5 反馈和负反馈放大电路
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销售员. 工厂. 用户. 信息员. 5 反馈和负反馈放大电路. 5.1 反馈的基本概念及类型. 实际问题举例. +. V CC. I. R B1. R C. I C. I B. T. +. +. I E. R B2. R E. U B. U E. _. _. 5.1.1 反馈的基本概念. 1. 什么是反馈. 直流电流负反馈电路. 输入回路. 反馈过程. 输出电流 I CQ 发生变化. 反馈网络. 输出回路. 在 R E 上产生压降 U EQ I CQ R E 的变化. +. V CC. I. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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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
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模拟电子技术基础
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
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模拟电子技术基础
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
输出回路反馈网络
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模拟电子技术基础
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,
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模拟电子技术基础
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
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模拟电子技术基础
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
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模拟电子技术基础
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
..
.
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模拟电子技术基础
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+
_
+
+
+
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模拟电子技术基础
(2) 交流反馈—— 在交流通路中存在的反馈
交流通路输入回路
输出回路反馈网络
+
_
T+
_
+
+
Iu CR
T
BR
+ +
__ER
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模拟电子技术基础
(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
..
.
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模拟电子技术基础
(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
..
.
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模拟电子技术基础
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
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模拟电子技术基础
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
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模拟电子技术基础
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
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模拟电子技术基础
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
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模拟电子技术基础
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
+
–
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模拟电子技术基础
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
•
•
•
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模拟电子技术基础
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
.
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模拟电子技术基础
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
.
.
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模拟电子技术基础
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
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模拟电子技术基础
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
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模拟电子技术基础
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
__
_
_
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模拟电子技术基础
b. 电压并联负反馈
方框图
RLUo
•Ui
•+ +
•
•
A
F
R1 Iid
If
•
•
Ii
•
_ _
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模拟电子技术基础
c. 电流串联负反馈
方框图
RLUid
•
Uf
•
Ui
• +
+
+
•
•
A
F
Io
•
_ _
_
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模拟电子技术基础
d. 电流并联负反馈
方框图
RLUi
•+
•
•
A
F
R1 Iid
If
•
•
Ii
•
Io
•
_
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模拟电子技术基础
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
••••••
•
•
•
•
•
•
•
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模拟电子技术基础
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
+
_
+
+
+
_
+ _
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模拟电子技术基础
⊕
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
+
_
+
+
+
_
+ _
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模拟电子技术基础
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
+
_
+
+
+
_
+ _
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模拟电子技术基础
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
+
_
+
+
+
_
+ _
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模拟电子技术基础
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
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模拟电子技术基础
2 .电压并联负反馈
a. 判断反馈网络输入回路
输出回路反馈网络
+
+
+
+
+ +
_ _ _ _
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模拟电子技术基础
⊕
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
+
+
+
+
+ +
_ _ _ _
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模拟电子技术基础
c. 负反馈的组态判断
(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
+
+
+
+
+ +
_ _ _ _
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模拟电子技术基础
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
+
+
+
+
+ +
_ _ _ _
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模拟电子技术基础
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
+
+
+
+
+ +
_ _ _ _
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模拟电子技术基础
由运算放大器组成的电压并联负反馈电路
⊕
F
RL
R2
+A
+
uOuI
++
R1
_
_
__
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模拟电子技术基础
3 .电流串联负反馈
a. 判断反馈网络
输入回路
输出回路
反馈网络 F
iO
+A
+uO
+
+
+
R
RL
_
_
_ _
_
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模拟电子技术基础
⊕
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
_
_
_ _
_
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模拟电子技术基础
c. 负反馈的组态判断
(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
_
_
_ _
_
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模拟电子技术基础
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
_
_
_ _
_
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模拟电子技术基础
4 .电流并联负反馈输入回路
输出回路
反馈网络F
a. 判断反馈网络
RL
+A
+uOuI
++
R1
R2R3
_
__
_
iO
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模拟电子技术基础
⊕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
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模拟电子技术基础
c. 负反馈的组态判断
(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
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模拟电子技术基础
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
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模拟电子技术基础
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
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模拟电子技术基础
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
..
.
_
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模拟电子技术基础
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
..
.
_
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模拟电子技术基础
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
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模拟电子技术基础
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
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模拟电子技术基础
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
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模拟电子技术基础
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
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模拟电子技术基础
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
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模拟电子技术基础
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