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1、第六章 放大电路中的反馈,6.1 反馈的基本概念及判断方法,6.2 负反馈放大器的四种基本组态,6.3 负反馈放大器的方框图及一般表达式,6.4 深度负反馈放大器放大倍数的计算,6.5 负反馈对放大器性能的影响,6.1 反馈的基本概念及判断方法,6.1.1 反馈的基本概念,一、什么是反馈,凡是将放大电路输出端的信号（电压或电流）的一部分或全部引回到输入端，与输入信号迭加，就称为反馈。,开环,闭环,反馈框图：,二、正反馈与负反馈,若引回的信号削弱了输入信号，就称为负反馈。,这里所说的信号一般是指交流信号，所以判断正负反馈，就要判断反馈信号与输入信号的相位关系，同相是正反馈，反相是负反馈。,若引回
2、的信号增强了输入信号，就称为正反馈。,取+加强输入信号 正反馈 用于振荡器,取-削弱输入信号 负反馈 用于放大器,负反馈的作用：稳定静态工作点；稳定放大倍数；提高输入电阻；降低输出电阻；扩展通频带。,三、直流反馈与交流反馈,如果反馈量只含有直流量，则称为直流反馈。,如果反馈量只含有交流量，则称为交流反馈。,如果反馈量同时既有直流量又有交流量，则称为交、直流反馈。,直流负反馈主要用于稳定放大电路的静态工作点，本章重点研究交流负反馈。,6.1.2 反馈的判断,一、首先判断有无反馈,无反馈,有反馈,无反馈,二、反馈极性的判断,+,-,-,负反馈,+,+,+,正反馈,+,-,-,负反馈,+,+,-,-
3、,负反馈,三、直流反馈与交流反馈的判断,直流反馈,交、直流反馈,无反馈,交流反馈,解：根据反馈到输入端的信号是交流还是直流还是同时存在，来进行判别。,例：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！,几个基本概念,1.开环与闭环,电路中只有正向传输，没有反向传输，称为开环状态。,正向传输信号从输入端到输出端的传输,反向传输信号从输出端到输入端的传输,既有正向传输，又有反馈 称为闭环状态。,信号的正向传输,信号的正向传输,反馈传输(通路)（反馈网络）,本级反馈反馈只存在于某一级放大器中,级间反馈反馈存在于两级以上的放大器中,例,2.本级
4、反馈与级间反馈,级间反馈,本级反馈,本级反馈,本级反馈,级间反馈,例,+,+,-,-,6.2 负反馈放大器的四种类型,负反馈类型有四种组态: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,几个反馈的基本概念,正反馈：如果反馈信号加强了输入信号，换句话说，就是净输入信号大于输入信号，合反馈放大器放大倍数提高，就叫正反馈（正反使放大器工作不稳定，许多性能变差，通常放大器中不用，它用于振荡器）负反馈：如果反馈信号削弱了输入信号，即两者相加后使输入信号减小，反馈放大器的放大倍数减小，就叫负反馈它广泛用于放大器中电压负反馈：反馈信号正比于输出电压的负反馈称为电压负反馈电流负反馈：反馈信号
5、正比于输出电流的负反馈称为电流负反馈,串联负反馈：反馈电压Uf与输入电压Ui在输入端串联，且两者相位相反，净输入信号Ui是两者之差，既Ui Ui Uf并联负反馈：反馈电流if与输入电流ii在输入端并联起来起作用。If相当于把ii分流掉一部分，净输入电流ii是两者之差，即ii ii if判断反馈类型的方法：判断电压负反馈与电流负反馈：假设把放大器输出端短路，反馈信号为0，则为电压负反馈。假设把输出端短路后，反馈仍然存在，则为电流负馈判断串联负反馈与并联负反馈：串联还是并联反馈仅仅取决于反馈信号在输入端的连接方式，与反馈信号是正比于输出电压还是输出电流无关,负反馈的作用,1.放大倍数下降2.放大倍
6、数的稳定性提高3.放大器的频率响应得到改善4.负反馈可以减小非线性失真5.负反馈可以改变放大器的输入电阻和输出电阻,一.电压串联负反馈,根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电压串联负反馈,故为串联负反馈。,反馈电压：,因为反馈量与输出电压成比例，所以称电压反馈。,分立电路电压串联负反馈,RL,电压负反馈的特性稳定输出电压,稳定过程：,负载变化时，输出电压稳定输出电阻,ui一定,二.电流串联负反馈,反馈电压：uf=ioR1,根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电流串联负反馈,因为反馈量与输出电流成比例，所以是电流反馈。,故为串联负反馈。,分立电路组成的电流串联负反馈电路,引入电流负反馈的目的
7、稳定输出电流,稳定过程：,负载变化时，输出电流稳定输出电阻,RL,三.电压并联负反馈,根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电压并联负反馈。,因为反馈量与输出电压成比例，所以是电压反馈。,反馈电流：,故为并联负反馈。,分立电路电压并联负反馈,反馈量与输出电压成比例，所以是电压反馈。,根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电压串联负反馈,id=ii-if,在输入端有,故为并联负反馈。,因为反馈电流：,四.电流并联负反馈,根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电流并联负反馈。,又因为在输入端有:,iD=ii-if,反馈电流：,因为反馈量与输出电流成比例，所以是电流反馈。,故为并联负反馈。,分立元件
