模電 康華光 第六版ppt課件.ppt

電子技術(shù)基礎(chǔ),模擬部分（第六版）,華中科技大學(xué)張林,1,電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分,1緒論2運算放大器3二極管及其基本電路4場效應(yīng)三極管及其放大電路5雙極結(jié)型三極管及其放大電路6頻率響應(yīng)7模擬集成電路8反饋放大電路9功率放大電路10信號處理與信號產(chǎn)生電路11直流穩(wěn)壓電源,2,8反饋放大電路,8.1反饋的基本概念與分類8.2負(fù)反饋放大電路增益的一般表達(dá)式8.3負(fù)反饋對放大電路性能的影響8.4深度負(fù)反饋條件下的近似計算8.5負(fù)反饋放大電路設(shè)計8.6負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定性,3,8.1反饋的基本概念與分類,8.1.1什么是反饋8.1.2直流反饋與交流反饋8.1.3正反饋與負(fù)反饋8.1.4串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋8.1.5電壓反饋與電流反饋8.1.6負(fù)反饋放大電路的四種組態(tài),4,8.1.1什么是反饋,將電子系統(tǒng)輸出回路的電量（電壓或電流），送回到輸入回路的過程。,內(nèi)部反饋,外部反饋,5,8.1.1什么是反饋,輸出信號,反饋放大電路的輸入信號,反饋信號,基本放大電路的輸入信號（凈輸入信號）,框圖,6,8.1.1什么是反饋,反饋通路信號反向傳輸?shù)那?開環(huán)無反饋通路,閉環(huán)有反饋通路,反饋通路（反饋網(wǎng)絡(luò)）,信號的正向傳輸,7,8.1.1什么是反饋,判斷電路是否存在反饋通路,反饋通路（本級）,反饋通路（本級）,反饋通路（級間）,8,8.1.1什么是反饋,理論上電源線和地線不能作為反饋通路,反饋通路（級間）,9,8.1.2直流反饋與交流反饋,根據(jù)反饋到輸入端的信號是交流，還是直流，或同時存在，來進(jìn)行判別。,交、直流反饋,10,8.1.2直流反饋與交流反饋,直流反饋,交、直流反饋,11,8.1.3正反饋與負(fù)反饋,正反饋：輸入量不變時，引入反饋后輸出量變大了。,負(fù)反饋：輸入量不變時，引入反饋后輸出量變小了。,從輸出端看,從輸入端看,正反饋：引入反饋后，使凈輸入量變大了。,負(fù)反饋：引入反饋后，使凈輸入量變小了。,凈輸入量可以是電壓，也可以是電流。,12,8.1.3正反饋與負(fù)反饋,判別方法：瞬時極性法。即在電路中，從輸入端開始，沿著信號流向，標(biāo)出某一時刻有關(guān)節(jié)點電壓變化的斜率（正斜率或負(fù)斜率，用“+”、“-”號表示）。,凈輸入量減小,凈輸入量增大,負(fù)反饋,正反饋,反饋通路,反饋通路,13,8.1.3正反饋與負(fù)反饋,級間反饋通路,凈輸入量減小,級間負(fù)反饋,14,8.1.3正反饋與負(fù)反饋,級間反饋通路,凈輸入量減小,級間負(fù)反饋,15,8.1.3正反饋與負(fù)反饋,反饋通路,凈輸入量減小,本級負(fù)反饋,16,8.1.4串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋,由反饋網(wǎng)絡(luò)在放大電路輸入端的連接方式判定,串聯(lián),串聯(lián)：輸入以電壓形式求和（KVL）-vi+vid+vf=0即vid=vi-vf,并聯(lián)：輸入以電流形式求和（KCL）ii-iid-if=0即iid=ii-if,并聯(lián),17,8.1.4串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋,并聯(lián)：反饋量xf和輸入量xi接于同一輸入端。,串聯(lián)：反饋量xf和輸入量xi接于不同的輸入端。