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电子技术基础,模拟部分 (第六版),华中科技大学 张林,电子技术基础模拟部分,1 绪论 2 运算放大器 3 二极管及其基本电路 4 场效应三极管及其放大电路 5 双极结型三极管及其放大电路 6 频率响应 7 模拟集成电路 8 反馈放大电路 9 功率放大电路 10 信号处理与信号产生电路 11 直流稳压电源,8 反馈放大电路,8.1 反馈的基本概念与分类 8.2 负反馈放大电路增益的一般表达式 8.3 负反馈对放大电路性能的影响 8.4 深度负反馈条件下的近似计算 8.5 负反馈放大电路设计 8.6 负反馈放大电路的稳定性,8.1 反馈的基本概念与分类,8.1.1 什么是反馈 8.1.2 直流反馈与交流反馈 8.1.3 正反馈与负反馈 8.1.4 串联反馈与并联反馈 8.1.5 电压反馈与电流反馈 8.1.6 负反馈放大电路的四种组态,8.1.1 什么是反馈,将电子系统输出回路的电量(电压或电流),送回到输入回路的过程。,内部反馈,外部反馈,8.1.1 什么是反馈,输出信号,反馈放大电路的输入信号,反馈信号,基本放大电路的输入信号(输入信号),框图,8.1.1 什么是反馈,反馈通路信号反向传输的渠道,开环 无反馈通路,闭环 有反馈通路,反馈通路 (反馈网络),信号的正向传输,8.1.1 什么是反馈,判断电路是否存在反馈通路,反馈通路(本级),反馈通路(本级),反馈通路(级间),8.1.1 什么是反馈,理论上电源线和地线不能作为反馈通路,反馈通路(级间),8.1.2 直流反馈与交流反馈,根据反馈到输入端的信号是交流,还是直流,或同时存在,来进行判别。,交、直流反馈,8.1.2 直流反馈与交流反馈,直流反馈,交、直流反馈,8.1.3 正反馈与负反馈,正反馈:输入量不变时,引入反馈后输出量变大了。,负反馈:输入量不变时,引入反馈后输出量变小了。,从输出端看,从输入端看,正反馈:引入反馈后,使输入量变大了。,负反馈:引入反馈后,使输入量变小了。,输入量可以是电压,也可以是电流。,8.1.3 正反馈与负反馈,判别方法:瞬时极性法。即在电路中,从输入端开始,沿着 信号流向,标出某一时刻有关节点电压变化的斜率 (正斜率或负斜率,用“+”、“-”号表示)。,输入量减小,输入量增大,负反馈,正反馈,反馈通路,反馈通路,8.1.3 正反馈与负反馈,级间反馈通路,输入量减小,级间负反馈,8.1.3 正反馈与负反馈,级间反馈通路,输入量减小,级间负反馈,8.1.3 正反馈与负反馈,反馈通路,输入量减小,本级负反馈,8.1.4 串联反馈与并联反馈,由反馈网络在放大电路输入端的连接方式判定,串联,串联:输入以电压形式求和(KVL) -vi+vid+vf=0 即 vid=vi- vf,并联:输入以电流形式求和(KCL) ii-iid-if=0 即 iid=ii-if,并联,8.1.4 串联反馈与并联反馈,并联:反馈量xf和输入量接于同一输入端。,串联:反馈量xf和输入量接于不同的输入端。,由信号在输入端的连接方式判定,8.1.4 串联反馈与并联反馈,判断电路中的级间交流反馈是串联反馈还是并联反馈,并联反馈,级间反馈通路,xf (if),8.1.4 串联反馈与并联反馈,串联反馈,级间反馈通路,xf (vf),判断电路中的级间交流反馈是串联反馈还是并联反馈,8.1.4 串联反馈与并联反馈,信号源对反馈效果的影响,串联负反馈,vid = vi -vf,则vi最好为恒压源,即信号源内阻Rs越小越好。,要想反馈效果明显,就要求vf变化能有效引起vid的变化。,8.1.4 串联反馈与并联反馈,信号源对反馈效果的影响,并联负反馈,iid = ii -if,则ii最好为恒流源,即信号源内阻Rs越大越好。,要想反馈效果明显,就要求if变化能有效引起iid的变化。