現(xiàn)代電子線路04反饋放大器.ppt

2019/12/14,SchoolofPhysics,PekingUniversity,第四章No.1,第四章：反饋放大器,本章內(nèi)容：4.1反饋的基本概念與分類4.2負(fù)反饋對放大器性能的改善4.3深度負(fù)反饋放大器的分析方法,(feedbackamplifier),2019/12/14,SchoolofPhysics,PekingUniversity,第四章No.2,4.1反饋的基本概念與分類,一、反饋的基本概念,1、什么是反饋,在電子電路中，將放大電路的輸出量（電壓或電流）的一部分或全部，通過一定的方式，反送到輸入回路中，從而去影響電路輸入量（電壓或電流）的措施稱為反饋。,引入反饋的目的是通過輸出對輸入的影響來改善系統(tǒng)的運(yùn)行狀況及控制效果。,(feedback),2019/12/14,SchoolofPhysics,PekingUniversity,第四章No.3,2、反饋的一般框圖,按照反饋放大器各部分電路的功能可將其分為基本放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)兩部分，其一般框圖如下：,反饋放大器的一般框圖,開環(huán)增益：,反饋系數(shù)：,閉環(huán)增益：,定義：,(open-loopgain),(closed-loopgain),(feedbackfactor),2019/12/14,SchoolofPhysics,PekingUniversity,第四章No.4,3、反饋有無的判斷,依據(jù)：反饋通路（反饋網(wǎng)絡(luò)）的有無。,查看輸入端與輸出端是否構(gòu)成回路（反饋通路）；,輸出回路、輸入回路的交叉支路一定是反饋通路。,無反饋,無反饋,有反饋,(feedbackpath),2019/12/14,SchoolofPhysics,PekingUniversity,第四章No.5,1、正反饋與負(fù)反饋,根據(jù)反饋極性（輸入量與反饋量如何合成凈輸入量的方式）的不同，反饋分為正反饋與負(fù)反饋兩種。,正反饋：相加合成，反饋的結(jié)果使凈輸入量增大，即,負(fù)反饋：相減合成，反饋的結(jié)果使凈輸入量減小，即,(positivefeedback),(negativefeedback),二、反饋的分類與判別,2019/12/14,SchoolofPhysics,PekingUniversity,第四章No.6,反饋極性的判別,瞬時(shí)極性法：規(guī)定電路輸入信號在某一時(shí)刻對地的極性，由基本放大電路逐級分析出輸出信號的極性；根據(jù)輸出信號的極性判斷出反饋信號的極性；若反饋信號使凈輸入信號增大，說明引入的是正反饋；若反饋信號使凈輸入信號減小，說明引入的是負(fù)反饋。,(+),(-),(-),正反饋,負(fù)反饋,2019/12/14,SchoolofPhysics,PekingUniversity,第四章No.7,2、直流反饋與交流反饋,直流反饋：如果反饋量只含有直流量，稱為直流反饋，它僅在直流通路中存在，影響電路的直流特性，如靜態(tài)工作點(diǎn)。,交流反饋：如果反饋量只含有交流量，稱為交流反饋，它僅在交流通路中存在，影響電路的交流特性，如放大倍數(shù)、輸入輸出電阻等。,在很多放大電路中，交、直流反饋往往同時(shí)存在。,根據(jù)反饋量的交、直流性質(zhì)劃分，反饋分為直流反饋與交流反饋。,2019/12/14,SchoolofPhysics,PekingUniversity,第四章No.8,交、直流反饋的判別,依據(jù)：反饋存在于交流通路還是直流通路。,直流反饋,交流反饋,2019/12/14,SchoolofPhysics,PekingUniversity,第四章No.9,3、電壓反饋與電流反饋,判別：負(fù)載短路法。將負(fù)載RL短路，即令uo0，考察反饋信號，如果反饋信號為0，即不存在反饋，則說明反饋信號取自輸出端電壓，為電壓反饋；如果反饋信號不為0，即反饋依然存在，則說明反饋信號取自輸出電流，為電流反饋。,根據(jù)反饋量在放大電路輸出端的采樣方式劃分，反饋分為電壓反饋與電流反饋。,電壓反饋：反饋量取自輸出端電壓。,電流反饋：反饋量取自輸出電流。,(currentfeedback),(voltagefeedback),2019/12/14,SchoolofPhysics,PekingUniversity,第四章No.10,4、串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋,方法一：將凈輸入信號和反饋信號表示成電壓形式，考察它們的連接方式，串聯(lián)串饋，并聯(lián)并饋。方法二：輸入端短路法，令ui0，考察反饋信號能否影響凈輸入信號，如果能，為串聯(lián)反饋；如果不能，為并聯(lián)反饋。