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1、7.1反馈的基本概念与分类反馈的基本概念与分类直流反馈与交流反馈直流反馈与交流反馈正反馈与负反馈正反馈与负反馈串联反馈与并联反馈串联反馈与并联反馈什么是反馈什么是反馈电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈第1页/共91页什么是反馈什么是反馈 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。开环 无反馈通路闭环闭环有反馈通路有反馈通路反馈通路反馈通路(反馈网络)(反馈网络)信号的正向传输信号的正向传输第2页/共91页输出信号输出信号反馈放大电路反馈放大电路的输入信号的输入信号反馈信号反馈信号基本放大电路的输入基本放大电路的输入信号(净输入信号)信号(净输入信号)框图反馈通路 信号反向传
2、输的渠道第3页/共91页判断电路是否存在反馈通路反馈通路反馈通路(本级)(本级)反馈通路反馈通路(本级)(本级)反馈通路反馈通路(级间)(级间)第4页/共91页直流反馈与交流反馈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。直流反馈交、直流反馈第5页/共91页交、直流负反馈交、直流负反馈交流正反馈交流正反馈第6页/共91页正反馈与负反馈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,使净输入量变大了。负反馈:引入反馈后,使净输入量变小了。净输入量可以是电压,也
3、可以是电流。第7页/共91页判别方法: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)。净输入量减小净输入量减小净输入量增大净输入量增大负反馈负反馈正反馈正反馈反馈通路反馈通路反馈通路反馈通路第8页/共91页(+)(+)(-)(-)(-)净输入量净输入量(+)(+)(-)(-)净输入量净输入量F负反馈负反馈F正反馈正反馈反馈通路反馈通路反馈通路反馈通路级间反馈通路级间反馈通路(+)(+)(+)(+)(-)(-)净输入量净输入量F级间负反馈级间负反馈反馈通路反馈通路本级反馈通路本级反馈通路第9页/共91页级间
4、反馈通路级间反馈通路净输入量减小净输入量减小级间负反馈第10页/共91页反馈通路反馈通路净输入量减小净输入量减小本级负反馈第11页/共91页例例例例第12页/共91页F例例第13页/共91页串联反馈与并联反馈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反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的同一个电极,则为并联反馈;反之,加在放大电路输入回路的两个电极,则为串联反馈。对于三极管来说,反馈信号与输入信号同时加在输入三极管的基极或发射极,则为并联反馈;一个加在基极一个加在发射极则为串联反馈。对于运算放大器来说,反馈信号与输入信号同时加在同相输入端或反相输入端,则为并联反馈;一个加在同
5、相输入端一个加在反相输入端则为串联反馈。第14页/共91页串联:输入以电压形式求和(KVLKVL)-vi i+vidid+vf f=0 即 vidid=vi i-vf f并 联:输 入 以 电 流 形 式 求 和(KCLKCL)ii i-iidid-if f=0 即 iidid=ii i-if f串联并联第15页/共91页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级间反馈通路xf(if)第16页/共91页判断电路中的级间交流反馈是串联反馈还是并联反馈串联反馈级间反馈通路级间反馈通路xf(vf)第17页/共91页电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈由反馈
6、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电流反馈:反馈信号xf与输出电流成比例,即xf=Fio并联结构串联结构第18页/共91页电压负反馈RL vo o xf xid vo 电压负反馈稳定输出电压xf=Fvo,xid=xixf第19页/共91页电流负反馈RL io o xf xid io 电流负反馈稳定输出电流xf=Fio,xid=xixf第20页/共91页判断方法: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反馈通路反馈通路第21页/共91页电压反馈反馈
