教学PPT负反馈放大电路.ppt

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1、4.1 反馈的基本概念与分类 4.2 负反馈放大电路的方框图及增益 的一般表达式 4.3 负反馈对放大电路性能的改善 4.4 负反馈放大电路的估算方法,第4章 负反馈放大电路,教学内容：本章从反馈的概念和分类入手，抽 象出反馈放大电路的方框图，推导出基 本方程式，为讨论反馈效果和分析放大 电路的技术指标打下基础。,教学要求：本章内容是整个课程的重点之一，也 是难点，要求从反馈的概念和分类入手，熟 练掌握负反馈的四种组态及特点作用，并能 基于反馈放大电路的方块图和基本方程，对 其基本性能进行分析和计算，尤其对闭环 增益进行估算。,4.1 反馈的基本概念与分类,4.1.1 反馈的基本概念 反馈是把

2、电子电路中输出回路的电压或电流(包括直流和交流)的全部或部分送回到输入回路的过程。4.1.2 反馈类型及判断 1.正反馈和负反馈：视反馈加入前后基本放大器的输入信号变 化情况而定。如加入反馈后，使基本放大器的 输入信号增大，则为正反馈；若使基本放大器,的输入信号减小，则为负反馈。模拟电路中通常采用瞬时极性法来判断；也可从反馈深度角 度判断,|1+AF|1为负反馈，|1+AF|1为正反 馈。例如图4.1.1中，输出电流流经RE所产生的电压Uf，将使放大器净输入Ube减少，因为，故 RE是负反馈,图4.1.1 负反馈,例如图4.1.2所示，设定电路输入信号瞬时极性对地为+，因公射极放大电路的倒相作

3、用。输出信号瞬时极性为-，故反馈元件Rf上的反馈电流有输入端流向输出端，净输入电流IB=Ii-IfIi,所以电路引入负反馈。,图4.1.2 反馈极性判断,2.直流反馈与交流反馈 若反馈信号只与输出回路的直流电压或直流电流有关，则称为直流反馈；若反馈信号只与输出回路的交流电压或交流电流有关，则称为交流反馈。直流负反馈可以稳定直流工作点，通常总希望直流反馈强一些；交流反馈用于改善放大电路的动态性稳定交流输出及增益，但使放大器增益下降，所以交流反馈的引入要适量，为了兼顾两者，可以引入不同深度的负反馈量，图4.1.3就是一例。,该电路对交流及直流引入了不同的反馈量。CE对直流开路，直流反馈电阻：RE1

4、及RE2；CE对交流短路，交流反馈电阻：RE1，这里显然，直流负反馈要比交流负反馈强。,图4.1.3 交直流反馈,3.电压反馈与电流反馈 视反馈信号是取自输出回路的电压量还是电流量而定。若反馈信号使取自输出电压信号，则称为电压反馈；若反馈信号使取自输出电流信号，则称为电流反馈。判断方法可采用负载 RL短路法，即当RL=0 时，输出电压必为零，此时若反馈信号也等于零，则为电压反馈；即当 RL=0 时，若反馈信号不等于零，则为电流反馈。,图4.1.4 负反馈信号的获取方式,4.串联反馈与并联反馈 视输入信号与反馈信号在基本放大器 输入端的相加方式而定。若输入信号与反 馈信号在基本放大器输入端以电流

5、的形式 相叠加则为并联反馈；若输入信号与反馈 信号在基本放大器输入端以电压的形式相 叠加则为串联反馈。也可以采取以下简化方式判断：串联反馈反馈信号与输入信号串联 并联反馈反馈信号与输入信号并联,图4.1.5 反馈放大器输入端联接形式,4.1.3四种类型的反馈组态 根据输出端取样对象和输入端连接方式 的不同，负反馈放大电路可以构成以下4种组 态：电压串联负反馈；电流并联负反馈；电压并联负反馈；电流串联负反馈。,1.电压串联负反馈 如图所示，根据瞬时极性法对它的反馈类型进行判断。由于输出和输入同相，各点极性如图所示。,图4.1.6 电压串联负反馈,由图可知，V=VD+VF 电压负反馈的重要特点是电

