負(fù)反饋放大電路.ppt

第8章 集成運(yùn)放負(fù)反饋放大電路,6.了解負(fù)反饋放大電路自激消除辦法,1.反饋電路類型判斷方法,2.負(fù)反饋對放大器性能的影響,3.深度負(fù)反饋電路放大倍數(shù)近似估算,4.自激條件,5.了解負(fù)反饋放大電路方框圖計(jì)算法,8.1 反饋的基本概念,8.1.1 什么叫反饋,所謂反饋：把輸出信號的一部分或全部引回到輸入回路，與輸入信號作比較（相加或相減），然后用比較所得的偏差信號去控制輸出信號。,比較環(huán)節(jié),偏差信號,基本放大器,輸入信號,反饋信號,輸出信號,反饋網(wǎng)絡(luò),負(fù)反饋放大器方框圖,圖8.1 射極輸出器,射極輸出器的電路如圖8.1所示。,8.1.2 反饋放大電路的分類,不同類型的反饋具有不同的特點(diǎn)和規(guī)律，對放大器性能指標(biāo)有不同的影響。,1.按反饋的極性分,按照反饋的極性，可以分為正反饋和負(fù)反饋兩大類。 正反饋:反饋信號增強(qiáng)輸入信號（相加）。 負(fù)反饋:反饋信號削弱輸入信號（相減）。,瞬時極性法 判斷步驟： 假設(shè)輸入量的瞬時極性。 根據(jù)電路輸出量與輸入量的相位關(guān)系，決定輸出量和反饋量的瞬時極性。 根據(jù)反饋量與輸入量的關(guān)系判斷是正反饋還是負(fù)反饋。若比較后，加強(qiáng)了輸入信號則為正反饋；若比較后，削弱了輸入信號則是負(fù)反饋。,判斷圖8.2所示電路的反饋極性,只考慮由 引起的電壓，用 表示，,圖8.2 負(fù)反饋放大電路,+,_,_,(+),(+),(+),+,_,負(fù)反饋,輸入信號和反饋信號實(shí)際上是相減的，所以是負(fù)反饋。,判斷圖8.3所示電路的反饋極性,圖中用括號標(biāo)出極性為電壓的瞬時極性。,(+),(-),(-),正反饋,輸入信號和反饋信號實(shí)際上是相加的，所以是正反饋。,2. 按反饋信號交直流成分劃分,按反饋信號的變直流成分可以分為直流（靜態(tài)）反饋和交流（動態(tài)）反饋。,直流反饋:反饋信號是直流量。影響電路的直流性能，直流負(fù)反饋的目的是穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。,交流反饋:反饋回來的信號是交流量。影響電路的交流性能，交流負(fù)反饋的目的是為了改善放大器的性能指標(biāo)。,具有交直流反饋信號的電路,3. 按反饋和輸出信號關(guān)系劃分,按反饋信號和輸出信號的關(guān)系，分為電壓反饋和電流反饋兩類。,判定方法：輸出端短接法。RL=0，,電流負(fù)反饋,(+),電流反饋,(+),(+),4 .按反饋和輸入信號關(guān)系劃分,按照反饋信號和輸入信號的關(guān)系，可以分成串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋兩類。,串聯(lián)反饋：在輸入回路中，輸入信號 、反饋信號 和偏差信號 串聯(lián)連接。以電壓形式相加減,并聯(lián)反饋：在輸入回路中，輸入信號 、反饋信號 和偏差信號 并聯(lián)連接。以電流形式相加減,并聯(lián)負(fù)反饋,串聯(lián)負(fù)反饋,負(fù)反饋的四種組態(tài)：,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 多個反饋環(huán)，以整個放大器的反饋為主的反饋環(huán)，級間局部反饋，單級反饋。,例8.1判斷圖8.7所示電路的反饋類型。,(+),(-),(-),(+),例8.2判斷圖8.8所示電路的反饋類型。,(+),(-),(+),(+),Re1,Rf,Cf,圖8.8 分立元件兩級負(fù)反饋放大電路,+Vcc,各種負(fù)反饋放大器方塊圖，如圖所示。