反饋放大電路

反饋放大電路第1頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月7.1反饋的基本概念與分類7.1.2直流反饋與交流反饋7.1.3正反饋與負(fù)反饋7.1.4串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋7.1.1什么是反饋7.1.5電壓反饋與電流反饋第2頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月7.1.1什么是反饋將電子系統(tǒng)輸出回路的電量（電壓或電流），送回到輸入回路的過程。hfeibicvceIbvbehrevcehiehoe內(nèi)部反饋外部反饋第3頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月輸出信號反饋放大電路的輸入信號反饋信號基本放大電路的輸入信號（凈輸入信號）7.1.1什么是反饋框圖反饋通路——信號反向傳輸?shù)那篱_環(huán)——無反饋通路閉環(huán)——有反饋通路第4頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月判斷電路是否存在反饋通路7.1.1什么是反饋反饋通路（本級）反饋通路（本級）反饋通路（級間）第5頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月7.1.2直流反饋與交流反饋根據(jù)反饋到輸入端的信號是交流，還是直流，或同時存在，來進(jìn)行判別。直流反饋交、直流反饋第6頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月7.1.2直流反饋與交流反饋(a)直流通路(b)交流通路第7頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月7.1.3正反饋與負(fù)反饋正反饋：輸入量不變時，引入反饋后輸出量變大了。負(fù)反饋：輸入量不變時，引入反饋后輸出量變小了。從輸出端看從輸入端看正反饋：引入反饋后，使凈輸入量變大了。負(fù)反饋：引入反饋后，使凈輸入量變小了。凈輸入量可以是電壓，也可以是電流。第8頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月7.1.3正反饋與負(fù)反饋判別方法：瞬時極性法。即在電路中，從輸入端開始，沿著信號流向，標(biāo)出某一時刻有關(guān)節(jié)點(diǎn)電壓變化的斜率（正斜率或負(fù)斜率，用“+”、“-”號表示）。凈輸入量減小凈輸入量增大負(fù)反饋正反饋反饋通路反饋通路第9頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月級間反饋通路凈輸入量減小級間負(fù)反饋7.1.3正反饋與負(fù)反饋第10頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月7.1.3正反饋與負(fù)反饋反饋通路凈輸入量減小本級負(fù)反饋第11頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月7.1.4串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋由反饋網(wǎng)絡(luò)在放大電路輸入端的連接方式判定串聯(lián)串聯(lián)：輸入以電壓形式求和（KVL）

-vi+vid+vf=0

即vid=vi-

vf并聯(lián)：輸入以電流形式求和（KCL）

ii-iid-if=0

即iid=ii-if并聯(lián)第12頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月判斷電路中的級間交流反饋是串聯(lián)反饋還是并聯(lián)反饋7.1.4串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋并聯(lián)反饋級間反饋通路xf(if)第13頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月判斷電路中的級間交流反饋是串聯(lián)反饋還是并聯(lián)反饋7.1.4串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋串聯(lián)反饋級間反饋通路xf(vf)第14頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月7.1.5電壓反饋與電流反饋電壓反饋與電流反饋由反饋網(wǎng)絡(luò)在放大電路輸出端的取樣對象決定電壓反饋：反饋信號xf和輸出電壓成比例，即xf=Fvo電流反饋：反饋信號xf與輸出電流成比例，即xf=Fio

并聯(lián)結(jié)構(gòu)串聯(lián)結(jié)構(gòu)第15頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月7.1.5電壓反饋與電流反饋電壓負(fù)反饋RLvoxf

xidvo電壓負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電壓xf=Fvo，

xid=xi－xf第16頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月7.1.5電壓反饋與電流反饋電流負(fù)反饋RLioxf

xidio電流負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電流xf=Fio，

xid=xi－xf第17頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月7.1.5電壓反饋與電流反饋判斷方法：負(fù)載短路法將負(fù)載短路，反饋量仍然存在——電流反饋。將負(fù)載短路（未接負(fù)載時輸出對地短路），反饋量為零——電壓反饋。電壓反饋電流反饋反饋通路反饋通路第18頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月7.1.5電壓反饋與電流反饋電壓反饋反饋通路第19頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2負(fù)反饋放大電路的四種組態(tài)7.2.2電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路7.2.3電流串聯(lián)負(fù)反饋放大電路7.2.4電流并聯(lián)負(fù)反饋放大電路7.2.1電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路反饋組態(tài)判斷舉例（交流）

信號源對反饋效果的影響第20頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2.1電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路1.輸入端各種信號以電壓形式出現(xiàn)，形成電壓求和關(guān)系（KVL）：vid=vi-vf

