放大电路中反馈的基本概念与类型判断方法
壹
放大电路中反馈的基本概念与类型判断方法(教案)
反馈在电路中的应用十分广泛,特别是在精度、稳定性等方面要求较高的场
合,往往通过引入含有负反馈的放大电路,以达到提高输出信号稳定度、改善电
路工作性能(例如,提高放大倍数的稳定性、改善波形失真、增加频带宽度、改
变放大电路的输入电阻和输出电阻等)的目的。
反馈是指将电路输出信号(电压或电流)的一部分或全部,通过一定形式的
反馈网络送回到输入回路,使得净输入信号发生变化从而影响输出信号的过程。
引入反馈的放大电路称为反馈放大电路,它由基本放大电路A和反馈网络F
构成,如图所示。
图1 反馈放大电路的组成框图
反馈放大电路中,ix是反馈放大电路的原输入信号,ox为输出信号,fx是
反馈信号,idx是基本放大电路的净输入信号。基本放大电路A实现信号的正向
传输,反馈网络F则将部分或全部输出信号反向传输到输入端。
判断一个放大电路中是否存在反馈的方法是:观察放大电路中有无反馈通
路,即观察放大电路输出回路与输入回路之间是否有电路元件起桥梁作用。若有,
则存在反馈通路,即电路为反馈放大电路;反之,则无反馈通路,即电路为开环
放大电路。
根据反馈信号与原输入信号的合成类型(相加或相减,反馈极性),可将反
馈电路分为正反馈与反馈;根据反馈信号中所含成分的不同,可将反馈电路分为
直流反馈与交流反馈;根据反馈信号与原输入信号在放大电路输入端合成方式的
不同,可将反馈电路分为串联反馈与并联反馈;根据输出信号反馈端采样方式的
不同,可将反馈电路分为电压反馈与电流反馈。为了正确分析反馈对电路性能的
影响,首先必须知道如何来区别和判断反馈的类型。
1.直流反馈与交流反馈的判断
仅在放大电路直流通路中存在的反馈称为直流反馈。直流反馈影响放大电路
的直流性能,如直流负反馈能稳定静态工作点。
仅在放大电路交流通路中存在的反馈称为交流反馈。交流反馈影响放大电路
贰
的交流性能,如增益、输入电阻、输出电阻及带宽等。
在放大电路交直流通路中均存在的反馈,称为交直流反馈。
例:
图2 直流反馈放大电路
根据电容C对直流信号可视为开路、交流信号可视为短路的特性(“隔直通交”),分为
画出其直流通路(图2-1)和交流通路(图2-2)可知:仅在该电路的直流通路中存在反馈,
因而该电路为直流反馈放大电路。
图2-1 图2的直流通路 图2-2 图2的交流通路
例:
图3 交流反馈放大电路
根据电容C对直流信号可视为开路、交流信号可视为短路的特性(“隔直通交”),分为
画出其直流通路和交流通路可知:仅在该电路的交流通路中存在反馈,因而该电路为交流反
馈放大电路。
例:
-
+
u
i
u
o
R
1
R
F
A
-
+
u
i
u
o
R
1
A
C
叁
图4 交直流反馈放大电路
通常情况下,利用电容的“隔直(流)通交(流)”特性来判断放大电路是
直流反馈还是交流反馈。如果反馈通路中的电容一端接地,则该电路为直流反馈
放大电路;如果电容串连在反馈通路中,则该电路为交流反馈放大电路;如果反
馈通路中只有电阻或只有导线,则该电路为交直流反馈放大电路。
2.正反馈与负反馈的判断
由反馈放大电路的组成框图可知,反馈信号送回到输入回路与原输入信号共
同作用后,对净输入信号的影响有两种结果:一种是使净输入信号的变化得到增
强,这种反馈称为正反馈;另一种是使净输入信号的变化得以削弱,这种反馈称
为负反馈。
判断反馈极性的基本方法是瞬时变化极性法,简称瞬时极性法。具体做法是:
首先将反馈支路与输入回路断开,再假定原输入信号在某一瞬时变化的极性为正
(相对于公共参考端而言,“GND”),根据各种基本放大电路的输出信号与输入