,由信號在輸入端的連接方式判定,18,8.1.4串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋,判斷電路中的級間交流反饋是串聯(lián)反饋還是并聯(lián)反饋,并聯(lián)反饋,級間反饋通路,xf(if),19,8.1.4串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋,串聯(lián)反饋,級間反饋通路,xf(vf),判斷電路中的級間交流反饋是串聯(lián)反饋還是并聯(lián)反饋,20,8.1.4串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋,信號源對反饋效果的影響,串聯(lián)負(fù)反饋,vid=vi-vf,則vi最好為恒壓源，即信號源內(nèi)阻Rs越小越好。,要想反饋效果明顯，就要求vf變化能有效引起vid的變化。,21,8.1.4串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋,信號源對反饋效果的影響,并聯(lián)負(fù)反饋,iid=ii-if,則ii最好為恒流源，即信號源內(nèi)阻Rs越大越好。,要想反饋效果明顯，就要求if變化能有效引起iid的變化。,22,8.1.5電壓反饋與電流反饋,電壓反饋與電流反饋由反饋網(wǎng)絡(luò)在放大電路輸出端的取樣對象決定,電壓反饋：反饋信號xf和輸出電壓成比例，即xf=Fvo,并聯(lián)結(jié)構(gòu),串聯(lián)結(jié)構(gòu),電流反饋：反饋信號xf與輸出電流成比例，即xf=Fio,23,8.1.5電壓反饋與電流反饋,電壓負(fù)反饋,RL,電壓負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電壓,xf=Fvo，xid=xixf,24,8.1.5電壓反饋與電流反饋,電流負(fù)反饋,RL,電流負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電流,xf=Fio，xid=xixf,25,8.1.5電壓反饋與電流反饋,判斷方法：負(fù)載短路法,將負(fù)載短路，反饋量仍然存在電流反饋。,將負(fù)載短路（未接負(fù)載時輸出對地短路），反饋量為零電壓反饋。,電壓反饋,電流反饋,反饋通路,反饋通路,26,8.1.5電壓反饋與電流反饋,電壓反饋,反饋通路,27,8.1.5電壓反饋與電流反饋,電流反饋,反饋通路,28,8.1.6負(fù)反饋放大電路的四種組態(tài),由此可組成四種組態(tài)：,輸入端：,輸出端：,電壓串聯(lián),電壓并聯(lián),電流串聯(lián),電流并聯(lián),四種組態(tài),反饋網(wǎng)絡(luò)在放大電路輸入端的連接分為串聯(lián)和并聯(lián)兩種方式。,反饋信號在輸出端分為電壓取樣和電流取樣兩種方式。,29,8.1.6負(fù)反饋放大電路的四種組態(tài),1.電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路,輸入以電壓形式求和（KVL）：vid=vi-vf,穩(wěn)定輸出電壓,特點：,電壓控制的電壓源（VCVS），電壓/電壓轉(zhuǎn)換,30,8.1.6負(fù)反饋放大電路的四種組態(tài),輸入以電流形式求和（KCL）：iid=ii-if,穩(wěn)定輸出電壓,電流控制的電壓源（CCVS），電流/電壓轉(zhuǎn)換,特點：,2.電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路,31,8.1.6負(fù)反饋放大電路的四種組態(tài),輸入以電壓形式求和（KVL）：vid=vi-vf,穩(wěn)定輸出電流,電壓控制的電流源（VCCS），電壓/電流轉(zhuǎn)換,特點：,3.電流串聯(lián)負(fù)反饋放大電路,32,8.1.6負(fù)反饋放大電路的四種組態(tài),輸入以電流形式求和（KCL）：iid=ii-if,穩(wěn)定輸出電流,電流控制的電流源（CCCS），電流/電流轉(zhuǎn)換,特點：,4.電流并聯(lián)負(fù)反饋放大電路,33,8.1.6負(fù)反饋放大電路的四種組態(tài),電壓負(fù)反饋：穩(wěn)定輸出電壓，具有恒壓特性,串聯(lián)反饋：輸入端電壓求和（KVL）,電流負(fù)反饋：穩(wěn)定輸出電流，具有恒流特性,并聯(lián)反饋：輸入端電流求和（KCL）,不同組態(tài)的特點：,34,8.1.6負(fù)反饋放大電路的四種組態(tài),反饋組態(tài)判斷舉例（交流）,級間電流并聯(lián)負(fù)反饋,35,8.1.6負(fù)反饋放大電路的四種組態(tài),電壓并聯(lián)負(fù)反饋,反饋組態(tài)判斷舉例（交流）,36,8.1.6負(fù)反饋放大電路的四種組態(tài),直流反饋,交、直流反饋,電流串聯(lián)負(fù)反饋,反饋組態(tài)判斷舉例（交流）,37,8.1.6負(fù)反饋放大電路的四種組態(tài),電壓串聯(lián)負(fù)反饋,反饋組態(tài)判斷舉例（交流）,38,8.2負(fù)反饋放大電路增益的一般表達(dá)式,1.