第六章负反馈放大电路new

1、(2-1)第第6 6章章 负反馈放大器负反馈放大器 6.1 反馈的概念及判断 方法 6.2 负反馈放大电路的四种基本组态 6.3 负反馈放大电路的方框图及一般表达式 6.4 深度负反馈放大电路放大倍数的分析 6.5负反馈对放大电路性能的影响 6.6 负反馈放大器自激振荡及消除方法(2-2)6.1.1 6.1.1 反馈的基本概念反馈的基本概念 一、一、反馈的定义反馈的定义 二、二、负反馈和正反馈负反馈和正反馈 三、三、交流反馈和直流反馈交流反馈和直流反馈四、四、电压反馈和电流反馈电压反馈和电流反馈五、五、串联反馈和并联反馈串联反馈和并联反馈6 6.1 反馈的的基本概念与判断方法反馈的的基本概念与

2、判断方法(2-3)反馈概念方框图一、 反馈的定义反馈的定义 在放大电路中信号的传输是在放大电路中信号的传输是从输入端到输出端，这个方向称从输入端到输出端，这个方向称为正向传输。为正向传输。反馈就是将输出信反馈就是将输出信号取出一部分或全部送回到放大号取出一部分或全部送回到放大电路的输入回路，与原输入信号电路的输入回路，与原输入信号相加或相减后再作用到放大电路相加或相减后再作用到放大电路的输入端。的输入端。反馈信号的传输是反反馈信号的传输是反向传输。所以放大电路无反馈也向传输。所以放大电路无反馈也称称开环开环，放大电路有反馈也称放大电路有反馈也称闭闭环环。反馈的示意图见图。反馈的示意图见图。 (

3、2-4) 图中： 是输入信号， 是反馈信号， 称为净输入信号。图09.01 反馈概念方框图iXfXiXfiiXXX 所以有 返回返回(2-5)二、二、负反馈和正反馈负反馈和正反馈负反馈加入反馈后，净输入信号净输入信号| Xi | | Xi | ， 输出幅度增加 。 反馈概念方框图返回返回(2-6)三、交流反馈和直流反馈交流反馈和直流反馈 反馈信号只有交流成分时为交流反馈，交流反馈，反馈信号只有直流成分时为直流反馈直流反馈，既有交流成分又有直流成分时为交直流反馈交直流反馈。返回返回(2-7)四、电压反馈和电流反馈四、电压反馈和电流反馈电压反馈电压反馈：反馈信号反馈信号取自取自电压电压的的称为电压

4、反馈；称为电压反馈；电流反馈电流反馈：反馈信号反馈信号取自电流的取自电流的称为电称为电流流反馈；反馈；返回返回五、串联反馈和并联反馈五、串联反馈和并联反馈串联串联反馈反馈：反馈信号反馈信号与信号源串联的与信号源串联的称为称为串联串联反馈；反馈；并并流反馈流反馈：反馈信号反馈信号与信号源并联的与信号源并联的称为称为并联并联反馈；反馈；(2-8)6.1.2 反馈的判断反馈的判断一一. 有无反馈的判断有无反馈的判断图6.1.2 有无反馈的判断（a)没有引入反馈(b)引入了电压并联负反馈 （c)没有引入反馈(2-9)(2-10) 图6.1.3 反馈极性的判断 (a) 电压串联负反馈(b) 电压串联正反

5、馈(c) 电压并联负反馈(2-11)例例：判断：判断Rf是否负反馈是否负反馈+UCCRCC2C1Rfuiuoiibif是负反馈是负反馈 (2-12)例例：判断：判断Rf是否负反馈是否负反馈uC1uB2uouiiiBiFuFRE2RfRE1RC1RC2+UCCiE2 是负反馈是负反馈(2-13)(2-14)电路直流通道交流通道若在反馈网络中若在反馈网络中串接隔直电容串接隔直电容，则可以隔断，则可以隔断直流，此时反馈只对交流起作用。直流，此时反馈只对交流起作用。在起反馈作用的电阻两端在起反馈作用的电阻两端并联旁路电容并联旁路电容，可，可以使其只对直流起作用。以使其只对直流起作用。(2-15)图示电

