第四章 负反馈放大电路

1、学无止尽学无止尽第四章 负反馈放大电路 4.1 反馈的基本概念 4.2 负反馈对放大电路的影响 前面学习的放大器称为基本放大器。它们都具有前面学习的放大器称为基本放大器。它们都具有放大功能放大功能。 但在实际应用中常常需要改善其性能。但在实际应用中常常需要改善其性能。例如：提例如：提高放大倍数的稳定性、降低其输出电阻等。这一般是高放大倍数的稳定性、降低其输出电阻等。这一般是通过引入负反馈来实现。通过引入负反馈来实现。基本放大电路 A反馈网络 F4.1 反馈的基本概念反馈的基本概念 4.1.1 反馈的定义反馈的定义 1.反馈反馈 把放大器的输出量（把放大器的输出量（UO或或IO）的一部）的一部分

2、或全部，通过一定的方式（分或全部，通过一定的方式（F）回送到）回送到放大器的输入，并参与对放大器的控制过放大器的输入，并参与对放大器的控制过程叫反馈。程叫反馈。 f反馈量X Xi输入量 反馈放大器的方框图反馈放大器的方框图 输出量Xo 基本放大电路 A反馈网络 F 净输入Xi2、基本反馈方程开环增益开环增益A：无反馈的基本放大电路增益；定义式：闭环增益闭环增益f：反馈放大电路增益；定义式：反馈系数反馈系数 : 反馈网络传输系数；定义式：A、Af 、 之间关系通过反馈方程式联系：ioXXA .fAo. .iXX ofXXF A1+A F .fA4.1.2 反馈类型反馈类型 1.1.按反馈信号是交

3、流还是直流分按反馈信号是交流还是直流分 :直流反馈直流反馈反馈环内存在直流通路，直流负反馈稳反馈环内存在直流通路，直流负反馈稳定静态工作点定静态工作点Q。 交流交流反馈反馈反馈环内存在交流通路，交流负反馈用于反馈环内存在交流通路，交流负反馈用于改善放大器的性能。交流改善放大器的性能。交流正反馈主要用于正反馈主要用于产生自激振荡。产生自激振荡。 2.按反馈极性分按反馈极性分： 负反馈负反馈 Xf Xi正反馈正反馈Xf Xi3.根据取样处的连接方式分： 电压反馈电压反馈 电流反馈电流反馈 4.根据比较处的连接方式分： 串联反馈串联反馈 并联反馈并联反馈4.1.3 反馈放大器的组态及其判断反馈放大器

4、的组态及其判断 一、基本组态：四种一、基本组态：四种 电压并联反馈电压并联反馈输入连接形式 串联或并联输出取样对象 Uo或Io f反馈量X Xi输入量 输出量Xo 基本放大电路 A反馈网络 F 净输入Xi电压串联反馈电压串联反馈 电流并联反馈电流并联反馈 电流串联反馈电流串联反馈二反馈组态的判别法则和步骤二反馈组态的判别法则和步骤 1. 1. 反馈支路（网络），根据电路特点判断。反馈支路（网络），根据电路特点判断。 (1) (1) 跨接于输出与输入之间跨接于输出与输入之间 。(2) (2) 输出回路与输入回路共有输出回路与输入回路共有 。因为：取电压必须并联，取电流必须串联。因为：取电压必须并

5、联，取电流必须串联。所以：方法有二。所以：方法有二。 2. 2. 输出取样：输出取样：o o ororo o且二者必居其一。且二者必居其一。 方法一：输出电路结构法方法一：输出电路结构法 O.Fo同点为电压（反馈）同点为电压（反馈）O.Fo 异点为电流（反馈）异点为电流（反馈） 同点才能并联取电压 异点才能串联取电流 基本放大器的输出端基本放大器的输出端o o反馈支路中反馈支路中, ,反馈信反馈信 号号输入端输入端 电流反馈电流反馈 电压反馈电压反馈 f X f X方法二：输出短路法方法二：输出短路法 令L（短路） 3. 3. 输入连接形式输入连接形式 因为串联的本质是分压，并联的本质是分流所

