模拟电子技术基础第四章课件.ppt

1、4.1 反馈的基本概念和负反馈的分类4.2 负反馈对放大电路性能的影响4.3 深度负反馈条件下放大倍数的计算 4.4 负反馈放大电路的自激振荡 学习要点：学习要点：负反馈的概念及分类 负反馈的判断 深度负反馈下电路的计算4.1.1 反馈的基本概念4.1.2 负反馈放大电路的四种组态 4.1.3 负反馈的一般表达式1什么是反馈什么是反馈在电子系统中，反馈就是指把输出回路的电量（电压或电流）的一部分或者全部以某种形式反送给输入回路，从而影响输入电量的过程。输入信号 引入反馈的放大电路称为反馈放大电路，是在基本放大电路的基础上加入反馈网络构成。输出信号反馈信号净输入信号2正反馈与负反馈正反馈与负反馈

2、由图所示的反馈放大电路组成框图可以看出，反馈信号送回输入回路与原输入信号共同作用后，对净输入信号的影响有两种结果：一种是使净输入信号比没有引入反馈的时候减小了，而净输入量的变化必然会引起输出量发生相应的变化，因此这种反馈称为负反馈；一种是使净输入信号比没有引入反馈的时候增加了，这种反馈就称为正反馈。在放大电路中一般引入负反馈。在含有反馈的放大电路中，通常采用瞬时极性法来判断反馈是正反馈还是负反馈。具体做法：先假设输入信号在某一瞬间的极性为正（即相对于公共端而言有增加的趋势），用“+”号表示。然后根据各种放大电路的输出信号与输入信号的相位关系，从输入到输出一级一级的标出电路中相关各点电位或电流的

3、瞬时极性，以确定输出回路到输入回路的反馈信号的瞬时极性。最后判断反馈信号是削弱净输入信号还是增强了净输入信号，如果是削弱净输入信号，则为负反馈，如果是增强了净输入信号，则为正反馈。3电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈 在反馈放大电路中，反馈网络把输出电量的一部分或者全部取出来送回到输入回路中，因此根据输出端对反馈的取样方式可以分为电压反馈和电流反馈。当取出的反馈信号与输出电压成比例时，即以放大电路的输出电压作为反馈网络的输入信号，这种反馈称为电压反馈。当取出的反馈信号与输出电流成比例时，即以电流作为反馈网络的输入信号，这种反馈称为电流反馈。判断是电压反馈还是电流反馈时，通常使用“输出短路法”

4、。即在输出端假设负载短路，使输出电压0，观察反馈信号是否还存在，若反馈信号消失，说明反馈信号与输出电压成比例，为电压反馈；若反馈信号仍然存在，说明反馈信号与输出电流成比例，而与输出电压无关，为电流反馈。ou4串联反馈与并联反馈串联反馈与并联反馈反馈信号送回到放大电路的输入端后，与输入信号的求和方式只有两种，一种是以电压的形式求和，即反馈信号和输入信号同为电压；另外一种是以电流的形式求和，即反馈信号和输入信号同为电流。判断是串联反馈还是并联反馈时，通常根据输入端反馈信号与输入信号的比较方式来分析：当二者以电压的方式进行比较时，为串联反馈；若二者以电流的方式进行比较时，为并联反馈。1电压串联负反馈

5、图是电压串联负反馈放大电路，设输入信号为正弦交流信号。图中Rf和R1组成反馈网络，R1上的电压 为反馈信号。offURRRU11根据瞬时极性法判断为负反馈。用输出短路法判断其反馈取样方式，即令RL0（0），则有0，反馈信号不存在，所以是电压反馈。在放大电路的输入端，反馈信号与输入信号是以电压形式求和，所以是串联反馈。综合上述分析，为电压串联负反馈电路。oUfU2电压并联负反馈 电路如图所示。对交流信号而言，Rf为反馈元件，流过Rf的电流为反馈信号。fONfRUUI根据瞬时极性法判断为负反馈。采用输出短路法判断反馈取样方式，令RL为零，输出电压 0，反馈信号不存在，所以为电压负反馈。在放大电路的

6、输入端，反馈信号与输入信号接于同一节点，反馈信号与输入信号是以电流的形式求和，因此是并联反馈。综合上述分析，该图为电压并联负反馈电路。oU3电流串联负反馈放大电路如图所示，显然Rf为反馈元件，Rf上的电压为反馈信号。offIRU根据瞬时极性法判断为负反馈。采用输出短路法判断取样方式，令RL为零，输出电压0，而输出电流还在，因此反馈信号仍然存在，所以为电流反馈。在放大电路的输入端，反馈信号与输入信号接于不同节点，反馈信号与输入信号是以电压的形式求和，因此是串联反馈。综合上述分析，该图为电流串联负反馈电路。oUoI4电流并联负反馈放大电路如图所示，Rf和R1组成反馈网络。流过Rf上的电流为反馈信号

