模电-反馈放大电路概要精编版

1、 第七章 反馈放大电路 7.1 基本概念及分类 7.2 框图及增益一般表达式 7.3 负反馈对放大电路性能的改善 7.4 负反馈放大电路的分析方法 7.5 负反馈放大电路的稳定问题 7.1 反馈的基本概念与分类反馈的基本概念与分类 反馈反馈 反馈网络反馈网络 类型类型 四种阻态的判断方法四种阻态的判断方法 7.1.1 基本概念基本概念 7.1.2 四种类型的反馈阻态四种类型的反馈阻态 各种反馈类型的特点各种反馈类型的特点 信号源对反馈效果的影响信号源对反馈效果的影响 交、直流反馈交、直流反馈 正、负反馈正、负反馈 串、并联串、并联反馈反馈 电压、电流反馈电压、电流反馈 7.1.1 基本概念基本

2、概念 1. 反馈反馈 将输出量（电压或电流）的全部或一部分按一定方将输出量（电压或电流）的全部或一部分按一定方 式馈送到输入回路并影响输入的过程。式馈送到输入回路并影响输入的过程。 7.1.1 基本概念基本概念 2. 反馈网络反馈网络 vI vO + - - RL vI vO + - - RL R2 R1 反馈通路（反馈网络）反馈通路（反馈网络）信号反向传输的渠道信号反向传输的渠道 开环开环 无反馈通路无反馈通路 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 7.1.1 基本概念基本概念 反馈通路反馈通路 （反馈网络）（反馈网络） 信

3、号的正向传输信号的正向传输 根据反馈到输入端的根据反馈到输入端的 信号是交流，还是直流，信号是交流，还是直流， 或同时存在，来进行判别。或同时存在，来进行判别。 交流反馈：交流反馈： vI vO - - + C2 C1 R1 R2 交、直流反馈交、直流反馈 交流反馈交流反馈 3 3、交流反馈、直流反馈与交直流反馈、交流反馈、直流反馈与交直流反馈 7.1.1 基本概念基本概念 存在于交流通路中的反馈存在于交流通路中的反馈 直流反馈：直流反馈：存在于直流通路中的反馈存在于直流通路中的反馈 4. 反馈极性反馈极性 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。正反馈：输

4、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。负反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变小了。 另一角度另一角度 正反馈：引入反馈后，使正反馈：引入反馈后，使净输入量净输入量 变大了。变大了。 负反馈：引入反馈后，使净输入量变小了。负反馈：引入反馈后，使净输入量变小了。 判别方法：判别方法：瞬时极性法瞬时极性法。假设某一瞬时，在放大电路的输入端加入一假设某一瞬时，在放大电路的输入端加入一 个正极性的输入信号，按信号传输方向依次判断相关点的瞬时极性，个正极性的输入信号，按信号传输方向依次判断相关点的瞬时极性， 直至判断出反馈信号的瞬时极性。如果反馈信号的瞬时极

5、性使净输入直至判断出反馈信号的瞬时极性。如果反馈信号的瞬时极性使净输入 减小，则为负反馈；反之为正反馈。减小，则为负反馈；反之为正反馈。 7.1.1 基本概念基本概念 例例 vI vO - - + RL R2 R1 (+)(+) (-) (-) (-) 净输入量净输入量 vI vO - - + RL R2 R1 (+)(+) (-) (-) 净输入量净输入量 负反馈负反馈 正反馈正反馈 vO - - + R4 R5 R3 - - + vI R1 R2 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 级间负反馈级间负反

6、馈 反馈通路反馈通路本级反馈通路本级反馈通路 7.1.1 基本概念基本概念 5. 串联反馈、并联反馈串联反馈、并联反馈 输入端：反馈信号在输入端：反馈信号在输入端输入端的联接分为的联接分为串联串联和和并联并联两种方式。两种方式。 f X i X f X i X f X i X f X i X i X 并联：反馈量并联：反馈量 和和 f X 输入量输入量 接于同一输入端。接于同一输入端。 接于不同的输入端。接于不同的输入端。 i X 串联：反馈量串联：反馈量 和和 f X 输入量输入量 7.1.1 基本概念基本概念 6. 电压反馈、电流反馈电压反馈、电流反馈 输出端：反馈信号在输出端：反馈信号在

