5 反馈和负反馈放大电路

上页下页返回

模拟电子技术基础

5 反馈和负反馈放大电路

5.1 反馈的基本概念及类型

工厂用户

销售员

信息员

实际问题举例

上页下页返回


1. 什么是反馈

5.1.1 反馈的基本概念

直流电流负反馈电路

反馈过程

输出电流 ICQ 发生变化

在 RE 上产生压降 UEQ ICQ RE 的变化

T

VCC+

RB1

I

+

_UB

_RB2

RC

RE

IC

IE

IB

+

UE

输入回路

输出回路反馈网络

上页下页返回


使放大元件的输入 UBE 产生变化

抑制输出电流 ICQ 的变化

直流电流负反馈可以稳定输出电流 ICQ

T

VCC+

RB1

I

+

_UB

_RB2

RC

RE

IC

IE

IB

+

UE

输入回路


上页下页返回


以影响放大电路性能。

反馈的定义

把放大电路的输出量（电压或电流）的一部分或全部，

经过反馈网络，

返送到输入回路一个反馈量（电压或电流），

反馈量与原来的外加输入量进行比较，

得到一个净输入量加到某一放大器件的真正的输入端，

上页下页返回


双极型晶体管 —— B 、 E

单极型晶体管 —— G 、 S

双极型晶体管组成的差分放大电路 —— B1 、 B2

运算放大器 —— 同相、反相输入端

放大元件的输入端

上页下页返回


基本放大电路

反馈网络

A.

F.

Xo

.

+XidXi

Xf

..

.

反馈信号

输入信号

输出信号

净输入信号

比较环节

X——电压或电流信号•图中

反馈电路方框图

上页下页返回


开环放大电路

闭环放大电路

闭合环路

基本放大电路

反馈网络

A.

F.

Xo

.

+XidXi

Xf

..

.

上页下页返回


2 ．交流反馈与直流反馈(1) 直流反馈——反馈作用仅在直流通路中存在

直流通路

反馈网络

T

+ VCC

RB1

I

+

_UBQ

_RB2

RC

RE

ICQ

IEQ

IBQ

+

UEQ

+

_

T+

_

+

+

+

上页下页返回


(2) 交流反馈—— 在交流通路中存在的反馈

交流通路输入回路


+

_

T+

_

+

+

Iu CR

T

BR

+ +

__ER

上页下页返回


(1) 正反馈——反馈信号加强输入信号的作用，使净输入信号大于原输入信号。

3. 正反馈与负反馈

正反馈往往把放大器转变为振荡器

反馈网络

基本放大电路

A.

F.

Xo

.

+XidXi

Xf

..

.

上页下页返回


(2) 负反馈——反馈信号削弱输入信号的作用，使净输入信号小于原输入信号。

负反馈改善放大电路的性能

负反馈广泛应用于电子技术、自控等领域之中。

基本放大电路

A.

F.

Xo

.

+XidXi

Xf

..

.

上页下页返回


a. 在输入端加入对地瞬时极性为正的电压 uI 。

判断方法

4. 瞬时极性法判断正负反馈

⊕

b. 根据放大电路的工作原理，标出电路中各点电压的瞬时极性。c. 判断反馈信号是增强还是削弱输入信号。

A.

F.

+uI

uId uO

uF

反馈网络

基本放大电路

上页下页返回


d. 反馈信号削弱了输入信号 (uId< uI) 为负反馈。

e. 反馈信号增强了输入信号 (uId> uI) 为正反馈。

⊕

A.

F.

+uI

uId uO

uF

反馈网络

基本放大电路

上页下页返回


净输入信号小于输入信号，所以为负反馈。

uI

[ 例 1] 判断图示电路反馈的极性。

[ 解 ] 假设 uI 的瞬时极性为正。即 uI>0

那么uO>0 uF>0

⊕uO

+_

R1R2

++

__

_+

uF

uId

F

A

上页下页返回


净输入信号大于输入信号，所以为正反馈。

[ 例 2] 判断图示电路反馈的极性。[ 解 ] 假设 uI>0

那么uO<0

uF<0

uO

_

+

R1R2

uI

++

__

_+

uF

uId

F

A

上页下页返回


a. 电压反馈

5.1.2 负反馈放大电路的四种基本类型1. 电压反馈和电流反馈

反馈信号与输出电压成正比

反馈信号来源于输出电压特点

RL

反馈网络

放大电路Xid

Xf

Uo

•

•

•

方框图

+

–

上页下页返回


b. 电流反馈

反馈信号与输出电流成正比

反馈信号来源于输出电流特点

方框图

RL

反馈网络

放大电路Xid

Xf

Io

•

•

•

上页下页返回


c. 判断电压和电流反馈的方法

a. 令输出电压为零（输出短路）

若反馈信号 Xf=FUo=0, 则为电压反馈。. . .