信號的單向化傳輸,信號的正向傳輸,信號的反向傳輸,信號在反饋網(wǎng)絡(luò)中的正向傳輸,信號在基本放大電路中的反向傳輸,正向傳輸：信號由輸入到輸出的傳輸,反向傳輸：信號由輸出到輸入的傳輸,39,8.2負(fù)反饋放大電路增益的一般表達(dá)式,信號的正向傳輸,信號的反向傳輸,正向傳輸：信號由輸入到輸出的傳輸,反向傳輸：信號由輸出到輸入的傳輸,1.信號的單向化傳輸,40,8.2負(fù)反饋放大電路增益的一般表達(dá)式,開環(huán)增益,反饋系數(shù),閉環(huán)增益,因為,所以,已知,閉環(huán)增益的一般表達(dá)式,即,2.閉環(huán)增益的一般表達(dá)式,41,信號量或信號傳遞比,反饋組態(tài),電壓串聯(lián),電流并聯(lián),電壓并聯(lián),電流串聯(lián),Av=vo/vid,Ai=io/iid,F=xf/xo,Fv=vf/vo,Fi=if/io,Avf=vo/vi,功能,vi控制vo，電壓放大,ii控制io，電流放大,xo,xi、xf、xid,Af=xo/xi,負(fù)反饋放大電路中各種信號量的含義,A=xo/xid,vo,io,vi、vf、vid,ii、if、iid,42,8.2負(fù)反饋放大電路增益的一般表達(dá)式,一般負(fù)反饋,稱為反饋深度,深度負(fù)反饋,正反饋,自激振蕩,一般情況下，A和F都是頻率的函數(shù)，當(dāng)考慮信號頻率的影響時，Af、A和F分別用、和表示。,即,3.反饋深度討論,43,8.3負(fù)反饋對放大電路性能的影響,8.3.1提高增益的穩(wěn)定性8.3.2減小非線性失真8.3.3抑制反饋環(huán)內(nèi)噪聲8.3.4對輸入電阻和輸出電阻的影響8.3.5擴展頻帶,44,8.3.1提高增益的穩(wěn)定性,閉環(huán)時,對A求導(dǎo)得,只考慮幅值有,即閉環(huán)增益相對變化量比開環(huán)減小了1+AF,另一方面,在深度負(fù)反饋條件下,即閉環(huán)增益只取決于反饋網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)反饋網(wǎng)絡(luò)由穩(wěn)定的線性元件組成時，閉環(huán)增益將有很高的穩(wěn)定性。,負(fù)反饋的組態(tài)不同，穩(wěn)定的增益不同（Avf、Arf、Agf、Aif）,45,8.3.2減小非線性失真,閉環(huán)時增益減小，線性度變好。,只能減少環(huán)內(nèi)放大電路產(chǎn)生的失真，如果輸入波形本身就是失真的，即使引入負(fù)反饋，也無濟(jì)于事。,46,8.3.3抑制反饋環(huán)內(nèi)噪聲,自學(xué),47,8.3.4對輸入電阻和輸出電阻的影響,串聯(lián)負(fù)反饋,1.對輸入電阻的影響,開環(huán)輸入電阻Ri=vid/ii,因為vf=Fxoxo=Avid,閉環(huán)輸入電阻Rif=vi/ii,所以vi=vid+vf=(1+AF)vid,閉環(huán)輸入電阻Rif=vi/ii,引入串聯(lián)負(fù)反饋后，輸入電阻增加了。,48,8.3.4對輸入電阻和輸出電阻的影響,并聯(lián)負(fù)反饋,閉環(huán)輸入電阻,引入并聯(lián)負(fù)反饋后，輸入電阻減小了。,注意:反饋對輸入電阻的影響僅限于環(huán)內(nèi)，對環(huán)外不產(chǎn)生影響。,1.對輸入電阻的影響,49,8.3.4對輸入電阻和輸出電阻的影響,例如,圖中R1不在環(huán)內(nèi),但是,當(dāng)R1時，反饋對Rif幾乎沒有影響。,1.對輸入電阻的影響,50,8.3.4對輸入電阻和輸出電阻的影響,電壓負(fù)反饋,2.