,8.1.5 电压反馈与电流反馈,电压反馈与电流反馈由反馈网络在放大电路输出端的取样对象决定,电压反馈:反馈信号xf和输出电压成比例,即xf=Fvo,并联结构,串联结构,电流反馈:反馈信号xf与输出电流成比例,即xf=Fio,8.1.5 电压反馈与电流反馈,电压负反馈,RL,电压负反馈稳定输出电压,xf=Fvo , d= xf,8.1.5 电压反馈与电流反馈,电流负反馈,RL ,电流负反馈稳定输出电流,xf=Fio , d= xf,8.1.5 电压反馈与电流反馈,判断方法:负载短路法,将负载短路,反馈量仍然存在电流反馈。,将负载短路(未接负载时输出对地短路),反馈量为零电压反馈。,电压反馈,电流反馈,反馈通路,反馈通路,8.1.5 电压反馈与电流反馈,电压反馈,反馈通路,8.1.5 电压反馈与电流反馈,电流反馈,反馈通路,8.1.6 负反馈放大电路的四种组态,由此可组成四种组态:,输入端:,输出端:,电压串联,电压并联,电流串联,电流并联,四种组态,反馈网络在放大电路输入端的连接分为串联和并联两种方式。,反馈信号在输出端分为电压取样和电流取样两种方式。,8.1.6 负反馈放大电路的四种组态,1. 电压串联负反馈放大电路,输入以电压形式求和(KVL): vid=vi- vf,稳定输出电压,特点:,电压控制的电压源(VCVS),电压/电压转换,8.1.6 负反馈放大电路的四种组态,输入以电流形式求和(KCL): iid=ii-if,稳定输出电压,电流控制的电压源(CCVS),电流/电压转换,特点:,2. 电压并联负反馈放大电路,8.1.6 负反馈放大电路的四种组态,输入以电压形式求和(KVL): vid=vi- vf,稳定输出电流,电压控制的电流源(VCCS),电压/电流转换,特点:,3. 电流串联负反馈放大电路,8.1.6 负反馈放大电路的四种组态,输入以电流形式求和(KCL): iid=ii-if,稳定输出电流,电流控制的电流源(CCCS),电流/电流转换,特点:,4. 电流并联负反馈放大电路,8.1.6 负反馈放大电路的四种组态,电压负反馈:稳定输出电压,具有恒压特性,串联反馈:输入端电压求和(KVL),电流负反馈:稳定输出电流,具有恒流特性,并联反馈:输入端电流求和(KCL),不同组态的特点:,8.1.6 负反馈放大电路的四种组态,反馈组态判断举例(交流),级间电流并联负反馈,8.1.6 负反馈放大电路的四种组态,电压并联负反馈,反馈组态判断举例(交流),8.1.6 负反馈放大电路的四种组态,直流反馈,交、直流反馈,电流串联负反馈,反馈组态判断举例(交流),8.1.6 负反馈放大电路的四种组态,电压串联负反馈,反馈组态判断举例(交流),8.2 负反馈放大电路增益的一般表达式,1. 信号的单向化传输,信号的正向传输,信号的反向传输,信号在反馈网络中的正向传输,信号在基本放大电路中的反向传输,正向传输: 信号由输入到输出的传输,反向传输: 信号由输出到输入的传输,8.2 负反馈放大电路增益的一般表达式,信号的正向传输,信号的反向传输,正向传输: 信号由输入到输出的传输,反向传输: 信号由输出到输入的传输,1. 信号的单向化传输,8.2 负反馈放大电路增益的一般表达式,开环增益,反馈系数,闭环增益,因为,所以,已知,闭环增益的一般表达式,即,2. 闭环增益的一般表达式,信号量或信号传递比,反馈组态,电压串联,电流并联,电压并联,电流串联,Av=vo/vid,Ai=io/iid,F=xf/xo,Fv=vf/vo,Fi=if/io,Avf=vo/vi,功能,vi控制vo,电压放大,ii控制io,电流放大,xo,、xf、d,Af=xo/,负反馈放大电路中各种信号量的含义,A=xo/d,vo,io,vi、vf、vid,ii、if、iid,8.2 负反馈放大电路增益的一般表达式,一般负反馈,称为反馈深度,深度负反馈,正反馈,自激振荡,一般情况下,A和F都是频率的函数,当考虑信号频率的影响时,Af、A和F分别用 、 和 表示。