模拟电子技术 第六章

第六章放大电路中的反馈6.1反馈的基本概念及判断方法6.2负反馈放大电路的四种基本组态6.4深度负反馈放大电路放大倍数分析6.6负反馈放大电路的稳定性6.3负反馈对放大电路的方框图6.5负反馈对放大电路性能的影响本章重点和考点：1.负反馈组态的正确判断2.深度负反馈放大电路放大倍数的计算3.负反馈的作用本章讨论的问题：1.什么是反馈？什么是直流反馈和交流反馈？什么是正反馈和负反馈？为什么要引入反馈？2.如何判断电路中有无引入反馈？引入的是直流反馈还是交流反馈？是正反馈还是负反馈？3.交流负反馈有哪四种组态？如何判断？4.交流负反馈放大电路的一般表达式是什么？本章讨论的问题：5.放大电路中引入不同组态的负反馈后，将对性能分别产生什么样的影响？6.什么是深度负反馈？在深度负反馈下，如何估算反馈系数和放大倍数？7.为什么放大电路以三级为最常见？8.负反馈愈深愈好吗？什么是自激振荡？什么样的负反馈容易产生自激振荡？如何消除自激振荡？6.1反馈的基本概念及判断方法6.1.1反馈的基本概念一、什么是反馈在电子设备中经常采用反馈的方法来改善电路的性能，以达到预定的指标。放大电路中的反馈，是指将放大电路输出电量(输出电压或输出电流)的一部分或全部，通过一定的方式，反送回输入回路中。图6.1.1反馈放大电路的方框图二、正反馈和负反馈反馈信号增强了外加净输入信号，使放大电路的放大倍数提高——正反馈反馈信号削弱了外加净输入信号，使放大电路的放大倍数降低——负反馈负反馈稳定静态工作点+-+.fi..iUUU.iU.fU三、直流反馈和交流反馈(a)直流负反馈(b)交流负反馈交流负反馈：反馈量只含有交流量。用以改善放大电路的性能。可稳定静态工作点。6.1.2反馈的判断一、有无反馈的判断是否有联系输入、输出回路的反馈通路；是否影响放大电路的净输入。(a)没引入反馈的放大电路(b)引入反馈的放大电路(c)R的接入没引入反馈反馈极性的判断方法：瞬时极性法。先假定某一瞬间输入信号的极性，然后按信号的放大过程，逐级推出输出信号的瞬时极性，最后根据反馈回输入端的信号对原输入信号的作用，判断出反馈的极性。二、反馈极性的判断对分立元件而言，C与B极性相反，E与B极性相同。对集成运放而言，uO与uN极性相反，uO与uP极性相同。(动画avi\9-2.avi)例：用瞬时极性法判断电路中的反馈极性。--因为差模输入电压等于输入电压与反馈电压之差，反馈增强了输入电压，所以为正反馈。-反馈信号削弱了输入信号，因此为负反馈。图6.1.3(a)正反馈(b)负反馈例vIvO-+RLR2R1(+)(+)(-)(-)净输入量减小vIvO-+RLR2R1(+)(+)(-)(-)净输入量增加a负反馈b正反馈vO-+R4R5R3-+vIR1R2反馈通路反馈通路级间反馈通路(+)(+)(+)(+)(-)净输入量减小c级间负反馈反馈通路本级反馈通路分立元件电路反馈极性的判断图6.1.4分立元件放大电路反馈极性的判断反馈通路净输入量减小负反馈原则：对分立元件而言，C与B极性相反，E与B极性相同。三、直流反馈与交流反馈的判断直流负反馈：反馈量只含有直流量。交流负反馈：反馈量只含有交流量。图6.1.5直流反馈与交流反馈的判断（一）(a)电路(b)直流通路(c)交流通路直流反馈无交流反馈附：7.1概述7.1.1电子信息系统的组成信号的提取信号的预处理信号的加工信号的执行图7.1.1电子信息系统示意图7.1.2理想运放的两个工作区一、理想运放的性能指标开环差模电压增益Aod=∞；输出电阻ro=0；共模抑制比KCMR=∞；差模输入电阻rid=∞；UIO=0、IIO=0、；输入偏置电流IIB=0；3dB带宽fH=∞，等等。