电工 --反馈

第17章电子电路中的反馈§17.1反馈的基本概念§17.2放大电路中的反馈§17.1反馈的基本概念•反馈就是将放大器的输出电量(电流或电压)，通过一定的网络，回送到放大器的输入回路，并同输入信号一起参与放大器的输入控制作用，从而使放大器的某些性能获得有效改善的过程。17.1.1反馈的基本概念C1＋RB2RB1RE＋CE＋C2RCRLUCCUiICQIEQV＋－.Uo.负反馈稳定工作点电路我们曾经讨论过的直流负反馈稳定工作点偏置电路，就是一个很好反馈电路的例子。反馈极性的判定多用瞬时极性法,其步骤如下：(1)首先在基本放大器输入端设定一个递增(或递减)的净输入信号,对并联反馈,设定一个电流信号；对串联反馈,设定一个电压信号。(2)在上述设定下,沿信号的传递方向，推演出反馈信号的变化极性。(3)判定在反馈信号的影响下,净输入信号的变化极性。若该极性与前面设定的变化极性相反,则为负反馈；若相同,则为正反馈。直流反馈和交流反馈直流反馈：若反馈环路内,直流分量可以流通,则该反馈环可以产生交流反馈：若反馈环路内,交流分量可以流通,则该反馈环可以产生交流反馈。交流负反馈主要用来改善放大器的性能；交流正反馈主要用来产生振荡。若反馈环路内,直流分量和交流分量均可以流通,则该反馈环既可以产生直流反馈,又可以产生交流反馈。1.电压反馈与电流反馈（看输出）(1)电压反馈：Xf＋XidUoXi－RL－＋电压反馈示意图基本放大电路反馈电路(2)电流反馈：Xf＋XidUoXi－RL－＋电流反馈示意图基本放大电路反馈电路17.1.2反馈类型及其判定电压反馈和电流反馈的判定：方法之一——输出短路法。将反馈放大器的输出端对交流短路,若其反馈信号随之消失,则为电压反馈,否则为电流反馈。因为输出端对交流短路后,输出交变电压为零,若反馈信号随之消失,则说明反馈信号正比于输出电压,故为电压反馈；若反馈信号依然存在,则说明反馈信号不正比于输出电压,故不是电压反馈,而是电流反馈。方法之二——按电路结构判定：在交流通路中,若放大器的输出端和反馈网络的取样端处在同一个放大器件的同一个电极上,则为电压反馈；否则是电流反馈。ReUoRLUCCRcRbUiRsClUsC2－＋＋＋－－＋(b)＋＋UoRLUCCRcRfUiRsClUsC2－＋＋＋－－＋(a)＋＋判断练习电压反馈电流反馈2.串联反馈和并联反馈（看输入）(1)串联反馈：fiiUUU'(2)并联反馈：fiiIII'XoRsUs＋－－＋Ui－Uf串联反馈示意图＋U′基本放大电路反馈电路iXoRsIiUs－＋iI′If并联反馈示意图反馈电路基本放大电路串联反馈和并联反馈的判定方法：对于交变分量而言,若信号源的输出端和反馈网络的比较端接于同一个放大器件的同一个电极上,则为并联反馈；否则,为串联反馈。(a)＋－Ui.Ui.′REUf.Rf反馈反馈输入端信号输入端(b)＋－uiR1Ii.Ii.′If.Rf反馈信号输入端反馈输入端ReUoRLUCCRcRbUiRsClUsC2－＋＋＋－－＋(b)＋＋UoRLUCCRcRfUiRsClUsC2－＋＋＋－－＋(a)＋＋并联反馈串联反馈判断练习21Rb2Rc22Rb1Rc1RbCeV2VlC２RfUCC＋Uo＋＋＋＋(a)电路图Ui＋－＋－1Re2Re电压负反馈实质上是利用输出电压本身通过反馈网络对放大电路起自动调整作用，即使输出电压趋向于维持恒定。RL↓→Uo↓→UF↓→Ui′↑→Uo↑在电压串联负反馈电路中，信号源内阻愈小，反馈效果愈好。UoUi－＋基本放大电路iU′＋＋－－＋＋－RfUf电压串联负反馈方框图－1Re2RcvsRs1.电压串联负反馈2.电流并联负反馈电流负反馈的作用是输出电流趋于恒定。RL↑→io↓→iF↓→iiD↑→io↑电流并联负反馈放大电路UIfRssUi－＋＋－RfFA－＋IiIoRLUo2Ie2ReIiDC1UsoC２UCC＋IfRsUiIiRfUoRLI－＋1Rc1Re2RcIiD1Ce2Re2Ue2Ie2Ic3.电压并联负反馈If412RsUsUi－＋＋－RfFA3Uo－＋IiIbLR′＝Rc∥RLLR′电压并联负反馈放大器Uo314CeIfIiReRLUCCRcRfUiRsClUsC2＋Ib2＋－＋－fCEfBECEBRVRVVICBCECIIVIT静态时：利用VCE的变化，通过反馈电阻Rf回送到输入回路控制IB来克服IC的变化，从而使静电Q稳定。RC值越大，Rf越小，稳定性越好。R′L4Io12RsUsIcUi－＋＋＋－－＋＋－RfUfFr－3Uo－＋Io＝－IcIc≈IoiU′AgLR′＝Rc∥RL串联电流负反馈放大电路4.