7、通路反馈通路电压串联电压串联电压并联电压并联电流串联电流串联电流并联电流并联四种反馈组态:第22页/共91页例例:试判断下图所示电路的反馈组态。试判断下图所示电路的反馈组态。解解:根据瞬时极性根据瞬时极性法,见图中的红色法,见图中的红色“+”、“-”号,号,可知经电阻可知经电阻R1加在加在基极基极B1上的是直流上的是直流并联负反馈。因反并联负反馈。因反馈信号与输出电流馈信号与输出电流成比例,故又为电成比例,故又为电流反馈流反馈。结论:是结论:是直流电流并联负反直流电流并联负反馈馈。经经Rf加在加在E1上是交流负反馈。反馈信号和输上是交流负反馈。反馈信号和输入信号加在入信号加在T1两个输入电极,
8、故为串联反馈。两个输入电极,故为串联反馈。结论:交流电压串联负反馈。结论:交流电压串联负反馈。第23页/共91页例例:试判断下图的反馈组态。试判断下图的反馈组态。解解:根据瞬时极性根据瞬时极性法,见图中的红色法,见图中的红色“+”、“-”号,号,可知是负反馈。可知是负反馈。因反馈信号和因反馈信号和输入信号加在运放输入信号加在运放A1的两个输入端,的两个输入端,故为串联反馈。故为串联反馈。因反馈信号与输出电压成比例,故为电压反因反馈信号与输出电压成比例,故为电压反馈。馈。结论:交直流串联电压负反馈。结论:交直流串联电压负反馈。第24页/共91页7.2负反馈放大电路的四种组态负反馈放大电路的四种组
9、态电压并联负反馈放大电路电压并联负反馈放大电路电流串联负反馈放大电路电流串联负反馈放大电路电流并联负反馈放大电路电流并联负反馈放大电路电压串联负反馈放大电路电压串联负反馈放大电路反馈组态判断举例(交流)反馈组态判断举例(交流)信号源对反馈效果的影响信号源对反馈效果的影响第25页/共91页电压串联负反馈放大电路电压串联负反馈放大电路 输入以电压形式求和(KVLKVL):vidid=vi i-vf f 稳定输出电压特点:电压控制的电压源第26页/共91页电压并联负反馈放大电路电压并联负反馈放大电路 输入以电流形式求和(KCLKCL):iidid=ii i-if f稳定输出电压电流控制的电压源特点:
10、第27页/共91页电流串联负反馈放大电路电流串联负反馈放大电路 输入以电压形式求和(KVLKVL):vidid=vi i-vf f 稳定输出电流电压控制的电流源特点:第28页/共91页电流并联负反馈放大电路电流并联负反馈放大电路 输入以电流形式求和(KCLKCL):iidid=ii i-if f稳定输出电流电流控制的电流源特点:第29页/共91页电压负反馈:稳定输出电压,具有恒压特性串联反馈:输入端电压求和(KVLKVL)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(KCLKCL)特点小结:第30页/共91页反馈组态判断举例(交流)反馈组态判断举例(交流)(+)(-)(+)(
11、+)级间电压串联负反馈(+)第31页/共91页反馈组态判断举例(交流)反馈组态判断举例(交流)电压并联负反馈第32页/共91页直流反馈交、直流反馈反馈组态判断举例(交流)反馈组态判断举例(交流)(+)(+)(-)(+)(+)(+)电流串联负反馈第33页/共91页串联负反馈信号源对反馈效果的影响信号源对反馈效果的影响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。第34页/共91页信号源对反馈效果的影响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
12、变化能有效引起iid的变化。end第35页/共91页7.3负反馈放大电路增益的一般表达式负反馈放大电路增益的一般表达式1.闭环增益的一般表达式闭环增益的一般表达式2.反馈深度讨论反馈深度讨论第36页/共91页1.构成构成信号源信号源输出信号输出信号反馈放大电路反馈放大电路的输入信号的输入信号反馈信号反馈信号基本放大电路的输入基本放大电路的输入信号(净输入信号)信号(净输入信号)7.3负反馈放大电路增益的一般表达式负反馈放大电路增益的一般表达式第37页/共91页2.信号的单向化传输信号的单向化传输信号的正向传输信号的正向传输信号的反向传输信号的反向传输单向化单向化第38页/共91页3.闭环增益的