7、输出端输出端分为取分为取电压电压和取和取电流电流两种方式。两种方式。 电流：将电流：将负载负载短路，反馈网络存在，反馈量仍然存在。短路，反馈网络存在，反馈量仍然存在。 电压：将电压：将负载负载短路，反馈网络不存在，反馈量为零。短路，反馈网络不存在，反馈量为零。 判断方法判断方法 6.1.2. 反馈的判断反馈的判断 直流通路和交流通路中是否存在反馈通路。直流通路和交流通路中是否存在反馈通路。直流反馈与交流反馈直流反馈与交流反馈 直流反馈直流反馈 交流反馈交流反馈 直流通路直流通路交流通路交流通路 7.1.2 四种类型的四种类型的负负反馈阻态反馈阻态 1、四种基本阻态、四种基本阻态 反馈量反馈量

8、Xo输入信号的连接方式输入信号的连接方式 Uo电压电压 Io 电流电流串联串联 并联并联 (将反馈信号转为电压信号将反馈信号转为电压信号,与与 输入电压输入电压Ui相减相减) (将反馈信号转为电流信号将反馈信号转为电流信号,与与 输入电流输入电流Ii相减相减) 四种连接方式四种连接方式: (1)电流串联负反馈电流串联负反馈 (2)电压串联负反馈电压串联负反馈 (3)电流并联负反馈电流并联负反馈 (4)电压并联负反馈电压并联负反馈 7.1.2 四种类型的反馈阻态四种类型的反馈阻态 电压串联负反馈电压串联负反馈 有反馈？有反馈？ 交流、直流反馈？交流、直流反馈？ 正、负反馈？正、负反馈？ 电压、电

9、流反馈？电压、电流反馈？ 串联、并联反馈？串联、并联反馈？ 7.1.2 四种类型的反馈阻态四种类型的反馈阻态 电压串联负反馈电压串联负反馈 有反馈？有反馈？ 交、直流反馈？交、直流反馈？ 正、负反馈？正、负反馈？ 电压、电流反馈？电压、电流反馈？ 串联、并联反馈？串联、并联反馈？ + C1 RB1 RC1RB21 RB22 RC2 RE2 RE1 CE C3 C2 +EC uo ui + T1 T2 Rf 7.1.2 四种类型的反馈阻态四种类型的反馈阻态 电流并联负反馈电流并联负反馈 有反馈？有反馈？ 交流、直流反馈？交流、直流反馈？ 正、负反馈？正、负反馈？ 电压、电流反馈？电压、电流反馈？

10、 串联、并联反馈？串联、并联反馈？ 7.1.2 四种类型的反馈阻态四种类型的反馈阻态 电流并联负反馈电流并联负反馈 有反馈？有反馈？ 交流、直流反馈？交流、直流反馈？ 正、负反馈？正、负反馈？ 电压、电流反馈？电压、电流反馈？ 串联、并联反馈？串联、并联反馈？ 7.1.2 四种类型的反馈阻态四种类型的反馈阻态 电压并联负反馈电压并联负反馈 有反馈？有反馈？ 交流、直流反馈？交流、直流反馈？ 正、负反馈？正、负反馈？ 电压、电流反馈？电压、电流反馈？ 串联、并联反馈？串联、并联反馈？ 7.1.2 四种类型的反馈阻态四种类型的反馈阻态 A. 电压串联电压串联 RL vO vF vID vO 电压负

11、反馈：稳定输出电压电压负反馈：稳定输出电压 串联反馈：输入端电压叠加串联反馈：输入端电压叠加 3. 各种反馈类型的特点各种反馈类型的特点 vID = vI -vF vO 7.1.2 四种类型的反馈阻态四种类型的反馈阻态 3. 各种反馈类型的特点各种反馈类型的特点 B. 电流并联电流并联 RL iO iF iID iO 电流负反馈：稳定输出电流电流负反馈：稳定输出电流 并联反馈：输入端电流叠加并联反馈：输入端电流叠加 其他两种阻态有类似的结论其他两种阻态有类似的结论 iID = iI -iF 7.1.2 四种类型的反馈阻态四种类型的反馈阻态 串联反馈串联反馈 4. 信号源对反馈效果的影响信号源对

