《放大電路中的反饋》PPT課件.ppt

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第六章放大電路中的反饋,6.1反饋的基本概念及判斷方法,反饋的基本概念將放大器輸出端的量全部或者部分地反過來作用到輸入端，從而影響放大器的性能，稱為反饋。反饋有正負之分。正反饋使得放大器的狀態(tài)遠離原來狀態(tài)，而負反饋則使得放大器回到原來的狀態(tài)。所以放大器中引入負反饋可以提高放大器的穩(wěn)定性。反饋放大器的方框圖?？梢娯摲答伔糯笃饔煞糯蟓h(huán)節(jié)和反饋環(huán)節(jié)組成。,第六章放大電路中的反饋,反饋的基本概念基本關系式,6.1反饋的基本概念及判斷方法,第六章放大電路中的反饋,反饋的基本概念負反饋的自動調節(jié)過程：如果是正反饋，則最終結果是Xo更加遠離原始狀態(tài)。,6.1反饋的基本概念及判斷方法,第六章放大電路中的反饋,負反饋放大器的基本表達式,6.1反饋的基本概念及判斷方法,負反饋使得放大器的增益降低，增益降低1+AF倍。其中，將1+AF定義為反饋深度，而將AF稱為環(huán)路增益（如果是正反饋，則式中分母應為1-AF）。反饋網絡一般由純電阻網絡構成。在輸入輸出量均取電壓或者電流量時，如果F=1則稱為全反饋，而FRi。——這是因為放大環(huán)節(jié)和整個放大器的輸入電流Ii是同一個電流，而顯然Vi=Vd+Vf>Vd。,串聯負反饋,,引入串聯負反饋后放大器的輸入電阻提高為原來的1+AF倍,第六章放大電路中的反饋,串聯負反饋,注意：串聯負反饋是不能夠用電流源激勵的，否則反饋作用將消失。,串聯負反饋,第六章放大電路中的反饋,并聯負反饋,并聯負反饋,并聯負反饋必定使得輸入電阻下降。這是因為并聯負反饋中，放大環(huán)節(jié)的輸入電壓和整個負反饋放大器的輸入電壓是同一個電壓，而顯然：Ii=Id+If>Id,,引入并聯負反饋后放大器的輸入電阻降低為原來的1+AF分之一倍。,第六章放大電路中的反饋,并聯負反饋,并聯負反饋,注意：并聯負反饋不能用電壓源激勵。否則，負反饋作用將消失。,第六章放大電路中的反饋,⊙電壓負反饋、電流負反饋,電壓和電流負反饋是從放大器的輸出端來看的。電壓（電流）負反饋是指反饋網絡的輸入端的輸入量取放大環(huán)節(jié)的輸出端的電壓（電流）。電壓（電流）負反饋中放大器輸出端的量應取電壓（電流）量。,電壓負反饋,電流負反饋,第六章放大電路中的反饋,電壓負反饋,電壓負反饋,電壓負反饋穩(wěn)定放大環(huán)節(jié)的輸出電壓。所以電壓負反饋必定使得放大器的輸出電阻降低。負反饋放大器與環(huán)路中放大環(huán)節(jié)的輸出電阻的關系如下：,閉環(huán)后，設放大器輸出開路電壓為Voof，輸出短路電流為Ioshf，則,Ao為放大環(huán)節(jié)的開路增益。而Ioshf=Iosh（負載短路時，反饋消失）,,第六章放大電路中的反饋,電流負反饋,電流負反饋,電流負反饋穩(wěn)定放大環(huán)節(jié)的輸出電流。所以電流負反饋必定使得放大器的輸出電阻增大。負反饋放大器與環(huán)路中放大環(huán)節(jié)的輸出電阻的關系如下：,閉環(huán)后，設放大器輸出開路電壓為Voof，輸出短路電流為Ioshf，則,Ash為放大環(huán)節(jié)的負載短路增益。