负反馈放大电路

第6章负反馈放大电路•6.1概述•6.2负反馈放大电路的框图和一般关系•6.3负反馈对放大电路性能的影响•6.4负反馈放大电路的稳定性•6.1.1反馈的基本概念•6.1.2反馈的分类•6.1.3负反馈的四种组态6.1概述6.1.1反馈的基本概念•什么是反馈？首先看右图:图中Re两端的电压反映出输出回路中的电流大小和变化ic↑→iE↓→vc(=iERe)↑→vBE(=vB-vE)↓→iB↓→ic(iE)↓CCVbRcReRLR1C2CTIvOv↓ic↓ie由此得反馈的概念：在放大电路中信号的传输是从输入端到输出端，这个方向称为正向传输。反馈就是将输出信号取出一部分或全部送回到放大电路的输入回路，与原输入信号相加或相减后再作用到放大电路的输入端。6.1.2反馈的分类和判断•正反馈:加入反馈后，净输入信号增大,输出幅度增大，等效增益增大.负反馈:加入反馈后，净输入信号减小，输出幅度减小，等效增益下降.•判断方法:根据反馈极性的不同:即先假定输入信号为某一个瞬时极性，然后逐级推出电路其他有关各点瞬时信号的相位变化，最后判断反馈到输入端信号的瞬时极性是增强还是削弱了原来的输入信号。1.正反馈和负反馈举例:判断下列图(a)与(b)何为正反馈?何为负反馈?输入电压vI加在集成运放的反相端(-)且设瞬时极性为正(⊕，代表该点瞬时信号的变化为增大);则输出电压的瞬时极性为负(Ө，该点瞬时信号的变化为减小);而反馈电压vF由输出端通过电阻R1、R3分压后得到，因此，反馈电压增强了输入电压的作用，使放大倍数提高。Ө⊕ӨӨ输入电压vI加在集成运放的同相端(+)且设瞬时极性为正(⊕,代表该点瞬时信号的变化为增大);则输出电压的瞬时极性也为正(⊕,该点瞬时信号的变化为增大);而反馈电压vF由输出端通过电阻R3、R4分压后得到，因此，反馈电压消弱了输入电压的作用，使放大倍数提高降低。⊕⊕⊕正反馈可使输出幅度增加，负反馈则使输出幅度减小。在明确串联反馈和并联反馈后，正反馈和负反馈可用下列规则来判断：反馈信号和输入信号加于输入回路一点（并联反馈）时，瞬时极性相同的为正反馈，瞬时极性相反的是负反馈；正反馈和负反馈的判断法之二：正反馈负反馈反馈信号和输入信号加于输入回路两个不同点（串联反馈）时，瞬时极性相同的为负反馈，瞬时极性相反的是正反馈。对三极管来说这两点是基极和发射极，对运算放大器来说是同相输入端和反相输入端。以上输入信号和反馈信号的瞬时极性都是指对地而言，这样才有可比性。负反馈正反馈判断方法：根据反馈量本身的交、直流性质。直流反馈：反馈量只包含直流量；交流反馈：反馈量中只有交流量；交直流反馈：如果反馈量既有直流量又有交流量。2.直流反馈与交流反馈举例：判断下列图(a)与(b)何为直流反馈?何为交流反馈?在图所示的运放电路中，Rf和Cf网络是通高频、阻低频的网络，网络中R2上只有直流成分，因此是直流反馈。在图所示的运放电路中，Rf和Cf只有交流成分通过，因此，这个反馈是交流反馈。直流反馈的作用能稳定静态工作点，而对于放大电路的动态参数(如放大倍数、通频带、输入及输出电阻等)没有影响；而交流负反馈对放大电路的动态参数会产生不同的影响，是改善电路技术指标的主要手段，也是本章要讨论的主要内容。3.电压反馈和电流反馈电压反馈：反馈信号的大小与输出电压成比例；电流反馈：反馈信号的大小与输出电流成比例。电压反馈与电流反馈的判断：将输出电压‘短路’，若反馈信号为零，则为电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为电流反馈。举例：判断下列图(a)与(b)何为电压反馈?何为电流反馈?R1上的反馈电压vF是运放的输出电压vo，经R1、Rf、Cf网络分压得到，说明反馈量与取自输出电压vo，为电压反馈。或者，将输出端短路，则vF=0，也就说反馈量不存在。Rf、Cf网络中流过的电流iF=io，为电流反馈。或者，将输出端短路，反馈量仍存在，为电流反馈。•一般来说：•反馈元件直接接在输出端为电压反馈。•反馈元件只要没有直接接到输出端，均为电流反馈。•(特别注意：负载不属于放大器，因此不能算作反馈元件。)电压与电流反馈的简易判断方法4.