【电子教案--模拟电子技术】第五章反馈

模拟电子技术第五章5.1负反馈放大电路的组成和基本类型5.3负反馈对放大电路应用中的几个问题小结5.2负反馈对放大电路性能的影响反馈模拟电子技术5.1负反馈放大电路的组成和基本类型引言5.1.2负反馈放大电路的基本类型5.1.3负反馈放大电路分析5.1.1反馈放大电路的组成及基本关系式模拟电子技术1.反馈—将电路的输出量(电压或电流)的部分或全部，通过一定的元件，以一定的方式回送到输入回路并影响输入量(电压或电流)和输出量的过程。引言2.信号的两种流向正向传输：输入输出反向传输：输出输入—开环—闭环输入输出放大电路反馈网络模拟电子技术Aidxoxix+–比较环节5.1.1反馈放大电路的组成一、反馈的组成和基本关系式基本放大电路fxF反馈网络xi—输入信号(ii或ui)xid—净输入信号(iid或uid)xo—输出信号(io或uo)xf—反馈信号(if或uf)模拟电子技术二、反馈的分类1.正反馈和负反馈正反馈—反馈使净输入电量增加，从而使输出量增大。负反馈—反馈使净输入电量减小，从而使输出量减小。判断法：瞬时极性法2.直流反馈和交流反馈直流反馈—直流信号的反馈。交流反馈—交流信号的反馈。模拟电子技术例5.1.1输入回路输出回路判断电路是否存在反馈。是正反馈还是负反馈？直反馈还是交流反馈？RE介于输入输出回路，有反馈。反馈使uid减小，为负反馈。既有直流反馈，又有交流反馈。模拟电子技术5.1.2负反馈放大电路的基本类型一、电压反馈和电流反馈电压反馈—反馈信号取自输出电压的部分或全部。判别法：使uo=0(RL短路)，若反馈消失则为电压反馈。电流反馈—反馈信号取自输出电流。判别法：使io=0(RL开路)，若反馈消失则为电流反馈。AFRLuo电压反馈电流反馈iouoFARLio模拟电子技术二、串联反馈和并联反馈串联反馈：反馈信号与输入信号以电压相加减的形式在输入端出现。uid=uiuf特点：信号源内阻越小，反馈效果越明显。并联反馈：反馈信号与输入信号以电流相加减的形式在输入端出现。iid=iiif特点：信号源内阻越大，反馈效果越明显。AFiiifisiidRSRSAFuiuidufus模拟电子技术三、四种基本反馈类型AFuiuidufusRSRLuoAFuiuidufusRSiouoRLio电压串联负反馈电流串联负反馈模拟电子技术FAiiifisiidRSRLuoFAiiifisiidRSiouoRLio电压并联负反馈电流并联负反馈模拟电子技术5.1.3负反馈放大电路分析例5.1.2AF电压串联负反馈模拟电子技术uo经Rf与R1分压反馈到输入回路，故有反馈。反馈使净输入电压uid减小，为负反馈。RL=0，无反馈，故为电压反馈。uf=uoR1/(R1+Rf)也说明是电压反馈。uid=uiuf故为串联反馈。模拟电子技术例5.1.3Rf为输入回路和输出回路的公共电阻，故有反馈。反馈使净输入电压uid减小，为负反馈。RL=0，反馈存在，故为电流反馈。uf=ioRf，也说明是电流反馈。uid=ui–uf故为串联反馈。AF电流串联负反馈模拟电子技术例5.1.4Rf为输入回路和输出回路的公共电阻，故有反馈。反馈使净输入电流iid减小，为负反馈。RL=0，无反馈，故为电压反馈。iid=iiif，故为并联反馈。AF电压并联负反馈模拟电子技术例5.1.5Rf介于输入回路和输出回路，故有反馈。反馈使净输入电流iid减小，为负反馈。RL=0，反馈存在，故为电流反馈。iid=ii–if，故为并联反馈。AF电流并联负反馈模拟电子技术电流串联负反馈电压串联负反馈例5.1.6反馈类型的判断模拟电子技术RE—引入本级电流串联负反馈；引入级间电流并联负反馈。例5.1.7反馈信号与输入信号在不同节点为串联反馈，在同一个节点为并联反馈。反馈取自输出端或输出分压端为电压反馈，反馈取自非输出端为电流反馈。