6、路的输出电 压趋于维持恒定，因为无论反馈信号以何种 方式引回到输入端，实际上都是利用输出电 压Vo本身通过反馈网络对放大电路起自动调 整作用，这就是电压反馈的实质。,例如，当V 一定时，若负载电阻RL减小而使输出电压Vo下降，RL Vo VF VD Vo 可见，反馈结果牵制了Vo的下降，使 Vo基本维持恒定。它适用于信号源内阻较小时。,2.电流并联负反馈 如图所示，仍采用瞬时极性法判断反 馈的极性。图中，iD=i-iF,Rf 很大，R很小，|F|o|,电流负反馈的重 要特点是趋向于维持 输出电流io恒定。,在 i一定的条件下，不论何种原因，使io减小时，负反馈的作用将引起如下的自动调整过程：R

7、L io iF iD io 可见，电流负反馈作用的结果牵制了io的减小，使io基本维持恒定。此电路适用于信号源内阻较大时。,3.电压并联负反馈 如图所示，首先用瞬时极性法判断电路的反馈极性。由图可知，i=iD+iF iF=-Vo/Rf假定|Vo|iF iD Vo 可见，本电路的作用是维持输出电压的恒定。,图4.1.8 电压并联负反馈,电压并联负反馈适用于信号源内阻较大时；若当信号源时理想的电压源时，电压并联负反 馈将失去调节作用。由于A的放大倍数很大，因此：|D|F|,可近似认为=F。,4.电流串联负反馈 如图所示电路图 与射极偏置电路相似，不过这里是以集成运 放作为基本放大电路。同样用瞬时极

8、性法判 断反馈极性。同样可 知，电流负反馈的特 点是维持输出电流基 本恒定。,图4.1.9 电流串联负反馈,4.2 负反馈放大电路的 方框图及增益的一般表达式,4.2.1 负反馈放大电路的方框图,图4.2.1 负反馈放大电路的方框图,如图所示，由基本放大电路和反馈网络组成的闭合环路叫做反馈环，由一个反馈环组成的放大电路叫做单环反馈放大电路。4.2.2 负反馈放大电路增益的一般表达式1.一般表达式的推导 a.闭环增益：,这是负反馈放大电路的基本关系式，分析反馈问题的出发点。,净输入信号：,反馈网络的反馈系数:,(4.2.2),负反馈放大器的放大倍数(闭环增益):,(4.2.4),(4.2.3),

9、根据 式(4.2.1)得,再根据式(4.2.3)得,而由式(4.2.2),则,基本放大器的放大倍数(开环增益):,(4.2.1),(4.2.5),如果放大器及反馈网络是电阻性的（不考虑电抗元件的影响),式(4.2.5)中各参量便是实数:,(4.2.6),其中,式(4.2.6)的分母(1+AF)称为反馈深度。,由于 1+AF1 故 AfA,称为环路增益，如图4.2.3所示，,图4.2.3 环路增益,注意:式(4.2.6)中，A与F均为正值，,因为对于反相放大器A为负值，F也应该是负值，但AF为正值。,结论:由于负反馈的引入，放大倍数将由原来的A降为,下降的倍数就是反馈深度。,，,2.反馈深度|1

10、+AF|称为反馈深度，其值是衡量负反馈程度的一个重要指标，其值愈大，放大电路的增益减小愈多。(1)若|1+AF|1,则|AF|A|,这种反馈一般称为正反馈。(3)若|1+AF|=0,则|AF|，这就是说,放大电路在没有输入信号时，也有输出信号，叫做放大电路的自激。,3.环路增益 环路增益,反馈深度和环路增益都是描述反馈放大电 路性能的指标。,图4.2.3 环路增益,4.3 负反馈对放大电路性能的改善,4.3.1 提高增益的稳定性 引入负反馈后，当输入信号一定时，电压 负反馈能使输出电压基本维持恒定，电流负反 馈能使输出电流基本维持恒定，总的来说，就 是维持增益（放大倍数）的稳定性。,4.3.2

