第4章负反馈放大电路.ppt

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1、第六章 负反馈放大器,第一节 负反馈的基本概念第二节 负反馈放大器的分类及判断方法第三节 负反馈对放大电路性能的影响第四节 负反馈放大器的分析法,（一）反馈的定义：,反馈是将输出信号的一部分或全部通过一定的电路馈送回到放大电路的输入端，并对输入信号产生影响。,开环放大电路无反馈也称开环。,闭环放大电路有反馈也称闭环。,第一节 反馈的基本概念,一 反馈的基本概念：,如图所示反馈电路可分为两部分：,简化的反馈电路,1.基本放大器A：可由单级或多级放大器组成。,2.反馈网络B：一般由无源网络组成。,上述反馈放大器的一般形式可由方框图来概括,（二）反馈放大器的构成：,图反馈电路的方框图,反馈环由基本放

2、大器A和反馈网络B构成的闭合环路。,所示图为一单环反馈放大器的方框图：,B反馈网络；,比较器（相加点）,Xi是输入信号；Xf是反馈信号；Xdi(=XiXf)为净输入信号；,X广义信号量(电流或电压)；,带传输方向的支路；,A基本放大器；,反馈环,正向传输,反向传输,理想模型的假定：,（1）.正向传输:信号只经过基本放大器，而不经过反馈网络。,（2）.反向传输:信号只经过反馈网络，而不经过基本放大器。,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。,（三）输出取样方式,（四）与输入连接方式,反馈信号与输入信号加在放大电路输

3、入回路的同一个电极，则为并联反馈；否则，为串联反馈。,例如，对CE组态放大器来说:,Xf,并联反馈,串联反馈,反馈信号Xf和Xi加到同一个电极（基极），则为并联反馈。,反馈信号Xf和Xi未加到同一个电极，则为串联反馈,Xf,（五）反馈极性,负反馈:加入反馈后，净输入信号|Xdi|Xi|,输出幅度增加。,二、基本反馈方程式,基本反馈方程式：为分析反馈放大器的基本公式,1.放大电路的开环增益：,2.反馈网络的反馈系数：,3.基本反馈方程式：,A=Xo/Xdi,B=Xf/Xo,Af=A/(1+AB)=A/F,推导过程,根据信号的不同物理意义不同。,Xi=Xdi+Xf=Xdi+ABXd i=(1+AB

4、)Xdi,所以 Af=Xo/Xi,=AXdi/(1+AB)Xdi,=A/(1+AB)=A/F,Xf=BX0=ABXdi,因为 A=X0/Xdi;X0=AXdi,推导过程,索引,4.反馈深度:,深负反馈下，F1（或AB 1），此时反馈方程式可简化为：,因为F=1+AB反映了反馈对放大电路影响的程度，所以F称为反馈深度。,三、基本反馈方程式,其中，AB称为环路增益。,F越大，反馈深度越深；,Af=A/(1+AB)A/AB=1/B,当 F1时.使AfA,为负反馈；当 F 1时，使Af A,为正反馈；当 F=0时.使Af=,为临界自激。,由于:Af=A/(1+AB)=1/F,第二节 负反馈的分类,负反

5、馈类型有四种:一 电流串联负反馈 二 电压串联负反馈 三 电流并联负反馈 四 电压并联负反馈,分析反馈的属性、求电压增益等动态参数。,判断反馈类型（或组态）的方法,1判断是电流反馈还是电压反馈用输出电压短路法：,输出电压短路法：令输出电压u0=0,若Xf=0，则为电压反馈；否 则为电流反馈。,2判断是串联反馈还是并联反馈用馈入信号连接方式法：,馈入信号连接方式法：若反馈信号Xf串入输入回路，则为串联 反馈；否则为并联反馈。,3判断是正反馈还是负反馈用瞬时极性法,瞬时极性法：设定信号输入端的瞬时极性，沿反馈回路（A入 A出 B入 B出）标定瞬时极性,若Xf的极性使得净输入信号增大则为正反馈；否则

6、为负反馈。,一 电流串联负反馈,（一）判断反馈类型：,1.找反馈网络：,存在反向传输渠道(Re)。,2.电压与电流反馈：,令u0=0时,Uf0，故为电流反馈,3.串联与并联反馈：,Uf串入输入回路，故为串联反馈。,4.反馈极性：（瞬时极性法）,Udi(=Ui-Uf)减小，故为负反馈,结论：此电路为电流串联负反馈。,+,+,（步骤）,电流串联负反馈的一般形式,（二）可将电流串联负反馈电路写成一般形式：,（二）增益和反馈系数的表示方法：,对于电流串联负反馈:Xo I o;Xf U f；Xdi Udi。,A G=输出电流输入电压；具有电导量纲（mA/v），A G称为互导增益。,1.开环互导增益：,2

