[理学]模拟电路新版第六章.ppt

第六章 放大电路中的反馈要求：掌握反馈的相关概念；掌握各种反馈的判断方法；掌握深度反馈下的放大电路相关计算；1一、反馈（feedback）系统的输出量通过一定的途径返回到输入端，从而对输入量产生影响的过程，也称为回授；1、含义：说 明： 系统是一个广义的概念，经过的途径称为反馈网络；通 常：引入反馈的系统称为闭环系统；没有引入反馈的系统称为开环系统；2①分压式工作点稳定电路＋ VCCRb1RCuIuo＋−RLC2C1＋−Rb2ReCeic通过Re对ube产生影响②第二章习题＋ VCCRbRCuIuo＋−C2C1＋−ibiRbuo通过Rb对ib产生影响3说 明：首先找到反馈网络(支路)(将输入和输出联系到一起)输入：基极(CE、CC)、发射极(CB)、同(反)相端(运放)；输出：集电极(CE、CB)、发射极(CC)；2、反馈的分类①正反馈和负反馈(按照极性)若反馈信号增强输入信号的作用，则称正反馈；若反馈信号削弱输入信号的作用，则称负反馈；判断方法：瞬时极性法4瞬时极性法在输入端加入一个瞬时极性为正的输入电压⊕；按信号通路(包括反馈)，看各点的瞬时极性，直到输入端；若净输入信号被加强则为正反馈，被削弱则为负反馈；说 明：净输入信号指在输入信号中去掉反馈信号后的那部分；按照反馈支路的方向判断各点；“＋”、“－”不是信号极性，而指信号“增大”、“减小”；5例1、判断下列电路中反馈的极性+–AR1uI uOR2R3+–uF+ –ui´+－净输入极性为“⊕”，此反馈为正反馈－+–uFRbuIRFC1＋−R1＋ VCC RCuo＋−C2R2－+－－反馈极性为“正”净输入6+－+–uF+ RC3+VCC↓RC1Re3RR1uo-VEET1T2uIT3R+此反馈为负反馈净输入分压式稳定电路＋VCCRb1RCuIuo＋−RLC2C1＋−Rb2ReCe+ +通过Re引入了负反馈7n常见放大电路nCE(CS):输入(b)、输出(c)反相,若b为“+”,则c为“－”;nCC(CD):输入(b)、输出(e)同相,若b为“+”,则e为“+”;nCB(CG):输入(e)、输出(c)同相,若e为“+”,则c为“+”;n集成运放n若同相端输入为“+”,则输出为“+”;n若反相端输入为“+”,则输出为“－”;n差动放大n若从同一管的基极入集电极出，则输入输出反相;n若从一管基极入，另一管集电极出，则输入输出同相;总结 (判断原则)8说 明：放大电路多采用负反馈，有稳定电路的作用；正反馈可以获得较大的放大倍数，但不稳定；②直流反馈和交流反馈(按照信号的交直流性质)反馈信号中只包括直流成分则称直流反馈；只包括交流成分则称交流反馈；通常二者兼而有之；直流反馈作用是调整静态工作点；交流反馈只对动态性能起作用；9uIC1＋−Re1＋ VCCRC2uo＋−C2RC1Re2CeRFRb1－ +－直流负反馈CFuIC1＋−Re1＋ VCCRC2uo＋−C2RC1Re2RFRb1－ +++交流负反馈10③电压反馈和电流反馈(按照输出端的采样方式)反馈信号取自输出电压则称电压反馈；取自输出电流则称电流反馈；判 断 方 法(一)：假设输出短路，若没有反馈信号则此反馈为电压反馈，否则为电流反馈；(二)：反馈支路和负载以输出端为公共节点则为电压反馈，否则为电流反馈；11电压负反馈电流负反馈12④串联反馈和并联反馈(按照输入端的求和方式)反馈信号和输入信号以电压形式求和则称串联反馈；以电流形式求和则称并联反馈；判 断 方 