模电课件第六章(1)

第6章 反馈,61 反馈的基本概念及基本方程 62 负反馈对放大器性能的影响 63 反馈放大器的分类及对输入、 输出阻抗的影响 64 反馈放大器的分析和近似计算 65 反馈放大器稳定性讨论 66 运算放大器的小信号闭环带宽、 压摆率及功率带宽,6-1-1 负反馈的概念,凡是将放大电路输出端的信号（电压或电流）的一部分或全部引回到输入端，与输入信号迭加，就称为反馈。,若引回的信号削弱了输入信号，就称为负反馈。若引回的信号增强了输入信号，就称为正反馈。,这里所说的信号一般是指交流信号，所以判断正负反馈，就要判断反馈信号与输入信号的相位关系，同相是正反馈，反相是负反馈。,61 反馈的基本概念及基本方程,从一个例子说起稳定工作点电路,输入量：Vi、VBE、iB,反馈将电子系统输出回路的电量（电压或电流），以一定的方式送回到输入回路的过程。,输出量：VO、VCE、iC,正向传输信号从输入端到输出端的传输,取+ 加强输入信号 正反馈 用于振荡器,取 - 削弱输入信号 负反馈 用于放大器,开环,闭环,负反馈的作用：稳定静态工作点；稳定放大倍数；提高输入电阻；降低输出电阻；扩展通频带。,反馈框图：,反馈电路的三个环节：,放大：,反馈：,比较：,负反馈框图：,基本放大 电路A,反馈回路F,+,输出信号,输入信号,反馈信号,净输入信号,612反馈放大器的基本框图,.,613反馈放大器的基本方程,基本放大器的传输增益(也称开环增益或开环放大倍数),反馈网络的传输系数(也称反馈系数),环路增益(回归比),反馈放大器的传输增益（也称闭环增益）,反馈放大器的基本方程,由以上所述，可得如下结论： （1）负反馈使放大器的增益下降了（1+AF）倍。 （2）令1 +AF=D，称它为反馈深度，它是一个表征反馈强弱的量。,反馈极性,由于净输入信号,若 xf 削弱了xi，使 xi xi,负反馈,若 xf 增强了xi，使 xi xi,正反馈,负反馈具有自动调整作用，可改善放大器性能。,例：某原因,正反馈使放大器工作不稳定，多用于振荡器中。,负反馈的自动调整作用是以牺牲增益为代价的。,判断是否为反馈电路,看电路输出与输入之间是否接有元件，若有则为反馈电路，该元件即为反馈元件。,例1,Rf为反馈元件。,例2,RE为反馈元件。,例：,例：,Rf 、RE1组成反馈网络，反馈系数：,62 负反馈对放大器性能的影响,621负反馈使放大倍数稳定度提高 负反馈稳定放大器增益的原理是因为负反馈有自动调节作用。工作环境变化(如温度、湿度)、器件更换或老化、电源电压不稳等诸因素会导致基本放大器的放大倍数不稳定。,通常用放大倍数的相对变化量来衡量放大器的稳定性。 开环放大倍数相对稳定度为 闭环放大倍数相对稳定度为,(613),(614),例1设计一个负反馈放大器，要求闭环放大倍数Af=100,当开环放大倍数A变化±10%时，Af的相对变化量在±0.5%以内，试确定开环放大倍数A及反馈系数F值。 解 因为,所以，反馈深度D必须满足,因为,所以,因为,6-2-2负反馈使放大器通频带展宽，线性失真减小,有源低通滤波器,令,同理,则,无反馈放大器的频率响应,有负反馈放大器的频率响应,增益,A,I,A,I,-3 dB,A,If,A,If,-3 dB,f,Lf,f,L,f,H,无反馈放大器的带宽,负反馈放大器的带宽,f,Hf,f,(频率),图63负反馈改善放大器频率响应的示意图,图64引起频率失真的因素必须包含在反馈环之内,6-2-3 负反馈使非线性失真减小，输入动态范围展宽,i,o,0,u,be,A,X,i,.,X,o,.,x,o,0,t,0,t,x,i,基本放大器,i,o,0,u,be,A,F,t,x,o,X,o,.,t,0,x,i,X,i,.,X,f,.,0,t,x,i,x,f,0,t,X,i,.,0,图65负反馈改善非线性失真的工作原理示意图,(a)无反馈,(b)负反馈使非线性失真减小,输入动态范围展宽,负反馈对非线性失真的影响.avi,非线性失真系数,6-2-4 负反馈可以减小放大器内部产生的噪声与干扰的影响,利用负反馈抑制放大器内部噪声及干扰的机理与减小非线性失真是一样的。负反馈输出噪声下降(1+AF)倍。如果输入信号本身不携带噪声和干扰，且其幅度可以增大，输出信号分量保持不变，那么放大器的信噪比将提高(1+AF)倍。,(1)负反馈使放大器的放大倍数下降，但增益稳定度提高，频带展宽，非线性失真减小，内部噪声干扰得到抑制，且所有性能改善的程度均与反馈深度( 1+AF )有关。,(2)被改善的对象就是被取样的对象。例如，反馈取样的是输出电流，则有关输出电流的性能得到改善；反之，取样对象是输出电压，则有关输出电压的性能得到改善。,负反馈的特点,(3)负反馈只能改善包含在负反馈环节以内的放大器性能，对反馈环以外的，与输入信号一起进来的失真、干扰、噪声及其它不稳定因素是无能为力的。,63 反馈放大器的分类及对输入、 输出阻抗的影响,631电压反馈与电流反馈 按反馈网络与基本放大器输出端的连接方式不同，反馈分为电压反馈和电流反馈两种类型。 如图66(a)所示，反馈网络与基本放大器输出端并联连接，反馈信号直接取自于输出电压，且与输出电压成正比。