(2.10)--第八章《反馈放大电路》模拟电子技术.ppt

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1、反馈的基本概念与分类负反馈放大电路增益的一般表达式负反馈对放大电路性能的影响深度负反馈条件下的近似计算负反馈放大电路的四种组态负反馈放大电路设计负反馈放大电路的频率响应负反馈放大电路的稳定性反馈放大电路反馈的基本概念与分类直流反馈与交流反馈正反馈与负反馈串联反馈与并联反馈什么是反馈电压反馈与电流反馈什么是反馈将电子系统输出回路的电量（电压或电流）送回到输入回路的过程。hfeibicvceibvbehrevcehiehoe内部反馈外部反馈输出信号反馈放大电路的输入信号反馈信号基本放大电路的输入信号（净输入信号）框图反馈通路信号反向传输的渠道开环无反馈通路闭环有反馈通路什么是反馈判断电路是否存在反

2、馈通路反馈通路（本级）反馈通路（本级）反馈通路（级间）什么是反馈直流反馈与交流反馈根据反馈到输入端的信号是交流，还是直流，或同时存在，来进行判别。直流反馈交、直流反馈(a)直流通路(b)交流通路什么是反馈反馈与负反馈正反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变大了。负反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变小了。从输出端看从输入端看正反馈：引入反馈后，使净输入量变大了。负反馈：引入反馈后，使净输入量变小了。净输入量可以是电压，也可以是电流。正反馈与负反馈判别方法：瞬时极性法。即在电路中，从输入端开始，沿着信号流向，标出某一时刻有关节点电压变化的斜率（正斜率或负斜率，用“+”、“-”号表示）。净输入量

3、减小净输入量增大负反馈正反馈反馈通路反馈通路级间反馈通路净输入量减小级间负反馈正反馈与负反馈反馈通路净输入量减小本级负反馈正反馈与负反馈串联反馈与并联反馈由反馈网络在放大电路输入端的连接方式判定串联：输入以电压形式求和（KVL）-vi+vid+vf=0即vid=vi-vf并联：输入以电流形式求和（KCL）ii-iid-if=0即iid=ii-if串联并联判断电路中的级间交流反馈是串联反馈还是并联反馈并联反馈级间反馈通路xf(if)串联反馈与并联反馈判断电路中的级间交流反馈是串联反馈还是并联反馈串联反馈级间反馈通路xf(vf)串联反馈与并联反馈电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈由反馈网络在放大

4、电路输出端的取样对象决定电压反馈：反馈信号xf和输出电压成比例，即xf=Fvo电流反馈：反馈信号xf与输出电流成比例，即xf=Fio并联结构串联结构电压负反馈RL vo xf xid vo 电压负反馈稳定输出电压xf=Fvo，xid=xixf电压反馈与电流反馈电流负反馈RL io xf xid io 电流负反馈稳定输出电流xf=Fio，xid=xixf电压反馈与电流反馈判断方法：负载短路法将负载短路，反馈量仍然存在电流反馈。将负载短路（未接负载时输出对地短路），反馈量为零电压反馈。电压反馈电流反馈反馈通路反馈通路电压反馈与电流反馈电压反馈反馈通路电压反馈与电流反馈负反馈放大电路的四种组态电压并

5、联负反馈放大电路电流串联负反馈放大电路电流并联负反馈放大电路电压串联负反馈放大电路电压串联负反馈放大电路输入以电压形式求和（KVL）：vid=vi-vf稳定输出电压特点：电压控制的电压源电压并联负反馈放大电路输入以电流形式求和（KCL）：iid=ii-if稳定输出电压电流控制的电压源特点：电流串联负反馈放大电路输入以电压形式求和（KVL）：vid=vi-vf稳定输出电流电压控制的电流源特点：电流并联负反馈放大电路输入以电流形式求和（KCL）：iid=ii-if稳定输出电流电流控制的电流源特点：电压负反馈：稳定输出电压，具有恒压特性串联反馈：输入端电压求和（KVL）电流负反馈：稳定输出电流，具有