6、路为: 交流电压并联负反馈交流电压并联负反馈(2-16)例6.1.1 判断6.1.7所示电路中是否引入了反馈;若引入反馈,是直流反馈还是交流反馈?是正反馈还是负反馈?图6.1.7 例6.1.1 电路图 级间反馈和第二级反馈均为负反馈交直流反馈(2-17)增加隔直电容增加隔直电容C后，后，Rf只对交流起反馈作用。只对交流起反馈作用。注：本电路中注：本电路中C1、C2也起到隔直作用。也起到隔直作用。+C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2CEC3C2+ECuoui+T1T2RfRE1C(2-18)图2.4.2 静态工作点稳定电路在图（b)所示电路中射极电阻上的电压为直流电压，因而电路中引入的

7、是直流负反馈。在图(a)所示电路中 既有引入了直流负反馈，又引入了交流负反馈。(2-19) 将输出电压将输出电压短路短路，若反馈信号为零，若反馈信号为零，则为电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为则为电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为电流反馈。电流反馈。四、电压反馈和电流反馈四、电压反馈和电流反馈电压反馈与电流反馈的判断：电压反馈与电流反馈的判断：电压反馈电压反馈：反馈信号反馈信号取自取自电压电压的的称为电压反馈；称为电压反馈；电流反馈电流反馈：反馈信号反馈信号取自电流的取自电流的称为电称为电流流反馈；反馈；(2-20)RLuoRLuo电压反馈采样的两种形式：电压反馈采样的两种形式：采样电阻采样电

8、阻(2-21)uouiiiBiFuFRE2RfRE1RC1RC2+UCCiE2(2-22)四、串联反馈和并联反馈串联反馈和并联反馈 反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的同一个电极，则为并联反馈；反之，加在放大电路输入回路的两个电极，则为串联反馈。 此时反馈信号与输入信号是电流相加的关系。 此时反馈信号与输入信号 是电压相加减的关系。 对于运算放大器来说，反馈信号与输入信号同时加在同相输入端或反相输入端，则为并联反馈；一个加在同相输入端一个加在反相输入端则为串联反馈。 对于三极管来说，反馈信号与输入信号同时加在输入三极管的基极，则为并联反馈；一个加在基极一个加在发射极则为串联反馈。(2-23

9、) 例题09.1:试判断图09.03所示电路 的反馈组态。解: 根据瞬时极性法，见图中的红色“+”、“-” 号，可知是负反馈。 因反馈信号和输入信号加在运放A1的两个输入端，故为串联反馈。 图09.03 例题09.02图 因反馈信号取自输出电压，故为电压反馈。结论：交直流电压串联负反馈。(2-24)例例：判断反馈的类型：判断反馈的类型+UCCRCC2C1Rfuiuoiibif电压反馈电压反馈并联反馈并联反馈此电路是电压并联负反馈此电路是电压并联负反馈(2-25)电压反馈与电流反馈判别方法：电压反馈与电流反馈判别方法：电压反馈电压反馈一般从后级放大器的集电极采样。一般从后级放大器的集电极采样。电

10、流反馈电流反馈一般从后级放大器的发射极采样。一般从后级放大器的发射极采样。并联反馈与串联反馈判别方法：并联反馈与串联反馈判别方法：并联反馈并联反馈的反馈信号接于晶体管基极。的反馈信号接于晶体管基极。串联反馈串联反馈的反馈信号接于晶体管发射极。的反馈信号接于晶体管发射极。总结总结(2-26)例例：判断反馈的类型：判断反馈的类型电流反馈电流反馈并联反馈并联反馈uC1uB2uouiiiBiFuFRE2RfRE1RC1RC2+UCCiE2此电路是电流并联负反馈此电路是电流并联负反馈UiUo+R1R3R2R4R5R6T3T2T1+VccR7 (2-28)负反馈的分析步骤负反馈的分析步骤3. 是否负反馈？

