lái)消除自激振蕩的。,2. 密勒補(bǔ)償,在獲得同樣補(bǔ)償?shù)那闆r下，補(bǔ)償電容比簡(jiǎn)單滯后補(bǔ)償?shù)碾娙菪〉枚唷?在最低的上限頻率所在放大電路中加補(bǔ)償電容。,等效變換,補(bǔ)償電容,3. RC 滯

19、后補(bǔ)償：在最低的上限頻率所在回路加補(bǔ)償。,上式表明，最大附加相移為180，不滿足起振條件，閉環(huán)后一定不會(huì)產(chǎn)生自激振蕩，電路穩(wěn)定。,RC 滯后補(bǔ)償與簡(jiǎn)單滯后補(bǔ)償比較,滯后補(bǔ)償法消振均以頻帶變窄為代價(jià)，RC滯后補(bǔ)償較簡(jiǎn)單電容補(bǔ)償使頻帶的變化小些。 為使消振后頻帶變化更小，可考慮采用超前補(bǔ)償?shù)姆椒ā?清華大學(xué) 華成英 ,討論,判斷電路引入負(fù)反饋后有可能產(chǎn)生自激振蕩嗎？如可能，則應(yīng)在電路的哪一級(jí)加補(bǔ)償電容？,,6.5 放大電路中反饋的其它問題,一、放大電路中的正反饋,二、電流反饋型集成運(yùn)放,一、放大電路中的正反饋,引入的正、負(fù)反饋目標(biāo)應(yīng)一致。,自舉電路：通過引入正反饋，增大輸入電阻，因而提高輸入電壓

20、。,,負(fù)反饋,正反饋,兩路反饋要分別分析！,二、電流反饋型集成運(yùn)放,1. 電流模技術(shù),信號(hào)傳遞過程中除與晶體管b-e間電壓有關(guān)外，其余各參量均為電流量的電路稱為電流模電路。 電流源電路可按比例傳輸電流，故稱為電流模電路的單元電路。,優(yōu)點(diǎn)： （1）只要uCE2UCES，iO就僅受ICM限制。 （2） iO與iI具有良好的線性關(guān)系，不受晶體管非線性特性的影響。 （3）極間電容有低阻回路，電路上限頻率高。,2. 由電流反饋型集成運(yùn)放組成的負(fù)反饋放大電路的頻率響應(yīng),改變R1可改變?cè)鲆?，但上限頻率不變，即頻帶不變，帶寬增益積不是常量。,討論,,1. 引入了哪種組態(tài)的交流負(fù)反饋？深度負(fù)反饋條件下的電壓放大倍數(shù)？輸入電阻？輸出電阻？ 2. 若uI=1V，則在正常情況下和R2、 R3、 R5、 R6分別出現(xiàn)短路、斷路情況下uO=?,,,對(duì)應(yīng)電路,本章習(xí)題 6.1 6.5 6.6 6.8 6.9 6.13 6.15 6.16,