13、一般表达式闭环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第39页/共91页负反馈放大电路中各种信号量的含义第40页/共91页4.反馈深度讨论反馈深度讨论一般负反馈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。第41页/共91页解解:在求电压放大在求电压放大倍数表达式时,可倍数表达式时,可以把以把A1和和A2看成一看成一个运算放大器,见个运算放大器,见图中棕色线框。图中棕色线框。图图7.04所以所以例例:求图:求图7.04电路的电压放大倍数。电路的电压放大倍数。第42页/共91页7.4负反馈对放大电负
14、反馈对放大电路性能的影响路性能的影响减小非线性失真减小非线性失真抑制反馈环内噪声抑制反馈环内噪声对输入电阻和输出电阻的影响对输入电阻和输出电阻的影响提高增益的稳定性提高增益的稳定性第43页/共91页提高增益的稳定性提高增益的稳定性闭环时对A求导得只考虑幅值有另一方面,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)即闭环增益相对变化量是开环时的第44页/共91页减小非线性失真减小非线性失真 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
15、失真的,即使引入负反馈,也无济于事。1开环特性2闭环特性第45页/共91页抑制反馈环内噪声抑制反馈环内噪声比原有的信噪比提高了倍电压的信噪比增加一前置级并认为该级为无噪声的新的信噪比第46页/共91页对输入电阻和输出电阻的影响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 i=vidid/ii i因为 vf f=Fxo o xo o=Avidid闭环输入电阻 Rifif=vi i/ii i所以 vi i=vidid+vf f=(1+=(1+AF)vidid闭环输入电阻 Rifif=vi i/ii i引入串联负反馈后,输入电阻增加了。第47页/共91页 并联负反馈闭
16、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。第48页/共91页例如例如图中R1 1不在环内但是当R1 1 时,反馈对Rif几乎没有影响。第49页/共91页2.对输出电阻的影响 电压负反馈第50页/共91页闭环输出电阻而Xid=-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。第51页/共91页2.对输出电阻的影响 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。第52页/共91页 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
17、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 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,稳定输出电流第53页/共91页为改善性能引入负反馈的一般原则为改善性能引入负反馈的一般原则要稳定直流量要稳定直流量引直流负反馈引直流负反馈要稳定交流量要稳定交流量引交流负反馈引交流负反馈要稳定输出电压要稳定输出电压引电压负反馈引电压负反馈要稳定输出电流要稳定输出电流引电流负反馈引电流负反馈要增大输入电阻要增大输入电阻引串联负反馈引串联负反馈要减小输入电阻要减小输入电阻引并联负反馈引并联负反馈第54页/共91页例例:在下图所示的电路中,为了实现下述的性能要求,问各应引入何
18、种负反馈?将结果画在电路上。第55页/共91页1.希望希望Vs=0时,元件参数的改变对末级集电极电时,元件参数的改变对末级集电极电流影响小;流影响小;2.希望输入电阻较大;希望输入电阻较大;3.希望输出电阻较小;希望输出电阻较小;4.希望接上负载后,电压放大倍数基本不变;希望接上负载后,电压放大倍数基本不变;5.希望信号源为电流源时,反馈的效果比较好。希望信号源为电流源时,反馈的效果比较好。1.直流电流负反馈直流电流负反馈2.串联负反馈串联负反馈3.电压负反馈电压负反馈4.稳定输出电压,电压负反馈稳定输出电压,电压负反馈5.并联负反馈并联负反馈第56页/共91页1.直流电流负反馈直流电流负反馈