11、是否负反馈？4. 是负反馈！那么是何种是负反馈！那么是何种类型的负反馈？（判断反馈的组态）类型的负反馈？（判断反馈的组态）1. 找出反馈网络（电阻）。找出反馈网络（电阻）。2. 是交流反馈还是直流反馈？是交流反馈还是直流反馈？负负反反馈馈交流反馈交流反馈直流反馈直流反馈电压串联负反馈电压串联负反馈电压并联负反馈电压并联负反馈电流串联负反馈电流串联负反馈电流并联负反馈电流并联负反馈稳定静态工作点稳定静态工作点(2-29)6.2 四种负反馈类型的分析一、一、 电压串联负反馈电压串联负反馈 二、二、 电压并联负反馈电压并联负反馈 三、三、 电流串联负反馈电流串联负反馈 四、四、 电流并联负反馈电流并

12、联负反馈(2-30)一、一、 电压串联负反馈电压串联负反馈 串联电压负反馈(a)分立元件放大电路 串联电压负反馈(b)集成运放放大电路(2-31)对于图09.02(a) ：对于图09.02(b)：oe1fe1uRRRuF闭环放大倍数io1f1FuuRRRu09.02(a)09.02(b) 反馈电压： 反馈电压：1fio1RRUUA(2-32) 二、电流串联负反馈RRUUALioiFuu LRURUo1i(2-33)三、 电压并联负反馈1FioRRUUAoFuu FRURUo1i(2-34)四、 电流并联负反馈图09.08 并联电流负反馈(a)(b)(2-35)1F IIofiRRR 22返回返

13、回(2-36)6.3 6.3 负反馈放大电路的方块图及一般表达式负反馈放大电路的方块图及一般表达式 6.3.1 6.3.1 负反馈放大电路的方框图表示负反馈放大电路的方框图表示 6.3.2 6.3.2 四种组态电路的方块图四种组态电路的方块图 6.3.3 6.3.3 反馈深度反馈深度(2-37)6.3.1 负反馈放大电路的方框图表示 ofXXF iofXXA反馈网络的反馈系数反馈网络的反馈系数：闭环放大电路的放大倍数闭环放大电路的放大倍数： ioXXA 放大电路的放大电路的放大倍数放大倍数：开环开环放大倍数放大倍数FAAA1f50010210110AF1AAA102F10A355FF35。求，

14、例题：(2-38)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(2-39)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(2-40)6.3.3 反馈深度 称为反馈深度 它反映了反馈对放大电路影响的程度。可分为下列三种情况 (1)当 1时， ，相当负反馈 (2)当 1时， ，相当正反馈 (3)当 =0 时， = ，相当于输入为零时仍有输出，故称为“自激状态”。FA1FA1fAAFA1FA1FA1fAAAfAfAFAAA1f(2-41) 1+ 1时称为时称为深度负反馈深度负反馈。于是闭环放大倍数。于是闭环放大倍数 FFAAA11fFA 也就是说在深度负反馈条件下，闭环放大也就

15、是说在深度负反馈条件下，闭环放大倍数近似等于反馈系数的倒数倍数近似等于反馈系数的倒数，与有源器件的，与有源器件的参数基本无关。一般反馈网络是无源元件构成参数基本无关。一般反馈网络是无源元件构成的，其稳定性优于有源器件，因此深度负反馈的，其稳定性优于有源器件，因此深度负反馈时的放大倍数比较稳定。时的放大倍数比较稳定。 (2-42)1 1、某电压串联负反馈放大电路，开环放大倍数、某电压串联负反馈放大电路，开环放大倍数|Au|Au|1000010000，反馈系数，反馈系数|Fu|Fu|0.0010.001。则闭环放大倍数。则闭环放大倍数|Auf|Auf| 。若因温度降低，静态点。若因温度降低，静态点