7、.闭环互导增益：,3.反馈系数：,A G=I o U di；,A Gf=I o U i；,B R=Uf I o；,5反馈深度：,4基本反馈方程式：,本例中：,F=1+B R A G；,A Gf=I o/U i,B R=UfI o=I o Re I o=Re；,=A G/(1+B R A G),无量纲,转换为电压增益为：,A Uf=U o/U i=I o R L/U i=A Gf RL,二 电压串联负反馈,（一）判断反馈类型：（步骤）,1.找反馈网络：,存在反向传输渠道(Re、Rf)。,2.电压与电流反馈：,令Uo=0时,Uf=0，故为电压反馈。,3.串联与并联反馈：,4.反馈极性：（用瞬时极性

8、法）,结论：此电路为电压串联负反馈。,电压串联负反馈放大电路,+,+,-,Uf串入输入回路，故为串联反馈。,Udi(=Ui-Uf)减小，故为负反馈,+,电压串联负反馈放大电路的一般形式,（二）可将电压串联负反馈电路写成一般形式：,（三）增益和反馈系数的表示方法：,对于电压串联负反馈:Xo Uo;Xf U f;XdiUdi。,A U=输出电压输入电压；,无量纲,1.开环电压增益：,2.闭环电压增益：,3.反馈系数：,A U=U o/U di,A Uf=U o/U i,B U=UfU o,无量纲,5.反馈深度：,4.基本反馈方程式：,本例中：,F=1+A UB U,A Uf,B U=Re1/(Re

9、1+Rf),=A U/（1+A U B U）,无量纲,A Uf=U o/U i,6.闭环电压增益：,三 电流并联负反馈,电流并联负反馈放大电路,-,-,+,（一）判断反馈类型：（步骤）,1.找反馈网络：,存在反向传输渠道(Re2、Rf)。,2.电压与电流反馈：,3.串联与并联反馈：,反馈信号以If出现，为并联反馈。,4.反馈极性：（用瞬时极性法）,Idi(=Ii-If)减小故为负反馈,结论：此电路为电流并联负反馈。,令u0=0时,If0，故为电流反馈,If,电流并联负反馈放大电路的一般形式,（二）可将电流并联负反馈电路写成一般形式：,对于电流并联负反馈:Xo Io;Xi I iXdi Idi。

10、,A I=输出电流输入电流;,无量纲,1.开环电流增益：,2.闭环电流增益：,3.反馈系数：,A I=I o/I di,A If=I o/I i,B I=IfI o,无量纲,无量纲,无量纲,（三）增益和反馈系数的表示方法：,5.反馈深度：,4.基本反馈方程式：,本例中：,F=1+B I A I；,A If=Io/I i,B I=If/I o=Re2/(Re2+Rf)；,=A I/（1+B I A I）,无量纲,转换成电压增益:,Auf=UoUi=IoRLIiRif=AIfRLRif,引入反馈后的输入电阻,四 电压并联负反馈,（一）判断反馈类型：（步骤）,1.找反馈网络：,存在反向传输渠道(Rf

11、)。,2.电压与电流反馈：,用前述的方法判断(电压反馈)。,3.串联与并联反馈：,用前述的方法判断(并联反馈)。,4.反馈极性：用瞬时极性法判断,Idi(=Ii-If)减小，故为负反馈.,结论：此电路为电压并联负反馈。,电压并联负反馈电路图,+,-,If,电压并联负反馈的一般形式,（二）可将电压并联负反馈电路写成一般形式：,（三）增益和反馈系数的表示方法：,对于电压并联负反馈:Xo Uo;Xi I i;Xdi Idi。,A R=输出电压输入电流；量纲(v/mA)，故称为互阻增益。,1.开环电压增益：,2.闭环电压增益：,3.反馈系数：,A R=UoI di；,A Rf=U oI i；,B G=

12、IfU o；,无量纲,电阻量纲,电阻量纲,5.反馈深度：,4.基本反馈方程式：,本例中：,F=1+B G A R；,A Rf=Uo/I i,B G=If/U o=-1/Rf；,=A R/（1+B G A R）,无量纲,转换成电压增益为,AufUoUiU0IiRifArfRif,引入反馈后的输入电阻,If,U o-If Rf,注意重点例题1:试判断图所示电路的反馈组态。,解:据瞬时极性法，见图中的红色“+”、“-”号，可知:1.经电阻R1加在基极B1上的是直流并联负反馈。,例题1图,2.经Rf 加在E1上的是交流负反馈。反馈信号和输入 信号加在T1两个输入电极，故为串联反馈。,索引,结论：是直流