规律：模拟电子技术5.1.4反馈放大电路的框图表示法一、反馈放大电路的框图在一个带反馈的放大电路中，放大电路本身和反馈网络是紧密相连、混为一体的。但是，为了突出反馈的作用，分析反馈对放大电路的影响，我们又希望把反馈放大电路分解为两部分：一是不带反馈的“基本放大电路”，二是“反馈网络”。所以能这样做，依据的是所谓“信号单方向作用的假定”。模拟电子技术前面已多次提到信号的正向和反向传输通道，前者是指放大电路本身，而后者是指反馈网络。实际上，这两个通道是很难分开的。因为一般由无源元件R和C组成的反馈网络显然是双向作用的，而放大电路本身也存在固有的内部反馈。但是，在工程实践中的我们有必要也有理由来做一些合理的假定，目的在于突出主要的因素，略去次要的因素，使工作机理更清晰，问题的处理更简单。模拟电子技术先看信号的正向传输，输入信号可以通过放大电路，也可以通过反馈网络作正向传输。前者有很强的放大作用，而后者只能由衰减作用。两相比较，我们有理由略去通过反馈网络的信号正向传输，而认为信号的正向传输只能通过放大电路。同样，如果略去放大电路本身固有的内部反馈，则可以认为信号的反向传输只能通过反馈网络。总之，通过基本放大电路的只有信号的正向传输，而通过反馈网络的只有信号的反向传输。模拟电子技术再作这样的假定之后，就可以把一个反馈放大电路表示为如图所示。在图中，各量既可为电压，又可为电流，因此用一般的加相应的下标表示。图中，A是基本放大电路的开环放大倍数ioidoXXXXA==Aidxoxix+–比较环节基本放大电路fxF反馈网络模拟电子技术F是反馈量与输出量之比，叫“反馈系数”，即因此表示从输入端的净输入量经正向通道A和反向通道F,沿反馈形成的闭合环路绕行一周后，作为反馈量出现在输入端的信号传输系数，通常叫做“环路增益”。fXoXofXXF=idfofidoXXXXXXAF==AFidX模拟电子技术二、闭环增益的一般表达式在上图中，输出量与输入量之比叫做反馈放大电路的“闭环增益”，即它和开环增益A有着本质的区别。所以可得：这就是反馈放大电路中闭环增益与开环增益的一般表达式。ifXXA0=AFAXAFXAXXAididiof===11模拟电子技术三、反馈深度由式可得：量是开环增益与闭环增益幅值之比，它自然反映了反馈对放大电路的影响程度。我们把叫做“反馈深度”。AFAXAFXAXXAididiof===11AFAAf=1AF1模拟电子技术1）如果，则。这就是负反馈的情况，因为它表示反馈的引入削弱了输入量的作用，使闭环增益下降。因为可见负反馈的作用是使真正加到放大电路输入端的净输入量减小到无反馈时的，从而使闭环增益下降。11AFAAfAFXXiid=1AF11模拟电子技术2）如果，则。这是正反馈的情况，表明反馈的引入加强了输入量的作用，使毕环增益加大。3）当时，闭环增益。这意味着即使没有输入量也仍然有输出量。这种工作状态叫做放大电路的“自激”。在自激时，放大电路已失去正常的放大功能，因而一般是必须加以消除的。但是，有时又要对自激状态加以利用。11AFAAf01=AF=iofXXA模拟电子技术4）当时，就变为，说明此时反馈放大电路的闭环增益将只取决于反馈系数。因为反馈网络通常由无源元件组成，这些元件性能非常稳定，所以在这种情况下反馈放大电路的工作也将非常稳定，不受除输入量以外的干扰因素的影响。因为，，所以叫做“深度反馈”。11AFFAFAAf11=1AF11AF模拟电子技术5.2负反馈对放大电路性能的影响5.2.1提高增益的稳定性5.2.2减少失真和扩展通频带5.2.3改变放大电路的输入和输出电阻模拟电子技术5.2.1提高增益的稳定性AFAA=1f)1(dd2fAFAA=AAAFAAd11dff=Af的相对变化量A的相对变化量放大倍数稳定性提高AAAAAFdd11ff负反馈，模拟电子技术例5.2.1A=103，负反馈使放大倍数稳定性提高100倍，求F、Af、A变化10%时的Af，以及dAf/Af。