理想运放工作区：线性区和非线性区二、理想运放在线性工作区输出电压与其两个输入端的电压之间存在线性放大关系，即)(odOuuAuuuOuii+Aod理想运放工作在线性区特点：1.理想运放的差模输入电压等于零0)(odOAuuu即uu——“虚短”2.理想运放的输入电流等于零由于rid=∞，两个输入端均没有电流，即0ii——“虚断”三、理想运放的非线性工作区+UOMuOu+uOUOM理想特性图7.1.3集成运放的电压传输特性理想运放工作在非线性区特点：当uPuN时，uO=+UOM当uPuN时,uO=UOM1.uO的值只有两种可能在非线性区内，(uPuN)可能很大，即uP≠uN。“虚地”不存在2.理想运放的输入电流等于零0NPii实际运放Aod≠∞，当uP与uN差值比较小时，仍有Aod(uPuN)，运放工作在线性区。例如：F007的UoM=±14V，Aod2×105，线性区内输入电压范围μV70102V145odOMAUuuNPuOuPuNO实际特性非线性区非线性区线性区但线性区范围很小。6.2负反馈放大电路的四种基本组态6.2.1负反馈放大电路分析要点（3）负反馈的基本作用是将引回的反馈量与输入量相减，从而调整电路的净输入量和输出量。（1）交流负反馈使放大电路的输出量与输入量之间具有稳定的比例关系，任何因素引起的输出量的变化均得到抑制。由于输入量的变化也同样会受到抑制，因此交流负反馈使电路的放大能力下降。（2）反馈量实质上是对输出量的取样，其数值与输出量成正比。（2）从输入端看，反馈量与输入量是以电压方式相叠加，还是以电流方式相叠加。对于具体的负反馈放大电路，首先应研究下列问题，进而进行定量分析。（1）从输出端看，反馈量是取自于输出电压，还是取自于输出电流。反馈信号取自输出电压，则为电压反馈反馈信号取自输出电流，则为电流反馈反馈量与输入量以电压形式求和，为串联反馈反馈量与输入量以电流形式求和，为并联反馈动画avi\9-1.avi6.2.2四种负反馈组态一、电压串联负反馈图6.2.2电压串联负反馈电路反馈信号与输出电压成正比，集成运放的净输入电压等于输入电压与反馈电压之差，.fi..iUUU.oF11f.URRRU电压串联、电压并联、电流串联、电流并联负反馈二、电流串联负反馈图6.2.3电流串联负反馈电路反馈信号与输出电流成正比，净输入电压等于外加输入信号与反馈信号之差.fi..iUUUFo.f.RIU（2）串联负反馈电路的输入电流很小，适用于输入信号为恒压源或近似恒压源的情况。（1）电压负反馈能够稳定输出电压，电流负反馈能够稳定输出电流。小结三、电压并联负反馈图6.2.4电压并联负反馈电路反馈信号与输出电压成正比，净输入电流等于外加输入电流与反馈电流之差.f.i.iIIIF.of.RUI四、电流并联负反馈图6.2.5电流并联负反馈电路反馈信号与输出电流成正比，净输入电流等于外加输入信号与反馈信号之差：.f.iiIIIF33o.f.RRRII四种负反馈组态的放大倍数电压串联负反馈电路电流串联负反馈电路电压并联负反馈电路电流并联负反馈电路i.o..UUAuuf电压放大倍数)(io..IUAuif转移电阻)S(i.o..UIAiuf转移电导io..IIAii电流放大倍数6.2.3反馈阻态的判断iX并联：反馈量和fX输入量接于同一输入端。fXiXfXiX接于不同的输入端。iX串联：反馈量和fX输入量fXiXfXiX电流：将负载短路，反馈量仍然存在。电压：将负载短路，反馈量为零。一、电压负反馈与电流负反馈的判断令输出电压为零，反馈电流不存在，所以是电压负反馈令输出电压为零，反馈电流仍存在，所以是电流负反馈二、串联反馈与并联反馈的判断（略）[例6.2.1]判断反馈的组态。