對輸出電阻的影響,51,8.3.4對輸入電阻和輸出電阻的影響,閉環(huán)輸出電阻,而xid=-xf=-Fvt,忽略反饋網(wǎng)絡(luò)對it的分流,所以,引入電壓負(fù)反饋后，輸出電阻減小了。,電壓負(fù)反饋,2.對輸出電阻的影響,52,8.3.4對輸入電阻和輸出電阻的影響,電流負(fù)反饋,閉環(huán)輸出電阻,引入電流負(fù)反饋后，輸出電阻增大了。,注意:反饋對輸出電阻的影響僅限于環(huán)內(nèi)，對環(huán)外不產(chǎn)生影響。,2.對輸出電阻的影響,53,8.3.4對輸入電阻和輸出電阻的影響,負(fù)反饋對放大電路性能的改善，是以犧牲增益為代價的，且僅對環(huán)內(nèi)的性能產(chǎn)生影響。,串聯(lián)負(fù)反饋,并聯(lián)負(fù)反饋,電壓負(fù)反饋,電流負(fù)反饋,特別注意表8.3.1的內(nèi)容,增大輸入電阻,減小輸入電阻,減小輸出電阻，穩(wěn)定輸出電壓,增大輸出電阻，穩(wěn)定輸出電流,54,8.3.5擴展頻帶,1.頻率響應(yīng)的一般表達(dá)式,基本放大電路的高頻響應(yīng),為基本放大電路通帶增益,比開環(huán)時增加了,閉環(huán)通帶增益,其中,同理可得,閉環(huán)上限頻率,比開環(huán)時減小了,閉環(huán)下限頻率,55,8.3.5擴展頻帶,2.不同負(fù)反饋深度下的頻帶,56,8.3.5擴展頻帶,放大電路的增益-帶寬積為常數(shù),閉環(huán)增益-帶寬積,開環(huán)增益-帶寬積,3.增益-帶寬積,57,8.4深度負(fù)反饋條件下的近似計算,1.深度負(fù)反饋的特點,即，深度負(fù)反饋條件下，閉環(huán)增益只與反饋網(wǎng)絡(luò)有關(guān),由于,則,又因為,代入上式,得,（也常寫為xfxi）,凈輸入量近似等于零,由此可得深度負(fù)反饋條件下，基本放大電路“兩虛”的概念,輸入量近似等于反饋量,（xid0）,#如何滿足深度負(fù)反饋條件？,#既然深度負(fù)反饋條件下，閉環(huán)增益只與反饋網(wǎng)絡(luò)有關(guān)，那么是否意味著基本放大電路的增益A已經(jīng)無關(guān)緊要了？,58,8.4深度負(fù)反饋條件下的近似計算,串聯(lián)負(fù)反饋，輸入端電壓求和,深度負(fù)反饋條件下xid=xi-xf0,虛短,虛斷,虛短,虛斷,并聯(lián)負(fù)反饋，輸入端電流求和,vid=iidri0,1.深度負(fù)反饋的特點,59,8.4深度負(fù)反饋條件下的近似計算,(1)找出信號放大通路和反饋通路,(2)用瞬時極性法判斷正、負(fù)反饋,(3)判斷交、直流反饋,(4)判斷反饋組態(tài),(5)標(biāo)出輸入量、輸出量及反饋量,(6)估算深度負(fù)反饋條件下電路的F、Af、Avf。,（常常利用虛短和虛斷直接列表達(dá)式求解）,2.分析負(fù)反饋放大電路的一般步驟,60,8.4深度負(fù)反饋條件下的近似計算,電壓串聯(lián)負(fù)反饋,反饋系數(shù),實際上該電路就是第2章介紹的同相比例放大電路，此處結(jié)果與第2章所得結(jié)果相同,設(shè)電路滿足深度負(fù)反饋條件，試寫出該電路的閉環(huán)電壓增益表達(dá)式。,解：,根據(jù)虛短、虛斷,閉環(huán)增益（就是閉環(huán)電壓增益）,3.舉例,61,8.4深度負(fù)反饋條件下的近似計算,電壓串聯(lián)負(fù)反饋,設(shè)電路滿足深度負(fù)反饋條件，試寫出該電路的閉環(huán)電壓增益表達(dá)式。,解：,根據(jù)虛短、虛斷,閉環(huán)電壓增益,3.舉例,62,電流并聯(lián)負(fù)反饋,設(shè)電路滿足深度負(fù)反饋條件，試寫出該電路的閉環(huán)增益和閉環(huán)電壓增益表達(dá)式。,解：,根據(jù)虛短、虛斷,閉環(huán)增益,所以閉環(huán)電壓增益,注意：若io參考方向不同，將影響閉環(huán)增益的結(jié)果,又因為,3.舉例,63,電流并聯(lián)負(fù)反饋,設(shè)電路滿足深度負(fù)反饋條件，試寫出該電路的閉環(huán)增益和閉環(huán)電壓增益表達(dá)式。,解：,根據(jù)虛短、虛斷,閉環(huán)增益,所以閉環(huán)電壓增益,注意：若io參考方向不同，將影響閉環(huán)增益的結(jié)果,又因為,3.