而Voof=Voo（負載開路時，反饋消失）,,第六章放大電路中的反饋,⊙四種組態(tài),電壓串聯負反饋,第六章放大電路中的反饋,⊙四種組態(tài),電壓并聯負反饋,第六章放大電路中的反饋,⊙四種組態(tài),電流串聯負反饋,第六章放大電路中的反饋,⊙四種組態(tài),電流并聯負反饋,第六章放大電路中的反饋,6.4深度負反饋放大電路放大倍數分析,1．基本表達式,特別要注意：在不同的組態(tài)下，Af和F的具有不同的量綱。,由于,故當|1+AF|>>1時，Xd?0，Xi?Xf。,|1+AF|>>1稱為深度負反饋。,故深度負反饋的實質是環(huán)路中放大環(huán)節(jié)的凈輸入量Xd趨近零。當Xd?0時，Xi?Xf。故Af=Xo/Xi≈Xo/Xf=1/F。,第六章放大電路中的反饋,6.4深度負反饋放大電路放大倍數分析,2．反饋網絡與放大倍數的分析,⊙電壓串聯負反饋,1．輸入輸出量的確定。由于輸出電壓一旦被短接，則反饋作用完全消失，所以反饋類型為電壓反饋。故輸出量必須取電壓量，即Xo=Vo。由于反饋網絡的輸出端與放大環(huán)節(jié)的輸入端為串聯形式，故反饋類型為串聯反饋，則反饋量、凈輸入量和輸入量必須取電壓量。即Xf=Vf、Xd=Vd、Xi=Vi。,所以環(huán)路放大器的增益A為電壓增益AV，反饋系數F為電壓傳輸系數FV。,第六章放大電路中的反饋,2．閉環(huán)增益。反饋系數閉環(huán)增益,6.4深度負反饋放大電路放大倍數分析,2．反饋網絡與放大倍數的分析,⊙電壓串聯負反饋,3．電壓極性和電流流向的標注輸入電壓極性：上正下負（習慣標注）,輸出電壓Vi極性的假定決定了凈輸入電壓Vd的極性；Vd的極性決定了輸出電壓Vo的極性；Vo的極性決定了反饋電壓Vf的極性。這些電壓極性都是具有關聯性的。如果與習慣標注不同，則注意需要添加負號。,第六章放大電路中的反饋,當按照關聯確定各個電壓量的極性后，則可以得到Vi=Vd+Vf。即Vd=Vi-Vf。由于反饋引入的結果使得放大環(huán)節(jié)的凈輸入量減小，故為負反饋。,6.4深度負反饋放大電路放大倍數分析,2．反饋網絡與放大倍數的分析,⊙電壓串聯負反饋,反饋系數的計算，是一種近似，計算中忽略了放大器輸入端對反饋系數的影響。從電路上看，放大環(huán)節(jié)的輸入電阻（即運放的輸入電阻Ri）與反饋網絡中的電阻R2在形式上是并聯的，但是一般滿足Ri>>R2，故可以忽略不計。,第六章放大電路中的反饋,※其實由R2和Rf組成的反饋網絡不僅會將輸出量傳輸到放大器的輸入端，同樣也會將放大器輸入端的量傳輸到放大器的輸出端。即反饋網絡并不是單向傳輸網絡，而是雙向傳輸的。輸入信號通過而不通過放大器直接傳輸到放大器的輸出端，這種現象稱為直通效應。所以負反饋放大器的輸出應該是放大環(huán)節(jié)的輸出與直通效應的輸出疊加。但是直通效應對輸出的貢獻比放大環(huán)節(jié)對輸出的貢獻小得多（因為在深度負反饋條件下，放大環(huán)節(jié)有比較大的增益，而反饋網絡沒有增益），故一般直通效應的影響一般忽略不計。,第六章放大電路中的反饋,6.4深度負反饋放大電路放大倍數分析,2．