信号之间的相位关系,顺着信号的输出方向,逐级标出放大电路中各有关点电位
的瞬时极性,最后判断反馈信号是削弱还是增强了净输入信号的变化量,如果是
增强则为正反馈,如果是削弱则为负反馈。
放大电路通常由三极管或运算放大器构成。运用瞬时极性法判定放大电路中
各点电位的瞬时极性时,首先必须熟练掌握三极管三种基本电路组态的判定与相
应组态输出信号电压与输入信号电压之间的相位关系以及运算放大器输出端信
号与输入端信号之间的相位关系。
(a) 共射极 (b)共集电极 (c)共基极
图5 三极管放大电路中各电极之间的相位关系
运算放大器构成的放大电路中,运算放大器输出端信号与同相输入端信号的
相位相同;运算放大器输出端信号与反向输入端信号的相位相反。
(运算放大器同相输入端与反向输入端的定义)
判断正反馈与负反馈的直观法:
『定义:将与原输入信号相接的电极或输入端称为输入节点,剩余的电极或
输入端称为非输入节点。』
-
+
u
i
u
o
R
1
R
F
A
肆
当反馈信号接入输入节点时,若反馈信号与原输入信号的瞬时极性相同,则
为正反馈,若反馈信号与原输入信号的瞬时极性相反,则为负反馈;当反馈信号
接入非输入节点时,若反馈信号与原输入信号的瞬时极性相同,则为负反馈,若
反馈信号与原输入信号的瞬时极性相反,则为正反馈。
(a) 三极管构成的正反馈放大电路
(b) 三极管构成的负反馈放大电路
(c) 运放构成的负反馈放大电路 (d) 运放构成的正反馈放大电路
图6 正负反馈放大电路
3.串联反馈与并联反馈的判断
串联反馈与并联反馈反映的是反馈信号与输入回路之间的关系,即是串联反
馈还是并联反馈由反馈网络在放大电路输入端的连接方式判定。
串联反馈与并联反馈的判断方法一:反馈信号为电压信号时,电路为串联反
馈放大电路;当反馈信号为电流信号时,电路为并联反馈放大电路。
判断串联反馈与并联反馈的直观法:若反馈信号与原输入信号在同一输入节
点,则为并联反馈;若反馈信号与原输入信号不在同一输入节点,则为串联反馈。
伍
(a)三极管构成的并联反馈放大电路
(b)运放构成的串联反馈放大电路
图7 串并联反馈放大电路
4.电压反馈与电流反馈的判断
电压反馈与电流反馈反映的是反馈信号与输出回路之间的关系,即电压反馈
与电流反馈由反馈网络在放大电路输出端的取样对象决定。
在电压反馈放大电路中,反馈信号取自输出电压,并与之成比例;在电流反
馈放大电路中,反馈信号取自输出电流,并与之成比例。
判断电压反馈与电流反馈的常用方法(“输出短路法”):假定输出电压为0,
若反馈信号也随之为0,则为电压反馈;若反馈信号不为0,则为电流反馈。
判断电压反馈与电流反馈的直观法:
『定义:将与输出信号相接的电极或运算放大电路中负载电阻的上端称为输
出节点,剩余的电极或运算放大电路中负载电阻的下端称为非输出节点。』
若反馈信号由反馈网络直接取自输出节点,则为电压反馈;若反馈信号由反
馈网络取自非输出节点,则为电流反馈。
即判断放大电路是电压反馈还是电流反馈时,只需观察反馈网络与输出节点
陆
之间的关系。若反馈网络与输出信号节点直接相连,则为电压反馈;否则,则为
电流反馈。
(a)电压反馈放大电路
(b)电流反馈放大电路
图8 电压电流反馈放大电路
柒
例:
有反馈元件,为反馈放大电路;
反馈仅存在于交流通路中,为交流反馈;
直观判断法:
标出各节点瞬时极性,反馈信号与原输入信号的瞬时极性相同,反
馈信号接入非输入节点,为负反馈;
输入端为电压求和,为串联反馈;
输出端为电压取样,为电压反馈;
综上分析,该电路为交流电压串联负反馈放大电路。
反馈的基本概念与分类.