13、电流并联负反馈。,因反馈信号与输出电流成比例，故又为电流反馈。,结论：交流电压串联负反馈。,第三节 负反馈对放大电路性能的影响,二、负反馈对输入电阻的影响,三、负反馈对输出电阻的影响,四、负反馈对通频带的影响,五、负反馈对非线性失真的影响,六、信号源内阻对反馈放大器的影响,一、负反馈对增益的影响,七、负反馈对噪声、干扰和温漂的影响,一 负反馈可提高增益的稳定性,无论何种负反馈，闭环增益都比开环增益下降1+AB倍，但不同的反馈组态A、B的量纲不同。,1.定性分析：,由于各种因素的影响:,Xf,Xdi,2.定量分析：,X0,(Xi保持不变),A,X0,A,有反馈时增益的稳定性比无反馈时提高了(1+

14、AB)倍。,等式两边同时除以Af，得到：,二 负反馈对通频带的影响,放大电路加入负反馈后增益下降，但通频带却加宽了.,通频带:f=f HfL f H,无反馈,有反馈,无反馈时，增益为80dB,频带宽度为f(如图),加负反馈后,增益降到60dB,频带宽度变为为ff(如图),f,ff,三 负反馈对非线性失真的影响,负反馈可以改善放大电路的非线性失真，但是只能改善反馈环内产生的非线性失真。,图负反馈对非线性失真的影响,Udi,Ui,Uf,AU,AU,U0,无反馈,加负反馈,四 负反馈对输入电阻的影响,(1)串联负反馈使输入电阻增加串联负反馈输入端形式如图：,式中ri=rdi为无反馈时的电阻。,串联负

15、反馈对输入电阻的影响,负反馈对输入电阻的影响与反馈加入的方式有关:,有反馈的输入电阻：,则有：rif ri。,并联负反馈输入端的形式如图：,并联负反馈对输入电阻的影响,(2)并联负反馈使输入电阻减小,有反馈的输入电阻：,无反馈的输入电阻：,五 负反馈对输出电阻的影响,求输出电阻的等效电路：,1.将输入信号源短路。,2.将负载电阻RL开路，在输出端加一个测试电压 Uot（产生测试电流Iot）。,（一）电压负反馈对输出电阻的影响,1.电压串联负反馈,Rof,Rof,Rof=Rof/Rc,画求Ro的等效电路,称开路电压增益.,2.电压并联负反馈,求输出电阻的等效电路如图,称开路互阻增益：,Rof=R

16、of/Rc,Rof,结论：电压负反馈使输出电阻减小。与输入端的连接方式无关,(二)电流负反馈对输出电阻的影响,1.电流并联负反馈,称短路电流增益.,Rof=Rof/Rc,AI0Idi,Rof,求输出电阻的等效电路如图,1.电流串联负反馈:,Rof=Rof/Rc,同理可以推得：,考虑RC的影响:,结论：电流负反馈使输出电阻增大。与输入端的连接方式无关,其中,（3）电压负反馈使输出电阻减小。与输入端的连接方式无关。,（4）电流负反馈使输出电阻增大。与输入端的连接方式无关。,(2)并联负反馈使输入电阻减小，与取样内容无关。,(1)串联负反馈使输入电阻增加，与取样内容无关。,结论：负反馈对输入、输出电

17、阻的影响：,六 信号源内阻对反馈放大器的影响,（1）.串联反馈：信号源须采用低内阻Rs,才能得到 反馈效果。,（2）.并联反馈：信号源须采用高内阻Rs,才能得到 反馈效果。(同理),Ausf=Aus/(1+Aus Bu),Aus=Au ri/(Rs+ri),AIsf=AIs/(1+AIs BI),AIs=AI Rs/(Rs+ri),（Rs=，Aus0，F=1失去反馈效果）,七 负反馈对噪声、干扰和温漂的影响,负反馈对噪声、干扰和温漂有抑制作用。负反馈只对反馈环内的噪声和干扰有抑制作用，且必须加大输入信号才使抑制作用有效。原理同负反馈对放大电路非线性失真的改善。,5.4.1等效电路法等效电路法是