,即,3. 反馈深度讨论,8.3 负反馈对放大电路性能的影响,8.3.1 提高增益的稳定性 8.3.2 减小非线性失真 8.3.3 抑制反馈环内噪声 8.3.4 对输入电阻和输出电阻的影响 8.3.5 扩展频带,8.3.1 提高增益的稳定性,闭环时,对A求导得,只考虑幅值有,即闭环增益相对变化量比开环减小了1+AF,另一方面,在深度负反馈条件下,即闭环增益只取决于反馈网络。当反馈网络由稳定的线性元件组成时,闭环增益将有很高的稳定性。,负反馈的组态不同,稳定的增益不同(Avf 、Arf 、Agf 、Aif),8.3.2 减小非线性失真,闭环时增益减小,线性度变好。,只能减少环内放大电路产生的失真,如果输入波形本身就是失真的,即使引入负反馈,也无济于事。,8.3.3 抑制反馈环内噪声,自学,8.3.4 对输入电阻和输出电阻的影响,串联负反馈,1. 对输入电阻的影响,开环输入电阻 Ri = vid/ii,因为 vf = Fxo xo = Avid,闭环输入电阻 Rif = vi/ii,所以 vi = vid+vf = (1+AF ) vid,闭环输入电阻 Rif= vi/ii,引入串联负反馈后,输入电阻增加了。,8.3.4 对输入电阻和输出电阻的影响,并联负反馈,闭环输入电阻,引入并联负反馈后,输入电阻减小了。,注意: 反馈对输入电阻的影响仅限于环内,对环外不产生影响。,1. 对输入电阻的影响,8.3.4 对输入电阻和输出电阻的影响,例如,图中R1不在环内,但是,当R1 时,反馈对Rif几乎没有影响。,1. 对输入电阻的影响,8.3.4 对输入电阻和输出电阻的影响,电压负反馈,2. 对输出电阻的影响,8.3.4 对输入电阻和输出电阻的影响,闭环输出电阻,而 d= - xf= - Fvt,忽略反馈网络对it的分流,所以,引入电压负反馈后,输出电阻减小了。,电压负反馈,2. 对输出电阻的影响,8.3.4 对输入电阻和输出电阻的影响,电流负反馈,闭环输出电阻,引入电流负反馈后,输出电阻增大了。,注意: 反馈对输出电阻的影响仅限于环内,对环外不产生影响。,2. 对输出电阻的影响,8.3.4 对输入电阻和输出电阻的影响,负反馈对放大电路性能的改善,是以牺牲增益为代价的,且仅对环内的性能产生影响。,串联负反馈 ,并联负反馈 ,电压负反馈 ,电流负反馈 ,特别注意表8.3.1的内容,增大输入电阻,减小输入电阻,减小输出电阻,稳定输出电压,增大输出电阻,稳定输出电流,8.3.5 扩展频带,1. 频率响应的一般表达式,基本放大电路的高频响应,为基本放大电路通带增益,比开环时增加了,闭环通带增益,其中,同理可得,闭环上限频率,比开环时减小了,闭环下限频率,8.3.5 扩展频带,2. 不同负反馈深度下的频带,8.3.5 扩展频带,放大电路的增益-带宽积为常数,闭环增益-带宽积,开环增益-带宽积,3. 增益-带宽积,8.4 深度负反馈条件下的近似计算,1. 深度负反馈的特点,即,深度负反馈条件下,闭环增益只与反馈网络有关,由于,则,又因为,代入上式,得,(也常写为 xf ),输入量近似等于零,由此可得深度负反馈条件下,基本放大电路“两虚”的概念,输入量近似等于反馈量,(d 0 ),# 如何满足深度负反馈条件?,# 既然深度负反馈条件下,闭环增益只与反馈网络有关,那么是否意味着基本放大电路的增益A已经无关紧要了?,8.4 深度负反馈条件下的近似计算,串联负反馈,输入端电压求和,深度负反馈条件下 d= - xf 0,虚短,虚断,虚短,虚断,并联负反馈,输入端电流求和,vid= iid ri 0,1. 深度负反馈的特点,8.4 深度负反馈条件下的近似计算,(1) 找出信号放大通路和反馈通路,(2) 用瞬时极性法判断正、负反馈,(3) 判断交、直流反馈,(4) 判断反馈组态,(5) 标出输入量、输
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