輸出端的信號是電壓。2.穩(wěn)定輸出電壓特點(diǎn)：3.電壓控制的電壓源第21頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2.2電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路1.輸入端各種信號以電流形式出現(xiàn)，形成電流求和關(guān)系（KCL）：iid=ii-if輸出端的信號是電壓。2.穩(wěn)定輸出電壓3.電流控制的電壓源特點(diǎn)：第22頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2.3電流串聯(lián)負(fù)反饋放大電路2.穩(wěn)定輸出電流3.電壓控制的電流源特點(diǎn)：1.輸入端各種信號以電壓形式出現(xiàn)，形成電壓求和關(guān)系（KVL）：vid=vi-vf

輸出端的信號是電流。第23頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2.4電流并聯(lián)負(fù)反饋放大電路2.穩(wěn)定輸出電流3.電流控制的電流源特點(diǎn)：1.輸入端各種信號以電流形式出現(xiàn)，形成電流求和關(guān)系（KCL）：iid=ii-if輸出端的信號是電流。第24頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月電壓負(fù)反饋：穩(wěn)定輸出電壓，具有恒壓特性串聯(lián)反饋：輸入端電壓求和（KVL）電流負(fù)反饋：穩(wěn)定輸出電流，具有恒流特性并聯(lián)反饋：輸入端電流求和（KCL）特點(diǎn)小結(jié)：第25頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月反饋組態(tài)判斷舉例（交流）(+)(-)(+)(+)電壓串聯(lián)負(fù)反饋(+)第26頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月反饋組態(tài)判斷舉例（交流）電壓并聯(lián)負(fù)反饋第27頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月直流反饋交、直流反饋反饋組態(tài)判斷舉例（交流）(+)(+)(-)(+)(+)(+)電流串聯(lián)負(fù)反饋第28頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月反饋組態(tài)判斷舉例（交流）電流并聯(lián)負(fù)反饋第29頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月串聯(lián)負(fù)反饋信號源對反饋效果的影響vID=vI-vF

則vI最好為恒壓源，即信號源內(nèi)阻RS越小越好。

要想反饋效果明顯，就要求vF變化能有效引起vID的變化。第30頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月信號源對反饋效果的影響并聯(lián)負(fù)反饋iID=iI-iF

則iI最好為恒流源，即信號源內(nèi)阻RS越大越好。要想反饋效果明顯，就要求iF變化能有效引起iID的變化。第31頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月7.3負(fù)反饋放大電路增益的一般表達(dá)式1.閉環(huán)增益的一般表達(dá)式2.反饋深度討論3.環(huán)路增益第32頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月1.閉環(huán)增益的一般表達(dá)式所以閉環(huán)增益開環(huán)增益反饋系數(shù)已知因為閉環(huán)增益的一般表達(dá)式即7.3負(fù)反饋放大電路增益的一般表達(dá)式第33頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月負(fù)反饋放大電路中各種信號量的含義7.3負(fù)反饋放大電路增益的一般表達(dá)式第34頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月2.反饋深度討論一般負(fù)反饋稱為反饋深度深度負(fù)反饋正反饋?zhàn)约ふ袷幰话闱闆r下，A和F都是頻率的函數(shù)，當(dāng)考慮信號頻率的影響時，Af、A和F分別用、和表示。即7.3負(fù)反饋放大電路增益的一般表達(dá)式第35頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月7.4負(fù)反饋對放大電路性能的影響7.4.2減小非線性失真7.4.3擴(kuò)展頻帶7.4.5對輸入電阻和輸出電阻的影響7.4.1提高增益的穩(wěn)定性7.4.4抑制反饋環(huán)內(nèi)噪聲第36頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月7.4.1提高增益的穩(wěn)定性閉環(huán)時對A求導(dǎo)得：只考慮幅值有即閉環(huán)增益對相變化量比開環(huán)減小了1+AF另一方面,在深度負(fù)反饋條件下有：即閉環(huán)增益只取決于反饋網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)反饋網(wǎng)絡(luò)由穩(wěn)定的線性元件組成時，閉環(huán)增益將有很高的穩(wěn)定性。負(fù)反饋的組態(tài)不同，穩(wěn)定的增益不同（Avf、Arf、Agf、Aif）第37頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月7.4.2減小非線性失真閉環(huán)時增益減小，線性度變好。只能減少環(huán)內(nèi)放大電路產(chǎn)生的失真，如果輸入波形本身就是失真的，即使引入負(fù)反饋，也無濟(jì)于事。1——開環(huán)特性2——閉環(huán)特性第38頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月7.4.3擴(kuò)展頻帶