,8.2 負(fù)反饋放大器的基本關(guān)系式,8.2.1負(fù)反饋放大器的方塊圖,開環(huán)放大倍數(shù),反饋系數(shù),比較環(huán)節(jié),8.2.2 負(fù)反饋放大器基本關(guān)系式,負(fù)反饋放大器的基本關(guān)系式,如圖所示。,基本關(guān)系式,反饋信號和輸入信號實(shí)際上是相減的結(jié)果，所以這種情況屬于負(fù)反饋。,反饋信號和輸入信號實(shí)際上是相加的結(jié)果，屬于正反饋。,則,當(dāng),當(dāng),屬于正反饋，不過這是正反饋中的一個特殊情況，這時沒有輸入就有輸出，這種現(xiàn)象稱為自激。,為深度負(fù)反饋(With Strong Negative Feedback)則有,放大倍數(shù)近似估算公式,當(dāng),則,是反饋放大器的一個重要指標(biāo)。,對不同類型的反饋電路具有不同的量綱。,電壓串聯(lián)：,電壓并聯(lián)：,電流串聯(lián)：,電流并聯(lián)：,由于負(fù)反饋的自動調(diào)節(jié)作用，在輸入信號不變的情況下，輸出信號也趨于保持不變，也就是說負(fù)反饋放大器閉環(huán)放大倍數(shù)的穩(wěn)定性是比較高的。 在深度負(fù)反饋條件下，有,反饋網(wǎng)絡(luò)一般是由電阻電容等無源元件組成的， 比較穩(wěn)定。,8.3.1 提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性,8.3 負(fù)反饋對放大電路性能的影響,在一般情況下，加了負(fù)反饋以后放大倍數(shù)的穩(wěn)定性到底提高了多少呢? 就中頻區(qū)的情況作些分析，,假定開環(huán)放大倍數(shù)變化了dA，,即開環(huán)放大倍數(shù)變化了dA時，閉環(huán)放大倍數(shù)相應(yīng)變化dA/(l十AF)2。 實(shí)用上，常常用放大倍數(shù)的相對不穩(wěn)定程度來表示，即用dA/A來表示開環(huán)放大倍數(shù)的相對不穩(wěn)定程度，用dAf/Af來表示閉環(huán)放大倍數(shù)的相對不穩(wěn)定程度。這兩個相對不穩(wěn)定程度之間的關(guān)系可以計(jì)算如下：,上面的關(guān)系式在實(shí)際應(yīng)用中是很有用的。,如需要一個放大倍數(shù)的不穩(wěn)定程度0.1%的放大器，但是手頭卻只有放大倍數(shù)的不穩(wěn)定程度20%的放大器，,這時，可以采用負(fù)反饋來解決這個問題。 但是，加多深的負(fù)反饋才合適呢？,我們可以利用上述關(guān)系式：,所以反饋深度(1+AF)=200。 如果知道現(xiàn)有的放大器的放大倍數(shù)為10000倍，那么還可以求得此時的閉環(huán)放大倍數(shù)為：,如果不需要50倍的放大倍數(shù)，而只需要,10倍就可以了，那么還可以加深反饋深度，,即應(yīng)用反饋放大器的基本關(guān)系式來決定反饋深度：,8.3.2 擴(kuò)展放大器的通頻帶,負(fù)反饋擴(kuò)展放大器的通頻帶過程和負(fù)反饋提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性的過程在本質(zhì)上是相同的。 負(fù)反饋降低了由于信號頻率變化而引起的放大倍數(shù)的不穩(wěn)定程度，結(jié)果就表現(xiàn)為擴(kuò)展了放大器的通頻帶。,f,放大器的通頻帶等于上限頻率減去下限頻率，如果下限頻率的數(shù)值遠(yuǎn)小于上限頻率的數(shù)值，則可以近似認(rèn)為通頻帶的數(shù)值就等于上限頻率的數(shù)值。 集成運(yùn)放下限頻率為0，集成運(yùn)放的通頻帶就是上限頻率。這樣，就可以說加了反饋以后放大器的通頻帶為加反饋前的,倍。