12、反馈效果的影响 vID = vI -vF 则则vI最好为恒压源，即信号最好为恒压源，即信号 源内阻源内阻RS越小越好。越小越好。 要想反馈效果明显，就要求要想反馈效果明显，就要求 vF变化能有效引起变化能有效引起vID的变化。的变化。 7.1.2 四种类型的反馈阻态四种类型的反馈阻态 并联反馈并联反馈 4. 信号源对反馈效果的影响信号源对反馈效果的影响 iID = iI -iF 则则iI最好为恒流源，即信号最好为恒流源，即信号 源内阻源内阻RS越大越好。越大越好。 要想反馈效果明显，就要求要想反馈效果明显，就要求 iF变化能有效引起变化能有效引起iID的变化。的变化。 例题例题: 回答下列问题

13、。回答下列问题。 若要实现串联电若要实现串联电 压压负负反馈反馈, Rf 应应 接向何处接向何处? 运放运放 的输入端极性如的输入端极性如 何确定？何确定？ 7.2 负反馈放大电路的方框图及增益的一般表达式负反馈放大电路的方框图及增益的一般表达式 7.2.1 负反馈放大电路的方框图负反馈放大电路的方框图 7.2.2 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 环路增益环路增益 反馈深度的讨论反馈深度的讨论 表达式推导表达式推导 构成构成 信号的单向化传输信号的单向化传输 开环时反馈网络的负载效应开环时反馈网络的负载效应 7.2.1 负反馈放大电路的方框图负反馈放大电路的方框图

14、 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） Xo 基基本本放放大大 A电电路路 Xid 反馈网络反馈网络 F Xf +XiXs变换网络变换网络 K 7.2.2 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 2. 表达式推导表达式推导 Xs Xf F Xo AK +Xi Xid id o X X A = = o f X X F = = 反馈系数反馈系数 i X o F X A = = 闭环增益闭环增益 因为因为 = = id X i

15、X f X- - 所以所以 + + XX i o F X A = = fid o XX = = FXAX X oo o /+ + = = 已知已知 FA A A + + = = 1 F 即即 闭环增益的一闭环增益的一 般表达式般表达式 又因为又因为 si XK X = = 所以所以 s o FS X X A= = KX X / i o = = F AK= = 对信号源的增益对信号源的增益 7.2.2 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 2. 表达式推导表达式推导 Xs Xf F Xo AK +Xi Xid 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

16、联 id X i X f X o X X 信号信号 、 、增益在四种反馈组态中的具体形式、增益在四种反馈组态中的具体形式 F F A F A id V i V f V o V id I i I f I o V o I id V i V f V o I id I i I f I Of VVF = V idOV VVA = iOVF VVA = OfG VIF = idOR IVA = iORF IVA = iOGF VIA = iOIF IIA = idOG VIA = idOI IIA = OfR IVF = OfI IIF = id o X X A = 0 f X X F = iX X A

17、o F = 3. 反馈深度的讨论反馈深度的讨论 7.2.2 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 称为反馈深度称为反馈深度 FA +1 时，时， 11 )1( + +FA 一般负反馈一般负反馈， F AA 时，时， 11 )2(+ +FA 深度负反馈深度负反馈 时，时， 11 )3( + +FA 正反馈正反馈 ， F AA 时时， 01 )4(= =+ +FA 自激振荡自激振荡 ， F A FA1 A A + = F AF 环路增益环路增益 7.3 负反馈对放大电路性能的改善负反馈对放大电路性能的改善 提高增益的稳定性提高增益的稳定性 减少非线性失真减少非线性失真 扩展

18、频带扩展频带 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 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 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 引入负反馈引入负反馈 降低了放大倍数降低了放大倍数 使放大器的性能得以改善：使放大器的性能得以改善： Xs Xf F Xo AK +Xi Xid 7.3.1 提高增益的稳定性提高增益的稳定性 闭环时闭环时 + +FA A A = = 1 F 则则 2 F )1( 1 AFdA dA + + = = 只考虑幅值有只考虑幅值有 AF A A + + = = 1 F A dA AFA dA + + = = 1 1

19、F F 闭环增益相对变化量比开环减小闭环增益相对变化量比开环减小1+AF倍倍 另一方面另一方面在深度负反馈条件下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。组成时，闭环增益将有很高的稳定性。 提高增益的稳定性提高增益的稳定性 F A 1 F = 开环开环 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。组成时，闭环增益将有很高的稳定性。 2 F )1( 1 AFdA dA + +