16、Q Q下降。使下降。使|Au|Au|下降下降1010，此时闭环放大倍数，此时闭环放大倍数 |Auf|Auf|909.1909.1 900 900 2 2、已知放大电路的输入电压为、已知放大电路的输入电压为1mv1mv，输出电压为，输出电压为1v1v。当引。当引入电压串联负反馈以后，若要求输出电压维持不变，则输入电压串联负反馈以后，若要求输出电压维持不变，则输入电压必须增大到入电压必须增大到10mv10mv。该反馈深度等于。该反馈深度等于 ，反馈系数，反馈系数等于等于 10 10 0.0090.009 (2-43)对于深度负反馈放大器来说对于深度负反馈放大器来说, 因为因为AF1, 所以所以FA

17、FAFAAAf11深度负反馈条件下：深度负反馈条件下： FAf1把把Af=Xo/Xi, F=Xf/Xo 代入上式得代入上式得 foioXXXX对于串联负反馈对于串联负反馈 fiUU 对于并联负反馈对于并联负反馈fiII (2-44)(a)电压串联负反馈电路(b)电流串联负反馈电路RFRRUUuuof211. RIRIIUuiooofF .(2-45)(c)电压并联负反馈电路(d)电流并联负反馈电路212.RRRIIofiiFRURUUIiuooofF1. 注：反馈量仅决定于输出量，因此反馈系数仅决定于注：反馈量仅决定于输出量，因此反馈系数仅决定于反馈网络，而与放大电路的输入、输出特性及负载电反

18、馈网络，而与放大电路的输入、输出特性及负载电阻无关。阻无关。(2-46) FuuuufA1RFRRUUuuof211. RRAuuf121 6.4.3 放大倍数的分析放大倍数的分析n一.电压串联负反馈电路(2-47) FuiiufA1R11 1.1.RIRIIUuiooofF LuifLoioRFURIUUufA1. 1RRL 电路的电压放大倍数：电路的电压放大倍数： 电电路的路的放大倍数：放大倍数：二二.电流串联负反馈电流串联负反馈(2-48) FiuuifA1.SiosoRIUUUusfARURUUIiuooofF1. sRR 电压放大倍数电压放大倍数R.SfoRIUsiuRF11三三.电

19、压并联负反馈电压并联负反馈(2-49)212.RRRIIofiiF.1iiioFIIiifA sLiuSfLosoRRFRIRIUUusfA1. 电压放大倍数：电压放大倍数：sLRRRR)1(21 四四.电流并联负反馈电流并联负反馈(2-50)求解深度负反馈放大电路的一般步骤求解深度负反馈放大电路的一般步骤： 1 、正确判断反馈组态 2、求解反馈系数F 3、利用F求解Af 、 Auf 、Ausf(2-51)四种负反馈组态的放大倍数、反馈系数之比较四种负反馈组态的放大倍数、反馈系数之比较输出信号输出信号反馈信号反馈信号放大网络的放大倍数放大网络的放大倍数反馈系数反馈系数电压串联式电压串联式电压并

20、联式电压并联式电流串联式电流串联式电流并联式电流并联式o.Uo.Uo.Io.If.Uf.Uf.If.Iio.UUAuu 电压放电压放大倍数大倍数)(io. IUAui转移转移电阻电阻 )S(io.UIAiu 转移转移电导电导io.IIAii 电流放电流放大倍数大倍数of.UUFuu S)(of.UIFiu )(of. IUFuiof.IIFii (2-52)例6.4.1电路如图6.2.8所示:图6.2.8 例图6.4.1 电路图电流串联负反馈(2-53)例6.4.3 电路如图6.4.3所示图6.4.3 例6.4.3 电路图(2-54)1 深度负反馈放大电路如图所示深度负反馈放大电路如图所示,求