6.1 反馈的基本概念与分类
6.2 负反馈电路的方框图及增益 6.3 负反馈对放大电路性能改善 6.4 负反馈放大电路的分析方法 6.5 负反馈放大电路的稳定
6.1 反馈的基本概念与分类
一、反馈的基本概念
1. 定义: 放大电路中,将输出信号(电压或电流)的一部分或全部 通过某种网络送回到输入端,以某种形式影响输入和输出,这 个过程称为反馈。 若反馈信号削弱输入信号使放大倍数降低,则为负反馈。
反馈组态判别经验:
串并联:并联
串联
Rf
电压电流:
Rf
uo
Rf
电压
uo
uo
电压 电流
Rf
uo uo
电流 电压
电压并联负反馈
例题1:试判断下图电路中有哪些反馈支路,各是直流反馈还是 交流反馈?
例题2: 回答下列问题
1.若要实现并联 电压反馈, Rf 应 接向何处? 2.要实现串联电 压负反馈, Rf 应 接向何处?运放 的输入端极性如 何确定?
vd(vbe)
vO 负载变化时,输出电压稳定——输出电阻↓
三、交流负反馈的类型
2. 电流并联负反馈
根据瞬时极性判断是负反馈
反馈量与输出电流成比例, 所以是电流反馈。 又因为在输入端有:
iD = iI - iF
故为并联负反馈
简便判别: 所以该电路为电流并联负反馈 将输出负载开路,若反馈信 号为零,则为电流反馈
2. 交直流的分类
如果反馈信号中只包含直流成分,则称直流反馈。
F
为
如果反馈信号中只包含交流成分,则称交流反馈。
F
为
如果反馈信号中同时包含交、直流成分,则称交直 流共存反馈。 F 为 或
反馈放大电路
将放大电路输出端的信号(电压或电流)的一部分或全部 通过反馈网络引回到输入端,与输入信号迭加的过程称为反馈。
具有反馈的放大电路称为反馈放大电路(闭环放大电路)。判 断是否存在反馈,就是要分析电路是否存在反馈通路.
5.1.1 反馈的基本概念和分类
直流反馈和交流反馈 直流反馈
1 F
在深度负反馈情况下,闭环 增益几乎只取决于反馈系数,若
反馈网络是纯阻性网络,F是一 个稳定的常数,Af 将十分稳定。
增益稳定性: 开环增益相对变化量与闭环
增益相对变化量的比值.
dAf Af
11AF
dA A
该式表明,引入负反馈后闭 环增益的相对变化量是开环增益 相对变化量的 1/(1 AF)。
可见,闭环电压增益变化很小,引入负反馈增加了增益的稳定性。
Xid
AXid FAXid
Af
A 1 AF
反馈放大电路的源增益:
Asf
Xo Xs
KAf
5.1.4 反馈放大电路的基本方程式
反馈深度
Af
A 1 AF
反馈放大电路的基本方程式
负反馈放大电路的 1 AF愈大,闭环增益 Af 下降的愈多, 因此 1 AF是衡量电路反馈程度的重要指标,令
D 1 AF
则 D 1 AF 称为反馈深度。
电子电路基础
Electronic Circuit Foundation
第五章 反馈放大电路
第五章 反馈放大电路
反馈在电子技术领域中应用非常广泛。电子设备中经常采用反 馈改善电路的性能。
无反馈的放大电路称为开环放大电路,有反馈的放大电路称为
闭环放大电路。
实际被放大信号 开环
迭加
放大电路中的反馈
Xi
Xi
Xf
Xf
电压:将负载短路,反馈量为零。 电流:将负载短路,反馈量仍然存在。
2013-7-26
25
4、负反馈的几个概念
. . .
Xo A Af X i 1 AF
若
.
.
Xf F Xo
.