,串聯(lián)反饋：反饋量與輸入量以電壓方式疊加；,并聯(lián)反饋：反饋量與輸入量以電流方式疊加。,(seriesfeedback),(parallelfeedback),根據(jù)反饋量與輸入量在電路輸入端的疊加方式劃分，反饋分為串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋。,判別：,2019/12/14,SchoolofPhysics,PekingUniversity,第四章No.11,三、負(fù)反饋放大電路的四種組態(tài),為便于定量分析，可按照反饋的極性、輸入量與輸出量的電性來對反饋進(jìn)行分類。,反饋極性,正反饋：凈輸入量增大；,負(fù)反饋：凈輸入量減小。,輸出量,電壓反饋：反饋量取自輸出電壓；,電流反饋：反饋量取自輸出電流。,輸入量,串聯(lián)反饋：反饋量與輸入量以電壓方式合成；,并聯(lián)反饋：反饋量與輸入量以電流方式合成。,2019/12/14,SchoolofPhysics,PekingUniversity,第四章No.12,三種分類法排列組合，可得八種反饋類型，這里只討論負(fù)反饋得四種類型，它們是：,電壓串聯(lián)負(fù)反饋：,電壓并聯(lián)負(fù)反饋：,電流串聯(lián)負(fù)反饋：,電流并聯(lián)負(fù)反饋：,2019/12/14,SchoolofPhysics,PekingUniversity,第四章No.13,1、電壓串聯(lián)負(fù)反饋,2019/12/14,SchoolofPhysics,PekingUniversity,第四章No.14,2、電壓并聯(lián)負(fù)反饋,2019/12/14,SchoolofPhysics,PekingUniversity,第四章No.15,3、電流串聯(lián)負(fù)反饋,只有直流反饋，無交流反饋,VCC,ui,uo,(+),(+),(+),(-),(-),uf,ud,Rf,Io,2019/12/14,SchoolofPhysics,PekingUniversity,第四章No.16,4、電流并聯(lián)負(fù)反饋,VCC,ui,uo,(+),(+),(-),(-),(+),(+),ii,id,if,io,(-),R1,Rf,2019/12/14,SchoolofPhysics,PekingUniversity,第四章No.17,4.2負(fù)反饋對放大器性能的改善,一、反饋條件與假定,1、條件：串饋用壓源，并饋用流源。,2、假定,、反饋網(wǎng)絡(luò)的正向傳遞可以忽略；理由：F網(wǎng)絡(luò)的正向傳遞遠(yuǎn)小于A網(wǎng)絡(luò)的正向傳遞。、基本放大電路的內(nèi)饋可以忽略；理由：內(nèi)饋系數(shù)遠(yuǎn)小于反饋系數(shù)。、反饋網(wǎng)絡(luò)為線性網(wǎng)絡(luò)，且與Rs、RL無關(guān)；、放大器工作在中頻區(qū)。,2019/12/14,SchoolofPhysics,PekingUniversity,第四章No.18,二、穩(wěn)定放大倍數(shù),閉環(huán)放大倍數(shù),定義反饋深度：,D表示引入負(fù)反饋的強(qiáng)度。,上式對A求導(dǎo)，,可見，閉環(huán)放大倍數(shù)的相對變化良為開環(huán)的1/D，亦即閉環(huán)放大倍數(shù)的穩(wěn)定性提高了D倍。,2019/12/14,SchoolofPhysics,PekingUniversity,第四章No.19,式中AM為中頻增益，AH為高頻增益。,則,式中，,三、擴(kuò)展通頻帶,可見，閉環(huán)的fHF比開環(huán)增大了D倍，同理可得，閉環(huán)的fLF比開環(huán)減小了D倍。,2019/12/14,SchoolofPhysics,PekingUniversity,第四章No.20,引入負(fù)反饋后，通頻帶擴(kuò)展了D倍。,另外，對比引入負(fù)反饋前后，有,說明在引入負(fù)反饋前后，放大器的增益帶寬積保持不變，由此可知要使放大電路具有更大的帶寬，必須引入較強(qiáng)的負(fù)反饋，但這是以犧牲放大器的放大倍數(shù)為代價(jià)的。,2019/12/14,SchoolofPhysics,PekingUniversity,第四章No.21,A,F,xi,xo,xf,xi,xf,xi,設(shè)經(jīng)放大后xo產(chǎn)生失真，xf與xo的失真情況相同，則閉環(huán)后xf與xi疊加得到xi如圖，xi經(jīng)過A放大后得到的xo上的失真將有所改善。,四、減小非線性失真,2019/12/14,SchoolofPhysics,PekingUniversity,第四章No.22,五、改變輸入、輸出電阻,1、對輸入電阻Ri的影響,串饋入阻增，并饋入阻減。,指對基本放大電路Ri的影響,、串聯(lián)反饋,串聯(lián)反饋輸入電阻增大D倍。