若反馈信号 Xf=FUo0, 则为电流反馈。. . .

反馈网络输出短路

=0Uo

.

.

基本放大电路

A

F.

Xo

.

+XidXi

Xf

..

. Io

.

上页下页返回


b. 令输出电流为零（输出开路）

若反馈信号 Xf=FIo=0, 则为电流反馈。. . .

若反馈信号 Xf=FIo0, 则为电压反馈。. . .

输出开路

=0

.

基本放大电路

反馈网络

A

F.

Xo

.

+XidXi

Xf

..

.

Uo

Io

.

.

上页下页返回


2. 串联反馈和并联反馈

特点反馈网络串联于输入回路

反馈信号为电压

反馈网络

放大电路Uid

•

Uf

•

Ui

•

Xo

•

方框图

a. 串联反馈

上页下页返回


b. 并联反馈

特点反馈网络并联于输入回路

反馈信号为电流

方框图

反馈网络

放大电路 Xo

•

Iid

If

•

•

Ii

•Ui

•

–

+R1

上页下页返回


3. 负反馈放大电路的四种基本类型

a. 电压串联负反馈

方框图

RLUo

•

Uid

•

Uf

•

Ui

• +

+

+ +

•

•

A

F

__

_

_

上页下页返回


b. 电压并联负反馈

方框图

RLUo

•Ui

•+ +

•

•

A

F

R1 Iid

If

•

•

Ii

•

_ _

上页下页返回


c. 电流串联负反馈

方框图

RLUid

•

Uf

•

Ui

• +

+

+

•

•

A

F

Io

•

_ _

_

上页下页返回


d. 电流并联负反馈

方框图

RLUi

•+

•

•

A

F

R1 Iid

If

•

•

Ii

•

Io

•

_

上页下页返回


电压串联电压并联电流串联电流并联

3 ．四种类型负反馈的表达式

id

o

U

UAu

id

o

I

UAr

id

o

U

IAg

id

o

I

IAi A

• • • •

•• •••••••

o

f

U

UFu

o

f

U

IFg

o

f

I

UFr

o

f

I

IFi F

•

••••••

•

••

••

•

i

of U

UAu

i

of I

UAr

i

of U

IAg

i

of I

IAi Af

••••••

•

•

•

•

•

•

•

上页下页返回


1 ．电压串联负反馈

a. 判断反馈网络

5.1.3 负反馈放大电路举例

输入回路输出回路

反馈网络

寻找输入与输出回路的共有网络

+

_

T

+

_

+

+

+

_

+ _

上页下页返回


⊕

利用瞬时极性法

⊕⊕

b. 判断反馈极性

当 uI>0 时

uO>0

uF>0

uId=uI – uF< uI

负反馈

+

_

T

+

_

+

+

+

_

+ _

上页下页返回


c. 负反馈的组态判断

(a) 反馈网络 F 与 RL 并联，属电压反馈。

(b) 反馈电压 uF 与输入电压 uI 串联于电路的输入端，属串联反馈。

F

电压串联负反馈

+

_

T

+

_

+

+

+

_

+ _

上页下页返回


d. 电压负反馈的作用

稳定输出电压的原理

Uf Uid Ib Ic

Uo

能够稳定输出电压

Uo ( 如果 )

+

_

T

+

_

+

+

+

_

+ _

上页下页返回


由运算放大器组成的电压跟随器电路

+ A+

uO

uId

+

F+

+

_

_

_

_

_⊕

⊕⊕

电压串联负反馈

上页下页返回


2 ．电压并联负反馈

a. 判断反馈网络输入回路


+

+

+

+

+ +

_ _ _ _

上页下页返回


⊕

利用瞬时极性法b. 判断反馈极性

当 uI>0 时

uO<0

反馈信号的极性也为负

削弱了输入信号

负反馈

+

+

+

+

+ +

_ _ _ _

上页下页返回



(a) F 与 RL 并联于电路的输出端，属电压反馈。

反馈网络F

(b) 反馈电流 iF 与输入电流 iI 并联于基本电路的输入端，属并联反馈。

电压并联负反馈

+

+

+

+

+ +

_ _ _ _

上页下页返回


If Iid(= Ib )

d. 电压并联负反馈的作用

稳定输出电压

稳定输出电压的原理

Ic Uo Uo ( 如果 )