放大電路加入負(fù)反饋后，增益下降，但通頻帶卻加寬了，如圖6.14所示。

圖6.14負(fù)反饋對通頻帶的影響無反饋時的通頻帶f=fH－fLfH，有反饋時的放大電路高頻段的增益為第39頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月有反饋時的通頻帶ffH=(1+AF)fH負(fù)反饋放大電路擴(kuò)展通頻帶有一個重要的特性，即增益與通頻帶之積為常數(shù)：第40頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月7.4.4抑制反饋環(huán)內(nèi)噪聲比原有的信噪比提高了倍電壓的信噪比：增加一前置級并認(rèn)為該級為無噪聲的新的信噪比第41頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月7.4.5對輸入電阻和輸出電阻的影響串聯(lián)負(fù)反饋1.對輸入電阻的影響開環(huán)輸入電阻Ri=vid/ii因為vf=F·xoxo=A·vid閉環(huán)輸入電阻Rif=vi/ii所以vi=vid+vf=(1+AF

)vid閉環(huán)輸入電阻Rif=vi/ii引入串聯(lián)負(fù)反饋后，輸入電阻增加了（1+AF）倍。第42頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月7.4.5對輸入電阻和輸出電阻的影響并聯(lián)負(fù)反饋1.對輸入電阻的影響閉環(huán)輸入電阻引入并聯(lián)負(fù)反饋后，輸入電阻減小了（1+AF）倍。注意:反饋對輸入電阻的影響僅限于環(huán)內(nèi)，對環(huán)外不產(chǎn)生影響。第43頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月例如圖中R1不在環(huán)內(nèi)但是當(dāng)R1>>

時，反饋對Rif幾乎沒有影響。第44頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月7.4.4對輸入電阻和輸出電阻的影響2.對輸出電阻的影響電壓負(fù)反饋閉環(huán)輸出電阻而Xid=-Xf=-FvT

忽略反饋網(wǎng)絡(luò)對iT的分流得：所以引入電壓負(fù)反饋后，輸出電阻減小了（1+AF）倍。第45頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月7.4.5對輸入電阻和輸出電阻的影響2.對輸出電阻的影響

電流負(fù)反饋閉環(huán)輸出電阻引入電流負(fù)反饋后，輸出電阻增大了（1+AF）倍。注意:反饋對輸出電阻的影響僅限于環(huán)內(nèi)，對環(huán)外不產(chǎn)生影響。第46頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月負(fù)反饋對放大電路性能的改善，是以犧牲增益為代價的，且僅對環(huán)內(nèi)的性能產(chǎn)生影響。串聯(lián)負(fù)反饋——并聯(lián)負(fù)反饋——電壓負(fù)反饋——電流負(fù)反饋——特別注意表7.4.1的內(nèi)容增大輸入電阻減小輸入電阻減小輸出電阻，穩(wěn)定輸出電壓增大輸出電阻，穩(wěn)定輸出電流7.4.5對輸入電阻和輸出電阻的影響第47頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月7.5深度負(fù)反饋條件下的近似計算1.深度負(fù)反饋的特點(diǎn)2.舉例第48頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月1.深度負(fù)反饋的特點(diǎn)即，深度負(fù)反饋條件下，閉環(huán)增益只與反饋網(wǎng)絡(luò)有關(guān)又因為代入上式得：（也常寫為xfxi）凈輸入信號近似等于零由此可得深度負(fù)反饋條件下，基本放大電路“兩虛”的概念輸入信號近似等于反饋信號（xid0）第49頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月1.深度負(fù)反饋的特點(diǎn)串聯(lián)負(fù)反饋，輸入端電壓求和深度負(fù)反饋條件下

xid=

xi-

xf

0

虛短虛斷虛短虛斷并聯(lián)負(fù)反饋，輸入端電流求和vid=

vi-

vf

0iid=

ii-

if

0vid=

iidri

0

在深度負(fù)反饋條件下，在放大器的輸入端，“虛短”和“虛斷”同時存在。第50頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月2.舉例反饋組態(tài)為電壓串聯(lián)負(fù)反饋。反饋系數(shù)設(shè)電路滿足深度負(fù)反饋條件，試寫出該電路的閉環(huán)電壓增益表達(dá)式。解：根據(jù)虛短、虛斷求解。閉環(huán)增益（就是閉環(huán)電壓增益）：第51頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月2.舉例反饋組態(tài)為電壓串聯(lián)負(fù)反饋。設(shè)電路滿足深度負(fù)反饋條件，試寫出該電路的閉環(huán)電壓增益表達(dá)式。解：根據(jù)虛短、虛斷得：閉環(huán)電壓增益：第52頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月2.舉例電流并聯(lián)負(fù)反饋設(shè)電路滿足深度負(fù)反饋條件，試寫出該電路的閉環(huán)電流增益和閉環(huán)電壓增益表達(dá)式。解：根據(jù)虛短、虛斷得：閉環(huán)電流增益為：所以閉環(huán)電壓增益：注意：若io參考方向不同，將影響閉環(huán)增益的結(jié)果