6、恒流特性并联反馈：输入端电流求和（KCL）特点小结：反馈组态判断举例（交流）(+)(-)(+)(+)级间电压串联负反馈(+)电压并联负反馈反馈组态判断举例（交流）直流反馈交、直流反馈(+)(+)(-)(+)(+)(+)电流串联负反馈反馈组态判断举例（交流）串联负反馈信号源对反馈效果的影响vid=vi-vf则vi最好为恒压源，即信号源内阻Rs越小越好。要想反馈效果明显，就要求vf变化能有效引起vid的变化。并联负反馈iid=ii-if则ii最好为恒流源，即信号源内阻Rs越大越好。要想反馈效果明显，就要求if变化能有效引起iid的变化。信号源对反馈效果的影响负反馈放大电路增益的一般表达式闭环增益的

7、一般表达式反馈深度讨论1.闭环增益的一般表达式开环增益反馈系数闭环增益因为所以已知闭环增益的一般表达式即负反馈放大电路增益的一般表达式负反馈放大电路中各种信号量的含义负反馈放大电路增益的一般表达式2.反馈深度讨论一般负反馈称为反馈深度深度负反馈正反馈自激振荡一般情况下，A和F都是频率的函数，当考虑信号频率的影响时，Af、A和F分别用、和表示。即负反馈放大电路增益的一般表达式负反馈对放大电路性能的影响减小非线性失真抑制反馈环内噪声对输入电阻和输出电阻的影响提高增益的稳定性提高增益的稳定性闭环时对A求导得只考虑幅值有另一方面,在深度负反馈条件下即闭环增益只取决于反馈网络。当反馈网络由稳定的线性元件

8、组成时，闭环增益将有很高的稳定性。负反馈的组态不同，稳定的增益不同（Avf、Arf、Agf、Aif）即闭环增益相对变化量是开环时的减小非线性失真闭环时增益减小，线性度变好。只能减少环内放大电路产生的失真，如果输入波形本身就是失真的，即使引入负反馈，也无济于事。1开环特性2闭环特性抑制反馈环内噪声比原有的信噪比提高了倍电压的信噪比增加一前置级并认为该级为无噪声的新的信噪比对输入电阻和输出电阻的影响串联负反馈1.对输入电阻的影响开环输入电阻Ri=vid/ii因为vf=Fxoxo=Avid闭环输入电阻Rif=vi/ii所以vi=vid+vf=(1+AF)vid闭环输入电阻Rif=vi/ii引入串联负

9、反馈后，输入电阻增加了。并联负反馈1.对输入电阻的影响闭环输入电阻引入并联负反馈后，输入电阻减小了。注意:反馈对输入电阻的影响仅限于环内，对环外不产生影响。对输入电阻和输出电阻的影响例如图中R1不在环内但是当R1时，反馈对Rif几乎没有影响。对输入电阻和输出电阻的影响2.对输出电阻的影响电压负反馈2.对输出电阻的影响闭环输出电阻电压负反馈而Xid=-Xf=-Fvt忽略反馈网络对it的分流所以引入电压负反馈后，输出电阻减小了。对输入电阻和输出电阻的影响2.对输出电阻的影响电流负反馈闭环输出电阻引入电流负反馈后，输出电阻增大了。注意:反馈对输出电阻的影响仅限于环内，对环外不产生影响。负反馈对放大电

10、路性能的改善，是以牺牲增益为代价的，且仅对环内的性能产生影响。串联负反馈并联负反馈电压负反馈电流负反馈特别注意表8.4.1的内容增大输入电阻减小输入电阻减小输出电阻，稳定输出电压增大输出电阻，稳定输出电流对输入电阻和输出电阻的影响深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈的特点深度负反馈近似计算举例深度负反馈的特点即，深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈网络有关由于则又因为代入上式得（也常写为xf xi）净输入量近似等于零由此可得深度负反馈条件下，基本放大电路“两虚”的概念输入量近似等于反馈量（xid 0）深度负反馈的特点串联负反馈，输入端电压求和深度负反馈条件下xid=xi-xf 0虚短虚断虚短虚断

11、并联负反馈，输入端电流求和vid=vi-vf 0iid=ii-if 0vid=iidri 0举例电压串联负反馈反馈系数实际上该电路就是第2章介绍的同相比例放大电路，该结果与第2章所得结果相同设电路满足深度负反馈条件，试写出该电路的闭环电压增益表达式。解：根据虚短、虚断闭环增益（就是闭环电压增益）举例(例8.5.1)电压串联负反馈设电路满足深度负反馈条件，试写出该电路的闭环电压增益表达式。解：根据虚短、虚断闭环电压增益负反馈放大电路设计设计负反馈放大电路的一般步骤负反馈放大电路设计举例设计负反馈放大电路的一般步骤1.选定需要的反馈类型2.确定反馈系数的大小3.适当选择反馈网络中的电阻阻值4.通过