反饋網絡與放大倍數的分析,⊙電壓串聯負反饋,圖中可以明顯看到F=Vf/Vo≈1故Af≈1。由于反饋系數等于1，故稱為全反饋。該電路稱為電壓跟隨器，具有輸入電阻大，輸出電阻小，電壓增益小于等于1的特點。實際上，,第六章放大電路中的反饋,6.4深度負反饋放大電路放大倍數分析,2．反饋網絡與放大倍數的分析,⊙電壓并聯負反饋,1．輸入輸出量的確定。由于輸出電壓一旦被短接，則反饋作用完全消失，所以反饋類型為電壓反饋。故輸出量必須取電壓量，即Xo=Vo。由于反饋網絡的輸出端與放大環(huán)節(jié)的輸入端為并聯形式，故反饋類型為并聯反饋，則反饋量、凈輸入量和輸入量必須取電流量。即Xf=If、Xd=Id、Xi=Ii。,所以環(huán)路放大器的增益A為互阻增益AΩ，反饋系數F為互導傳輸系數Fg。,第六章放大電路中的反饋,2．電壓極性或電流流向的標注。設輸入電流Ii流入放大器（按照習慣）。放大環(huán)節(jié)的凈輸入電流Id則從運放正端流向負端（與Ii關聯）。,6.4深度負反饋放大電路放大倍數分析,2．反饋網絡與放大倍數的分析,⊙電壓并聯負反饋,設輸出電壓Vo極性上正下負（按照習慣），則與真實極性相反，故放大環(huán)節(jié)的增益為－A（Vo的極性與Id的流向關聯）。設反饋電流If的流向為流出反饋網絡，則與真實極性相反，故反饋系數F應該添加一個負號（If的流向與Vo的極性關聯）。,第六章放大電路中的反饋,6.4深度負反饋放大電路放大倍數分析,2．反饋網絡與放大倍數的分析,⊙電壓并聯負反饋,3．閉環(huán)增益。反饋系數閉環(huán)增益,注意：深度負反饋條件下，Id?0，故運放反相輸入端近似等于地電位。,第六章放大電路中的反饋,6.4深度負反饋放大電路放大倍數分析,2．反饋網絡與放大倍數的分析,⊙電流串聯負反饋,1．輸入輸出量的確定。由于輸出電流一旦被斷開，則反饋作用完全消失，所以反饋類型為電流反饋。故輸出量必須取電流量，即Xo=Io。由于反饋網絡的輸出端與放大環(huán)節(jié)的輸入端為串聯形式，故反饋類型為串聯反饋，則反饋量、凈輸入量和輸入量必須取電壓量。即Xf=Vf、Xd=Vd、Xi=Vi。,所以環(huán)路放大器的增益A為互導增益Ag，反饋系數F為互阻傳輸系數FΩ。,第六章放大電路中的反饋,6.4深度負反饋放大電路放大倍數分析,2．反饋網絡與放大倍數的分析,⊙電流串聯負反饋,2．電壓極性或電流流向的標注。設輸入電壓Vi極性上正下負（按照習慣）。放大環(huán)節(jié)的凈輸入電壓Vd則極性也必然是上正下負（與Vi關聯）。按照放大環(huán)節(jié)凈輸入電壓Vd的極性，則圖中輸出電流Io的流向為實際流向（Io與Vd關聯）。按照輸出電流Io的流向，則反饋電壓Vf的極性應該是上正下負（Vf與Io關聯）。,第六章放大電路中的反饋,6.4深度負反饋放大電路放大倍數分析,2．反饋網絡與放大倍數的分析,⊙電流串聯負反饋,3．閉環(huán)增益。反饋系數閉環(huán)增益,第六章放大電路中的反饋,6.4深度負反饋放大電路放大倍數分析,2．反饋網絡與放大倍數的分析,⊙電流并聯負反饋,1．輸入輸出量的確定。由于輸出電流一旦被斷開，則反饋作用完全消失，所以反饋類型為電流反饋。故輸出量必須取電流量，即Xo=Io。