20、= = 7.3.2 减少非线性失真减少非线性失真 减少非线性失真减少非线性失真 Ao ui uf ui uo ud 加反馈前加反馈前 加反馈后加反馈后 Ao F + 失真失真 改善改善 uo uo 利用失真改善失真利用失真改善失真 7.3.4 扩展频带扩展频带 扩展频带扩展频带 放大电路加入负反馈后，增益下降，但通频带却加宽了。放大电路加入负反馈后，增益下降，但通频带却加宽了。 无反馈时放大器的通频带：无反馈时放大器的通频带： fbw= f HfL f H 有反馈时放大器的通频带：有反馈时放大器的通频带： fbwf= f HffLf f Hf 7.3.5 对输入电阻和输出电阻的影响对输入电阻和

21、输出电阻的影响 串联负反馈串联负反馈 增大输入电阻增大输入电阻 并联负反馈并联负反馈 减小输入电阻减小输入电阻 电压负反馈电压负反馈 减小输出电阻，稳定输出电压减小输出电阻，稳定输出电压 电流负反馈电流负反馈 增大输出电阻，稳定输出电流增大输出电阻，稳定输出电流 P349表表7.4.1 （自看）（自看） 7.3.5 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 (1) (1) 串联负反馈使输入电阻增加串联负反馈使输入电阻增加 无无反馈时：反馈时： 有有反馈时：反馈时： . i . i i = I V R . i . d = I V . i . i if = I V R . i . fd

22、 = I VV + . i . od = I FVV + . i . dd = I AFVV + . i . d )1 ( = I AFV+ AF)(1 i += R 7.3.5 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 (2)(2)并联负反馈使输入电阻减小并联负反馈使输入电阻减小 无无反馈时：反馈时： 有有反馈时：反馈时： . i . i i = I V R . d . i = I V . i . i if = I V R . fd . i = II V + . dd . i = AFII V + . d . i )1 ( = AFI V + . . i )1 ( = AF R

23、+ 7.3.5 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 电压负反馈电压负反馈稳定输出电压（当负载变化时）稳定输出电压（当负载变化时）恒压恒压 源源输出电阻小。输出电阻小。 (3) (3) 电压负反馈使输出电阻减小电压负反馈使输出电阻减小 电流负反馈电流负反馈稳定输出电流（当负载变化时）稳定输出电流（当负载变化时） 恒流源恒流源输出电阻大。输出电阻大。 (4) (4) 电流负反馈使输出电阻提高电流负反馈使输出电阻提高 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 n 要稳定直流量要稳定直流量 引直流负反馈引直流负反馈 n 要稳定交流量要稳定交流量 引交流负反馈引交流

24、负反馈 n 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 n 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 n 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 n 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 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

25、度负反馈条件下电路的 VFF AAF、 例例. 为稳定输出电压、增加输入电阻，应用引为稳定输出电压、增加输入电阻，应用引 入何种类型反馈？在图中连线。入何种类型反馈？在图中连线。 电压串联负反馈电压串联负反馈 例例. 为达到以下目的，分别应引入哪种组态反馈？何连线？为达到以下目的，分别应引入哪种组态反馈？何连线？ 1减小电路从信号源索取的电流并增强带负载能力。减小电路从信号源索取的电流并增强带负载能力。 2将输入电流转换成与之成线性关系的稳定输出电流。将输入电流转换成与之成线性关系的稳定输出电流。 解：解： 1电压串联负反馈（电压串联负反馈（810、39、46、）、） 2电流并联负反馈（电流并

26、联负反馈（710、29、46、）、） 7.4.1 深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈条件下的近似计算 1. 深度负反馈的特点深度负反馈的特点 深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈网络有关深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈网络有关 由于由于则则 1+ +FA1 FA A A + + = = 1 F AF 1 = F 1 = 方法一：公式法方法一：公式法 反馈类型反馈类型 F 1 A F 闭环增益闭环增益电压增益电压增益 FV A 反馈网络反馈网络 反馈系数反馈系数F 7.4.1 深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈条件下的近似计算 电压串联负反馈电压串联负反馈 解：用方法一。解：用方法一。 求反

