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目 录
1 概述1.1 反馈的基本概念1.2 有无反馈的判断1.3 反馈类型及其判定1.3.1 直流反馈与交流反馈1.3.2 正反馈与负反馈1.3.3 串联反馈和并联反馈1.3.4 电压反馈和电流反馈2 负反馈放大电路的四种组态2.1 电压串联负反馈2.2 电压并联负反馈2.3 电流串联负反馈2.4 电流并联负反馈3 负反馈放大电路的方框图及增益的一般表达式3.1 负反馈放大电路的方框图4 负反馈对放大电路性能的改善5 正确引入负反馈的一般原则6 负反馈放大电路的稳定性分析6.1 产生自己振荡的原因6.2 自激振荡的判断方法6.3 负反馈放大电路的稳定裕度6.4常用的校正措施
1 概述
1.1 反馈的基本概念
反馈也称为“回授”,广泛应用于各个领域。反馈的目的是通过输出对输入的影响来改善系统的运行状况及控制效果。在电子电路中,将输出量(输出电压或输出电流)的一部分或全部通过一定的电路形式作用到输入回路,用来影响其输入量(放大电路的输入电压或输入电流)的措施称为反馈。 按照反馈放大电路各部分电路的主要功能可将其分为基本放大电路和反馈网络两部分,如下图所示。前者的主要功能是放大信号,后者的主要功能是传输反馈信号。基本放大电路的输入信号称为净输入量,它不但取决于输入信号(输入量)还与反馈信号(反馈量)有关。 若放大电路中存在将输出回路与输入回路相连接的通路,即反馈通路,并由此影响了放大电路的净输入,则表明电路引入了反馈,否则电路中没有反馈。 1.3 反馈类型及其判定 1.3.1 直流反馈与交流反馈在放大电路中即有直流分量也有交流分量,因而,必然有直流反馈和交流反馈。存在于放大电路直流通路中的反馈为直流反馈;直流反馈影响放大电路的直流性能,如静态工作点等。 存在于交流通路中的反馈为交流反馈。交流反馈影响放大电路的交流性能,如增益、输入电阻、输出电阻和带宽等。 1.3.2 正反馈与负反馈根据反馈的效果可以区分反馈的极性,使放大电路净输入量增大的反馈称为正反馈,使放大电路净输入量减小的反馈称为负反馈。也可以根据输出量判断极性,反馈的结果使输出量的变化增大时为正反馈,使输出量减小时为负反馈。判断反馈的极性采用瞬时极性法,步骤如下: 先假定输入量的瞬时对地极性,并用(+)表示;按信号从输入到反馈取样处的正向放大路径,根据放大电路各级输入与输出的相位关系,确定电路各信号传递点的瞬时极性(+)或(-);根据反馈取样处的瞬时极性沿反馈网络各信号传递点确定反馈量的瞬时极性(+)或(-);观察反馈量与输入量对净输量的作用,若二者作用相反,使净输入减少则为负反馈;若二者作用相同,使净输入量增加则为正反馈。&emsp**;负反馈具有自动调节作用,这种作用是以牺牲放大器的增益为代价的**。在实际中增益的减少容易得到补偿,而自动调节作用只能用负反馈的方法才能获得。正反馈不具有自动调节作用,正反馈会加剧输出信号的变化,使放大器的其他性能恶化,甚至产生自激振荡而破坏放大器正常的放大作用。但是在振荡器中可以利用正反馈实现信号产生的功能。 1.3.3 串联反馈和并联反馈在放大电路输入端,反馈网络与基本放大电路串联连接,以实现电压比较的称为串联反馈;这时 x i , x f , x i d xi,xf,xid xi,xf,xid 均以电压形式出现。反馈网络与基本放大电路并联连接,以实现电流的比较的称为并联反馈,这时 x i , x f , x i d xi,xf,xid xi,xf,xid 均以电流的形式出现。