又因為iR第53頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月7.6負(fù)反饋放大電路設(shè)計7.6.1設(shè)計負(fù)反饋放大電路的一般步驟7.6.2設(shè)計舉例第54頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月7.6.1設(shè)計負(fù)反饋放大電路的一般步驟1.選定需要的反饋類型2.確定反饋系數(shù)的大小3.適當(dāng)選擇反饋網(wǎng)絡(luò)中的電阻阻值4.通過仿真分析，檢驗設(shè)計是否滿足要求信號源性質(zhì)對輸出信號的要求對輸入、輸出電阻的要求對信號變換的要求（V-V、V-I、I-V、I-I）深度負(fù)反饋時盡量減小反饋網(wǎng)絡(luò)對基本放大電路的負(fù)載效應(yīng)第55頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月7.6.2設(shè)計舉例例7.6.2設(shè)計一個帶負(fù)反饋的光電隔離器的驅(qū)動電路。設(shè)vs的變化范圍為0～5V，內(nèi)阻Rs=500Ω。要求LED的io1=10-3vs(A)。已知運(yùn)放的Avo=104，Ri=5kΩ，Ro=100Ω。設(shè)計后仿真檢驗發(fā)光二極管的電流。解:驅(qū)動電路需要將電壓vs轉(zhuǎn)換為電流io1已知LED的光強(qiáng)度——流過LED的電流io1線性——電壓信號vs線性選用電流串聯(lián)負(fù)反饋電路光電隔離器第56頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月解:選用電流串聯(lián)負(fù)反饋電路所以Rf=1kΩ又因為根據(jù)虛斷有深度負(fù)反饋時7.6.2設(shè)計舉例例7.6.2設(shè)計一個帶負(fù)反饋的光電隔離器的驅(qū)動電路。設(shè)vs的變化范圍為0～5V，內(nèi)阻Rs=500Ω。要求LED的io1=10-3vs(A)。已知運(yùn)放的Avo=104，Ri=5kΩ，Ro=100Ω。設(shè)計后仿真檢驗發(fā)光二極管的電流。第57頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月解:仿真電路io1與vs的呈線性關(guān)系，io1=10-3vs，放大電路滿足設(shè)計要求。7.6.2設(shè)計舉例例7.6.2設(shè)計一個帶負(fù)反饋的光電隔離器的驅(qū)動電路。設(shè)vs的變化范圍為0～5V，內(nèi)阻Rs=500Ω。要求LED的io1=10-3vs(A)。已知運(yùn)放的Avo=104，Ri=5kΩ，Ro=100Ω。設(shè)計后仿真檢驗發(fā)光二極管的電流。第58頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月7.7負(fù)反饋放大電路的頻率響應(yīng)7.7.2增益一帶寬積7.7.1頻率響應(yīng)的一般表達(dá)式第59頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月7.7.1頻率響應(yīng)的一般表達(dá)式基本放大電路的高頻響應(yīng)比開環(huán)時增加了為基本放大電路通帶增益根據(jù)閉環(huán)增益表達(dá)式有（設(shè)反饋網(wǎng)絡(luò)為純阻網(wǎng)絡(luò)）——通帶閉環(huán)增益其中同理可得——閉環(huán)上限頻率比開環(huán)時減小了——閉環(huán)下限頻率引入負(fù)反饋后，放大電路的通頻帶展寬了第60頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月7.7.1頻率響應(yīng)的一般表達(dá)式例7.7.1的波特圖第61頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月7.7.2增益一帶寬積放大電路的增益-帶寬積為常數(shù)閉環(huán)增益-帶寬積開環(huán)增益-帶寬積第62頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月7.8負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定性*7.8.2頻率補(bǔ)償7.8.1自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件第63頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月7.8.1自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件1.自激振蕩現(xiàn)象

在不加任何輸入信號的情況下，放大電路仍會產(chǎn)生一定頻率的信號輸出。2.產(chǎn)生原因

在高頻區(qū)或低頻區(qū)產(chǎn)生的附加相移達(dá)到180，使中頻區(qū)的負(fù)反饋在高頻區(qū)或低頻區(qū)變成了正反饋，當(dāng)滿足了一定的幅值條件時，便產(chǎn)生自激振蕩。第64頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月7.8.1自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件3.自激振蕩條件自激振蕩反饋深度即又得自激振蕩條件幅值條件相位條件（附加相移）注：輸入