《放大器中的反饋》課件

放大器中的反饋反饋是放大器電路中一個(gè)重要的概念，它可以影響放大器的穩(wěn)定性、增益和頻率響應(yīng)。關(guān)于本課程學(xué)生學(xué)習(xí)本課程旨在幫助學(xué)生深入理解放大器中的反饋機(jī)制?？蒲腥藛T該課程將探討放大器中的反饋類型、原理及應(yīng)用。電子電路工程師課程內(nèi)容涵蓋了負(fù)反饋、正反饋放大電路的設(shè)計(jì)與分析。什么是放大器放大器是一種電子電路，能夠?qū)⑤斎胄盘?hào)的幅度或功率放大，輸出信號(hào)的幅度或功率大于輸入信號(hào)的幅度或功率。放大器廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中，例如音頻系統(tǒng)、無線電發(fā)射機(jī)、電視機(jī)和計(jì)算機(jī)。放大器的性能參數(shù)增益增益是放大器輸出信號(hào)幅度與輸入信號(hào)幅度之比，通常用分貝（dB）表示。帶寬帶寬是指放大器能夠正常放大信號(hào)的頻率范圍，通常用赫茲（Hz）表示。失真失真是指放大器輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間的差異，通常用百分比或分貝表示。噪聲噪聲是指放大器輸出信號(hào)中除了有用信號(hào)之外的隨機(jī)信號(hào)，通常用分貝表示。放大器的基本結(jié)構(gòu)放大器通常由多個(gè)部分組成，包括輸入級、中間級和輸出級。輸入級負(fù)責(zé)接收信號(hào)并將其放大到合適的電平，中間級用于進(jìn)一步放大信號(hào)，并進(jìn)行阻抗匹配，輸出級則負(fù)責(zé)將信號(hào)放大到所需的功率水平。放大器可能還包含其他元件，例如反饋網(wǎng)絡(luò)、偏置電路和濾波電路等。不同的放大器結(jié)構(gòu)可能會(huì)有所不同，但基本原理是相似的。輸入級通常使用晶體管或運(yùn)算放大器，中間級可以使用多個(gè)級聯(lián)的放大器，輸出級可以使用功率晶體管或MOSFET等器件。負(fù)反饋放大電路的原理反饋信號(hào)放大器的一部分輸出信號(hào)被反饋到輸入端，形成反饋回路。反饋類型反饋信號(hào)可以與輸入信號(hào)同相或反相，分別稱為正反饋和負(fù)反饋。負(fù)反饋效應(yīng)負(fù)反饋信號(hào)會(huì)抵消輸入信號(hào)，降低放大器的增益，但提高穩(wěn)定性和線性度。反饋系數(shù)反饋系數(shù)反映了反饋信號(hào)的強(qiáng)度，決定了負(fù)反饋的效果。負(fù)反饋放大電路的作用提高放大器的穩(wěn)定性減少放大器對環(huán)境溫度、電源電壓和器件參數(shù)變化的敏感性，使放大器輸出信號(hào)穩(wěn)定可靠。改善放大器的頻率特性擴(kuò)展放大器的帶寬，降低放大器的失真，提高放大器的線性度，使放大器能夠放大更寬頻率范圍的信號(hào)。提高放大器的輸入阻抗和輸出阻抗使放大器能夠更好地與其他電路匹配，提高放大器信號(hào)傳輸效率，減少信號(hào)損失。降低放大器的噪聲通過引入負(fù)反饋，可以抑制放大器內(nèi)部的噪聲，提高放大器信號(hào)質(zhì)量，減少噪聲干擾。負(fù)反饋放大電路的分類按反饋信號(hào)的取樣方式分類根據(jù)反饋信號(hào)的取樣方式，負(fù)反饋放大電路可以分為串聯(lián)負(fù)反饋、并聯(lián)負(fù)反饋和串聯(lián)-并聯(lián)負(fù)反饋。按反饋信號(hào)的性質(zhì)分類根據(jù)反饋信號(hào)的性質(zhì)，負(fù)反饋放大電路可以分為電壓負(fù)反饋、電流負(fù)反饋和電壓電流負(fù)反饋。串聯(lián)負(fù)反饋放大電路1輸入信號(hào)從源頭進(jìn)入電路2放大器放大輸入信號(hào)3反饋網(wǎng)絡(luò)將輸出信號(hào)的一部分反饋到輸入端4輸出信號(hào)經(jīng)放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)處理后的信號(hào)串聯(lián)負(fù)反饋放大電路，其反饋網(wǎng)絡(luò)接在放大器的輸出端和輸入端之間。反饋信號(hào)與輸入信號(hào)串聯(lián)在一起，形成一個(gè)閉環(huán)回路，因此稱為串聯(lián)負(fù)反饋。并聯(lián)負(fù)反饋放大電路1輸出端取樣反饋信號(hào)從輸出端取樣。2并聯(lián)反饋反饋信號(hào)與輸入信號(hào)并聯(lián)。3反饋網(wǎng)絡(luò)通常使用電阻網(wǎng)絡(luò)。4放大器提供信號(hào)增益。并聯(lián)負(fù)反饋放大電路是一種常見的放大電路，它在輸出端取樣反饋信號(hào)，并將其與輸入信號(hào)并聯(lián)。