由于反饋網絡的輸出端與放大環(huán)節(jié)的輸入端為并聯形式，故反饋類型為并聯反饋，則反饋量、凈輸入量和輸入量必須取電流量。即Xf=If、Xd=Id、Xi=Ii。,所以環(huán)路放大器的增益A為電流增益AI，反饋系數F為電流傳輸系數FI。,第六章放大電路中的反饋,2．電壓極性或電流流向的標注。設輸入電流Ii流入放大器輸入端（按照習慣）。放大環(huán)節(jié)的凈輸入電流Id則也必然從運放的反相輸入端流入（與Ii關聯）。按照放大環(huán)節(jié)凈輸入電流Id的流向，則圖中輸出電流Io的流向與為實際流向相反（Io與Id關聯），故放大環(huán)節(jié)的增益為－A。,6.4深度負反饋放大電路放大倍數分析,2．反饋網絡與放大倍數的分析,⊙電流并聯負反饋,按照輸出電流Io的流向，則反饋電流If的流向與圖中標注相反（If與Io關聯），故反饋系數F應該添加負號。,第六章放大電路中的反饋,6.4深度負反饋放大電路放大倍數分析,2．反饋網絡與放大倍數的分析,⊙電流并聯負反饋,3．閉環(huán)增益。反饋系數閉環(huán)增益,第六章放大電路中的反饋,6.4深度負反饋放大電路放大倍數分析,3．反饋放大器分析舉例,⊙射極跟隨器,放大器輸出端的電壓Vo對輸入Vbe有影響，故肯定存在著反饋。反饋類型：電壓串聯負反饋。故電路具有輸入電阻高、輸出電阻低的特點。反饋網絡的反饋系數Fv=Vf/Vo=1。故閉環(huán)電壓增益Avf≈1/Fv=1。如果不按照深度負反饋的條件計算，則,第六章放大電路中的反饋,6.4深度負反饋放大電路放大倍數分析,3．反饋放大器分析舉例,⊙射極跟隨器,輸入電阻（暫先不考慮偏置電阻）,第六章放大電路中的反饋,6.4深度負反饋放大電路放大倍數分析,3．反饋放大器分析舉例,⊙射極跟隨器,輸出電阻：,注意，求輸出電阻時放大環(huán)節(jié)的輸入電壓為Vd即Vbe，而不是Vi。,第六章放大電路中的反饋,6.4深度負反饋放大電路放大倍數分析,3．反饋放大器分析舉例,⊙射極跟隨器,輸出電阻：,第六章放大電路中的反饋,6.4深度負反饋放大電路放大倍數分析,3．反饋放大器分析舉例,⊙實驗四——負反饋放大電路,第六章放大電路中的反饋,6.4深度負反饋放大電路放大倍數分析,3．反饋放大器分析舉例,⊙實驗四——負反饋放大電路,交流通路,第六章放大電路中的反饋,6.4深度負反饋放大電路放大倍數分析,3．反饋放大器分析舉例,⊙實驗四——負反饋放大電路,反饋劃分,反饋類型：電壓串聯負反饋,第六章放大電路中的反饋,基本計算,6.4深度負反饋放大電路放大倍數分析,3．反饋放大器分析舉例,⊙實驗四——負反饋放大電路,反饋系數Fv：從反饋網絡的輸出端來看，第一級電路成為共基極組態(tài)，其輸入電阻為反饋網絡的負載。即,第六章放大電路中的反饋,設rbe/(1+β)=100Ω，則Avf≈10,6.4深度負反饋放大電路放大倍數分析,3．反饋放大器分析舉例,⊙實驗四——負反饋放大電路,輸入電阻：顯然，放大環(huán)節(jié)的輸入電阻就是rbe，所以閉環(huán)輸入電阻應該為,而電壓放大倍數是可以測量的，所以，根據測量所得的開環(huán)放大倍數可以估算閉環(huán)輸入電阻以及輸出電阻。,第六章放大電路中的反饋,6.5負反饋對放大器性能的影響,1．