11、 抑制反馈环内噪声和干扰 放大电路容易受到外界和内部的一些干扰电压或噪声电压的影响，若它们的大小与有用信号的大小在同一数量级，那么在输出端就难以分辨出有用信号。引入负反馈后，有用信号和噪声信号同时受到抑制，抑制程度为1+AF倍，若在信号源处将有用信号提高1+AF倍，则在输出端有用信号比噪声大1+AF倍，可以很容易分辨出有用信号。负反馈对反馈环外的干扰和噪声五抑制能力。4.3.3 减小非线性失真 负反馈减小非线性失真所指的是反馈环内的失真。在多级放大电路的最后几级，包括功率输出级及驱动级，输入信号的幅度较大，在动态过程中，放大器件可能工作到它的传输特性的非线性部分，因而使输出波形产生了非线性失真

12、。引入负反馈之后，可使这种非线性失真减小。,这是由于放大器产生非线性失真后，引入负反馈，反馈信号也有失真,使净输入信号发生某种失真，经过放大，净输入的失真与原失真在负反馈放大器里正好起一定补偿作用，但不能完全消除失真。如图4.3.1所示。,A+A-,4.3.4 扩展频带,由此可知，反馈放大电路的中频增益为：,上限角频率HF变为：HF=H(1+AMF)这说明引入负反馈之后，放大电路的上限频率增加了，增加的程度与反馈深度有关。,4.3.5 对输入电阻的影响,.串联负反馈。以图4.3.2为例。,未反馈前，Ri=rbe加上Rf（电流串联负反馈）后，由于故,图4.3.2 串联反馈,（4.3.2）,结论：

13、串联负反馈将使输入电阻增加,为（1+AuFu）倍。,对于图4.3.2，Ri=rbe则因此（4.3.3）公式（4.3.3）亦可以直接按图4.3.2（b）导出：,故,式(4.3.4)又可改写成其他形式：对于图4.3.3电压并联反馈，,故,于是式（4.3.4）变为,式中,（4.3.5）,式（4.3.5）可由图4.3.4表示。,图4.3.4 并联负反馈的输入电阻,图4.3.4（b）中，是并联负反馈电阻Rf折算到输入端的并联等效电阻。,式（4.3.5）中,是该放大器的外观电压增益。,4.3.6 对放大器输出电阻的影响,电压反馈具有稳定输出电压U0的作用，即有恒压输出特性，而恒压源的内阻很低，故负反馈使放

14、大电路的输出电阻降低。,电流反馈具有稳定输出电流I0的作用，即有恒流输出特性，而恒流源的内阻很高，故放大电路（不含RC）的输出电阻将增大。,综上所述，负反馈能改善放大电路的性能，归根到底是由于将电路的输出量引回到输入端与输入量进行比较，从而随时对输出量进行调整。,4.4 负反馈放大电路的估算方法,深度负反馈条件下的近似计算 a.深度负反馈条件是：,b.相应的放大电路增益为：,电压串联负反馈,电压并联负反馈,电流串联负反馈,电流并联负反馈,电压增益,互阻增益,互导增益,电流增益,电压比,传输互导,传输互阻,电压比,U0 Ui Uf,I0 Ui Uf,U0 Ii If,I0 Ii If,输出 输入