iC

+

+

+

+

+ +

_ _ _ _

上页下页返回


e. 当电阻 R1=0 时

净输入电流的大小与反馈电流 iF 无关

电路无反馈作用

+

+

+

+

+ +

_ _ _ _

上页下页返回


由运算放大器组成的电压并联负反馈电路

⊕

F

RL

R2

+A

+

uOuI

++

R1

_

_

__

上页下页返回


3 ．电流串联负反馈


输入回路

输出回路

反馈网络 F

iO

+A

+uO

+

+

+

R

RL

_

_

_ _

_

上页下页返回


⊕

b. 负反馈的判断 ⊕

利用瞬时极性法

当 uI>0 时

uO>0

uF>0

uId=uI – uF< uI

负反馈

⊕

iO

+A

+uO

+

+

+

R

RL

_

_

_ _

_

上页下页返回



(a) 令 uO=0 ， uF0 ，属电流反馈。(b) uF 与 uI 串联于运放的输入回路，属串联反馈。

电流串联负反馈

F

iO

+A

+uO

+

+

+

R

RL

_

_

_ _

_

上页下页返回


稳定输出电流的机理

d. 电流串联负反馈的作用

Io Uf Uid

Io

稳定输出电流

Uo

iO

+A

+uO

+

+

+

R

RL

_

_

_ _

_

上页下页返回


4 ．电流并联负反馈输入回路

输出回路

反馈网络F


RL

+A

+uOuI

++

R1

R2R3

_

__

_

iO

上页下页返回


⊕利用瞬时极性法

b. 判断反馈极性

当 uI>0 时

uO<0

削弱了输入信号

负反馈

反馈信号极性为负

RL

+A

+uOuI

++

R1

R2R3

_

__

_

iO

上页下页返回



(a) 令 uO=0 ， iF0 ，属电流反馈。(b) iF 与 iI 并联作用于运放的输入回路，属并联反馈。

电流并联负反馈

+A

+uOuI

++

R1

R2R3

_

__

_

iO

上页下页返回


稳定输出电流的机理

d. 电流并联负反馈的作用

Io If Iid

稳定输出电流

Io

+A

+uOuI

++

R1

R2R3

_

__

_

iO

上页下页返回


图中

开环增益 A=Xo/Xid

· ··

闭环增益 Af=Xo/Xi

· ··

反馈系数 F=Xf/Xo

·· ·

净输入信号 Xid=Xi–Xf

· · ·

5.1.4 负反馈放大电路的一般表达式

+A.

F.

Xo

.

+XidXi

Xf

..

.

_方框图

上页下页返回


由以上各式得

将 Xf=FXo

· · · 代入上式得

Xo=A(Xi–Xf)· · · ·

Xo=AXi

1+AF

· ·

· ··

闭环增益 Af=Xo

Xi

·

·· A

1+AF· ·=

·

Xo=A(Xi–FXo)·· ·· ·

AF—— 环路增益· ·

+A.

F.

Xo

.

+XidXi

Xf

..

.

_

上页下页返回


在图示电路中

环路增益 AF· · 的意义

Xo=A Xid

· · ·

Xf=AF Xid

· · · ·

即反馈信号是净输入信号的 AF 倍· ·

+A.

F.

Xo

.

+XidXi

Xf

..

.

_

上页下页返回


即电路的闭环放大倍数是开环放大倍数的 1/(1+AF) 倍。

D=1+AF 称为反馈深度

Af=A

1+AF

·

· ··

负反馈放大电路的放大倍数的一般表达式

中频时 Af=1

1+AF

上页下页返回


a. 放大倍数下降的原因

Xf=FXo= FAXid

· · · · · ·

·

Xid=Xi

1+AF· ·

·

即引入负反馈之后，电路的净输入信号降为原输入信号的 1/(1+AF) 。

由于 Xid=Xi–Xf

· · ·

故

上页下页返回


b. 对负反馈放大电路放大倍数的一般表达式讨论

Af < A··

Af=A

1+AF

·

· ··

(a) 当 >1 时1+AF· ·

电路引入负反馈

上页下页返回


Af > A··

b. 当 <1 时1+AF· ·

电路引入正反馈

c. 当 =1 时1+AF· ·

Af = A··

电路没有反馈

上页下页返回


d. 当 >>1 时，称为深反馈。1+AF· ·

F·≈1

Af=A

1+AF

·

· ··

此时

闭环放大倍数 Af 只取决于反馈系数F

· ·

a. 便于设计、分析和计算放大电路

b. 提高了闭环放大倍数的稳定性主要特点

上页下页返回


即电路没有输入，但仍有一定的输出。

Xo

Xi

= =∞·

·A

1+AF

·

· ·Af=·

e. 当 =0 时1+AF· ·

上式成立的条件Xi=0

Xo0

电路产生了自激振荡

5 反馈和负反馈放大电路

Documents

Transcript of 5 反馈和负反馈放大电路