模拟电子技术基础 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 教学课件 ppt 傅丰林 第4章

负反馈放大器,第4章,362,目 录,4.1 负反馈的基本概念 363,4.2 负反馈对放大器性能的改善 370,4.4 负反馈放大器的分析方法 401,4.5 反馈放大器的稳定性 407,4.3 反馈的判别及引入 391,HOME,363,4.1 负反馈的基本概念,4.1.1 什么是负反馈,4.1.2 负反馈放大器的基本类型,HOME,364,4.1.1 什么是负反馈,反馈是将输出电压或输出电流的一部分或全部以一定的方式回送到输入端。如果回送到输入端的仅仅是交流信号，则称为交流反馈；如果回送到输入端的只有直流分量，则称为直流反馈；如果回送到输入端的不仅有交流信号，而且也有直流分量，则同时存在交、直流两种反馈。若反馈的结果使净输入信号减弱，则称为负反馈；反之，若反馈的结果使净输入信号增强，则称为正反馈。,1.引言,HOME,365,2. 负反馈放大器的方框图,反馈系数,反馈放大器的 放大倍数,基本放大器的放大倍数,反馈,基本放大器放大倍数又称开环增益； 反馈放大器放大倍数又称闭环增益。,正反馈,负反馈,HOME,4.1.1 什么是负反馈,366,4.1.2 负反馈放大器的基本类型,1. 电压反馈和电流反馈,电压取样,电流取样,电压反馈:反馈网络和基本放大器输出端以及负载是并联关系。,电流反馈:反馈网络和基本放大器输出端以及负载是串联关系。,HOME,367,2. 串联反馈与并联反馈,串联反馈,并联反馈,4.1.2 负反馈放大器的基本类型,串联反馈:反馈网络和信号源以及基本放大器输入端是串联关系。,并联反馈:反馈网络和信号源以及基本放大器输入端是并联关系。,HOME,368,3. 4种负反馈类型,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,4.1.2 负反馈放大器的基本类型,HOME,369,4. 4种负反馈类型特点,反馈系数,4.1.2 负反馈放大器的基本类型,HOME,370,4.2 负反馈对放大器性能的改善,其中,反馈网络的反馈系数,基本放大器放大倍数,反馈放大器放大倍数,1. 提高了放大倍数的稳定性,HOME,371,对于负反馈有,加入负反馈后，增益会降低。虽然这不是优点， 但换来了其他方面性能的改善。,4.2 负反馈对放大器性能的改善,1. 提高了放大倍数的稳定性,HOME,372,反馈深度,若 F10 ，称为深度负反馈 。此时,上式表明这时闭环增益Af只与反馈网络参数有关，而与基本放大器参数无关。 上式也是深反馈条件下计算的重要公式。,注意：负反馈的类型不同，闭环增益Af 的含义不同。,4.2 负反馈对放大器性能的改善,1. 提高了放大倍数的稳定性,HOME,373,稳定性的描述,增益稳定度定义：,显然，增益相对变化量值越小，增益稳定度越高。比较它们的大小，即可看出加入负反馈后对增益稳定性的影响。,和,闭环增益的稳定性提高为原来的F 倍,4.2 负反馈对放大器性能的改善,1. 提高了放大倍数的稳定性,HOME,374,电压串联负反馈,4.2 负反馈对放大器性能的改善,1. 提高了放大倍数的稳定性,稳定量是闭环电压增益，当输入电压一定时，输出电压稳定。,（ 一定),电流并联负反馈,稳定量是闭环电流增益，当输入电流一定时，输出电流稳定。,HOME,375,4.2 负反馈对放大器性能的改善,例4-1一电压串联负反馈放大器如图所示。设 ， 由于某种原因 从100下降到50，若要保持 为1V， 问 应如何变化？,解：,应从50mV提高到60mV，需增加10mV。,HOME,376,电流串联负反馈,4.2 负反馈对放大器性能的改善,1. 