第7章负反馈放大电路.ppt
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第7章负反馈放大电路7.1反馈的基本概念7.2负反馈放大电路的类别及判断7.3负反馈放大电路的一般表达式及四种组态7.4负反馈对放大电路性能的影响7.5负反馈放大电路的分析计算7.6负反馈放大电路的稳定性,7.1反馈的基本概念,7.1.1反馈的概念,放大电路中的反馈,是指将输出量(输出电压或输出电流)的部分或全部,通过一定的电路形式作用到输入回路,用来影响其输入量的措施。
反馈网络,输出量,输入量,净输入量,反馈量,反馈通路信号反向传输的渠道,开环无反馈通路,闭环有反馈通路,7.1.2正反馈和负反馈,1.负反馈反馈信号削弱了输入信号,使得净输入信号减小,从而使放大电路的放大倍数减小,使输出信号减小,这种反馈称为负反馈。
2正反馈反馈信号增强了输入信号,使得净输入信号增大,从而使放大电路的放大倍数增大,使输出信号增大,这种反馈称为正反馈。
电路引入了反馈:
放大电路存在将输出回路与输入回路连接的通路,该通路影响放大电路的净输入量。
7.2负反馈放大电路的类别及判断,7.2.1有无反馈的判别,注意:
既在输出回路又在输入回路的元件,正是它将输出量的部分或全部引回输入回路,形成反馈通路。
没有引入反馈,引入了反馈,引入了反馈,引入了反馈,7.2.2正、负反馈的判别,设接地参考点的电位为零,电路中某点在某瞬时的电位高于零电位,则该点电位的瞬时极性为正,用“+”表示,反之为负,用“”表示。
反馈极性的判断,输入信号极性,净输入信号增大,正反馈,净输入信号减小,负反馈,集成运放有两个输入端,反向输入端u和同相输入端u+,反向输入端u与输出uo相位相反,同相输入端u+与输出uo相位相同。
净输入电压:
运放两个输入端所加的差模输入电压,u+-u净输入电流:
运放某个输入端的输入电流,i+或i,1.集成运放电路正负反馈判断,负反馈,负反馈,
(1)对于双极型三极管而言,共射电路:
输出与输入相位相反,若三极管的b极极性为正,c极极性即为负;共集电路;输出与输入相位相同,若三极管的b极极性为正,e极极性即为正;共基电路:
输出与输入相位相同,若三极管的e极极性为正,c极极性即为正。
然后通过判断输入级三极管的净输入电压(uBE)或净输入电流(iB或iE)因反馈的引入增大还是减小来判断正负反馈。
2.分立元件放大电路正负反馈的判别,用下列原则来推导相应点的电位极性:
共源:
g极d极反相共漏:
g极s极同相共栅:
s极d极同相然后通过判断输入级场效应管的净输入电压(g-s间或s-g间电压)或净输入电流(iS)因反馈的引入是被增大还是被减小来判断正负反馈。
(2)对场效应管而言,负反馈,负反馈,3.差动放大电路正负反馈的判别若信号从同一管的基极输入,集电极输出,则输出与输入相位相反,若信号从一管的基极输入,另一管的集电极输出,则输出与输入相位相同。
差动放大电路的净输入电压是两三极管的基极电位之差。
正反馈,直流反馈:
反馈到输入端的信号只是直流成分。
7.2.3直流反馈和交流反馈,直流通路中存在反馈的,就是直流反馈,交流通路中存在反馈的,就是交流反馈。
一般说来,反馈通路中如果存在隔直电容,就是交流反馈;反馈通路中存在旁路电容,就是直流反馈;如果不存在电容,就是交、直流反馈共存。
(主要用来稳定Q点),(主要用来改善动态性能),交流反馈:
反馈到输入端的信号只是交流成分。
交流电路:
由于电容C对交流信号可视为短路。
直流电路:
由于电容C对直流信号可视为开路;,引入了直流反馈,,没有引入交流反馈。
R4C引入了交流反馈,没引入直流反馈。
7.2.4串联反馈和并联反馈判别,串联反馈:
反馈信号与输入信号在输入回路中以电压形式求和,决定净输入电压信号。
并联反馈:
反馈信号与输入信号在输入回路中以电流形式求和,决定净输入电流信号。
串联反馈,并联反馈,并联反馈,串联反馈:
ui与uf在集成运放的不同输入端,uiui-uf,并联反馈:
ii与if在集成运放的相同输入端,iiii-if,串联反馈,电压反馈:
反馈信号取自输出电压,电压负反馈的反馈信号与输出电压成比例;,判断方法:
假设将输出端交流短路,如果反馈信号消失,则为电压反馈;否则为电流反馈。
电流反馈:
反馈信号取自输出电流,电流负反馈的反馈信号与输出电流成比例。
7.2.5电压反馈和电流反馈,Re1两端的电压与输出信号无关,即反馈信号消失,所以为电压反馈。
电流反馈,电压反馈,例7.2.2,交流电压串联负反馈,例7.2.3,电压并联负反馈,7.3.1负反馈放大电路的方框图和反馈的一般表达式,开环放大倍数:
反馈系数:
闭环放大倍数:
环路增益:
7.3负反馈放大电路的一般表达式及四种组态,方框图,负反馈放大电路的一般表达式,:
反馈深度,讨论分析:
1、若,则,引入了负反馈;,若,则,引入了正反馈;,2、若,则为深度负反馈,深度负反馈条件下,基本与无关,主要取决于;,反馈网络常为无源网络,受温度影响极小,因而可获得很高的稳定性;,反馈网络确定后,越大,反馈越深,与越接近,常采用大的集成运放。
注:
实用电路中,几乎均可认为引入的是深度负反馈,,3、若,则即,时,,自激振荡时,输出信号不受输入信号控制,放大电路失去放大作用;,引入满足自激振荡条件的正反馈,从而产生各种波形的信号。
注:
通常所说的负反馈放大电路是指中频段的反馈极性,可处理为实数;当频率进入低频段或高频段,负反馈电路可能产生正反馈,甚至产生自激振荡。
四种交流负反馈组态,输出端,反馈量取自,输出电压,输出电流,:
电压反馈,:
电流反馈,(与uo有关),(与io有关),输入端,反馈量与输入量,以电压方式相叠加,:
串联反馈,(ui、uf),以电流方式相叠加,:
并联反馈,(ii、if),7.3.2电压串联负反馈,开环电压放大倍数:
反馈系数:
闭环电压放大倍数:
7.3.3电流串联负反馈,反馈系数:
开环放大倍数:
闭环放大倍数:
转移电导,7.3.4电压并联负反馈,开环放大倍数:
反馈系数:
转移电阻,闭环放大倍数:
开环电流放大倍数:
反馈系数:
7.3.5电流并联负反馈,闭环放大倍数:
四种负反馈组态的电压放大倍数、反馈系数之比较,电压放大倍数,转移电阻,转移电导,电流放大倍数,7.4负反馈对放大电路性能的影响,7.4.1提高放大倍数的稳定性,放大倍数的相对变化量:
结论:
引入负反馈后,放大倍数的稳定性提高了(1+AF)倍。
放大倍数稳定性的提高,是以损失放大倍数为代价的。
在中频范围内,,例:
在电压串联负反馈放大电路中,,估算反馈系数和反馈深度,估算放大电路的闭环电压放大倍数,如果开环差模电压放大倍数A的相对变化量为10%,此时闭环电压放大倍数Af的相对变化量等于多少?
解:
反馈系数,反馈深度,闭环放大倍数,Af的相对变化量,当开环差模电压放大倍数变化10%时,电压放大倍数的相对变化量只有0.0001%,而稳定性提高了一万倍。
加入负反馈,无负反馈,F,xf,xo,略大,略小,略小,略大,接近正弦波,预失真,7.4.2减小非线性失真和抑制干扰,负反馈减小了波形失真。
但当非线性信号混入输入量或干扰来源于外界时,负反馈无用。
7.4.3扩展放大电路的通频带,所以:
增益带宽积基本不变。
结论:
引入负反馈使频带展宽到基本放大电路的倍。
7.4.4对输入电阻的影响,不同类型的负反馈,对输入电阻影响不同。
1.串联负反馈使输入电阻增大,得:
结论:
引入串联负反馈后,输入电阻增大为无反馈时的倍。
2.并联负反馈使输入电阻减小,得:
结论:
引入并联负反馈后,输入电阻减小为无负反馈时的1/。
7.4.5负反馈对输出电阻的影响,1.电压负反馈使输出电阻减小,Rof,结论:
引入电压负反馈后,放大电路的输出电阻减小到无反馈时的。
2.电流负反馈使输出电阻增大,结论:
引入电流负反馈后,放大电路的输出电阻增大到无反馈时的倍。
1、对输入电阻的影响,
(1)串联负反馈,增大输入电阻,
(2)并联负反馈,减小输入电阻,结论:
2、对输出电阻的影响,
(1)电压负反馈,
(2)电流负反馈,稳定输出电压,稳定输出电流,放大电路中引入负反馈的一般原则,1、,稳定Q点,:
直流负反馈;,改善动态性能,:
交流负反馈;,2、,增大输入电阻,:
串联负反馈;,减小输入电阻,:
并联负反馈;,3、,稳定的输出电压,:
电压负反馈;,稳定的输出电流,:
电流负反馈。
,减小输出电阻,,增大输出电阻,例7.4.2放大电路如图所示。
若希望提高电路的输入电阻,并增强带负载能力,应该引入什么类型的反馈?
反馈电阻RF应接在哪两点之间?