Xf AF X i
. .
1 AF 1 ——深度负反馈
无反馈
2013-7-26
15
讨论1
自激振荡 1 AF 0 A f !!不同组态的电路, A 1 要采用不同形式的 F 1 A f 1 A F 表达式!! F 深反馈 A 讨论2 由于X表示电压或电流,根据负反馈组态有 Uf Uo 记 Uo Au Auf Fu 电压串联 Auu U i Ui Uo If Uo 记 Uo Arf Ar Fg 电压并联 Aui I i Ii Uo Uf Io Io 记 Ag Agf Fr 电流串联 Aiu U i Ui Io If Io Io 记 Ai Aii Aif Fi 电流并联 I i Ii Io
信号
输出 四种组态
电流串联负反馈 series-series
反馈网络 电流并联负反馈 shunt-series
4. 组态的判别方法
电压/电流反馈:RL短接(uO=0) 串联/并联反馈:输入与反馈信号连接点 反馈消失,是电压反馈 同一点,是并联反馈 反馈存在,是电流反馈 不同点,是串联反馈
反馈信号
2013-7-26
6.1 反馈的基本概念及判断方法
5-负反馈放大电路
|| ||
A |,负 反 馈 A |,正 反 馈
=0,| Af |,自 激 振 荡
深度负反馈条件下闭环放大倍数的表达式
1A F 1时
A f
1 F
1)如果
1AF 1
,则 A A 。这就是负 f
反馈的情况,因为它表示反馈的引入削弱了
输入量的作用,使闭环增益下降。
因为
Xid =1XAi F
可见负反馈的作用是使真正加到放大电路输 入端的净输入量减小到无反馈时的
5.3 深度负反馈放大电路 放大倍数的估算
5.3.1 深度负反馈的实质
5.3.2 四种组态负反馈放大电路放大倍数分析
5.3.1 深度负反馈的实质
xi
x id
A
xf
F
xo
深度负反馈时, 输入信号与反馈信号的关系?
净输入量=?
1. 深度负反馈的实质
当
1AF 1 时,
A f
A 1 =1A F F
而
A f
用输出开路法:io=0时if=0 故为电流反馈 用输出短路法:uo=0时if存在 故为电流反馈
例5-5 判断下列电路引入的是电压反馈还是电流反馈?
io
+ uf
if
io
RL
-
负载电阻RL 不出现在反馈回路中: 为电压反馈
负载电阻RL 出现在反馈回路中: 为电流反馈
6. 串联反馈和并联反馈的判断
串联反馈:反馈信号与输入信号以 RS
1. 反馈 — 将电路的输出量(电压或电流)的部分或全部, 通过一定的元件,以一定的方式回送到输入回路并影 响输入量(电压或电流)和输出量的过程。
2. 信号的两种流向
正向传输:输入 输出 — 开环 反向传输:输出 输入
反馈的基本概念与分类
反馈放大电路的一般方框图
X s
变换网络
+ X X id i
—
K
基本放大电路
X o
A
比较环节
X f
反馈网络
取样
F
基本反馈放大电路由四部分组成,各部分作用 工作过程: 注意:输入、输出、反馈量可以是电压也可以是电流。
X X 输入关系: X id i f
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。
另一角度 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。 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)。
净输入量等于输入量减反馈量
vi=vbe+Reic vbe vi –Reic= vi –vf
7.1.1 基本概念
1. 反馈
反馈通路——信号反向传输的渠道
vI
+ R2
反馈通路 (反馈网络)
vO
RL
vI
R1 + -
vO
RL
开环 ——无反馈通路
闭环 ——有反馈通路
信号的正向传输
7.1.1 基本概念
2. 电路中的反馈形式 (1)正反馈与负反馈
7.1.1 基本概念
2. 电路中的反馈形式 (2)交流反馈与直流反馈
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。 取决于反馈通路。
例
(+)
交、直流负反馈
C1 vI
(+) (& (+)
第六章放大电路中的反馈
6-22
电压负反馈的输出电阻
由以上分析可以看 出,负反馈能改善 和影响放大电路多 方面的性能,改善 与影响的程度均与 反馈深度 (1 Ao F ) 有 关。
图6-23
电流负反馈的输出电阻
22
6.5 正确引入负反馈的原则 负反馈能改善放大电路和的多方面性能。为了提高放 大电路某方面的性能,可按以下原则进行。 1.欲稳定直流量(如静态工作点),应引入直流负反馈。
.