8、电路组成的电流并联负反馈,引入电流负反馈的目的稳定输出电流,稳定过程：,负载变化时，输出电流稳定输出电阻,RL,五.反馈类型及判别方法总结,1.直流反馈与交流反馈注意电容的“隔直通交”作用,例题1:试判断下图电路中有哪些反馈支路，各是直流反馈还是交流反馈？,2.反馈极性：正反馈与负反馈,判定方法“瞬时极性法”,例题2:试判断下列电路中反馈支路的反馈极性。,+,+,-,-,负反馈,负反馈,+,-,-,-,+,-,-,-,+,+,-,-,3.电压反馈与电流反馈的判断,假设输出端交流短路（RL=0），即uo=0，若反馈信号消失了，则为电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为电流反馈。,电压反馈：反馈信号的
9、大小与输出电压成比 例。,判断方法输出短路法：,电流反馈：反馈信号的大小与输出电流成比 例。,例题3:试判断下列电路中引入的反馈是电压反馈还是电流反馈。,电流反馈,电压反馈,4.串联反馈和并联反馈,串联反馈：反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的两个电极。有：ud=ui-uf,并联反馈：反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的同一个电极。有：id=ii-if,此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。,此时反馈信号与输入信号是电流相加减的关系。,对于三极管电路：,若反馈信号与输入信号同时加在三极管的基极或发射极，则为并联反馈。,若反馈信号与输入信号一个加在基极一个加在发射极则为串联反馈。,对
10、于运放电路：,若反馈信号与输入信号同时加在同相端或反相端为并联反馈。,若反馈信号与输入信号一个加在同相端一个加在反相端则为串联反馈。,结论：若反馈信号反馈到信号输入端则为并联反馈，否则为串联反馈。,例题4:试判断下列电路中引入的反馈是串联反馈还是并联反馈。,例题5:试判断下列电路中的反馈组态。,解:电压串联负反馈。,+,-,-,-,解:电压并联负反馈。,例题6:试判断下列电路中的反馈组态。,+,+,-,-,（1）串联反馈,5.信号源对反馈效果的影响,ud=ui-uf,所以us应为恒压源，即信号源内阻RS越小越好。,要想反馈效果明显，就要求uf变化能有效引起ud的变化。,（2）并联反馈,id=i
11、i-if,所以is应为恒流源，即信号源内阻RS越大越好。,要想反馈效果明显，就要求if变化能有效引起id的变化。,6.3 负反馈放大电路的方框图及一般表达式,6.3.1 负反馈放大电路的方框图表示法,称为闭环放大倍数,称为环路放大倍数,称为开环放大倍数,6.3.2 负反馈放大电路的一般表达式,称为反馈深度,关于反馈深度的讨论,一般负反馈,深度负反馈,正反馈,自激振荡,6.4 深度负反馈放大电路放大倍数的计算,6.4.1 深度负反馈的实质,对串联负反馈：,对并联负反馈：,1.估算的依据,即，深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈系数有关。,由,得,方法一：,一.估算电压放大倍数,u+=u-（运放电路
12、）,ue=ub（三极管电路）,ii+=ii-=0（运放电路）,ib=0（三极管电路）,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,(1)“虚短”,(2)“虚断”,（1）电压串联负反馈,例1.分立电路电压串联负反馈,2.举例,解：,电压放大倍数：,例2.运放组成的电压串联负反馈电路,解：,利用虚短和虚断的概念得知,闭环电压增益,则,例3.,解：,闭环电压增益,（2）电流并联负反馈放大器,例1.分立电路电流并联负反馈,解：,例2.分立电路电流并联负反馈,解：,（3）电压并联负反馈,例1.分立电路电压并联负反馈,解：,例2.运放组成的电压并联负反馈,解：,（4）电流串联负反馈,例
13、1.分立元件组成的电流串联负反馈,解：,例2.运放组成的电流串联负反馈,解：,二.估算输入输出电阻,在深度负反馈条件下：,注：表中的输入、输出电阻均指反馈环中的输入、输出电阻。,（1）电压串联负反馈,举例,RifRb1,ROf0,（2）电压并联负反馈,RifRS,ROf0,（3）电流并联负反馈,ROfRC2,RifRS,6.5 负反馈对放大电路性能的影响,提高增益的稳定性,减少非线性失真,扩展频带,改变输入电阻和输出电阻,在放大器中引入负反馈,降低了放大倍数,使放大器的性能得以改善：,一.提高放大倍数的稳定性,闭环时,只考虑幅值有,即闭环增益相对变化量比开环减小了1+AF倍,另一方面:,在深度