19、第57页/共91页2.串联负反馈串联负反馈第58页/共91页3.电压负反馈电压负反馈第59页/共91页4.稳定输出电压,电压负反馈稳定输出电压,电压负反馈第60页/共91页5.并联负反馈并联负反馈第61页/共91页7.5深度负反馈条件下深度负反馈条件下的近似计算的近似计算1.深度负反馈的特点深度负反馈的特点2.举例举例第62页/共91页分析负反馈放大电路的一般步骤分析负反馈放大电路的一般步骤(1)找出信号放大通路和反馈通路找出信号放大通路和反馈通路(2)用瞬时极性法判断正、负反馈用瞬时极性法判断正、负反馈(3)判断交、直流反馈判断交、直流反馈(4)判断反馈阻态判断反馈阻态(5)标出输入量、输出
20、量及反馈量标出输入量、输出量及反馈量(6)估算深度负反馈条件下电路的估算深度负反馈条件下电路的第63页/共91页1.深度负反馈的特点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 f xi i)净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(xid id 0)第64页/共91页串联负反馈,输入端电压求和深度负反馈条件下 xidid=xi i-xf f 0虚短虚断虚短虚断并联负反馈,输入端电流求和vidid=vi i-vf f 0iidid=ii i-if f 0vidid=iid id ri i 0
21、第65页/共91页2.举例举例 电压串联负反馈 实际上该电路就是第2 2章介绍的同相比例放大电路,该结果与第2 2章所得结果相同 设电路满足深度负反馈条件,试写出该电路的闭环电压增益表达式。解:根据虚短、虚断反馈系数闭环增益(就是闭环电压增益)第66页/共91页2.举例举例(例例 电压串联负反馈 设电路满足深度负反馈条件,试写出该电路的闭环电压增益表达式。解:根据虚短、虚断闭环电压增益第67页/共91页例例 电流并联负反馈 设电路满足深度负反馈条件,试写出该电路的闭环源电压增益表达式。解:根据虚短、虚断闭环增益所以闭环电压增益注意:若io o参考方向不同,将影响闭环增益的结果 又因为iR第68
22、页/共91页解:(3 3)闭环增益例例(3 3)求大环反馈的闭环增益以及对信号源的闭环电压增益;电压并联负反馈根据虚短、虚断0V0Vend第69页/共91页例题例题:回答下列问题。回答下列问题。图图7.15例题例题7.04电路图电路图求图求图7.15在在静态时运放的共静态时运放的共模输入电压模输入电压;若要实现串联若要实现串联电压反馈电压反馈,Rf应应接向何处接向何处?要实现串联电要实现串联电压负反馈压负反馈,运放运放的输入端极性如的输入端极性如何确定?何确定?第70页/共91页解:解:静态时运放的共模输入电压,即静态时静态时运放的共模输入电压,即静态时T1和和T2的集电极电位。的集电极电位。
23、Ic1=Ic2=Ic3/2第71页/共91页解解:可以把差动放大电路看成运放可以把差动放大电路看成运放A的输入级。输入信号加在的输入级。输入信号加在T1的基的基极,要实现串联反馈,反馈信号必然要加在极,要实现串联反馈,反馈信号必然要加在B2。所以要实现串联电压反。所以要实现串联电压反馈馈,Rf应接向应接向B2。解解既然是串联反馈既然是串联反馈,反反馈和输入信号接到差放的两馈和输入信号接到差放的两个输入端。要实现负反馈,个输入端。要实现负反馈,必为同极性信号。差放输入必为同极性信号。差放输入端的瞬时极性,见图中红色端的瞬时极性,见图中红色标号。根据串联反馈的要求,标号。根据串联反馈的要求,可确定
24、可确定B2的极性,的极性,见图中绿色标号,由此可确定见图中绿色标号,由此可确定运放的输入端极性。运放的输入端极性。图图7.15例题例题7.04电路图电路图第72页/共91页7.6负反馈放大电路设计负反馈放大电路设计设计负反馈放大电路的一般步骤设计负反馈放大电路的一般步骤设计举例设计举例第73页/共91页设计负反馈放大电路的一般步骤设计负反馈放大电路的一般步骤1.1.选定需要的反馈类型2.2.确定反馈系数的大小3.3.适当选择反馈网络中的电阻阻值4.4.通过仿真分析,检验设计是否满足要求信号源性质对输出信号的要求对输入、输出电阻的要求对信号变换的要求(V-VV-V、V-IV-I、I-VI-V、I
