模拟电子技术基础第5章

null5 反馈和负反馈放大电路5 反馈和负反馈放大电路5.1 反馈的基本概念及类型实际问题举例null 1. 什么是反馈5.1.1 反馈的基本概念直流电流负反馈电路反馈过程输出电流ICQ发生变化在RE上产生压降UEQ ICQ RE的变化输入回路输出回路反馈网络null使放大元件的输入UBE产生变化抑制输出电流ICQ的变化直流电流负反馈可以稳定输出电流ICQnull以影响放大电路性能。反馈的定义：把放大电路的输出量（电压或电流）的一部分或全部，经过反馈网络，返送到输入回路一个反馈量（电压或电流），反馈量与原来的外加输入量进行比较，得到一个净输入量加到某一放大器件的真正的输入端，null反馈信号输入信号输出信号净输入信号比较环节反馈电路方框图null开环放大电路闭环放大电路闭合环路null2．交流反馈与直流反馈(1) 直流反馈——反馈作用仅在直流通路中存在直流通路反馈网络null(2) 交流反馈—— 在交流通路中存在的反馈交流通路输入回路输出回路反馈网络null(1) 正反馈——反馈信号加强输入信号的作用，使净输入信号大于原输入信号的反馈。3. 正反馈与负反馈正反馈往往把放大器转变为振荡器。反馈网络null(2) 负反馈——反馈信号削弱输入信号的作用，使净输入信号小于原输入信号。负反馈改善放大电路的性能。负反馈广泛应用于电子技术、自控等领域之中。nulla. 在输入端加入对地瞬时极性为正的电压uI。判断方法：4. 瞬时极性法判断正负反馈⊕b. 根据放大电路的工作原理，标出uO 、uF的瞬时极性。c. 判断反馈信号是增强还是削弱输入信号。nulld. 反馈信号削弱了输入信号(uId< uI)为负反馈。e. 反馈信号增强了输入信号(uId> uI)则为正反馈。⊕null净输入信号小于输入信号，所以为负反馈。例1 判断图示电路反馈的极性。解：假设uI的瞬时极性为正。即uI>0那么uO>0uF>0⊕null净输入信号大于输入信号，所以为正反馈。例2 判断图示电路反馈的极性。解：假设 uI>0那么uO<0uF<0nulla. 电压反馈5.1.2 负反馈放大电路的四种基本类型1. 电压反馈和电流反馈反馈信号与输出电压成正比反馈信号的来源输出电压nullb. 电流反馈反馈信号与输出电流成正比反馈信号的来源输出电流方框图nullc. 判断电压和电流反馈的方法a. 令输出电压为零（uo=0）输出短路nullb. 令输出电流为零（io=0）.输出开路null2. 串联反馈和并联反馈特点反馈网络串联于输入回路反馈信号为电压反馈信号与输入电压串联a. 串联反馈nullb. 并联反馈特点反馈网络并联于输入回路反馈信号为电流反馈信号与输入电流并联null3. 负反馈放大电路的四种基本类型a. 电压串联负反馈nullb. 电压并联负反馈nullc. 电流串联负反馈nulld. 电流并联负反馈null电压串联 电压并联 电流串联 电流并联3．四种类型负反馈的 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 达式null1．电压串联负反馈a. 判断反馈网络5.1.3 负反馈放大电路举例输入回路输出回路反馈网络寻找输入与输出回路的共有网络null⊕利用瞬时极性法⊕⊕b. 判断反馈极性当uI>0时uO>0uF>0uId=uI-uF< uI负反馈nullc. 负反馈的组态判断(a) 反馈网络F与RL并联，属电压反馈(b) 反馈电压uF与输入电压uI串联于电路的输入端，属串联反馈F电压串联负反馈null由运算放大器组成的电压跟随器电路电压串联负反馈null2．电压并联负反馈a. 判断反馈网络输入回路输出回路反馈网络null⊕利用瞬时极性法b. 判断反馈极性当uI>0时uO<0反馈信号的极性也为负削弱了输入信号负反馈nullc. 负反馈的组态判断(a) F与RL并联于电路的输出端，属电压反馈反馈网络F(b) 反馈电流iF与输入电流iI并联于基本电路的输入端，属并联反馈。电压并联负反馈nulle. 当电阻R1=0时净输入电流的大小，与反馈电流if无关。电路无反馈作用null由运算放大器组成的电压并联负反馈电路⊕Fnull3．电流串联负反馈a. 判断反馈网络输入回路输出回路反馈网络Fnull⊕b. 负反馈的判断⊕利用瞬时极性法当uI>0时uO>0uF>0uId=uI-uF< uI负反馈⊕nullc. 负反馈的组态判断(a) 令uO=0， uF0，属电流反馈。(b) uF 与uI串联作用于运放的输入回路，属串联反馈。