舉例,64,解:,閉環(huán)增益,例7.5.5（3）求大環(huán)反饋的閉環(huán)增益以及對信號源的閉環(huán)電壓增益；,（3）電壓并聯(lián)負(fù)反饋,根據(jù)虛短、虛斷,65,解:,閉環(huán)增益,（3）電壓并聯(lián)負(fù)反饋,根據(jù)虛短、虛斷,將信號源變?yōu)殡妷涸?所以閉環(huán)源電壓增益,又因為,0V,例7.5.5（3）求大環(huán)反饋的閉環(huán)增益以及對信號源的閉環(huán)電壓增益；,66,8.5負(fù)反饋放大電路設(shè)計,8.5.1設(shè)計負(fù)反饋放大電路的一般步驟8.5.2設(shè)計舉例,67,8.5.1設(shè)計負(fù)反饋放大電路的一般步驟,1.選定需要的反饋類型,2.確定反饋系數(shù)的大小,3.適當(dāng)選擇反饋網(wǎng)絡(luò)中的電阻阻值,4.通過仿真分析，檢驗設(shè)計是否滿足要求,信號源性質(zhì),對輸出信號的要求,對輸入、輸出電阻的要求,對信號變換的要求（V-V、V-I、I-V、I-I）,深度負(fù)反饋時,盡量減小反饋網(wǎng)絡(luò)對基本放大電路的負(fù)載效應(yīng),68,8.5.2設(shè)計舉例,例7.6.2設(shè)計一個帶負(fù)反饋的光電隔離器的驅(qū)動電路。設(shè)vs的變化范圍為05V，內(nèi)阻Rs=500。要求LED的io1=10-3vs(A)。已知運放的Avo=104，Ri=5k，Ro=100。設(shè)計后仿真檢驗發(fā)光二極管的電流。,解:,驅(qū)動電路需要將電壓vs轉(zhuǎn)換為電流io1,選用電流串聯(lián)負(fù)反饋電路,69,解:,例7.6.2設(shè)計一個驅(qū)動光電隔離器的放大電路。設(shè)vs的變化范圍為05V，內(nèi)阻Rs=500。要求LED的io1=10-3vs(A)。已知運放的Avo=104，Ri=5k，Ro=100。設(shè)計后仿真檢驗發(fā)光二極管的電流。,選用電流串聯(lián)負(fù)反饋電路,所以Rf=1k,又因為根據(jù)虛斷有,深度負(fù)反饋時,70,例7.6.2設(shè)計一個驅(qū)動光電隔離器的放大電路。設(shè)vs的變化范圍為05V，內(nèi)阻Rs=500。要求LED的io1=10-3vs(A)。已知運放的Avo=104，Ri=5k，Ro=100。設(shè)計后仿真檢驗發(fā)光二極管的電流。,解:,仿真電路,io1與vs的呈線性關(guān)系，io1=10-3vs，放大電路滿足設(shè)計要求。,71,8.6負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定性,8.6.1自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件8.6.2頻率補償,72,8.6.1自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件,1.自激振蕩現(xiàn)象,在不加任何輸入信號的情況下，放大電路仍會產(chǎn)生一定頻率的信號輸出。,2.產(chǎn)生原因,在高頻區(qū)或低頻區(qū)產(chǎn)生的附加相移達(dá)到180，使中頻區(qū)的負(fù)反饋在高頻區(qū)或低頻區(qū)變成了正反饋，當(dāng)滿足了一定的幅值條件時，便產(chǎn)生自激振蕩。,73,8.6.1自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件,3.自激振蕩條件,自激振蕩,反饋深度,即,又,得自激振蕩條件,幅值條件,相位條件（附加相移）,注：輸入端求和的相位（-1）不包含在內(nèi),閉環(huán)增益,注：負(fù)反饋放大電路是否自激振蕩實際上與輸入信號無關(guān)。,74,8.6.1自激振蕩及穩(wěn)定工作的條件,4.穩(wěn)定工作條件,破壞自激振蕩條件,當(dāng)反饋網(wǎng)絡(luò)為純電阻網(wǎng)絡(luò)時，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,（保證可靠穩(wěn)定，留有余地）,寫成等式，且幅值用分貝數(shù)