這種反饋方式通常使用電阻網(wǎng)絡(luò)，并通過放大器提供信號(hào)增益。它具有許多優(yōu)點(diǎn)，例如穩(wěn)定性高、失真小等，廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備。純電壓負(fù)反饋放大電路1輸出電壓反饋反饋信號(hào)從輸出端提取，并與輸入信號(hào)相減，形成差動(dòng)信號(hào)。2電壓放大倍數(shù)固定此類型放大電路的電壓放大倍數(shù)由反饋網(wǎng)絡(luò)決定，通常為固定值。3高輸入阻抗由于反饋信號(hào)是從輸出端提取的，所以輸入阻抗較高，可有效減小信號(hào)源的負(fù)載。4低輸出阻抗輸出阻抗低，有利于將信號(hào)傳遞到負(fù)載，避免信號(hào)損失。純電流負(fù)反饋放大電路輸出電流反饋反饋信號(hào)取自放大電路的輸出電流，作為反饋信號(hào)加到輸入端。通過控制輸出電流，進(jìn)而控制輸出電壓。電路結(jié)構(gòu)通常采用電流串聯(lián)負(fù)反饋，即在輸出電流路徑上串聯(lián)反饋元件，將輸出電流的一部分反饋到輸入端。應(yīng)用場景適用于需要高輸出電流、低輸出阻抗的場合，如電源電路、音頻放大電路等。負(fù)反饋放大電路的設(shè)計(jì)1確定放大倍數(shù)根據(jù)電路需求和目標(biāo)，設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)姆答伨W(wǎng)絡(luò)以控制放大器的閉環(huán)增益。2選擇反饋類型選擇合適的負(fù)反饋類型，如串聯(lián)、并聯(lián)或混合反饋，以滿足特定應(yīng)用的性能指標(biāo)。3優(yōu)化電路參數(shù)調(diào)整反饋網(wǎng)絡(luò)的阻抗、頻率特性和反饋因子，以優(yōu)化放大器的性能，如帶寬、噪聲和失真。負(fù)反饋放大電路的特點(diǎn)增益穩(wěn)定負(fù)反饋可以有效地抑制放大電路的增益漂移，提高放大電路的穩(wěn)定性。線性度提高負(fù)反饋可以有效地減小放大電路的非線性失真，提高放大電路的線性度。頻率響應(yīng)改善負(fù)反饋可以擴(kuò)展放大電路的頻率響應(yīng)范圍，提高放大電路的帶寬?？垢蓴_能力增強(qiáng)負(fù)反饋可以有效地抑制外部噪聲和干擾信號(hào)對放大電路的影響，提高放大電路的抗干擾能力。負(fù)反饋放大電路的應(yīng)用音頻設(shè)備負(fù)反饋放大電路廣泛應(yīng)用于音頻設(shè)備，例如耳機(jī)、音響和麥克風(fēng)，提供高質(zhì)量的音頻放大和信號(hào)處理。醫(yī)療設(shè)備在醫(yī)療設(shè)備中，負(fù)反饋放大電路用于放大和處理生物信號(hào)，例如心電圖、腦電圖和肌電圖。無線通信負(fù)反饋放大電路在無線通信系統(tǒng)中至關(guān)重要，用于放大和處理射頻信號(hào)，確保信號(hào)穩(wěn)定和可靠的傳輸。自動(dòng)控制系統(tǒng)負(fù)反饋放大電路是自動(dòng)控制系統(tǒng)中的核心組件，用于放大和處理控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)精確的控制和穩(wěn)定性。正反饋放大電路的原理1信號(hào)增強(qiáng)放大器輸出的一部分信號(hào)被反饋回輸入端2相位一致反饋信號(hào)與輸入信號(hào)同相位3增益提升放大器的總增益被放大4振蕩形成持續(xù)振蕩的信號(hào)正反饋放大電路中，放大器的輸出信號(hào)的一部分被反饋回輸入端，并且與輸入信號(hào)同相位。反饋信號(hào)會(huì)增強(qiáng)輸入信號(hào)，從而導(dǎo)致放大器的總增益增加。如果反饋?zhàn)銐驈?qiáng)，電路會(huì)進(jìn)入振蕩狀態(tài)，產(chǎn)生持續(xù)振蕩的信號(hào)。正反饋放大電路的作用11.振蕩正反饋放大電路可以產(chǎn)生振蕩信號(hào)，這是無線電通信和電子設(shè)備的關(guān)鍵。22.提高增益通過正反饋，放大電路的增益可以大幅度提升，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的有效放大。33.提高輸出功率正反饋可以提高放大電路的輸出功率，為各種應(yīng)用提供更大的功率輸出。44.產(chǎn)生開關(guān)特性正反饋可以使放大電路具有開關(guān)特性，應(yīng)用于數(shù)字電路和其他開關(guān)控制系統(tǒng)。正反饋放大電路的分類按反饋方式分類正反饋放大電路主要分為電壓串聯(lián)反饋、電流并聯(lián)反饋、電壓并聯(lián)反饋、電流串聯(lián)反饋。