电流串联负反馈Fnull稳定输出电流的机理d. 电流串联负反馈的作用IO 稳定输出电流null4．电流并联负反馈输入回路输出回路反馈网络Fa. 判断反馈网络null⊕利用瞬时极性法b. 判断反馈极性当uI>0时uO<0削弱了输入信号负反馈反馈信号极性为负RLnullc. 负反馈的组态判断(a) 令uO=0， iF0，属电流反馈。(b) iF 与iI并联作用于运放的输入回路，属并联反馈。电流并联负反馈null稳定输出电流的机理d. 电流并联负反馈的作用IO 稳定输出电流null图中5.1.4 负反馈放大电路的一般表达式方框图null由以上各式得闭环增益null在图示电路中null即 闭环放大倍数下降到开环放大倍数的1/(1+AF)D=1+AF 称为反馈深度负反馈放大电路的放大倍数的一般表达式 nulla. 放大倍数下降的原因即引入负反馈之后，电路的净输入信号降为原输入信号的1/(1+AF) 。故nullb. 对负反馈放大电路放大倍数的一般表达式讨论 电路引入负反馈null电路引入正反馈电路没有反馈null此时a. 便于设计、分析和计算放大电路b. 提高了闭环放大倍数的稳定性主要特点null即电路没有输入，但仍有一定的输出。电路产生了自激振荡null思 考 题5.2 负反馈对放大电路性能的影响5.2 负反馈对放大电路性能的影响5.2.1 降低了放大倍数5.2.2 稳定被取样的输出信号电压反馈可以稳定输出电压电流反馈可以稳定输出电流null5.2.3 提高放大倍数的稳定性null已知高频区电路开环放大倍数Am为中频区的开环放大倍数 fH为上限截止频率5.2.4 扩展通频带式中null引入负反馈后高频区闭环放大倍数为设反馈系数为实数F（为方便）nullnull式中fHf为引入负反馈后的电路上限截止频率null同理可证，引入负反馈后的电路下限截止频率引入负反馈后电路的通频带null由于开环电路的通频带故可见，放大电路扩展通频带是以牺牲放大倍数来换取的。 但增益带宽积（注：只适合一阶惯性环节的放大电路）null5.2.5 减小非线性失真输入信号输出信号开环放大电路减小非线性失真原理非线性失真nullxI闭环放大电路xOxId=xI信号传输方向反馈信号xOxIdxIxFxId=xI- xFnull5.2.6 抑制反馈环内的干扰和噪声null1．对输入电阻的影响（1） 串联负反馈基本放大电路的输入电阻负反馈放大电路的输入电阻5.2.7 对输入电阻和输出电阻的影响方框图null由于故 输入电阻null串联负反馈增大输入电阻null（2）并联负反馈方框图nullnull并联负反馈使输入电阻减小null2．对输出电阻的影响（1）电压负反馈根据输出电阻的定义画出求输出电阻的等效电路方框图nullnull忽略电流i1由图可知null由以上各式得故输出电阻电压负反馈使输出电阻减小+-IAoXid+-UARofF=0Ro++-XidXiXf•••••••••I1•null（2）电流负反馈求输出电阻的等效电路null忽略电压u1null由此可得null故电流负反馈使输出电阻增大null5.2.6 正确引入反馈(a) 减小信号源的负载(b) 提高输出端的负载能力正确引入负反馈应考虑的两个主要主要问题：a. 选择合适的负反馈放大电路的类型目的:null对于电压—电流变换器，选择电流串联负反馈电路对于电流—电压变换器，选择电压并联负反馈电路对于电压放大器，选择电压串联负反馈电路对于电流放大器，选择电流并联负反馈电路null选择元件参数的依据:反馈深度1+AF 目前，设计放大电路大多都选用集成运算放大器，一旦运放选定后，Au、Ro、Ri即被确定，剩下的工作就是估算反馈系数F。 b. 正确选用各元件参数null1. 对于高内阻、低内阻的信号源，应该选择何种类型的负反馈电路？思 考 题2. 由于负反馈可以展宽频带，所以只要反馈深度足够深，就可以用低频管代替高频管组成放大电路来放大高频信号。这种说法是否正确？5.3 负反馈放大电路的分析及近似计算5.3 负反馈放大电路的分析及近似计算负反馈放大电路的分析计算常用方法a. 等效电路法：即微变等效电路法。b. 分离法等效电路法分离法近似计算法null(b) 分别求出基本放大电路的A、Ri、Ro、fH 和fL等指标及反馈网络的反馈系数F。(c) 分别求出Af、Rid、Rof、fHf 和fLf等。 (a) 分负反馈放大电路为基本放大电路和反馈网络两部分。分离法的基本思想:null1. 采用近似计算的依据a. 多级放大电路的放大倍数一般比较大。b. 集成运算放大器的广泛应用。