穩(wěn)定性的改善,即放大器的穩(wěn)定性提高了（1+AF）倍。,6.5負反饋對放大器性能的改善,第六章放大電路中的反饋,2．改變輸入輸出電阻,串聯負反饋輸入電阻提高（1+AF）倍。并聯負反饋輸入電阻降低（1+AF）倍。電壓負反饋輸出電阻降低（1+AoF）倍。電流負反饋輸出電阻提高（1+AshF）倍。,6.5負反饋對放大器性能的影響,6.5負反饋對放大器性能的改善,第六章放大電路中的反饋,3．展寬頻帶,當輸入信號頻率比較高時，管子的結電容的容抗不再能夠忽略不計，從而導致增益的下降。用高端截止頻率表示。當輸入信號頻率比較低時，放大器的耦合電容的容抗不能忽略不計，從而導致增益的下降。用低端截止頻率表示。帶寬B=fH-fL。無論是放大器的工作頻率升高還是降低，都會使得放大環(huán)節(jié)的增益下降，但是，負反饋的自動調節(jié)作用將會維持輸出量的恒定，所以，負反饋將使得放大器的帶寬展寬。當放大器的工作頻率的太高或者太低，使得放大環(huán)節(jié)的增益下降得太多，則負反饋的調節(jié)作用將會喪失，從而導致整個負反饋放大器的增益下降。,6.5負反饋對放大器性能的影響,6.5負反饋對放大器性能的改善,第六章放大電路中的反饋,3．展寬頻帶,6.5負反饋對放大器性能的影響,將放大環(huán)節(jié)中放大器的耦合電容對增益的影響等效為RC高通濾波器。管子結電容的影響等效為RC低通濾波器。而將放大器本身等效為帶寬無限寬的理想放大器。,當放大器的工作頻率很低的時候，耦合電容的影響開始顯著，但是此時管子結電容的影響可以忽略不計；而當工作頻率很高的時候，管子結電容的影響開始顯著，但是此時耦合電容的影響可以忽略不計。所以，可以將耦合電容和結電容的影響可以分開進行分析。但是放大環(huán)中的放大器不一定是單級放大器，而是多級放大器，所以等效的RC高通或者低通濾波器不止一節(jié)，而是多節(jié)，為了簡化問題，假定RC高通和低通濾波器只有一節(jié)。,第六章放大電路中的反饋,3．展寬頻帶,6.5負反饋對放大器性能的影響,設RC低通濾波器的傳輸函數為H(jω)，則放大環(huán)節(jié)中放大器的增益為A開環(huán)=AH(jω)。當工作頻率很高時，H(jω)為高通濾波器的傳輸函數，而頻率很低時則為低通濾波器的傳輸函數。,當頻率不是很高，也不是很低時，濾波器的傳輸函數等于1。此時放大環(huán)節(jié)的增益即為A，該增益稱為中頻增益，用Am表示。即A=Am。閉環(huán)增益為：,第六章放大電路中的反饋,3．展寬頻帶,6.5負反饋對放大器性能的影響,RC低通濾波器的傳輸函數,第六章放大電路中的反饋,3．展寬頻帶,6.5負反饋對放大器性能的影響,第六章放大電路中的反饋,3．展寬頻帶,6.5負反饋對放大器性能的影響,同樣可以得到：,所以負反饋使得放大器的帶寬得以擴展，高端截止頻率向上擴展1+AF倍，低端截止頻率向下擴展1+AF倍。,第六章放大電路中的反饋,4．降低失真,6.5負反饋對放大器性能的影響,負反饋能夠降低失真的原因在于凈輸入的波形與放大器輸出的失真波形正好相反，從而使得放大器輸出的失真波形得到矯正。,6.5負反饋對放大器性能的改善,第六章放大電路中的反饋,作業(yè)：P3026.26.4（h題不做）6.126.16,