按應(yīng)用分類正反饋放大電路主要應(yīng)用于振蕩器、施密特觸發(fā)器、比較器等。正弦振蕩器正弦振蕩器是一種電子電路，能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的正弦波信號(hào)。它利用正反饋和LC諧振電路，將直流電轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定振幅和頻率的正弦波。廣泛應(yīng)用于音頻信號(hào)的產(chǎn)生、測試儀器和通信系統(tǒng)中。正弦振蕩器的設(shè)計(jì)1選擇振蕩電路根據(jù)頻率和功率要求選擇合適的電路。2確定反饋網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)合適的反饋網(wǎng)絡(luò)以滿足振蕩條件。3調(diào)節(jié)振蕩頻率通過改變電路元件的值來調(diào)節(jié)振蕩頻率。4優(yōu)化振蕩波形通過調(diào)整反饋網(wǎng)絡(luò)和電路元件的值來優(yōu)化波形。正弦振蕩器設(shè)計(jì)需要考慮多種因素，包括頻率范圍、輸出功率、穩(wěn)定性以及波形失真等。正弦振蕩器的應(yīng)用通信系統(tǒng)正弦振蕩器在無線電通信系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，如調(diào)制解調(diào)器、無線電發(fā)射機(jī)和接收機(jī)。它們可以產(chǎn)生精確的載波信號(hào)，用于傳遞信息。電子儀器正弦振蕩器在各種電子儀器中都有應(yīng)用，如示波器、頻譜分析儀和信號(hào)發(fā)生器。它們作為信號(hào)源，為測試和測量提供穩(wěn)定的正弦波信號(hào)。放大器中的非線性失真信號(hào)失真非線性失真導(dǎo)致放大器輸出信號(hào)失真，產(chǎn)生新的頻率成分。放大器限制非線性失真發(fā)生在放大器接近飽和狀態(tài)時(shí)，放大器無法處理高幅度信號(hào)。音質(zhì)影響非線性失真會(huì)導(dǎo)致聲音信號(hào)失真，影響音質(zhì)，產(chǎn)生不和諧的聲音。相位失真11.頻率響應(yīng)相位失真會(huì)影響音頻信號(hào)中不同頻率成分的相位關(guān)系。這會(huì)導(dǎo)致聲音變得模糊不清，失去清晰度。22.音頻信號(hào)當(dāng)音頻信號(hào)通過放大器時(shí)，不同頻率的信號(hào)可能經(jīng)歷不同的時(shí)間延遲，從而導(dǎo)致相位失真。33.諧波失真相位失真會(huì)導(dǎo)致諧波失真，從而影響音質(zhì)，使聲音變得不自然。幅度失真信號(hào)失真當(dāng)信號(hào)的波形被改變時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生幅度失真。削波當(dāng)信號(hào)超過放大器的線性范圍時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)削波，導(dǎo)致信號(hào)失真?？傊C波失真音頻信號(hào)失真總諧波失真（THD）表示音頻信號(hào)中非諧波失真成分的比例。它反映了放大器對音頻信號(hào)的還原程度。頻譜分析THD可以通過頻譜分析儀測量，分析音頻信號(hào)的頻譜成分，識(shí)別并量化失真成分?？缯{(diào)失真信號(hào)干擾多個(gè)信號(hào)同時(shí)輸入放大器時(shí)，一個(gè)信號(hào)會(huì)影響另一個(gè)信號(hào)的輸出，導(dǎo)致失真。頻譜混疊不同信號(hào)的頻率混疊在一起，導(dǎo)致輸出信號(hào)出現(xiàn)不想要的頻率成分。非線性放大放大器內(nèi)部器件的非線性特性導(dǎo)致信號(hào)的幅度失真，影響輸出信號(hào)的質(zhì)量。放大器中的失真補(bǔ)償負(fù)反饋補(bǔ)償負(fù)反饋可以通過降低放大器的增益來抑制失真，同時(shí)提高其線性度。線性化技術(shù)一些非線性元件，如晶體管，可以通過采用線性化技術(shù)來降低失真。預(yù)失真補(bǔ)償通過在信號(hào)進(jìn)入放大器之前對信號(hào)進(jìn)行預(yù)失真處理，可以補(bǔ)償放大器引入的失真。數(shù)字信號(hào)處理數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)可以用于在放大器后對信號(hào)進(jìn)行處理，以減少失真。負(fù)反饋補(bǔ)償失真負(fù)反饋的補(bǔ)償作用負(fù)反饋可以有效地抑制放大電路中的失真，降低放大器的非線性失真。負(fù)反饋可以提高放大