25、-II-I )深度负反馈时尽量减小反馈网络对基本放大电路的负载效应第74页/共91页设计举例设计举例例设计一个带负反馈的光电隔离器的驱动电路。设vs的变化范围为05V,内阻Rs=500。要求LED的io1=10-3vs(A)。已知运放的Avo=104,Ri=5k,Ro=100。设计后仿真检验发光二极管的电流。解:驱动电路需要将电压vs s转换为电流io1o1已知LED的光强度流过LED的电流io1o1线性电压信号vs s线性选用电流串联负反馈电路光电隔离器第75页/共91页解:选用电流串联负反馈电路所以Rf=1k又因为根据虚断有深度负反馈时第76页/共91页7.7负反馈放大电路的频率响应负反馈
26、放大电路的频率响应增益增益-带宽积带宽积频率响应的一般表达式频率响应的一般表达式第77页/共91页频率响应的一般表达式频率响应的一般表达式基本放大电路的高频响应比开环时增加了为基本放大电路通带增益根据闭环增益表达式有(设反馈网络为纯阻网络)通带闭环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引入负反馈后,放大电路的通频带展宽了第78页/共91页频率响应的一般表达式频率响应的一般表达式例的波特图开环增益反馈系数为0.01时反馈系数为0.1时反馈系数为1时第79页/共91页增益增益-带宽积带宽积放大电路的增益-带宽积为常数 闭环增益-带宽积开环增益-带宽积end第80页/共91页7.8负
27、反馈放大电路的稳定性负反馈放大电路的稳定性频率补偿频率补偿负反馈放大电路的自激振荡及负反馈放大电路的自激振荡及稳定工作的条件稳定工作的条件第81页/共91页负反馈放大电路的自激振荡及稳定工作的条件负反馈放大电路的自激振荡及稳定工作的条件1.自激振荡现象自激振荡现象 在不加任何输入信号的情况下,放大电路仍会产生一定频率的信号输出。2.产生原因产生原因 在高频区或低频区产生的附加相移达到180180,使中频区的负反馈在高频区或低频区变成了正反馈,当满足了一定的幅值条件时,便产生自激振荡。第82页/共91页3.自激振荡条件自激振荡条件自激振荡反馈深度即又得自激振荡条件幅值条件相位条件(附加相移)注:
28、输入端求和的相位(注:输入端求和的相位(-1-1-1-1)不包含在内)不包含在内闭环增益第83页/共91页4.稳定工作条件稳定工作条件破坏自激振荡条件或 当反馈网络为纯电阻网络时,f=0。其中Gm幅值裕度,一般要求Gm-10dB m相位裕度,一般要求 m45(保证可靠稳定,留有余地)写成等式,且幅值用分贝数表示时第84页/共91页用波特图表示或Gm-10dB或 m45 第85页/共91页5.负反馈放大电路稳定性分析负反馈放大电路稳定性分析环路增益的幅频响应写为环路增益的幅频响应写为一般一般与频率无关,与频率无关,则则的幅频响应是一条水平线的幅频响应是一条水平线利用波特图分析利用波特图分析关键是
29、作出关键是作出的幅频响应和相频响应波特图的幅频响应和相频响应波特图水平线水平线的交点为的交点为即该点满足即该点满足第86页/共91页(2)作作水平线水平线判断稳定性方法判断稳定性方法(1)作出作出的幅频响应和相频响应波特图的幅频响应和相频响应波特图(3)判断是否满足相位裕度判断是否满足相位裕度 m45 在相频响应的在相频响应的点处作垂线与点处作垂线与交于交于P点点若若P点在点在水平线之下,稳定;否则不稳定。水平线之下,稳定;否则不稳定。或或在水平线在水平线的交点作垂线交于相频响应曲线的交点作垂线交于相频响应曲线的一点。若该点的一点。若该点|a|135,满足相位裕度,稳定;否则不稳定。满足相位裕度,稳定;否则不稳定。第87页/共91页基本放大电基本放大电基本放大基本放大反反馈馈深深度度越越深深,越越容易自激。容易自激。越大,水平线越大,水平线下移,越下移,越容易自激容易自激越大,表明越大,表明反馈深度越深反馈深度越深自激振荡及稳定工作的条件自激振荡及稳定工作的条件P点交在点交在的的-20dB/十倍频程处,放大电路是稳定的。十倍频程处,放大电路是稳定的。第88页/共91页频率补偿频率补偿不作要求end第89页/共91页作业第90页/共91页感谢您的观看。第91页/共91页
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