提高了放大倍数的稳定性,稳定量是闭环互导增益，当输入电压一定时，输出电流稳定。,电流并联负反馈,稳定量是闭环互阻增益，当输入电流一定时，输出电压稳定。,HOME,377,4.2 负反馈对放大器性能的改善,HOME,378,注意： fHf=F·fH。只有 为单极点时才成立。 反馈类型不同， 的含义不同，故这里的通频带不一定对应于电压增益的通频带。,4.2 负反馈对放大器性能的改善,定性说明：,2. 展宽了通频带,HOME,379,则,式中：,设单级电压串联负反馈 ， 为常数,定量分析：,4.2 负反馈对放大器性能的改善,2. 展宽了通频带,HOME,380,4.2 负反馈对放大器性能的改善,2. 展宽了通频带,HOME,381,负反馈放大器的传输特性, 线性关系，Bu 是一常数,4.2 负反馈对放大器性能的改善,以电压串联负反馈为例, 基本放大器的传输特性,用传输特性曲线加以说明,3. 减小了非线性失真,HOME,382,4.2 负反馈对放大器性能的改善,引入负反馈后，虽然信噪比并没有得到提高,但输出信号的减小可以通过提高输入信号来弥补,从而为输出信噪比的提高提供了机会。,4. 抑制了内部噪声和干扰,负反馈只能改善反馈环节内的性能，而不能改善反馈环节外的性能。负反馈虽然改善了放大器的性能，但付出了 代价，即放大倍数下降。,HOME,383,4.2 负反馈对放大器性能的改善,由负反馈的定义可得:,对串联负反馈有：,对并联负反馈有：,5. 对输入电阻的影响,HOME,384,1串联负反馈,4.2 负反馈对放大器性能的改善,5. 对输入电阻的影响,引入串联负反馈使得放大器的输入电阻增加，为基本放大器输入电阻的F倍。,HOME,385,2并联负反馈,4.2 负反馈对放大器性能的改善,5. 对输入电阻的影响,引入并联负反馈使得放大器的输入电阻减小，为基本放大器输入电阻的1/F。,HOME,386,4.2 负反馈对放大器性能的改善,输出电阻求解方法：,其中：,开路电压,短路电流,6. 对输出电阻的影响,HOME,387,1电压负反馈,4.2 负反馈对放大器性能的改善,6. 对输出电阻的影响,HOME,388,引入电压负反馈使得放大器的输出电阻减小，为基本放大器输入电阻的 。,则反馈放大器的输出电阻为,1电压负反馈,4.2 负反馈对放大器性能的改善,6. 对输出电阻的影响,HOME,389,2电流负反馈,4.2 负反馈对放大器性能的改善,6. 对输出电阻的影响,引入电流负反馈使得放大器的输出电阻增大，为基本放大器输入电阻的 倍。,HOME,390,4.2 负反馈对放大器性能的改善,输出电阻的大小反映了当负载变化时，放大器输出电压或 输出电流的稳定程度。若输出电阻很小，则当负载变化时，放 大器的输出电压就比较稳定；反之，若输出电阻很大，则当负 载变化时，放大器的输出电流就比较稳定。,上述的分析没有考虑信号源内阻,本节导出的基本公式是基于下面两个假定； 信号从输入端送到输出端只通过基本放大器，不通过反馈 网络，即无直通效应； 反馈信号从输出端传送到输入端只通过反馈网络，不通过 基本放大器，即反馈网络无负载效应。,HOME,391,4.3 反馈的判别及引入,4.3.1 反馈类型的判别,4.3.2 如何根据需要引入负反馈,HOME,392,4.3.1 反馈类型的判别,1. 一般步骤：,找到反馈支路；,判断取样方式；,判断比较方式；,判断反馈极性。,HOME,393,2. 方法与技巧,消失,电压取样,存在,电流取样,判断取样方式：,短路,4.3.1 反馈类型的判别,HOME,394,4.3.1 反馈类型的判别,2. 方法与技巧,如何判别是串联反馈还是并联反馈，可以根据反馈信号与输入信号在输入端引入的节点不同来判别。如果反馈信号与输入信号是在输入端的同一个节点引入，反馈信号与输入信号必为电流相加减，为并联反馈；如果它们不在同一个节点引入，反馈信号与输入信号必为电压相加减为串联反馈。