15、 反馈,表4-1 Af与F的含义,方法一：利用,要再次强调，这里的AF是广义的，其含义因反馈组态而异：对于电压串联负反馈为AVF；对于电流并联负反馈为AF；对于电压并联负反馈为ARF；对于电流串联负反馈为 AGF；如果估算电压放大倍数，除了AVF外，其它几种增益都要转换。,反馈系数的确定：a.如果是并联反馈，将输入端对地短路，可求出反馈系数,b.如果是串联反馈，将输入端回路开路，可求出反馈系数,方法二：利用Xf Xi，求解。在深度负反馈条件下，由于Af=X0/Xi，F=Xf/X0，根据Af 1/F可得出 Xf Xi，即 Xd 0。a.对于串联反馈，Vf Vi,相当于基本放 大器输入端电压为零，

16、这一特性称为虚短特 性。b.对于并联反馈，f i,相当于基本放大 器输入端电流为零，这一特性称为虚断特性。抓住这个特点写出有关方程式，往往可 以直接而且简捷的得到电压放大倍数。,例4.1 电路如图所示，试估算AUf。,解：基本放大器由运放组成，反馈网络由R1和R2组成。由于 是电压负反馈，所以电路具有 稳定输出电压的特点。电路的反馈 量是Uf，在输入端以串联形式 接入，Ud=Ui-Uf，当信号源的内阻 很小时，Ui Us，Ui近似为定值，反馈效果比较明显。在Rs=0时，Ui=Us，Ud的变化只与 Uf有关，反馈最灵敏，即串联负反馈要求Rs越小越好。,图4.4.1 电压串联负反馈,例4.2 电路

17、如图所示，试估算AUf。,解：反馈网络由R1和R2组成。基本放大器由运放组成。由于是电流负反馈，所以电路具有稳定输出电流的特点。电路的反馈量是If，在输入端以串联形式接入，Id=Ii-If，当信号源的内阻很大时，Ii近似为定值，反馈效果比较明显。在Rs 时，Ii恒定不变，此时反馈最灵敏，即并联负反馈要求Rs越大越好。,深度负反馈条件下，AIf=1/FI根据运放的虚短原理，U+=U-=0，按分流公式得则所以根据U+=U-=0，可得输入电压：Us=IiRS输出电压：U0=-I0RL所以电压放大倍数Auf,例4.3 电路如图所示，试估算AUf。,解：根据运放的虚短原理，U+=U-=0,图4.4.3

18、电压并联负反馈,解：,例4.4 电路如图所示，试估算AUf。,图4.4.4 电流串联负反馈,根据虚断原则，同相端和反相端流入的电流为0。,（其实根据虚短原则，也可得Ui=Uf）,1.反馈是把电子电路中输出回路的电压或电流(包括直流和交流)的全部或部分送回到输入回路的过程。按极性分，反馈可分为正反馈和负反馈。正反馈可使电路的放大倍数提高，但容易造成电路的不稳定；负反馈使电路的放大倍数降低，但可改善电路的性能。按反馈信号的性质分，反馈可分为直流反馈和交流反馈。直流负反馈可稳定电路的静态工作点；交流负反馈可改善电路的动态性能指标。,小结,2.为了改善放大电路的某些性能应如何引入负反馈呢？一般是：（1

19、）要稳定直流量（静态工作点），应该引入直流负反馈。（2）要改善交流性能，应引入交流负反馈。（3）要稳定输出电压，应引入电压负反馈；要稳定输出电流，应引入电流负反馈。（4）要提高输入电阻，应引入串联负反馈；要减小输入电阻，应引入并联负反馈。性能的改善或改变都与反馈深度（1AF）有关，且都是以牺牲放大倍数为代价。,3.深负反馈的条件是|1+AF|1。在计算负反馈 电路的放大倍数时，可以利用。4.闭环反馈电路的放大倍数不一定是电压放大倍数AUf，还有ARf、AGf和AIf。注意掌握其含义和计算。5.负反馈可以改善放大电路的许多性能指标。1）提高电路放大倍数的稳定性 2）扩展通频带 3）降低非线性失真。4）抑制干扰和噪声。5）影响放大电路输出电阻和输入电阻。,