Ui Ui U f
'
.
.
.
知,希望 U 恒定,即 RS 0 ,则 U f 的变化全部体现在 i
.
.
U i ' 上,其反馈效果显著,否则反馈作用无从体现。因此,对于串联负反
馈,信号源近似为恒压源处理。
二、电流串联负反馈
.
图6-9为电流串联负反馈组态的方块图。其中 Aiu 的含义为输出的电流 I o . (假设方向由上而下流经 RL )与静输入电压 U i' 的比值。 12
4
(a)负反馈 图6-3 正、负反馈
(b)正反馈
5
6.2
反馈放大电路的方块图及闭环放大倍数的 一般表达
一、定义:
图6-5 负反馈放大电路的方块图表示法
6
X 图中, 表示一般信号量,可能是电压,也可能是电流。 表示输入量, 表示输出量, 表示净输入量, 表 Xf Xo Xi X i' 示反馈量。 表示基本放大电路的传输系数,称开环增益,即不 A 考虑反馈作用时的增益, 定义为输出量 与净输入量 X i' Xo A 的比值。 定义为输出量 与总输入量 的比值。 表示反馈 Xi Xo F Af 网络的传输系数,称反馈系数,它定义为反馈量 与 Xf 反馈网络的输入量 的比值。
反馈的基本概念及负反馈对放大器性能的影响
电路
联样
iO 反馈
网络
uO 连 电 -接流
结论:采用电压反馈还是电流反馈取决于负载的需求。
2021/4/4
14
三、“交流负反馈”的四种组态及判别方 串联法反馈和并联反馈:
描述放大电路和反馈网络在输入回路的连接方式, 即反馈量、输入量和净输入量三者的叠加关系。
串联反馈: 反馈量、输入量和净输入量在 输入回路以电压形式求和:
++ u-d
ui +
- u-f
放大 电路
反馈 网络
+
-uO 电 压 串 联
++ uห้องสมุดไป่ตู้d
ui +
- u-f
iO
放大 电路
+电
流
iO
uO 串
反馈
联
网络
-
ii id if
放大 电路
2021/4/4
反馈 网络
+ -uO
电 压
并
联
ii id if
放大 电路
反馈 网络
iO
+电
流
iO
uO 并
联
-
17
2、反馈组态的判别方法
出电路中各个相关点的瞬时极性,得到反馈信号的极性。
这一过程一定要 注意各放大级的组态:
CE/CS: 输入、输出相位相反 CC/CD:输入、输出相位相同
CB/CG: 输入、输出相位相同
单端输出的差放电路:同侧反相;异侧同相
③判断反馈的结果--净输入量 是增大了还是减小了?(难) 如果: Xd Xi X f --净输入量减小,为负反馈 如果:Xd Xi X f --净输入量增大,为正反馈
反馈的概念及判断
电压串联负反馈
电流串联负反馈
电压并联负反馈
电流并联负反馈
四、反馈的判断
1. 有无反馈 “找联系”:找输出回路与输入回路的联系, 找联系” 找输出回路与输入回路的联系, 找联系 若有联系则有反馈,否则无反馈。 联系则有反馈 若有联系则有反馈,否则无反馈。
无反馈 引入反馈 了吗? 了吗? 有反馈
2. 直流反馈和交流反馈 “看通路”,即看反馈是存在于直流通路还 看通路” 看通路 是交流通路。 是交流通路。
& ' = U − U 或 I ' = I − I --负反馈 & & & --负反馈 Ui &i &f i i f & & & & & & --正反馈 U i' = U i + U f 或 I i' = I i + I f --正反馈
正、负反馈的判断: 负反馈的判断:
uD = uI − uF
R1 uF = ⋅ uO R1 + R2