电压反馈和电流反馈由反馈网络在放大电路输出端的取样对象决定,如果把输出电压的一部分或全部取出来回送到放大电路的输入回路,则称回电压反馈,如果回送的是电流信号,这是电流反馈。 判断电压还是电流反馈的常用方法是”输出短路法“,即假设输出电压为0或令负载电阻为0,看反馈信号是否还在,若反馈信号不在了,则说明反馈信号与输出电压成比例,是电压反馈;若反馈信号还在,则说明是电流反馈。 2 负反馈放大电路的四种组态由于反馈网络在放大电路的输出端有电压和电流两种取样方式,在输入端有串联和并联两种连接方式,所以负反馈放大电路有四种基本组态,即电压串联、电压并联、电流串联和电流并联反馈放大电路。 2.1 电压串联负反馈 这种组态中,反馈网络的输入端口与基本放大电路的输出端口并联连接,而反馈网络的输出端口与基本放大电路的输入端口串联连接。电压负反馈的重要特点是具有稳定输出电压的作用(具有较好的恒压输出特性,因此可以说电压串联负反馈放大电路是一个电压控制的电压源,组成框图和电路实例如下图所示。 电路的组成框图即电路实例如下所示。互导反馈系数
F
g
=
i
F
/
u
o
=
(
−
u
o
/
R
f
)
/
u
o
=
−
1
/
R
f
F_g=i_F/u_o =(-u_o/R_f )/u_o =-1/R_f
Fg=iF/uo=(−uo/Rf)/uo=−1/Rf 电流串联负反馈的特点是维持输出电流基本恒定(具有近似于恒流的输出特性)。互阻反馈系数:
F
r
=
u
F
/
i
o
=
(
i
o
R
f
)
/
i
o
=
R
f
F_r=u_F/i_o =(i_o R_f)/i_o =R_f
Fr=uF/io=(ioRf)/io=Rf.
根据方框图分析可得负反馈放大电路增益(闭环)的一般表达式为 负反馈放大电路的 ∣ 1 + A F ∣ |1+AF| ∣1+AF∣愈大,放大电路的增益减少越多,因此 ∣ 1 + A F ∣ |1+AF| ∣1+AF∣的值是衡量负反馈程度的一个重要指标,称为反馈深度。 四种组态负反馈放大电路的比较 由反馈的一般表达式可知,当 1 + A F = 0 1+AF=0 1+AF=0时,负反馈放大电路的闭环放大倍数就会趋于无穷,此时即使没有输入信号,放大电路仍将有一定的输出信号,说明放大电路产生了自激振荡。负反馈电路产生自激振荡的条件是: 1 + A F = 0 1+AF=0 1+AF=0。可以用模和相角表示如下:幅度条件: ∣ A F ∣ = 1 |AF|=1 ∣AF∣=1,相位条件: φ A + φ F = ± ( 2 n + 1 ) π φ_A+φ_F=±(2n+1)π φA+φF=±(2n+1)π 。 6.2 自激振荡的判断方法一般来说相位条件是主要的。当相位条件满足之后,在绝大多数情况下只要 ∣ A F ∣ ≥ 1 |AF|≥1 ∣AF∣≥1。放大电路就将产生自激振荡。当 ∣ A F ∣ > 1 |AF|>1 ∣AF∣>1时,输入信号经过放大和反馈,其输出正弦波的幅度要逐步增长,直到由电路元件的非线性所确定的某个限度为止,输出幅度将不再继续增长,而稳定在某一个幅值。 根据负反馈电路的相频特性可见,当 f = f o f= f_o f=fo时, A F AF AF的相移 ∆ φ A F = − 18 0 o ∆φ_AF=-180^o ∆φAF=−180o,而在此频率,对应的对数幅频特性位于横坐标轴之上,说明当 f = f o f= f_o f=fo时电路同时满足自激振荡的相位条件和幅度条件,所以该放大电路将产生自激振荡。反之,电路不会产生自激振荡,能够稳定工作。 6.3 负反馈放大电路的稳定裕度 幅度裕度( G m = 20 l g ∣ A F ∣ ( f = f o ) ( d B ) G_m=20lg|AF|_(f=f_o ) (dB) Gm=20lg∣AF∣(f=fo)(dB)):对于稳定的负反馈放大电路,其 G m G_m Gm应为负值,值愈负,负反馈放大电路越稳定。一般负反馈放大电路要求 G m ≤ − 10 d B G_m≤-10dB Gm≤−10dB。相位裕度( φ m = 18 0 o − ∣ φ A F ∣ f = f c ) φ_m=180^o-|φ_AF |_f=f_c ) φm=180o−∣φAF∣f=fc))。对于稳定的负反馈放大电路, ∣ φ A F ∣ ( f = f c ) < 18 0 o |φ_AF |_(f=f_c ) |
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