应从VT4的发射极e4引出反馈,将反馈引回到VT2的基极b2,7.5负反馈放大电路的分析计算,7.5.1估算的依据及步骤,则,在近似计算中,忽略净输入量。
1.估算的依据,方法一:
方法二:
(1)计算;
(2)计算;(3)计算。
2.计算的步骤,例:
方法1:
方法2:
ube=0,7.5.2电压串联负反馈,例:
uf,方法1:
方法2:
7.5.3电压并联负反馈,例:
0,方法1:
方法2:
例:
方法1:
方法2:
0,7.5.4电流串联负反馈,例:
取即作,方法1:
方法2:
例:
例:
方法1:
方法2:
例:
取即作,7.5.5电流并联负反馈,方法1:
0,例:
方法2:
0,例:
方法1:
0,例:
0,方法2:
例7.5.9假设电容的容抗可以忽略,试分析:
(1)电路存在哪些级间反馈?
并分析这些反馈对放大电路的影响?
(2)如果想进一步增宽通频带,应如何调整电阻R7,是增加还是减小?
(3)估算放大电路的电压放大倍数?
常见电路形式及求解要点:
三极管电路:
并联负反馈:
Rif很小,忽略不计,所以一般ui0,即ub0,电流负反馈:
(1)取即作,
(2)常见电路一般从共射放大电路的e极引出反馈通路,反馈网络与其Re形成并联电路对分流。
差分,(3)根据交流通路写出输出电压与输出电流关系的表达式,共射放大电路中,选作,则,
(1)虚短和虚断;,集成运放电路:
(2)对集成运放两个输入端运用KCL定律列写电流方程,并用各点电位和电阻表示电流;,(3)如有未知电位,可再对该点用KCL定律列写电流方程,并用电位和电阻表示;,(4)整理成关于输入电压和输出电压的表达式,求出。
7.6负反馈放大电路的稳定性,7.6.1负反馈放大电路产生自激振荡的原因及条件,1、产生自激振荡的原因,在中频段,相角,负反馈,在低频段,每个电容引起0O+90O的附加相移;,在高频段,每个电容引起0O-90O的附加相移。
当在低频段或高频段的附加相移达到180O的奇数倍时,,即,如能达到动态平衡,即反馈信号与输入信号相互依存(),则产生自激振荡。
2、产生自激振荡的相位条件和幅值条件,即,幅值条件,相位条件,起振条件,注:
电路自激振荡是由其本身决定的,与输入信号无关。
合闸后:
信号,小,以直接耦合放大电路为例,反馈网络为纯阻性。
单管:
附加相移0O-90O,不满足,两级:
附加相移0O-180O,不满足,三级:
附加相移0O-270O,可能,(f0),7.6.2负反馈放大电路稳定性的定性分析,什么样的放大电路引入负反馈后容易产生自激振荡?
三级或三级以上放大电路引入负反馈后有可能产生高频振荡;同理,耦合电容、旁路电容等为三个或三个以上的放大电路,引入负反馈后有可能产生低频振荡。
环路放大倍数AF越大,越容易满足起振条件,闭环后越容易产生自激振荡。
结论:
放大电路级数越多,旁路电容、耦合电容越多,引入负反馈后,越容易产生自激振荡。
实用电路中,以三级放大电路最为常见。
7.6.3负反馈放大电路稳定性的判断,稳定性判断方法:
自激振荡,当时,如果则放大电路稳定,否则,放大电路不稳定。
1、判断方法,f/HZ,f/HZ,fc,60,40,20,0,0,-90,-180,AF,不稳定,f/HZ,f/HZ,60,40,20,O,O,-90,-180,AF,fc,稳定,2、稳定裕度,
(1)幅度裕度Gm,对于稳定的负反馈放大电路,Gm为负值。
Gm值愈负,负反馈放大电路愈稳定。
一般要求Gm-10dB,
(2)相位裕度m,对于稳定的负反馈放大电路,m为正值。
m值愈大,负反馈放大电路愈稳定。
一般要求m45,m,电路稳定的幅度条件:
分析负反馈放大电路的稳定性,即当时,若,则电路稳定。
例,反馈网络是电阻性的,所以,F=0.1,F=0.001,F越小越该电路越稳定,7.6.4负反馈放大电路中自激振荡的消除方法,1电容滞后补偿,常用的方法为滞后补偿方法。
设放大电路为直接耦合方式,反馈网络为电阻网络。
在最低的上限频率所在回路加补偿电容。
补偿电容,补偿电容,补偿电容,补偿前,补偿后,滞后补偿法是以频带变窄为代价来消除自激振荡的。
2.RC滞后补偿:
在最低的上限频率所在回路加补偿。
简单补偿后的幅频特性,RC滞后补偿后的幅频特性,补偿前,滞后补偿法消振均以频带变窄为代价,RC滞后补偿较简单电容补偿使频带的变化小些。
3.密勒补偿,在获得同样补偿的情况下,补偿电容比简单滞后补偿的电容小得多。
在最低的上限频率所在放大电路中加补偿电容。
等效变换,补偿电容,
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