法反馈支路与输入信号以输入端为公共节点则为并联反馈，否则为串联反馈；并联负反馈串联负反馈13⑤反馈组态：输出方式、输入方式、反馈极性；说 明：反馈的分类方法并不是固定不变；比如局部反馈(单级)、级间反馈(多级)等；通过R3引入的是局部反馈通过R4引入的是级间反馈通常主要研究级间反馈或称总体反馈14RC3+VCC↓RC1Re3RR1uo-VEET1T2uIT3RRbuIRFC1＋−R1＋ VCC RCuo＋−C2R2－+－－电压串联正反馈+－++电压串联负反馈电流并联负反馈RSusC1＋ VCC RC1uo＋−RLC2Re~-VCCRf+－+15uIC1＋−Re1＋ VCCRC2uo＋−C2RC1Re2CeRFRb1－ +－电流并联负反馈CFuIC1＋−Re1＋ VCCRC2uo＋−C2RC1Re2RFRb1－ +++电压串联负反馈163、反馈的一般表达AF++-XiXfXoXi、Xo:系统输入、输出量；Xf:系统的反馈量；Xi´:系统净输入量；反馈组馈组 态态 电压电压 串 联联 电压电压 并 联联 电电流串 联联 电电流并 联联方框图中信号是单向流通的17①几个概念②三者的关系闭环增益(引入反馈后)开环增益(没有反馈时)反馈系数基本反馈方程式AF称为回路增益，1＋AF称为反馈深度18说 明：Af、A、F是一般性定义，它们常常是有量纲的讨 论：a、若AF0，则|1+AF|1，此时反馈极性为负，|Af||A|；c、若|1+AF|»1，成为深度负反馈，此时d、若|1+AF|=0，则有 Af → ∞ ，也就是说说Xi=0，而Xo≠0；自激振荡常用19AuiFiuUiIfUoIiIi´电压并联负反馈举 例电流串联负反馈IO+–AuIuORLRFAiuFuiUiUfIoUi´RLAui为转移电阻，Fiu为互导Aiu为转移电导，Fui为互阻＋ VCCRbRCuIuo＋−C2C1＋−20电压串联负反馈电流并联负反馈AuuFuuUoUiUfUi´UiIfIiIi´ AiiFiiIoRLAuu为电压放大倍数Fuu为电压反馈系数Aii为电流放大倍数Fii为电流反馈系数21二、负反馈对放大电路的影响1、提高放大倍数的稳定性2、减小非线性失真（仅限于放大区内的失真）3、展宽频带（减小频率失真）4、对输入、输出电阻的影响①输入电阻串联负反馈并联负反馈22小结n串联负反馈使得Ri增大，并联负反馈使得Ri降低；n电压负反馈使得Ro下降，电流负反馈使得Ro增大；n引入负反馈对输入、输出电阻的影响均指反馈环路内；n性能的提高牺牲了电压放大倍数；②输出电阻电压负反馈电流负反馈23三、引入负反馈的一般原则n稳定Q点应引入直流负反馈，改善动态性能应引入交流负反馈；n根据信号源特点，增大输入电阻应引入串联负反馈，减小输入电 阻应引入并联负反馈；n根据负载需要，输出稳定电压（即减小输出电阻）应引入电压负 反馈，输出稳定电流（即增大输出电阻）应引入电流负反馈；n从信号转换关系上看，输出电压是输入电压受控源的为电压串联 负反馈，输出电压是输入电流受控源的为电压并联负反馈，输出 电流是输入电压受控源的为电流串联负反馈，输出电流是输入电 流受控源的为电流并联负反馈；24讨 论 一：n为减小放大电路从信号源索取的电流，增强带负载能 力，应引入什么反馈？n为了得到稳定的电流放大倍数，应引入什么反馈？n为了稳定放大电路的静态工作点，应引入什么反馈？n为了使电流信号转换成与之成稳定关系的电压信号， 应引入什么反馈？n为了使电压信号转换成与之成稳定关系的电流信号， 应引入什么反馈？25讨 论 二：试在图示电路中分别引入四种不同组态的交流负反馈电流反馈电压反馈串联反馈并联反馈26讨 论 三：电路中能够引入哪些组态的交流负反馈？