27、馈系数：求反馈系数： 求闭环电压放大倍数：求闭环电压放大倍数： = vF= o f V V fe e RR R + 1 1 = i o V V A f v = F 1 1 1 e fe R RR+ = 例例1 1 7.4.1 深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈条件下的近似计算 又因为又因为 代入上式代入上式 得得输入量近似等于反馈量输入量近似等于反馈量 净输入量近似等于零净输入量近似等于零 由此可得深度负反馈条件下，基本放大电路由此可得深度负反馈条件下，基本放大电路“两虚两虚”的概念的概念 id o X X A = = o f X X F = = = = i X f X = = id X i

28、 X f X- - = = 0 方法二：两虚法方法二：两虚法 7.4.1 深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈条件下的近似计算 深度负反馈条件下：深度负反馈条件下：Xd=Xi-Xf0 V+=V-（运放电路）（运放电路） (1)“虚短虚短”Vd0 (2)“虚断虚断”Id0 ii+=ii-=0 （运放电路）（运放电路） “虚短虚短”与与“虚断虚断” 解：解：1. 电压串联负反馈电压串联负反馈 例：例：选择负反馈放大电路的组态，填入空格内。选择负反馈放大电路的组态，填入空格内。 1 . 某 测 量 仪 表 ， 要 求某 测 量 仪 表 ， 要 求 r i 高 ， 输 出 电 压 稳 定 ， 应 选高

29、 ， 输 出 电 压 稳 定 ， 应 选 用用 。 2. 为获得一个电压控制电流源，应选用为获得一个电压控制电流源，应选用 。 3. 为获得一个电流控制电流源，应选用为获得一个电流控制电流源，应选用 。 4. 为了充分提高负反馈的效果，当信号源为高内阻的电流信号为了充分提高负反馈的效果，当信号源为高内阻的电流信号 源 ， 又 要 求 放 大 电 路 的 输 出 电 压 稳 定 ， 应 选源 ， 又 要 求 放 大 电 路 的 输 出 电 压 稳 定 ， 应 选 用用 。 2. 电流串联负反馈电流串联负反馈 3. 电流并联负反馈电流并联负反馈4. 电压并联负反馈电压并联负反馈 7.4.1 深度负

30、反馈条件下的近似计算深度负反馈条件下的近似计算 电压串联负反馈电路电压串联负反馈电路 解：用方法二。解：用方法二。 利用利用虚短虚短和和虚断虚断的概念得知的概念得知 则则 闭环电压增益闭环电压增益 00 i IVd f o i o vF V V V V A = 1 1 R R f += f O RR R V + 1 1 fi VV = 例例2 2 7.4.1 深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈条件下的近似计算 闭环电压增益：闭环电压增益：Avf=VO/Vi 利用利用虚短虚短和和虚断虚断可知可知 例例3. 运放组成的电流并联负反馈放大器运放组成的电流并联负反馈放大器 + - 0 2 2 I R

31、R R I f f 1 RI RI i Lo = 12 2 R R R RR L f + - 解：用方法二。解：用方法二。 1 RI RI f Lo = Vi=Ii R1 Ii=If 7.4.1 深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈条件下的近似计算 +VCC RC C2 C1 Rf uS uo ib if ii RS RL 例例4.4.分立电路电压并联负反馈分立电路电压并联负反馈 反馈系数为反馈系数为 闭环增益闭环增益 解：用方法一。解：用方法一。 f 1 . . . R V I gF-= o f ff R U R UU I boo f - - = f i O rF R FI V A-= 1

32、7.4.1 深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈条件下的近似计算 例例5.5.运放组成的电压并联负反馈运放组成的电压并联负反馈 利用利用虚短虚短和和虚断虚断可知可知 V+=V-=0 Ii=If Vi/R1=-VO/Rf 1 f R R -=得：得：AVf=VO/Vi 反馈系数：反馈系数： 闭环增益闭环增益 闭环电压增益闭环电压增益 例例6.电流并联负反馈电流并联负反馈 se2 e2 f s o si o s o uf R R R RR RI RI RI RI U U A f + = = LLL o f I = I I F i o = I I AIf e2f e2 RR R + = I F 1 e2 e2 f R RR + = 确定反馈网络：确定反馈网络： 7.4.1 深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈条件下的近似计算 例例7.7.运放组成的电流串联负反馈运放组成的电流串联负反馈 闭环电压增益闭