反馈通路：T、R2与R1交、直流反馈瞬时极性法判断：负反馈输出端看：电流负反馈输入端看：串联负反馈电路引入交、直流电流串联负反馈[例6.2.2]判断反馈的组态。图6.2.9例6.2.2电路图反馈通路：T3、R4与R2交、直流反馈瞬时极性法判断：负反馈输出端看：电压负反馈输入端看：串联负反馈电路引入交、直流电压串联负反馈6.3.1负反馈放大电路的方框图表示法图6.3.1反馈放大电路方框图.f.o.iXXX，，分别为输入信号、输出信号和反馈信号；开环放大倍数:.A无反馈时放大网络的放大倍数；因为：i.o.XXAo.f.XXF.f.iiXXX6.3负反馈放大电路的方框图及一般表达式所以：)()(.o..i..f.i.i..oXFXAXXAXAX闭环放大倍数：:.fAFAAXXA1.i.o.f电路的环路放大倍数：i.f..XXFAo.f.XXF反馈系数：..FA.F6.3.2四种组态电路的方块图电压串联负反馈电流串联负反馈电压并联负反馈电流并联负反馈表6.3.1四种组态负反馈放大电路的比较输出信号反馈信号开环电路的放大倍数反馈系数电压串联式电压并联式电流串联式电流并联式o.Uo.Uo.Io.If.Uf.Uf.If.I'io..UUAuu电压放大倍数)('io..IUAui转移电阻)S('io..UIAiu转移电导'io..IIAii电流放大倍数of..UUFuuS)(of..UIFiu)(of..IUFuiof..IIFiiFAAXXA1.i.o.f若11FAFFAAFAAA11...f——深度负反馈结论：深度负反馈放大电路的放大倍数主要由反馈网络的反馈系数决定，能保持稳定。若，01FA则fA——自激振荡6.3.3负反馈放大电路的一般表达式闭环放大倍数：AFAAf1在中频段，Af、A和F均为实数6.4.1深度负反馈的实质放大电路的闭环电压放大倍数：iofXXA深度负反馈放大电路的闭环电压放大倍数：FA1fofXXF而　foioXXXX　　所以　得　fiXX对于串联负反馈：并联负反馈：fiUUfiII结论：根据负反馈组态，选择适当的公式；再根据放大电路的实际情况，列出关系式后，直接估算闭环电压放大倍数。6.4深度负反馈放大电路放大倍数的分析6.4.2反馈网络的分析图6.4.1反馈网络的分析(a)电压串联2110RRRUUFfuu(b)电流串联RRRIIUFfui00(c)电压并联(d)电流并联RURUUIFfiu10002120RRRIIFfii3.四种负反馈阻态的判断iX并联：反馈量和fX输入量接于同一输入端。fXiXfXiX接于不同的输入端。iX串联：反馈量和fX输入量fXiXfXiX电流：将负载短路，反馈量仍然存在。电压：将负载短路，反馈量为零。5、深度负反馈放大电路电压放大倍数的计算4、负反馈的几个概念FAAXXA1.i.o.fo.f.XXFi.f..XXFA若11FA——深度负反馈FA1f[例6.4.1]如图6.2.8，已知R1＝10KΩ，R2＝100KΩ，R3＝2KΩ，RL＝5KΩ。求解在深度负反馈条件下的AUf.图6.2.8例6.4.1电路图解：反馈通路：T、R3、R2与R1电路引入电流串联负反馈IRRRRIR3213110321311RIRRRRRIURf321310RRRRRIUFfui30)(3132100RRRRRRFRURIUUALuiLfLiuf6.5负反馈对放大电路性能的影响6.5.1稳定放大倍数引入负反馈后，在输入信号一定的情况下，当电路参数变化、电源电压波动或负载发生变化时，放大电路输出信号的波动减小，即放大倍数的稳定性提高。放大倍数稳定性提高的程度与反馈深度有关。FAAA1..f在中频范围内，AFAA1fAAAFAAd11dff放大倍数的相对变化量：结论：引入负反馈后，放大倍数的稳定性提高了(1+AF)倍。例：在电压串联负反馈放大电路