反馈的概念及判断方法

第十六讲反馈的概念及判断方法；负反馈的四种基本组第六章放大电路的反馈［教学目的］1、掌握反馈的基本概念和类型，判断放大电路中是否存在反馈，反馈的类型以及它们在电路中的作用2、理解多种负反馈对放大电路性能的影响，会根据实际要求在电路中引入适当的反馈3、掌握负反馈的一般表达式，会计算深度负反馈条件下的电压放大倍数4、了解负反馈放大电路产生自激振荡的条件，会在放大电路中接入校正环节以消除振荡。［教学重点和难点］1、负反馈组态的判断2、深度负反馈条件下电压放大倍数的计算3、负反馈放大电路自激振荡的判断及消除［教学内容］第一节反馈的基本概念及判断方法一、反馈的基本概念二、反馈的判断第二节负反馈放大电路的四种基本组态一、负反馈放大电路分析要点二、四种负反馈组态三、反馈组态的判断第三节负反馈放大电路的方框图及一般表达式一、负反馈放大电路的方框图表示法二、四种组态的方框图三、负反馈放大电路的一般表达式第四节深度负反馈放大电路倍数的分析第五节负反馈对放大电路性能的影响一、稳定放大倍数二、改变输入电阻和输出电阻三、展宽频带四、减小非线性失真五、放大电路引入负反馈的一般原则第六节负反馈放大电路的稳定性一、负反馈放大电路自激振荡产生的原因和条件二、负反馈放大电路稳定性的分析三、负反馈放大电路的稳定性的判断四、负反馈放大电路自激振荡的消除方法本章讨论的问题：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？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。反馈信号的传输是反向传输。所以，放大电路无反馈也称开环，放大电路有反馈也称闭环。反馈的示意图见图。图中iX是输入信号，fX是反馈信号，iX称为净输入信号。所以有fiiXXX6.1.2反馈的判断一、有无反馈的判断反馈概念方框图负反馈，加入反馈后，净输入信号iXiX，输出幅度下降。正反馈，加入反馈后，净输入信号iXiX，输出幅度增加。二、反馈极性的判断正反馈和负反馈的判断法之一：瞬时极性法在放大电路的输入端，假设一个输入信号的电压极性，可用“+”、“-”或“↑”、“↓”表示。按信号传输方向依次判断相关点的瞬时极性，直至判断出反馈信号的瞬时电压极性。如果反馈信号的瞬时极性使净输入减小，则为负反馈；反之为正反馈。三、直流反馈与交流反馈的判断反馈信号只有交流成分时为交流反馈，反馈信号只有直流成分时为直流反馈，既有交流成分又有直流成分时为交直流反馈。正反馈和负反馈的判断法之二：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时，瞬时极性相同的为正反馈，瞬时极性相反的是负反馈；反馈信号和输入信号加于输入回路两点时，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。（动画9-1）（动画9-2）6.2负反馈放大电路的四种基本组态6.2.1负反馈放大电路的分析要点一、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的反馈称为电压反馈；电流反馈，反馈信号的大小与输出电流成比例的反馈称为电流反馈。电压反馈与电流反馈的判断：将输出电压‘短路’，若反馈回来的反馈信号为零，则为电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为电流反馈。二、串联反馈和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，则为并联反馈，此时反馈信号与输入信号是电流相加减的关系；反之，加在放大电路输入回路的两个电极，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。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，另一个加在发射极则为串联反馈。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，另一个加在反相输入端则为串联反馈。例题1:试判断图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，故为电流反馈。结论是直流电流并联负反馈。经Rf加在E1上的是交流负反馈。反馈信号和输入信号加在三极管两个输入电极，故为串联反馈。结论：交流电压串联负反馈。例题09.1图例题09.2:试判断图09.03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两个输入端，故为串联反馈。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6.2.2四种负反馈组态负反馈的类型有四种，即电压串联负反馈、电压并联负反馈、电流串联负反馈和电流并联负反馈。在此要分析反馈的属性、求放大倍数等动态参数。一、电压串联负反馈(a)分立元件放大电路(b)集成运放放大电路图09.05电压串联负反馈(1)判断方法对图09.05(a)所示电路，根据瞬时极性法判断，经Rf加在发射极E1上的反馈电压为‘+’，与输入电压极性相同，且加在输入回路的两点，故为串联负反馈。反馈信号与输出电压成比例，是电压反馈。后级对前级的这一反馈是交流反馈，同时Re1上还有第一级本身的负反馈，这将在下面分析。对图(b)，因输入信号和反馈信号加在运放的两个输入端，故为串联反馈，根据瞬时极性判断是负反馈，且为电压负反馈。结论是交直流串联电压负反馈。(2)闭环放大倍数对于串联电压负反馈，在输入端是输入电压和反馈电压相减，所以ioiofVVXXAvvvvvvvvFAA1反馈系数FXXVVvv.....fofo，对于图09.05(a)1ffe1fe1.1,evvvvRRARRRF，对于图09.05(b)1ff1f1.1,RRARRRFvvvv二、电压并联负反馈电压并联负反馈的电路如图09.06所示。因反馈信号与输入信号在一点相加，为并联反馈。根据瞬时极性法判断，为负反馈，且为电压负反馈。因为并联反馈，在输入端采用电流相加减。即。图09.06电压并联负反馈ifiIIIioviIVA/具有电阻的量纲ioviIVA/f具有电阻的量纲of/VIFiv具有电导的量纲.i.of.IVAvi...1ivviviFAAf.viA称为互阻增益，ivF称为互导反馈系数，ivviFA相乘无量纲。对于深度负反馈，互阻增益为f.viA.1ivFfofo1/RVRVFiv而电压增益为1f11f1ioiof1RRFRRARIVVVAivvivv三、电流串联负反馈电流串联负反馈电路如图09.07所示。图09.07(a)是基本放大电路将Ce去掉而构成，图09.07(b)是由集成运放构成。对图09.07(a)，反馈电压从Re上取出，根据瞬时极性和反馈电压接入方式，可判断为串联负反馈。因输出电压短路，反馈电压仍然存在，故为串联电流负反馈。(a)(b)图09.07电流串联负反馈对图09.07(b)的电路，求其互导增益f.ivA.1viFRIRIFvioo.于是A.ivf1/R，这里忽略了Rf的分流作用。电压增益为RRRARVIVVAivvvLL.fL.i.o.i.of.四、电流并联负反馈电流并联负反馈的电路如图09.08(a)、(b)所示。对于图(a)电路，反馈节点与输入点相同，所以是电流并联负反馈。对于图(b)电路，也为电流并联负反馈。(a)(b)图09.08并联电流负反馈电流反馈系数是ofI/IFii，以图09.08(b)为例f22ofof22f2offf=0)(RRRIIFIRRRIRIIRIii电流放大倍数)1(12ffRRFAiiii显然，电流放大倍数基本上只与外电路的参数有关，与运放内部参数无关。电压放大倍数为1L2f1Lf1iLoiof)1(=RRRRRRARIRIVVAiivv例题09.4：回答下列问题。①求图09.09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。图09.09例题09.4图解：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。IC1=IC2=IC3/2V7.9)V7.09(V9V)156(V6V66241515BE3B3E3EER2B3221EECCR2VVVVVVRRRVVVV5mA5.0mA1mA3.5157.9c1C1CCC2C1C2C1e3EEE3C3RIVVVIIRVVI②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。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。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。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b2ff+1=RRAvv6.2.3反馈组态的判断