,中頻放大倍數(shù)和帶寬的乘積為一常數(shù)。,這說明負(fù)反饋放大器擴(kuò)展帶寬是靠犧牲中頻放大倍數(shù)而得到的。,8.3.3 減小放大器非線性和內(nèi)部噪聲的影響,放大器的非線性，就是放大倍數(shù)隨信號的大小而變化。所以，一個非線性電路將會把輸入的正弦信號變成一個非正弦的輸出信號，即產(chǎn)生非線性失真。 根據(jù)富氏級數(shù)中的概念，非正弦信號是很多不同頻率的正弦波的和。所以非線性失真，就是電路在傳輸信號的過程中產(chǎn)生了新的頻率成分(即所謂諧波)。,放大器的一種典型的開環(huán)傳輸特性如圖8.9曲線1所示；它表明了Uo與Ui之間的非線性關(guān)系。,負(fù)反饋放大器只能削弱放大器內(nèi)部產(chǎn)生的諧波，對于混在輸入信號中的諧波，負(fù)反饋放大器將會把它和有用信號一樣放大。 對于放大器內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲，負(fù)反饋也同樣可以削弱它們，道理和削弱放大器內(nèi)部產(chǎn)生的諧波完全一樣。,8.3.4 對輸入電阻和輸出電阻的影響,在放大器中引入負(fù)反饋以后，它的輸入電阻和輸出電阻會有很大的變化。 對輸入電阻的影響決定于引入的反饋是串聯(lián)還是并聯(lián)，與引入的是電壓還是電流反饋關(guān)系不大； 對輸出電阻的影響則決定于引入的是電壓反饋還是電流反饋，與引入的是串聯(lián)反饋還是并聯(lián)反饋關(guān)系不大。,Uid,A,8.10串聯(lián)負(fù)反饋方塊圖,對輸入電阻的影響,串聯(lián)負(fù)反饋,開環(huán)放大器的輸入電阻,并聯(lián)負(fù)反饋,開環(huán)放大器的輸入電阻,對輸出電阻的影響,電壓負(fù)反饋 將電壓負(fù)反饋開環(huán)放大器輸出用電壓源等效，如圖8.12所示。,圖8.12 電壓負(fù)反饋方塊圖,電流負(fù)反饋 將開環(huán)放大器輸出電流源等效如圖8.13所示。,是短路開環(huán)放大倍數(shù)（即負(fù)載短路時的放大倍數(shù)）。,開環(huán)放大器的短路輸出電流,開環(huán)放大器輸出電阻Ro,求閉環(huán)輸出電阻和求電壓負(fù)反饋電路輸出電阻一樣，即 ，輸出端加電壓 ， ，如圖8.13示。,電流串聯(lián)負(fù)反饋時輸出電阻為 電流并聯(lián)負(fù)反饋時的輸出電阻為,結(jié)論,串聯(lián)負(fù)反饋增大放大器的輸入電阻；并聯(lián)負(fù)反饋減小放大器的輸入電阻。電壓負(fù)反饋，穩(wěn)定輸出電壓，減小輸出電阻；電流負(fù)反饋，穩(wěn)定輸出電流，增大輸出電阻。 至于輸入電阻、輸出電阻增大和減小的數(shù)量都與反饋深度 有關(guān)。,8.5 反饋放大器的自激,前面討論了負(fù)反饋能改善放大器的性能，而且反饋深度 愈大，改善的效果愈好。 但是實(shí)踐表明，在一定條件下，當(dāng)反饋放大器出現(xiàn) 的情況時，閉環(huán)放大倍數(shù) 就趨于無窮大，產(chǎn)生稱為自激的現(xiàn)象。,8.5.1 自激的表現(xiàn),自激時的基本表現(xiàn)，就是沒有信號輸入時也會有信號輸出。 沒有輸入時就有輸出這一現(xiàn)象，在理論上來說，就是放大倍數(shù)為無窮大，,8.5.2 自激振蕩平衡條件,自激振蕩的振幅平衡條件,自激振蕩的相位平衡條件,自激振蕩的振幅平衡條件,自激振蕩的相位平衡條件,在頻率f處同時滿足，因而這個負(fù)反饋放大器是要產(chǎn)生自激的。,20lg|AF|,f,fG,f,0,0,8.15 產(chǎn)生自激的情況,arg|AF|,f,負(fù)反饋時,Gm,f,f,f,fG,m,0,0,8.16不產(chǎn)生自激的情況,20lg|AF