12、仿真分析，检验设计是否满足要求信号源性质对输出信号的要求对输入、输出电阻的要求对信号变换的要求（V-V、V-I、I-V、I-I）深度负反馈时尽量减小反馈网络对基本放大电路的负载效应设计举例例8.6.2设计一个带负反馈的光电隔离器的驱动电路。设vs的变化范围为05V，内阻Rs=500。要求LED的io1=10-3vs(A)。已知运放的Avo=104，Ri=5k，Ro=100。设计后仿真检验发光二极管的电流。解:驱动电路需要将电压vs转换为电流io1已知LED的光强度流过LED的电流io1线性电压信号vs线性选用电流串联负反馈电路光电隔离器解:选用电流串联负反馈电路所以Rf=1k又因为根据虚断有深

13、度负反馈时例8.6.2设计一个带负反馈的光电隔离器的驱动电路。设vs的变化范围为05V，内阻Rs=500。要求LED的io1=10-3vs(A)。已知运放的Avo=104，Ri=5k，Ro=100。设计后仿真检验发光二极管的电流。设计举例解:仿真电路io1与vs的呈线性关系，io1=10-3vs，放大电路满足设计要求。例8.6.2设计一个带负反馈的光电隔离器的驱动电路。设vs的变化范围为05V，内阻Rs=500。要求LED的io1=10-3vs(A)。已知运放的Avo=104，Ri=5k，Ro=100。设计后仿真检验发光二极管的电流。设计举例负反馈放大电路的频率响应增益-带宽积频率响应的一般表

14、达式频率响应的一般表达式基本放大电路的高频响应比开环时增加了为基本放大电路通带增益根据闭环增益表达式有（设反馈网络为纯阻网络）通带闭环增益其中同理可得闭环上限频率比开环时减小了闭环下限频率引入负反馈后，放大电路的通频带展宽了频率响应的一般表达式例8.8.1的波特图开环增益反馈系数为0.01时反馈系数为0.1时反馈系数为1时增益-带宽积放大电路的增益-带宽积为常数闭环增益-带宽积开环增益-带宽积负反馈放大电路的稳定性*频率补偿负反馈放大电路的自激振荡及稳定工作的条件负反馈放大电路的自激振荡及稳定工作的条件1.自激振荡现象在不加任何输入信号的情况下，放大电路仍会产生一定频率的信号输出。2.产生原因

15、在高频区或低频区产生的附加相移达到180，使中频区的负反馈在高频区或低频区变成了正反馈，当满足了一定的幅值条件时，便产生自激振荡。3.自激振荡条件自激振荡反馈深度即又得自激振荡条件幅值条件相位条件（附加相移）注：输入端求和的相位（注：输入端求和的相位（-1-1）不包含在内）不包含在内闭环增益负反馈放大电路的自激振荡及稳定工作的条件4.稳定工作条件破坏自激振荡条件或当反馈网络为纯电阻网络时，f=0。其中Gm幅值裕度，一般要求Gm-10dBm相位裕度，一般要求m45（保证可靠稳定，留有余地）写成等式，且幅值用分贝数表示时负反馈放大电路的自激振荡及稳定工作的条件用波特图表示或Gm-10dB或m45

16、4.稳定工作条件负反馈放大电路的自激振荡及稳定工作的条件5.负反馈放大电路稳定性分析环路增益的幅频响应写为一般与频率无关，则的幅频响应是一条水平线利用波特图分析关键是作出的幅频响应和相频响应波特图水平线的交点为即该点满足负反馈放大电路的自激振荡及稳定工作的条件(2)作水平线判断稳定性方法(1)作出的幅频响应和相频响应波特图(3)判断是否满足相位裕度m45 在相频响应的点处作垂线与交于P点若P点在水平线之下，稳定；否则不稳定。或5.负反馈放大电路稳定性分析在水平线的交点作垂线交于相频响应曲线的一点。若该点|a|135，满足相位裕度，稳定；否则不稳定。负反馈放大电路的自激振荡及稳定工作的条件基本放大电基本放大反馈深度越深，越容易自激。越大，水平线下移，越容易自激越大，表明反馈深度越深8.8.1自激振荡及稳定工作的条件5.负反馈放大电路稳定性分析P点交在的-20dB/十倍频程处，放大电路是稳定的。