,判断比较方式：,HOME,395,2. 方法与技巧,瞬时极性法 假设输入端的电位为+，依次判断A 和B 输出端电位的实际极性。 并联反馈 :若反馈到输入端的电位为负，则为负反馈；反之为正反馈。 串联反馈: 若 实际极性为正，则为负反馈；反之为正反馈。,4.3.1 反馈类型的判别,判断反馈极性,HOME,396,4.3.1 反馈类型的判别,电压反馈和电流反馈,HOME,397,4.3.1 反馈类型的判别,串联反馈和并联反馈,HOME,398,4.3.2 如何根据需要引入负反馈,例4-4 图示的多级放大器中，试说明为了实现以下几个方面的 求，应该分别引入什么样的负反馈，并标出反馈途径。 （1）频率改变时，电压放大倍数比较稳定； （2）减小对对信号源取用的电流。,HOME,399,解：(1)由于输入电压一定，只要使输出电压稳定，电压放大倍数也就稳定了。要稳定输出电压，必须引入电压负反馈。对该电路而言，在电压反馈的前提下，只能接成并联形式，才能保证是负反馈。,4.3.2 如何根据需要引入负反馈,HOME,400,(2)要减小对信号源取用的电流，也就是说要提高放大器 的输入电阻，这就要求引入串联反馈，对于该电路，只能引 入电流串联负反馈。,4.3.2 如何根据需要引入负反馈,HOME,401,（2）计算 ； （3）计算 ； （4）计算增益 。,深度负反馈条件下电压增益的的近似计算步骤,在深负反馈情况下：,对于电压串联负反馈：,对于电流并联负反馈：,对于电压并联负反馈：,对于电流串联负反馈：,（1）判断反馈类型；,4.4 负反馈放大器的分析方法,HOME,402,例4-3 电路如图所示，求：,4.4 负反馈放大器的分析方法,HOME,403,反馈类型：电压串联负反馈,解：,4.4 负反馈放大器的分析方法,HOME,404,例4-4 电路如图所示，求,解：,反馈类型：电流并联负反馈,深负反馈，满足,4.4 负反馈放大器的分析方法,HOME,405,例4-5 电路如图所示，求,反馈类型：电压并联负反馈,解：,深负馈，满足,4.4 负反馈放大器的分析方法,HOME,406,例4-6 电路如图所示，求,解：,反馈类型：电流串联负反馈,4.4 负反馈放大器的分析方法,HOME,407,4.5 反馈放大器的稳定性,4.5.1 反馈放大器的稳定判据,4.5.2 反馈放大器的稳定裕度,4.5.3 相位补偿技术,HOME,408,4.5.1 反馈放大器的稳定判据,(1) 自激,n =0，1，2.,幅值条件,相位条件,(2) 自激的条件,1. 自激与自激的条件,HOME,409,负反馈： 放大器级数 附加相移,若在某一频率fo处，附加相移使反馈信号与输入信号同相（即正反馈），而环路增益又等于1，则放大器就能自激。,4.5.1 反馈放大器的稳定判据,1. 自激与自激的条件,HOME,410,2. 反馈放大器的稳定判据,频率判据法： 用反馈放大器频率特性波特图来判断放大器 是否自激的方法。,环路增益的波特图,幅频特性,相频特性,4.5.1 反馈放大器的稳定判据,HOME,411,2. 反馈放大器的稳定判据,4.5.1 反馈放大器的稳定判据,相位交界频率 增益交界频率,结论：,稳定,不稳定,HOME,412,4.5.2 反馈放大器的稳定裕度,稳定性：,两个衡量指标,一个稳定的反馈系统，不仅要求它不进入自激状态，而且要远离自激状态 。,（1） 相位裕度,（2） 增益裕度,1. 反馈放大器的稳定裕度,HOME,413,2. 用开环增益A的波特图判断系统的稳定性,使用条件：B为纯阻网络,方法： （1） 画A的波特图 （2）在开环增益A的幅频特性上，作出 的一条 水平线，与开环增益幅频特性相交，其交点的横作标为 。 （3） 比较A的相频特性，若 则放大器自激；若 ，则放大器不自激 。,4.5