电流串联负反馈UoCeRe3C２Ic21UbeRLRfRcUCC＋C14Uf－＋UioI′＋－2Rb1Rb17.6.3负反馈对放大器性能的影响开环电压放大倍数：闭环电压放大倍数：AF×XfXid.＋Xi.Xo......假设输入信号为正弦波，故用相量表示电信号。idoidoXAXXXAofsifiidXFXXKXXXX;FAAXXAioF1FsoFsAKXXA一、使闭环电压放大倍数减小负反馈稳定放大器增益的原理是因为负反馈有自动调节作用。工作环境变化(如温度、湿度)、器件更换或老化、电源电压不稳等诸因素会导致基本放大器的放大倍数不稳定。当反馈很深，即|1+AF|＞＞1时，FFAAXXAioF11引入深度负反馈后，闭环增益只决定于反馈网络，而与放大电路本身几乎无关。二、使闭环电压放大倍数稳定度提高AAAFAAAdAAFAAdAAFAFAdAAFdAAFAAfffff1111111)1(112通常用放大倍数的相对变化量来衡量放大器的稳定性。开环放大倍数相对稳定度为：AA闭环放大倍数相对稳定度为：ffAA上式表明：引入反馈后，闭环增益的相对变化量是开环时增益相对变化量的1/|1+AF|。•负反馈减小非线性失真的原理可以用图示简要说明。若输入信号为单一频率的正弦波，由于放大器内部器件(如晶体管)的非线性，使输出信号产生了非线性失真，如下图所示，将输出信号形象地描述为“上长下短”的非正弦波。三、减小非线性失真xo0t0txiio0ubeA＋Xi.Xo.－＋－基本放大电路t0xi0txi′xf0tio0ubeAFXo.×＋－Xi.Xf.Xi.′txo0负反馈改善非线性失真的工作原理示意图xo0t负反馈能够减少反馈环内的非线性失真，对输入信号的失真不起作用。四、抑制反馈环内的噪声利用负反馈抑制放大器内部噪声及干扰的机理与减小非线性失真是一样的。负反馈输出噪声下降(1+AF)倍。如果输入信号本身不携带噪声和干扰，且其幅度可以增大，输出信号分量保持不变，那么放大器的信噪比将提高(1+AF)倍。五、扩展频带改善放大器频率响应的示意图无反馈放大器的频率响应有负反馈放大器的频率响应增益AIAI－3dBAIfAIf－3dBfLffLfH无反馈放大器的带宽负反馈放大器的带宽fHff(频率)•综上所述，•(1)负反馈使放大器的放大倍数下降，但增益稳定度提高,频带展宽，非线性失真减小，内部噪声干扰得到抑制，且所有性能改善的程度均与反馈深度(1+AF)有关。•(2)被改善的对象就是被取样的对象。例如，反馈取样的是输出电流，则有关输出电流的性能得到改善；反之，取样对象是输出电压，则有关输出电压的性能得到改善。•(3)负反馈只能改善包含在负反馈环节以内的放大器性能，对反馈环以外的，与输入信号一起进来的失真、干扰、噪声及其它不稳定因素是无能为力的。电压并联电压串联电流并联电流串联Rif输入电阻减小增大减小增大Rof输出电阻减小减小增大增大六、对输入、输出阻抗的影响FARIURFARURUFAUIUFXXXXRXAUIIURooXofoofoooooooofoffiidoidooofXofoofii1100＋－RoIof＋－Uo.Rof电压负反馈放大电路.idXAffiidXXXX电压负反馈使放大器输出电阻减少了(1+A0F)倍。输出电阻减小，意味着负载RL变化时，输出电压的稳定度提高了。电压反馈使输出电阻减小•对于电流负反馈，由于反馈信号与输出电流成正比，所以我们采用恒流源等效电路，如图所示。输出电阻Rof为)1()1(00AFRIURAFRUIIAFRUIIFXXXXARUIIURoXofoofooofofooofoffiididooofXofoofiiRoIof＋－Rof电流负反馈放大电路.Uo.idXAffiidXXXX电流负反馈使放大器的输出电阻增大为Ro的(1+AF)倍。输出电阻增大，意味着负载变化时，输出电流稳定。电流反馈使输出电阻增大iidiiiifIURIUR;)1()1(1AFRIURAFRURUIAFUUUAFUUFUUUUiiiifiiiidiiididioifiidXoRsUs＋－－＋Ui－Uf串联反馈示意图＋U基本放大电路反馈电路id.....•串联负反馈和并联负反馈对放大器输入电阻的影响•串联负反馈使输入电阻增大。FARIFAUIURIFAIIAFXFIIIIiidiiiifidiidofidfi1)1()1(并联负反馈使输入电阻减小XoRsIiUs－＋idIIf并联反馈示意图反馈电路基本放大电路.....