串联反馈和并联反馈并联反馈:反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的同一个电极;串联反馈:反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的两个电极。对于三极管来说，反馈信号与输入信号同时加在输入三极管的基极或发射极，则为并联反馈；一个加在基极一个加在发射极则为串联反馈。此时反馈信号与输入信号是电流相加减的关系。此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。对于运算放大器来说，反馈信号与输入信号同时加在同相输入端或反相输入端，则为并联反馈；一个加在同相输入端一个加在反相输入端则为串联反馈。此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。此时反馈信号与输入信号是电流相加减的关系。6.1.3负反馈的四种组态对于负反馈来说，根据反馈信号在输出端采样方式以及在输入回路中求和形式的不同，共有四种组态，它们分别是：•电压串联负反馈•电压并联负反馈•电流串联负反馈•电流并联负反馈。下面通过例子来说明如何判断?1.电压串联负反馈+A+-fR2R1R_OvIv+Fv+_IDv开环放大电路R1上的压降为零，电阻RF引入一个反馈，反馈电压vF为输出电压vo在R2和RF上的分压而得，属电压反馈；又集成运放的差模输入电压(净输入电压)vid=vi-vf，反馈电压削弱外加输入电压的作用，使放大倍数降低，为负反馈；vi与vf接在输入回路不同端，为串联反馈。所以该组态是电压串联负反馈。2.电流串联负反馈反馈电压vf=ioRf取自输出电流,为电流反馈。又集成运放的差模输入电压(净输入电压)为vid=vi-vf，为串联反馈。由瞬时极性法知该反馈为负反馈。可见，所以该组态是电流串联负反馈。+A+-fR1R+OvIv+_IDv-+-Fv+-oi开环放大电路反馈网络3.电压并联负反馈反馈电流if取自输出电压v0,为电压反馈。又净输入电流为iid=ii-if，为并联反馈。由瞬时极性法知该反馈为负反馈。可见，所以该组态是电压并联负反馈。+A+-fRLR2R1ROiOvFiIDiIi反馈网络开环放大电路Iv4.电流并联负反馈反馈电流if取自输出电流i0,为电流反馈。又净输入电流为iid=ii-if，为并联反馈。由瞬时极性法知该反馈为负反馈。可见，所以该组态是电流并联负反馈。+A+-2R1R'IDifR开环放大电路IvIiFi反馈网络OiOv3RLR例6.1：判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态。+UCCRCC2C1Rfuiuoiibif电压反馈并联反馈uoifib=i+ifuo此电路是电压并联负反馈，对直流也起作用。+VCCRCC2C1Rfvivoiibif问题：三极管的静态工作点如何提供？能否在反馈回路加隔直电容？不能！Rf为三极管提供静态电流！Rf的作用：1.提供静态工作点。2.直流负反馈，稳定静态工作点。3.交流负反馈，稳定放大倍数。例6.2判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态。电流反馈并联反馈iE2vFiFiBvC1vB2vC1vB2iB2iE2voviiiBiFvFRE2RfRE1RC1RC2+VCCiE2例6.2:判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态。电流并联负反馈。对直流也起作用，可以稳定静态工作点。voviiiBiFvFRE2RfRE1RC1RC2+VCCiE2vC1vB2例6.3试判断图6.3所示电路的反馈组态。解:根据瞬时极性法，见图中的红色“+”、“-”号，可知经电阻R1加在基极B1上的是直流并联负反馈。因反馈信号与输出电流成比例，故又为电流反馈。结论：是直流电流并联负反馈。经Rf加在E1上是交流负反馈。反馈信号和输入信号加在T1两个输入电极，故为串联反馈。结论：交流电压串联负反馈。例题6.3图例6.4:试判断图6.4所示电路的反馈组态解:根据瞬时极性法，见图中的红色+、-号，可知是负反馈。