21、：求：（1）分析反馈组态）分析反馈组态（2）写出该电路闭环路电压增益的表达）写出该电路闭环路电压增益的表达式式 UiR1R2+-UtR4R3R5R6+Vcc+U0It+-(2-55)（1）电流串联负反馈）电流串联负反馈(2-56) 6.5负反馈对放大电路性能的影响 负反馈是改善放大电路性能的重要技术负反馈是改善放大电路性能的重要技术 措施，广泛应用于放大电路和反馈控制系统措施，广泛应用于放大电路和反馈控制系统 之中。之中。 6.4.1 6.4.1 负反馈对增益的影响负反馈对增益的影响6.4.2 6.4.2 负反馈对输入电阻的影响负反馈对输入电阻的影响6.4.3 6.4.3 负反馈对输出电阻的影

22、响负反馈对输出电阻的影响6.4.4 6.4.4 负反馈对通频带的影响负反馈对通频带的影响6.4.5 6.4.5 负反馈对非线性失真的影响负反馈对非线性失真的影响(2-57)6.5.16.5.1负反馈对增益的影响负反馈对增益的影响AAAFAAAFAAFAAFAAFAd)1 (1d)1 (d)1 (dd)1 (dff22f 有反馈时增益的稳定性比无反馈时提高了(1+AF)倍。FAAA1fFFAAA11f1、深度负反馈深度负反馈2、一般、一般负反馈负反馈 根据负反馈基本方程，不论何种负反馈，都可使反馈放大倍数下降1+AF倍，只不过不同的反馈组态A、F的量纲不同而已，但AF无量纲。(2-58)6.5.

23、2 6.5.2 负反馈对输入电阻的影响负反馈对输入电阻的影响 (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 串联负反馈输入端的电路结构形式如图串联负反馈输入端的电路结构形式如图09.10所所 示。对串联电压负反馈和示。对串联电压负反馈和 串联电流负反馈效果相同。串联电流负反馈效果相同。 有反馈的输入电阻有反馈的输入电阻 iiiiiiifiiif)1 ( )1 ( RFAIVFAIFAVVIVVIVR式中Ri =rid 。 负反馈对输入电阻的影响与反馈加入的方式有关负反馈对输入电阻的影响与反馈加入的方式有关， 即与串联或并联反馈有关，而与电压或电流反馈无关即与串联或并联反馈有

24、关，而与电压或电流反馈无关。图09.10 串联负反馈对 输入电阻的影响(2-59)(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 并联负反馈输入端的电路结构形式如图09.11所 示。对电压并联负 反馈和电流并联负 反馈效果相同，只 要是并联负反馈就 可使输入电阻减小。 有反馈的输入电阻 为oiifiiiif iVFIVIIVIVRivvvidvv1iiiiiiiFArFAIIV 图09.11 并联负反馈对 输入电阻的影响(2-60)6.5.3 负反馈对输出电阻的影响 电压负反馈可以使输出电阻减小，这与电压负反馈可以使输出电压稳定是相一致的。输出电阻小，带负载能力强，输出电压的降落

25、就小，稳定性就好。(1) 电压负反馈使输出电阻减小图09.11 电压负反馈对输出电阻的影响图09.12电压负反馈对输出电阻的影响 图09.12为求输出电阻的等效电路，将负载电阻开路，在输出端加入一个等效电压Vo，并将输入端接地。于是有式中 是负载开路时的电压放大倍数。oooooooofoooiooo)1 (RFAVRVFAVRXAVRXAVIvvvvFARIVRvooooof1ovA 此处用XS=0 是因为考虑到电压并联负反馈时，信号源内阻不能为零，否则反馈信号将被信号源旁路。 XS=0 ，说明信号源内阻还存在。负载开路(2-61)(2) 电流负反馈使输出电阻增加 电流负反馈可以使输出电阻增加

26、。图09.13 电流负反馈对输出电阻的影响 式中Ais是负载短路时 的开环增益，即将负载短 路，把电压源转换为电流 源，再将负载开路的增益。 这与电流负反馈可以使输出 电流稳定是相一致的。输出电阻大， 负反馈放大电路接近电流源的特性， 输出电流的稳定性就好。 电流并联负反馈为例，图09.13为求输出电阻的等效电路。将负载电阻开路，在输出端加入一个等效的电压Vo，并令输入信号源为零，即VS =0。可得osfsisIFAXAXAiiiosoosoo)1 (IFAIIFARViiosooof)1 (RFAIVRi(2-62)(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(2)(2)并联