只可能引入电压并联或电流串联两种组态的交流负反馈27四、负反馈放大电路的分析深度负反馈情况下Af有两种计算方法1、利用基本反馈方程2、深度负反馈时 Xi≈Xf ，利用此条件求解Auf注 意：此时Af不一定是电压放大倍数，有时需要转换成Auf28例2、计算深度负反馈情况下的Auf＋ VCCRb1RCuiuo＋−RLC2C1＋−ReRb2电流串联负反馈 ①两种方法求解：交流通路：＋ Rb'uiuo＋−RL'−Re+–uf②利用Xi≈Xf (a)29+–AR1uiuORFR2电压并联负反馈(b)IfIi利用Xi≈Xf计算n一般步骤:画交流通路、判断反馈组态、选择适当方法;n利用 Af=1/F 只有在电压串联负反馈组态时直接得到 Auf ,其他组 态需要转换;n各种组态均可用 Xi=Xf 估算 Auf ,对于串联负反馈为 ui=uf ,并联负 反馈为 Ii=If ;n深度负反馈下一般不计算 Rif 、Rof , 串联: Rif→∞ 并联: Rif→0 电压: Rof →0 电流: Rof →∞ ;结 论：30例3、计算深度负反馈情况下的Auf (Ausf)①判断组态：电流并联负反馈②并联反馈：Ii=If同相放大RSusRC1uo＋−RLRe~RfRC2IiIfIC2交流通路RSusC1＋ VCC RC2uo＋−RLC2Re~-VCCRfRC131RC3+VCC↓RC1Re3RR1uo-VEET1T2uiT3R+–uf①判断组态：电压串联负反馈②串联反馈：ui=uf也可：32五、放大电路的自激振荡 (Self Excited Oscillation)1、产生的物理过程AF=-1时 Af → ∞,即Xi=0,而Xo≠0现 象：输入信号为0时，输出有一定幅值、一定频率的信号负反馈放大电路自激振荡的频率在低频段或高频段没有输入，净输入信号可以沿反馈环路不断循环下去AF++-XiXfXo33由于电路通电后输出量有一个从小到大直至稳幅的过程2、条 件净输入信号每沿反馈环路走完一周后即会增大，此时振荡不仅能够维持且振荡幅度不断增大直至受到器件非线性限制AF++-XiXfXo起振条件：34自激振荡产生的条件：相位条件是主要的fLfHBW|Au|fAum-90° -180° -270°0°φ f单管共射放大电路的频响一般两级负反馈放大电路也不会产生自激单管放大电路一定不会自激(反馈网络一般无附加相移)35什么样的负反馈放大电路易产生自激振荡？三级或三级以上的直接耦合放大电路引入负 反馈后有可能产生高频振荡；同理，耦合电容、 旁路电容等为三个或三个以上的放大电路，引入 负反馈后有可能产生低频振荡；放大电路的级数越多，耦合电容、旁路电容越多， 引入的负反馈越深，产生自激振荡的可能性越大环路放大倍数AF越大，越容易满足起振条件， 闭合后越容易产生自激振荡363、判断方法通过波特图若则会产生自激fcf0fcf0电路不稳定电路稳定使环路增益下降到0dB的频率，记作 fc 使φA＋φF＝(2n＋1)π 的频率，记作 f0374、Gm和Φm(Gain Margin/Phase Margin)①幅度裕度对于稳定电路，Gm为负值，负的越多电路越稳定对于稳定电路，Φm为正值，值越大电路越稳定②相位裕度38fcf0电路稳定电路稳定Gm幅值裕度φm相位裕度Gm≤－10dB，且 φm≥45º，负反馈放大 电路才具有可靠的稳 定性。

相位条件无法避免，破坏幅度条件(一般减小A)5、校正措施一般方法：电容校正、RC校正39本章结束本章结束40。