7、，因为 很小，近似为零，所以R1和Rf可近似看成并联关系，因此反馈电流大小为 NUoffIRRRI11根据瞬时极性法判断为负反馈。采用输出短路法判断取样方式，令RL为零，输出电压0，而输出电流还在，因此反馈信号仍然存在，所以为电流反馈。在放大电路的输入端，反馈信号与输入信号接于同一节点，反馈信号与输入信号是以电流的形式求和，因此是并联反馈。综合上述分析，该图为电流并联负反馈电路。oUoI例4.1.1 分析图所示电路中Rf所引入的交流反馈的类型。解：（a）图所示的电路中，设输入电压瞬时极性为（+），从反相端输入，所以输出端为（-），可画出各电流的瞬时流向如图中所示，净输入电流比没有反馈的时候小，

8、故为负反馈。在输出端判断反馈的取样方式，将输出端短接，输出电压0，反馈电流 ，所以为电压反馈。在输入端，反馈信号和输入信号连接在同一节点，二者是以电流的方式求和，故为并联反馈。综上所述，该图的反馈类型为电压并联负反馈。0fofRuiou（b）图所示电路为两级放大电路，都是共射级接法。反馈信号从第二级的射极经电阻Rf接到输入的基极。设输入端的瞬时极性为（+），可画出各电流的瞬时流向如图中所示，由于级间反馈的引入，使得净输入信号比没有反馈的时候小，所以为负反馈。在输出端判断反馈的取样方式，将输出端短接，输出电压0，但输出电流不为零，反馈电流仍然存在，所以为电流反馈。在输入端，反馈信号和输入信号连接

9、在同一节点，二者是以电流的方式求和，故为并联反馈。综上所述，该图的反馈类型为电流并联负反馈。ou前面我们画出了含有反馈电路的一般形式。为更深入研究放大电路中负反馈的一般规律，将负反馈电路用一个统一的方框图来表示，如图所示。根据图中所示，净输入信号是与之差，即idXiXfXfiidXXX基本放大电路的开环放大倍数为输出信号与净输入之比，即 oXoXidXidOXXA反馈系数是反馈网络的输出与反馈网络的输入之比，即 FfXoXofXXF反馈放大电路的放大倍数，也称闭环放大倍数，用 表示：fAiofXXA由以上式子可得)()(oifiidoXFXAXXAXAX整理上式，得 FAAXXAiof1（1）

10、若 ，则 ，说明引入反馈后使放大倍数比原来减小，这种反馈就是负反馈；在负反馈的情况下，如果 ，则称电路进入深度负反馈。11FAAAf11FAFFAAAf11（2）若 。则 ，即引入反馈后使放大倍数比原来增大，这种反馈即为正反馈。虽然正反馈使放大倍数有很大的提高，但是导致放大电路的其他性能指标严重下降，如使放大电路变的不够稳定等等，因此在放大电路中很少用到。11FAAAf（3）如果 ，即 ，则 ，说明当 时，。此时放大电路虽然没有外加输入信号，但仍然产生了输出信号。放大电路的这种状态称为自激振荡。01FA1FAfA0iX0oX4.2.1提高放大倍数的稳定性4.2.2 减小非线性失真4.2.3展宽

11、通频带4.2.4对输入电阻和输出电阻的影响引入负反馈后，放大倍数的稳定性可以得到很大程度的提高。AFAAf1在中频段：对A求导数，可得 22)1(1)1(11AFAFAFAFdAdAf将上式等号的两边都除以AFAAf1可得 AdAAFAdAff11上式表明，负反馈放大电路闭环放大倍数的相对变化量 ，等于开环放大倍数相对变化量 的 。也就是说，虽然负反馈的引入使放大倍数下降了（1+AF）倍，但放大倍数的稳定性却提高了（1+AF）倍 ffAdAAdAAF11由于放大器件的非线性特性，当输入信号为正弦波时，输出信号的波形将产生或多或少的非线性失真。当输入信号幅度较大时，非线性失真现象更为明显。如图所

12、示，如果正弦波输入信号xi经过放大后产生的失真波形为正半周大，负半周小。引入负反馈可以减小非线性失真。由于放大电路中电抗性元件的存在，以及三极管本身的结电容的影响，使得放大倍数随频率变化而变化。即中频段放大倍数较大，高频段和低频段放大倍数随频率的升高和降低而减小，这样放大电路的通频带就比较窄。在中频段，由于放大倍数大，输出信号大，反馈信号也大，则使净输入信号减小得也多，在中频段放大倍数有较明显地降低。而在高频段和低频段，由于放大倍数较小，输出信号也小，在反馈系数不变的情况下，其反馈信号也小，使净输入信号减小的程度比中频段要小，使得高频段和低频段放大倍数降低得少。这样，就让幅频特性变得平坦，上限