27、负反馈使输入电阻减小并联负反馈使输入电阻减小（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(4(4） 电流负反馈使输出电阻增加电流负反馈使输出电阻增加iif)1 (RFAR负反馈对输入输出电阻的影响总结：负反馈对输入输出电阻的影响总结：f iRFAR1ifoRFAR1ooof)1 (RFAR(2-63)6.5.4 负反馈对通频带的影响 放大电路加入负反馈后，增益下降，但通放大电路加入负反馈后，增益下降，但通频带却加宽了，如图频带却加宽了，如图09.14所示。所示。 图09.14 负反馈对通频带的影响 无反馈时的通频带f= f HfL f H 有反馈时的放大电路高频段的增益为(2-

28、64)Hmj1)j (AA)j1/(1)j1/()j (1)j ()j (HmHmfFAAFAAAfHmfmHmmj1)1 (j1)1/(AFAFAA有反馈时的通频带fF = (1+AF) fH 负反馈放大电路扩展通频带有一个重要的 特性，即增益与通频带之积为常数：HmHmmmfHmf)1 ()1 (AFAFAAA(2-65)xf负反馈负反馈减小了波形失真减小了波形失真 加入加入负反馈负反馈无负反馈无负反馈FxfAxixoxo大大小小xiA接近正弦波接近正弦波预失真预失真+ix 同样道理，负反馈可抑制放大电路内部噪声。同样道理，负反馈可抑制放大电路内部噪声。图图 5.2.26.5.5 6.5.

29、5 负反馈对非线性失真的影响负反馈对非线性失真的影响(2-66)6.5.6为改善交流性能而引入负反馈的一般原则为改善交流性能而引入负反馈的一般原则：1、要稳定直流量（如、要稳定直流量（如Q点），应引入直流反馈；点），应引入直流反馈； 2、要稳定交流性能，应引入交流反馈；、要稳定交流性能，应引入交流反馈； 3、要稳定输出电压，应引入电压负反馈；、要稳定输出电压，应引入电压负反馈； 4、要稳定输出电流，应引入电流负反馈；、要稳定输出电流，应引入电流负反馈； 5、要提高输入电阻，应引入串联负反馈、要提高输入电阻，应引入串联负反馈 要减少输入电阻，应引入并联负反馈；要减少输入电阻，应引入并联负反馈；

30、。(2-67)例例5.3.1a5.3.1a：估算深负反馈运放的闭环电压放大倍数。：估算深负反馈运放的闭环电压放大倍数。解：解： 该电路为电压并联该电路为电压并联负反馈，在深度负反馈条件负反馈，在深度负反馈条件下：下：fiII ， 1iiRUI FofRUI 1iFoRURU 得得则闭环电压放大倍数为：则闭环电压放大倍数为：11. 0202 . 2 1FiofRRUUAuu图图 5.3.2例例 5.3.1 电路电路( (a) )(2-68)该电路为电压串联负反馈该电路为电压串联负反馈o323fURRRU 5 . 22311132f RRFAuuuu323ofRRRUUFuu 故故在深度负反馈条件下在深度负反馈条件下图图 5.3.2例例 5.3.1 电路电路( (b) )例例5.3.1b5.3.1b：RL(2-69)图图 5.3.2例例 5.3.1 电路电路( (c) )该电路为电流并联负反馈，该电路为电流并联负反馈，在深度负反馈条件下：在深度负反馈条件下：fiII F33LoF33ofRRRRURRRII 1iiRUI 故：故：1iF33LoRURRRRU 闭环电压放大倍数为：闭环电压放大倍数为：9 . 51 . 51)101 . 5(2)(1 3F3LiofRRRRRUUAuu例例5.3.1c5.3.1c：(2-70)图