放大电路满足深度负反馈的条件。5.3.1 深度负反馈放大电路近似计算的一般方法因为2. 近似计算的原理使放大电路很容易满足深度负反馈的条件。null在深度负反馈（AF>>1）的条件下null（1） 当电路引入串联负反馈时(称为虚短)null(2) 当电路引入并联负反馈时由于基本放大电路的电压放大倍数也很大，条件也同时成立。null1．电压串联负反馈（同相输入比例放大器）5.3.2 电压模运放组成的反馈电路null深度负反馈条件下的分析依据有nullnull电路的闭环电压放大倍数nullRifRofnull2．电压并联负反馈（反相输入比例放大器） 在深度负反馈条件下nullnullnull闭环互阻增益null闭环电压放大倍数null输入电阻RifR'ifnull输出电阻Rofnull3．电流串联负反馈电压电流变换器null故电路的闭环互导增益null闭环电压放大倍数null输入、输出电阻null4．电流并联负反馈电流放大器在深度负反馈的条件下nullnull闭环电流放大倍数null闭环电压放大倍数null输入、输出电阻RifRofnull1．电压串联负反馈5.3.3 分立元件组成的反馈电路null⊕⊕⊕(1) 负反馈的判断null(2) 闭环电压放大倍数由于nullnull(3) 输入电阻RifR'ifnull(4) 输出电阻Rofnull2．电流并联负反馈null⊕(1) 负反馈的判断null(2) 电流放大倍数由于反馈电流iF来自于输出级晶体管T2集电极电流iC2故 电路稳定的是iC2，而不负载电流iOiC2iE2iOnull(2) 闭环电流放大倍数iC2iE2iOnull(3) 闭环电压放大倍数iC2iE2iOnullRifR'if(4) 输入电阻iC2iE2iOnull(4) 输出电阻从T2集电极看进去的闭环输出电阻从负载看进去的输出电阻RofR'ofiC2iE2iOnull5.3.4 电流模运放的闭环特性电流模运放同相输入放大电路null低频闭环电压放大倍数在深度负反馈的条件下null分析电路的高频特性null由图可知nullnull由以上各式得电路的高频闭环特性当Auf0 Ri< 45°要求要求null在放大电路中加入RC相位补偿网络，使其具有足够的幅度裕度Gm和相位裕度φm。 相位补偿的思想：相位补偿方法5.4.3 消除自激振荡的方法——相位补偿滞后补偿超前补偿null1．滞后补偿在多级放大电路中的上限截止频率最低的一级放大电路中加入RC网络。（1）补偿方法补偿电容C补偿网络等效电路null（2）补偿前后，该级电路的上限截止频率null由于电容的并入使滞后的附加相移更加滞后，所以称为滞后补偿。（3）补偿效果幅频特性补偿前补偿后不稳定稳定null2. 超前补偿在反馈网络中加入补偿电容C，使F>0，以补偿滞后附加相移A (A<0) 。使（1）补偿方法null（2）补偿电路（3）反馈系数补偿电路 null反馈放大电路具有超前附加相移null练习题例1 某一负反馈放大电路的开环电压放大倍数|A|=300，反馈系数|F|=0.01。试问 （1）闭环电压放大倍数|Af|为多少？ （2）如果|A|发生20%的变化，则|Af| 的相对变化为多少？解 （1）闭环电压放大倍数null（2）当已知A的相对变化率来计算Af的相对变化率时，应根据A的相对变化率的大小采用不同的方法。本例中A已有20%的变化，应采用后一种方法。 b.当A的相对变化率较大时，应通过|A|/|A|计算出|Af |后再计算|Af |/|Af |。a.当A的相对变化率较小时，可对|Af|=|A|/(1+|AF|) 求导,推出d|Af|/|Af|与d|A|/|A|的关系式后再计算。null当A变化20%时则|Af |的相对变化率为null当A变化-20%时那么，|Af |的相对变化率为null例2 某负反馈放大电路的组成框图如图所示，试求电路的总闭环增益 。解 该负反馈放大电路有两个反馈环，F1构成外环，F2构成内环。null内环的闭环增益为外环的开环增益为null因而该电路的闭环增益为 null例3 一反馈放大电路在F=0.1时的幅频特性如图所示。 （1）试求基本放大电路的放大倍数|A|及闭环放大倍数|Af | ；（2）试写出基本放大电路的放大倍数 的频率特性表达式；··|A| ·null（3）已知AF在低频时为正数，当电路按负反馈联结时，若不加校正环节是否会产生自激？为什么？ ··null故null（2）由图可见，该放大电路环路增益的幅频特性有2个转折点（即2个极点f1=10Hz和f1=103Hz）。null