& & X o = Io
2. 串联反馈和并联反馈 描述放大电路和反馈网络在输入端的连接方式。 描述放大电路和反馈网络在输入端的连接方式。 连接方式
+ _ 负反馈
& = U ' + U --串联负反馈 Ui &i &f & = I ' + I --并联负反馈 I i &i &f
3. 四种反馈组态:注意量纲 四种反馈组态:
反馈的概念及判断
一、反馈的基本概念 二、交流负反馈的四种组态 三、反馈的判断
一、反馈的基本概念
第7章 放大电路中的反馈
例5:试判断电路的反馈组态,再求深度负反馈条件下电路 的闭环电压放大倍数。
VCC Rc1 C1 Rs Rb1 VT
Ui
C2
Us
U i Rb2
Uf
RL Re1 (Rf )
Uo
图中反馈电压从Re1上取出, 根据瞬时极性和反馈电压接入 方式,可判断为串联负反馈。 因输出电压短路,反馈电压仍 然存在,故为电流串联负反馈。
例2电路图
反馈信号从Uo取出,经R1 和Rf分压,在R1上得到反馈电 压,在运放A的两个输入端相 减,是电压串联反馈;根据瞬 时极性的判断是负反馈。结论 是电压串联负反馈。
(2) 深度负反馈的电压增益
Fuu
R1 Rf R1
1 1 Rf Auuf Fuu R1
7.5.2 电压并联负反馈
根据瞬时极性法判 断,经RF加在发射极E1 上的反馈电压为,与 输入电压瞬时极性相同, 并且加在输入回路的两 点,故为串联负反馈。 反馈信号与输出电压成 比例关系,是电压反馈。
例2:试判断电路的反馈组态,再求深度负反馈条件下电路 的闭环电压放大倍数。
R
(1) 组态判断
A
Ui
R1 Rf
Uo
第7章 放大电路中的反馈
7.1 引言
本章主要讨论如下问题:
1. 反馈的基本概念是什么?如何判断电路中引入反馈 的组态?反馈的基本方程式是什么? 2. 如何判断交流负反馈的四种组态?在深度负反馈条 件下如何计算反馈放大电路的闭环电压放大倍数?
3. 引入负反馈后放大电路性能的发生怎样的改变?如
何引入合适的负反馈? 4. 为什么负反馈放大电路能够产生自激振荡?应该如 何消除?
反馈的基本概念判断方法讲义及四种基本组态
(二)、判断方法
1、有无反馈的判断 2、反馈极性的判断: 3、直流反馈与交流反馈的判断 4、举例:例6.1.1
1、有无反馈的判断
判断依据: 放大电路输出回路与输入回路之间是否存在有效的,即对 输入回路的净输入量(电压或电流)产生影响的电路连接。
例1:
开环放大
判断结果:不存在反馈
例2:
闭环放大
判断结果:存在反馈
例3:
u D u N u P u I 0 u I
判断结果:不存在反馈
2、反馈极性的判断:
(1)、瞬时极性法 +EC
RB
C1
ui
C2
ube
RE
uf RL
①、假定瞬时极性
②、标出电路各点 的瞬时极性
③、判断反馈的极性
uo
ube=ui-uf
(2)、三极管的情况
-
+
+
+
利用瞬时极性法判断负反馈 ube=ui-uf
N
(1)、下限频率fL:fL 1.1
f
2 Lk
k 1
(2)、上限频率fH
1
N1
1.1 fH
f2
k1 H k
(三) 、频率响应与阶跃响应
1、频域法:
频率响应描述放大电路对不同频率正 弦信号放大的能力,即在输入信号幅值不 变的情况下改变信号频率,来考察输出信 号幅值与相位的变化。
2、时域法
用阶跃函数作为放大电路 的输入,考察输出信号前沿与 顶部的变化,来研究电路的放 大性能。
ui
uo
ui
uo
u- -
u- -
if
ii=i++if
if