解：1)1+AF=100，则F=(100–1)/A=0.0992)AFAA=1f=103/100=103)%1.0)1.01001d11dff==（AAAFAA此时的Af=%)1.01(10d1)ff(f=AAA负反馈以牺牲放大倍数，换取了放大倍数稳定性的提高。模拟电子技术5.2.2减少失真和扩展通频带一、减少非线性失真uf加入负反馈无负反馈FufAuiuo+–uiduo大小略大略小略小略大uiA接近正弦波改善了波形失真模拟电子技术二、扩展通频带BW无反馈时：BW=fHfLfH引入反馈后，1f，AFAA=FAAAFAAAFAAALLLfmmmfHHHf1,11===，fA(f)OAm0.707AmfLfHBWAf(f)Amf0.707AmffLffHfBWf可证明：fHf=(1+AF)fHfLf=fL/(1+AF)=(1+AF)fHfHf=(1+AF)BWBWf=fHffLf模拟电子技术5.2.3改变放大电路的输入和输出电阻一、对输入电阻的影响1.串联负反馈使输入电阻增大RifiididifidiiifiAFuuiuuiuR===)1(iifRAFR=深度负反馈：ifRiiAFuiuidufRiAFuid模拟电子技术2.并联负反馈使输入电阻减小RifidididfididiiifAFiiuiiuiuR===AFRR=1iif深度负反馈：0ifRifiidiiAFuiRiAFiid模拟电子技术二、对输出电阻的影响1.电压负反馈F与A并联，使输出电阻减小。AFRoRofFARR=1oofA为负载开路时的源电压放大倍数。深度负反馈：0ofR2.电流负反馈F与A串联，使输出电阻增大AFRoRof)1(oofRFAR=A为负载短路时的源电压放大倍数。深度负反馈：ofR模拟电子技术5.3负反馈对放大电路应用中的几个问题5.3.1放大电路引入负反馈的一般原则5.3.2深度负反馈放大电路的特点及性能估算5.3.3负反馈放大电路的稳定性模拟电子技术5.3.1放大电路引入负反馈的一般原则一、欲稳定某个量，则引该量的负反馈稳定直流，引直流反馈；稳定交流，引交流反馈；稳定输出电压，引电压反馈；稳定输出电流，引电流反馈。二、根据对输入、输出电阻的要求选择反馈类型欲提高输入电阻，采用串联反馈；欲降低输入电阻，采用并联反馈；模拟电子技术要求高内阻输出，采用电流反馈；要求低内阻输出，采用电压反馈。三、为使反馈效果强，根据信号源及负载确定反馈类型信号源为恒压源，采用串联反馈；信号源为恒流源，采用并联反馈；要求负载能力强，采用电压反馈；要求恒流源输出，采用电流反馈。模拟电子技术5.3.2深度负反馈放大电路的特点及性能估算一、深度负反馈放大电路的特点1.深度负反馈的特点：AidxoxixfxFAxidAFxid(1+AF)xid时：当11AFAFAF1即：0idfixxxfiuu串联负反馈：0idu虚短并联负反馈：fiii0idi虚断模拟电子技术2.深度负反馈电路性能的估算：(1)电压串联负反馈8uiC1R1uoR2Rfuiduf0idu虚短fiuuf11ofRRRuu=fLfoiof1RRuuuuAu===Rif,ifRRif,2ifRR=Rof0of=R[例1]模拟电子技术[例2]0idufiuu1foiof=uuuuAuRif,ifRRif,BifRR=R0f0ofR[例3]fiuu1Effoiof1RRuuuuAu==模拟电子技术(2)电压并联负反馈运算放大器在线性应用时同时存在虚短和虚断0ii虚断fiii0=uu虚地1f1iffiofRRRiRiuuAu==[例1]模拟电子技术0idi虚断f1iib0=u虚地sfsiffsosfRRRiRiuuAu==[例2]模拟电子技术(3)电流串联负反馈