,2019/12/14,SchoolofPhysics,PekingUniversity,第四章No.23,、并聯(lián)反饋,A,F,ui,Ri,Rif,ii,id,if,并聯(lián)反饋輸入電阻減小D倍。,2019/12/14,SchoolofPhysics,PekingUniversity,第四章No.24,2、對輸出電阻Ro的影響,壓饋出阻減，流饋出阻增。,、電壓反饋,A,F,uo,io,Ro,Asoxd,Rof,計(jì)算輸出電阻時(shí)，將輸入信號源關(guān)閉，保留內(nèi)阻。將無負(fù)載時(shí)的基本放大電路的開環(huán)增益記為Aso。,而,2019/12/14,SchoolofPhysics,PekingUniversity,第四章No.25,電壓反饋輸出電阻減小D倍。,2019/12/14,SchoolofPhysics,PekingUniversity,第四章No.26,、電流反饋,A,F,uo,io,Ro,Asoxd,Rof,電流反饋輸出電阻增大D倍。,2019/12/14,SchoolofPhysics,PekingUniversity,第四章No.27,負(fù)反饋放大器的主要特性表,類型,特性,2019/12/14,SchoolofPhysics,PekingUniversity,第四章No.28,六、負(fù)反饋放大器的自激與校正*,1、負(fù)反饋放大器的自激,由,知，若,，則,此時(shí)即便沒有輸入信號，輸出也可能不為零自激。,(n=0,1,2),相移,基本放大和反饋網(wǎng)絡(luò)的附加相移達(dá)到了180，負(fù)反饋?zhàn)兂闪苏答?，從而產(chǎn)生了自激振蕩（頻率很高）。,2019/12/14,SchoolofPhysics,PekingUniversity,第四章No.29,2、負(fù)反饋放大器穩(wěn)定工作條件,要使負(fù)反饋放大器穩(wěn)定工作，必須使放大器遠(yuǎn)離自激條件，即,或,通常要保證電路穩(wěn)定工作，還需要電路具有一定的穩(wěn)定裕度。,穩(wěn)定裕度,幅值裕度,相位裕度,其中f0為使,的頻率，fc為使,的頻率。,2019/12/14,SchoolofPhysics,PekingUniversity,第四章No.30,3、負(fù)反饋放大器自激振蕩的消除方法,滯后補(bǔ)償,A1,A2,C,加補(bǔ)償電容C，使幅頻特性提前下降，犧牲帶寬。,超前補(bǔ)償,在反饋回路中加補(bǔ)償電容C，使相位超前，破壞自激振蕩條件。,2019/12/14,SchoolofPhysics,PekingUniversity,第四章No.31,4.3深度負(fù)反饋放大器的分析方法,一、深度負(fù)反饋放大電路的近似估算法,在,中，若,深度負(fù)反饋條件：,，則,而，,可見，深度負(fù)反饋的實(shí)質(zhì)是計(jì)算中忽略凈輸入量。對于串聯(lián)反饋，忽略凈輸入電壓；對于并聯(lián)反饋，忽略凈輸入電流。,(strongnegativefeedback),2019/12/14,SchoolofPhysics,PekingUniversity,第四章No.32,二、分析深度負(fù)反饋的一般步驟,1、判斷反饋類型（壓串、流串、壓并、流并）；2、計(jì)算反饋系數(shù)F（FU、FR、FG、FI）；3、由F計(jì)算AF（AUF、ARF、AGF、AIF）；AF1/F4、再由AF求出AUF、AUSF。找出電路的輸出、輸入電阻，將AF的分子、分母表示成電壓形式。,2019/12/14,SchoolofPhysics,PekingUniversity,第四章No.33,類型,特性,深度負(fù)反饋下反饋環(huán)路的輸出、輸入電阻,分析電路的輸出、輸入電阻時(shí)，對于深度負(fù)反饋，反饋環(huán)路的輸出、輸入電阻可按下表近似。,2019/12/14,SchoolofPhysics,PekingUniversity,第四章No.34,例1、設(shè)圖示電路滿足深反饋條件，計(jì)算AUF。,解：,反饋類型：電流串聯(lián)負(fù)反饋。,則：,2019/12/14,SchoolofPhysics,PekingUniversity,第四章No.35,例2、設(shè)圖示電路滿足深反饋條件，計(jì)算AUF。,解：,反饋類型：電壓串聯(lián)負(fù)反饋。,則：,2019/12/14,SchoolofPhysics,PekingUniversity,第四章No.36,例3、設(shè)圖示電路滿足深反饋條件，計(jì)算AUF。,解：,反饋類型：電壓并聯(lián)負(fù)反饋。,根據(jù)虛地條件：,2019/12/14,SchoolofPhysics,PekingUniversity,第四章No.37,例4、設(shè)圖示電路滿足深反饋條件，計(jì)算AUSF。,解：,反饋類型：電流并聯(lián)負(fù)反饋。,