若令 ，则反馈信号 立即为零，我们将这种反馈称之为电压反馈。,图66电压反馈和电流反馈,6-3-2电压反馈和电流反馈对输出电阻的影响,图67 电压负反馈放大器输出电阻的计算,输出电阻变小,图68电流负反馈放大器输出电阻的计算,输出电阻变大,633串联反馈与并联反馈,(a)串联反馈,负反馈,A,R,i,F,U,i,.,R,i,f,I,i,.,I,i,.,I,f,.,图69串联反馈和并联反馈框图,(b)并联反馈,负反馈,图610放大器输入回路中引入串联反馈和并联反馈,(a)串联反馈,(b)并联反馈,图611差分放大器中引入串联反馈和并联反馈,(a)串联反馈,(b)并联反馈,634串联负反馈和并联负反馈对放大器输入电阻的影响,串联负反馈,输入电阻变大,并联负反馈,输入电阻变小,图612四种典型的负反馈组态电路,(a)串联电压负反馈,(b)串联电流负反馈,(c)并联电压负反馈,(d)并联电流负反馈,图67 电压负反馈放大器输出电阻的计算,(626),(627),(628),式(628)表明，电压负反馈使放大器输出电阻减少了(1+A0F)倍。输出电阻减小，意味着负载RL变化时，输出电压 的稳定度提高了。这与上一节的分析结果是完全一致的。 对于电流负反馈，由于反馈信号 与输出电流成正比，所以我们采用恒流源等效电路，如图68所示。输出电阻Rof为,图68电流负反馈放大器输出电阻的计算,(630),(629),式(630)表明，电流负反馈使放大器的输出电阻增大为Ro的(1+AF)倍。输出电阻增大，意味着负载变化时，输出电流稳定。这一点和上一节的分析结果也是完全一致的。,633串联反馈与并联反馈 根据反馈网络和基本放大器输入端的连接方式不同，反馈有串联反馈和并联反馈之分。如图69(a)所示，反馈网络串联在基本放大器的输入回路中，输入信号支路与反馈支路不接在同一节点上，控制端的净输入电压 等于输入电压 和反馈电压 的矢量和。如果是负反馈，则有,(631),图69串联反馈和并联反馈框图 (a)串联反馈；(b)并联反馈,图69(b)所示电路中，反馈网络直接并联在基本放大器的输入端，输入信号支路与反馈信号支路接到基本放大器的同一节点上。在这种反馈方式中，用节点电流描述较为方便、直观，即放大器的净输入电流 等于输入电流 和反馈电流 的矢量和。如果是负反馈，则有,(632),图610放大器输入回路中引入串联反馈和并联反馈 (a)串联反馈；(b)并联反馈,图611差分放大器中引入串联反馈和并联反馈 (a)串联反馈；(b)并联反馈,634串联负反馈和并联负反馈对放大器输入电阻的影响 串联负反馈使输入电阻增大，并联负反馈使输入电阻减小。 如图69(a)所示，输入电阻Rif为,(633),(634),(635),(636),(637),式(637) 表明，并联负反馈使放大器的输入电阻减小了（1+AF）倍。,通过以上分析，可得如下结论： （1）反馈电路可归纳为四种组态(a)串联电压负反馈；(b)串联电流负反馈；(c)并联电压负反馈；(d)并联电流负反馈 。 （2）串联负反馈使放大器的输入电阻增大为无反馈时的（1+AF）倍，并联负反馈使放大器的输入电阻减小为无反馈时的（1+AF）倍；电压负反馈使放大器的输出电阻减小为无反馈时的（1+AF）倍，电流负反馈使放大器的输出电阻增大为无反馈时的（1+AF）倍。,图612四种典型的负反馈组态电路 (a)串联电压负反馈；(b)串联电流负反馈； (c)并联电压负反馈；(d)并联电流负反馈,64 反馈放大器的分析和近似计算,641四种组态反馈放大器增益和反馈系数的定义及近似计算 为了分析计算公式的一致性和反映四种反馈组态的特点，定义不同的增益和反馈系数。 一、串联电压负反馈 如图612(a)所示，串联电压负反馈的增益和反馈系数的定义为 ,二、串联电流负反馈 如图612(b)所示，电流反馈的反馈信号正比于输出电流，故串联电流负反馈的增益和反馈系数的定义为,(638),(639),三、并联电压负反馈 如图612(c)所示，并联反馈的输入量取电流，反馈量也为电流，而输出量是电压，故并联电压负反馈的增益和反馈系数的定义,(640),四、并联电流负反馈 如图612(d)所示，并联电流负反馈的输入量、反馈量及输出量均取电流，故增益和反馈系数定义为,(641),可见，Ai、Aif及Fi都是无量纲的。,(642),(643),642集成运算放大器的两种基本反馈阻态 一、集成运算放大器的开环传输特性 集成运算放大器是高增益的直接耦合放大器。在集成运算放大器中施加深度负反馈，就可以得到性能十分优异的放大电路。 集成运算放大器有两个输入端和一个输出端，输出电压正比于两个输入电压之差。开环放大倍数非常大，所以输入差模信号必须在一个很小的范围内，才能保证放大器工作在线性放大状态。,图613集成运算放大器开环传输特性 (a)运算符号；(b)开环传输特性,二、并联电压负反馈反相比例放大器 如图614(a)所示,图614并联电压负反馈反相比例放大器 (a)电路；(b)闭环传输特性,1. 闭环增益Auf 根据深反馈条件,(644),(645),2.闭环输入电阻Rif 由图614(a)可见，反馈电阻R2跨接在运放的输入端和输