13、频率升高、下限频率下降，通频带得以展宽。1对输入电阻的影响对输入电阻的影响（1）串联负反馈使输入电阻增大（2）并联负反馈使输入电阻减小 2对输出电阻的影响对输出电阻的影响（）引入电压负反馈后的输出电阻Rof比无反馈时的输出电阻Ro小（）引入电流负反馈后的输出电阻Rof要比无反馈时的输出电阻Ro大 1深度负反馈下放大倍数表达式在深度负反馈下，这时闭环放大电路的放大倍数可以表示为11FAFFAAAf11 从上式可以看出，在深度负反馈条件下计算电路的放大倍数，只需要知道电路的反馈系数就可以了。这时需要注意的是，由于不同的反馈方式，的含义和量纲不同，计算得到的是电压放大倍数或者是电流放大倍数、互导放大

14、倍数和互阻放大倍数中的一个。F2虚短和虚断概念的应用在深度负反馈下，可以得到：11FAFFAAXXio11整理得 iOXXF即 ifXX上式表明，在深度负反馈下，反馈信号和输入信号几乎相等，这时放大电路的净输入信号 近似于零。我们以集成运放组成的放大电路为例，当时，两个输入端的电位相等 ，输入端近似于短路，我们称为虚短虚短；当的时候，净输入电流近似为零，我们称为虚断虚断。idX0)UU(UidUU0idI例4.3.计算图中电路的闭环放大倍数，设电路满足深度负反馈的条件。解：图中所示电路故为电流并联负反馈电路。利用虚短和虚断的概念，净输入电流 0，。idI0UUiIfI因此在输出端，Rf和R1相

15、当于并联。ofiIRRRI11闭环放大倍数为)1(1RRIIAfioif4.4.1产生自激振荡的原因和条件4.4.2消除自激振荡的方法1自激振荡产生的原因在低频和高频的情况下，由于 、都是频率的函数，它们的幅值和相位会随频率而变化，所产生的相移称为附加相移 、这就有可能在低频或高频区中的某个频率处，使得 ，两者作用的结果是使净输入信号增大，产生了正反馈 AFaf180fa如果反馈较强以至于 ，此 时 ，虽然输入信号为零，输出端也会产生输出信号，电路中产生了自激振荡.。idfidXFAXX1FA2自激振荡产生的条件根据上述分析，负反馈放大电路产生自激振荡的条件为 1FA表示成模和相角的形式，即

16、1FA)12(nfaaf（n=0，1，2，）3自激振荡的判断为了判断负反馈放大电路是否振荡，通常利用其回路增益的波特图，考察的幅频特性和相频特性，分析是否同时满足自激振荡的起振条件和相位条件。FA可以归纳出判断产生自激振荡的方法：根据幅频特性和相频特性曲线分别找到相应的频率点fc和f0，如果f0fc，不会产生自激振荡，电路稳定。对于多极负反馈放大电路（三级或三级以上）来说，为了避免产生自激振荡，保证电路正常工作，需要采取措施来破坏自激的条件。消除自激振荡的最基本方法之一是采用相位补偿网络。补偿是指在基本放大电路或者反馈网络中增加一些元件，如R、C等，以改变放大电路的频率响应。1电容滞后补偿 在

17、放大电路中选择时间常数最大的回路内对地并接小电容C，如图所示。这种方法简单，但缺点是使频带变窄了，是以牺牲带宽为代价来消除自激振荡的。2RC滞后补偿这种补偿是采用RC相串联的网络来取代电容滞后补偿中的电容C，如图所示。其目的使频带宽度有所增加，即在高频放大倍数处于零处的频率比电容滞后补偿有所提高。1在放大电路中，反馈是普遍存在的，所谓反馈，就是指把输出回路的电量（电压或电流）的一部分或者全部以某种形式反送给输入回路，从而影响输入电量的过程。反馈有正反馈、负反馈之分，也有交流反馈，直流反馈之分。判断正负反馈通常采用瞬时极性法。2负反馈放大电路主要有四种类型的负反馈：电压串联负反馈、电压并联负反馈、电流串联负反馈和电流并联负反馈。3负反馈闭环放大倍数的一般表达式为 4如果 ，则电路进入深度负反馈。此时FAAXXAiof111FAFAf1 5负反馈放大电路产生自激振荡需要满足以下条件：幅度条件相位条件（n=0，1，2，）1FA)12(nfaaf