18、不考虑反馈放大电路的组态和类型，直接画出电路的交流等效电路，列出电流电压方程，再用电路分析的方法求解负反馈放大电路的性能指标的一种方法。这种方法的优点是，不管电路多么复杂，只要等效电路正确，就能求出“精确的结果”。当然，电路复杂时，计算工作量很大，单凭手工计算是很难完成的，需要借助于计算机辅助分析工具进行。5.4.2方框图分析法,5.4.1等效电路法等效电路法是不考虑反馈放大电路的组态和类型，直接画出电路的交流等效电路，列出电流电压方程，再用电路分析的方法求解负反馈放大电路的性能指标的一种方法。这种方法的优点是，不管电路多么复杂，只要等效电路正确，就能求出“精确的结果”。当然，电路复杂时，计算

19、工作量很大，单凭手工计算是很难完成的，需要借助于计算机辅助分析工具进行。5.4.2方框图分析法,方法：不考虑反馈放大电路的组态和类型，直接画出电路的交流等效电路，列出电流电压方程，再用电路分析的方法求解负反馈放大电路的性能指标的一种方法。优点：不管电路多么复杂，只要等效电路正确，就能求出“精确的结果”。缺点：电路复杂时，计算工作量很大，单凭手工计算是很难完成的，需要借助于计算机辅助分析工具进行。,一、等效电路法,第四节 负反馈放大器的分析方法,基本思想：将负反馈放大器分为基本放大器A和反馈网络B;求得基本放大器参数;再考虑负反馈对放大器性能的影响，即可求得负反馈放大器的相应参数（如Af、Rif

20、、Rof）。,二、方框图分析法,分析步骤：,1.判断反馈组态；,2.画基本放大器电路（需考虑反馈网络B对基本放大电路输入、输出的负载作用）；,3.由基放电路求A、Ri、Ro、B等；,4.求F=(1+AS0B)；,5.求负反馈放大器的参数（Avf、Rif、Rof）。,与反馈组态有关，例如对 电流串联负反馈：取AG、BR,1.求B网络对基本放大器输入回路的负载作用时：,凡电压反馈，令Uo=0，从输入端看反馈网络的负载作用。凡电流反馈，令Io=0，从输入端看反馈网络的负载作用。,2.求B网络对基本放大器输出回路的负载作用时：,凡串联反馈，令Ii=0，从输出端看反馈网络的负载作用。凡并联反馈，令 Ui

21、=0，从输出端看反馈网络的负载作用。,基本放大器电路的画法：,例：电压串联负反馈的一个原理图：,（一）、判别反馈类型：,属电压串联负反馈；故采用电压源信号。,（二）、画基本放大电路：,电压串联负反馈（电路图）,按上述原则可得：,2.求输出电路：,1.求输入电路：,方框图分析法例,图04.19电压串联负反馈（交流通路）,3.求出拆除反馈网络后等效电路：,(三)、基本放大电路计算：,1.T1级：,电压增益为：,假定T1 T2参数相同,T1级等效负载：RL1=Rc1/hie2;(忽略Dz影响),发射极电阻：RE1=Re1/Rf,2.T2级：,两级开环总增益为：,2.反馈深度：,3.基本反馈方程式：,

22、F=1+B U A U；,A Uf 1/B U=(Re1+Rf)/Re1,B U=Uf/U o=Re1/(Re1+Rf)；,A Uf=A U/F,(四)、反馈放大电路计算：,1.反馈系数：,在深度反馈下：,4.输入阻抗：,(1).基本放大器的输入电阻：,ri=hie+(1+hfe)RE1,(2).串联反馈的输入电阻：,rif=ri1(1+B U A U),(3).考虑偏置电阻时：,rif=rif/Rb,可见串联负反馈Rb 对输入阻抗影响很大。,5.输出阻抗：,ro=(Re1+Rf)/(1/hoe)Re1+Rf,因而：,rof=ro/(1+AUSO BU)；,rof=rof/Rc2,正向传输,反

23、向传输,理想模型的假定：,（1）.正向传输:信号只经过基本放大器，而不经过反馈网络。,（2）.反向传输:信号只经过反馈网络，而不经过基本放大器。,正向传输,反向传输,深负反馈下，F1（或AB 1），此时反馈方程式可简化为：,本章小结,1.反馈的概念（正、负、交流、直流反馈）。,2.负反馈放大器四种组态的判别：,(1)电压、电流反馈：用输出电压短路法；,（2）串联、并联反馈：用馈入信号连接方式法；,（3）正、负反馈：用瞬时极性法。,3.负反馈对放大器性能的影响（仅对反馈环内的参数有影响）：,4.分析法:深度负反馈下的近似计算。,（1）提高增益稳定度；,（2）改善非线性失真、降低噪声；,（3）展宽频带；,(4)改变输入、输出电阻；,(5)付出的代价：增益降低（1+AB）倍。,