14、负反馈条件下,即闭环增益只取决于反馈网络。当反馈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。,2.改善放大器的非线性失真,加反馈前,加反馈后,失真,改善,3.扩展放大器的通频带,放大电路加入负反馈后，增益下降，但通频带却加宽了。,无反馈时放大器的通频带：fbw=f HfL f H 有反馈时放大器的通频带：fbwf=f HffLf f Hf,可以证明：fbwf=(1+AF)fbw放大器的一个重要特性：增益与通频带之积为常数。即：Amf fbwf=Am fbw,4.负反馈对输入电阻的影响,(1)串联负反馈使输入电阻增加,无反馈时：,有反馈时：,(2)并联负反馈使输入电阻减小,无反馈时：,
15、有反馈时：,5.负反馈对输出电阻的影响,电压负反馈稳定输出电压（当负载变化时）恒压源输出电阻小。,(1)电压负反馈使输出电阻减小,电流负反馈稳定输出电流（当负载变化时）恒流源输出电阻大。,(2)电流负反馈使输出电阻提高,为改善性能引入负反馈的一般原则,要稳定直流量,引直流负反馈,要稳定交流量,引交流负反馈,要稳定输出电压,引电压负反馈,要稳定输出电流,引电流负反馈,要增大输入电阻,引串联负反馈,要减小输入电阻,引并联负反馈,举例：在下面的放大器中按要求引入适当的反馈。（1）希望加入信号后，ic3的数值基本不受R6改变的影响。,V,V,V,V,1,5,1,2,T,2,T,R,3,R,C,3,4,
16、+V,R,CC,R,T,1,R,R,7,6,R,-,u,+,i,u,o,+,-,（2）希望接入负载后，输出电压UO基本稳定。,（3）希望输入端向信号源索取的电流小。,（4）希望稳定静态工作点。,解：以上两种反馈都同时具有交、直流反馈，所以能够稳定静态工作点。,如果要求只引入直流负反馈，去除交流反馈。怎样接？,一.产生自激振荡的原因及条件,1.自激振荡现象,在不加输入信号的情况下，放大电路仍会产生一定频率的信号输出。,6.6 负反馈放大电路的稳定性,2.产生自激振荡的原因,中频时：,高频或低频时，放大器产生的附加相移达到180时。,为负反馈。,变为正反馈。,此时，若满足,则Xi=0，仍会有输出信
17、号。,3.自激振荡的条件,幅值条件,相位条件（附加相移）,自激振荡条件：,分解为幅值条件与相位条件：,由以上分析知：,二.稳定判椐及稳定裕度,方法一：,则放大器稳定。否则自激。,同理，为了切实保证稳定，要留有-10dB的余量，称为幅值裕度,方法二：,则放大器稳定。否则自激。,为了切实保证稳定，要留有45余量，称为相位裕度,第6章 作业,6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 6.10 6.11 6.14 6.15,本章小结,1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称为反馈。2电路中常用的负反馈有四种组态：电压串联负反馈，电压并联负反馈，电流串联负反馈和
18、电流并联负反馈。可以通过观察法，输出短路法和瞬时极性法等方法判断电路反馈类型。,3负反馈电路的四种不同组态可以统一用方框图加以表示，其闭环增益的表达式为：,4负反馈可以全面改善放大电路的性能，包括：提高放大倍数的稳定性，减小非线性失真，抑制噪声，扩展频带，改变输入、输出电阻等。,5在深负反馈条件下，可用 或“虚短”“虚断”法估算电路的闭环增益。,6负反馈电路的反馈深度如果过大，将有可能产生自激振荡。可以采用频率补偿技术消除自激振荡。但这样会使电路的频带变窄。,三.负反馈放大电路稳定性分析,若P点在 水平线之下，稳定；否则不稳定。,或,判断稳定性方法：,将 写为：,即：,举例：设一基本放大器的增
19、益为：,三.负反馈放大电路稳定性分析,1.设反馈系数，分析其稳定性,三个极点频率为：fp1=0.5106Hz，fp2=5106Hz，fp3=5107Hz。其中fp1=0.5106Hz最低，它决定了整个基本放大器的上限频率，称为主极点频率。,与E点相对应的附加相位移为，因此，放大器是不稳定的。,2.将反馈系数 改为，分析其稳定性,与D点相对应的附加相位移为，因此，放大器是稳定的。且jm,反馈深度越深，越容易自激。,结论：,基本放大电,四.自激振荡的消除方法,思考,如果 在0dB线以上只有一个转折频率，则无论反馈深度如何，电路都能稳定工作，对吗？,无论反馈深度如何，相交点都交在 的-20dB/十倍频程处，放大电路是稳定的。,因此，消除自激振荡的指导思想是，人为地降低第一个极点的频率，拉大它与第二个极点频率之间的距离，确保相交点出现在第一、二极点频率之间，即相交在-20dB/十倍频程处。,1.电容补偿法,同前例，为了对它进行频率补偿，在产生主极点的电容旁边并联电容C P，这样使fp1发生了改变，令 f p2、fp3不变。,设反馈系数，分析可得：放大器是稳定的。,在实际应用中，常将电容 跨接在的输入和输出端之间，代替CP。这样就可以减小补偿电容的值。,5k,综合举例1：求电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。,综合举例2：求电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。,