因反馈信号和输入信号加在运放A1的两个输入端，故为串联反馈。例题6.4图因反馈信号与输出电压成比例，故为电压反馈。结论：交直流串联电压负反馈。动画9-1动画9-2例6.5:判断图示电路中RE1、RE2的负反馈作用。RE2对交流不起作用，RE1对交、直流均起作用电流串联反馈–RCRB1RB2RE1RE2CEC2C1+UCCuoui++–另外再看几个例子：例6.6判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的类型。+–C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2RE1CEC3C2+VCCvovi+–T1T2Rf电压串联负反馈（交流反馈）－－+–C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2RE1C3C2+VCCvovi+–T2Rf若Rf与T２发射极相接如图所示，引入的是何种类型的反馈？T1－－－－电流串联正反馈例6.7判断图示电路Rf的反馈类型。电流并联负反馈（交、直流反馈）－－+－uouiRE2RfRE1RC1RC2+UCC––++例6.8：判断如图电路中RE1、RE2的负反馈作用。RCRB1RB2RE1RE2CEC2C1+VCCvovivbeie电流串联反馈RE2对交流反馈不起作用1.对交流信号：ievevbe=vi-veibieRE1：电流串联负反馈。2.对直流信号：RE1、RE2对直流均起作用，通过反馈稳定静态工作点。反馈过程：IERCRB1RB2RE1RE2CEC2C1+VCCvoviVBEIEVBVEVE=IE(RE1+RE2)VBE=VB–VEIBIE212BBCCBBRVVRR恒定例6.9：判断如图电路中RE3的负反馈作用。+VCCT1T2T3RB1RC1RB2RC2RB3RC3RE3vivbe1vfie3ie3vfvbe1=vi–vfvc1vc2ib3ie3电流串联负反馈，对直流不起作用。例6.10:回答下列问题。例6.10电路图①求在静态时运放的共模输入电压;②若要实现串联电压反馈,Rf应接向何处?③要实现串联电压负反馈,运放的输入端极性如何确定？④求引入电压串联负反馈后的闭环电压放大倍数。解：①静态时运放的共模输入电压，即静态时T1和T2的集电极电位。例6.10电路图Ic1=Ic2=Ic3/2V7.97.09V9156V666241515BE3B3E3EER2B3221EECCR2VVVVVVRRRVVVV5mA5.0mA13.5157.9c1C1CCC2C1C2C1e3EEE3C3RIVVVIIRVVI解②:可以把差动放大电路看成运放A的输入级。输入信号加在T1的基极，要实现串联反馈，反馈信号必然要加在B2。所以要实现串联电压反馈,Rf应接向B2。解③既然是串联反馈,反馈和输入信号接到差放的两个输入端。要实现负反馈，必为同极性信号。差放输入端的瞬时极性，见图中红色标号。根据串联反馈的要求，可确定B2的极性，见图中绿色标号，由此可确定运放的输入端极性。例6.10电路图解④:求引入电压串联负反馈后的闭环电压增益，可把差放和运放合为一个整体看待。图6.10电路图为了保证获得运放绿色标号的极性，B1相当同相输入端，B2相当反向输入端。为此该电路相当同相输入比例运算电路。所以电压增益为2bf1RRAvv6.2负反馈放大电路的框图与一般关系式6.2.1负反馈的方块图6.2.2负反馈放大电路增益6.2.3四种负反馈组态的方框图6.2.4负反馈电路放大倍数计算6.2.1负反馈的方块图idXoXiX基本放大电路fX反馈网络FA以上几个量都采用了复数表示，因为要考虑实际电路的相移。由于—输入信号(ii或ui)—净输入信号(iid或uid)—输出信号(io或uo)—反馈信号(if或uf)iX0XfXidXoffididoXXXAFXXX式中：称为环路增益。FAidXoXiX基本放大电路fX反馈网络FAoidfiidf1XAXAAXXXAF闭环放大倍数idifXXX净输入0idXAX闭环放大倍数f0XFX反馈系数6.2.2负反馈放大电路增益它反映