6、以方法：口决 .i同点为并同点为并.i i异点为串异点为串 同点连接并联分流 异点连接串联分压 净输入信号的输入端净输入信号的输入端i i反馈支路中反馈信号反馈支路中反馈信号 的输出端的输出端 反馈极性的判定多用瞬时极性法反馈极性的判定多用瞬时极性法, 其步骤如下：其步骤如下： (1) 首先在基本放大器输入端设定一个递增首先在基本放大器输入端设定一个递增“ ”(或递或递减减“ ”)的净输入信号的净输入信号, 对并联反馈对并联反馈, 设定一个电流信号；设定一个电流信号； 对串联反馈对串联反馈, 设定一个电压信号。设定一个电压信号。 4. 4. 反馈极性：负反馈和正反馈反馈极性：负反馈和正反馈 (

7、2) 在上述设定下, 按下图规律推演出反馈信号的变化极性。CECCCSCD (3) 判定在反馈信号的影响下, 净输入信号的变化极性。若该极性与前面设定的变化极性相反, 则为负反馈；若相同, 则为正反馈。 + +I Ii i =I=Ii i- -I If f U Ui i= =+ +U Ui i+ +U Uf f 当输入按连接形式为并联时，设定电流信号。当输入按连接形式为并联时，设定电流信号。 口诀并联异号为负 对偶并联同号为正 当输入连接形式为串联时，设定电压信号。当输入连接形式为串联时，设定电压信号。 口诀串联同号为负 对偶串联异号为正 反馈组态判别四个步骤 1 1.反馈支路 特点： A.跨

8、接于输出与输入之间。 B.输出回路和输入回路共有。2.输出取样 口诀：O、Fo 同点为电压。 O、Fo 异点为电流。3.输入连接 口诀：I、Fi 同点为并联。 I、Fi 异点为串联。4.反馈极性 串联同号为负，串联异号为正。 并联异号为负，并联同号为正。1.电压串联负反馈电压串联负反馈 三、负反馈放大器四种组态举例三、负反馈放大器四种组态举例 47 通过通过R5、Re1实现电压串联负反馈实现电压串联负反馈 Rf 跨接于输出与输入之间为反馈支路F Re1输出回路与输入回路共有为反馈支路FRfCeV2Uo2Re21Rb2Rc22Rb1Rc1RbVlCUCCUiR1eFoOFiI I、F异点为串串联

9、同号为负 I、F异点为串 O、F同点为电压反馈 O、F同点为电压反馈 串联同号为负 Rf 输出回路与输入回路共有为反馈支路F48 通过通过Rf实现电流串联负反馈实现电流串联负反馈2、电流串联负反馈、电流串联负反馈FO4UoCeRe3C21UbeRLRfRcUCCC1Ui2Rb1RbI O、F异点为电流反馈 O、Fo异点为电流反馈 I、F异点为串串联同号为负 I、Fi异点为正串联同号为负3.电压并联负反馈电压并联负反馈 49 通过通过Rf实现电压并联负反馈实现电压并联负反馈 Rf跨接于输出与输入之间为反馈支路UOCeReRLUCCRcRfRsClUs O、F同点为电压反馈 O、Fo同点为电压反馈

10、OFi FoC2 I、F同点为并并联异号为负 I、Fi同点为并并联异号为负I4.电流并联负反馈电流并联负反馈 410 通过通过Rf、Re2实现极间电流并联负反馈实现极间电流并联负反馈C1UsCUCCRsRfRL1Rc1Re2Rc1Ce2Re Re2为输出回路与输入回路所共有是反馈支路FiI OFo Rf跨接 于输出与输入之间为反馈支路 O、F异点为电流反馈 O、Fo异点为电流反馈 I、F同点为并并联异号为负 I、Fi同点为并并联异号为负本节课小结：本节课小结：重点重点1、闭环放大倍数 2、反馈组态判别四个步骤 特点：A.跨接于输出与输入之间。 反馈支路 B.输出回路与输入回路共有。 输出取样

11、口诀：O、Fo 同点为电压。 O、Fo 异点为电流。 I、Fi 异点为串联。 输入连接 口诀：I、Fi 同点为并联。 反馈极性 口诀：串联同号为负，串联异号为正。 并联异号为负，并联同号为正。 3、掌握 对偶学法f AA 1+AF 4.2 负反馈对放大器性能的影响负反馈对放大器性能的影响 4.2.1 使放大器的放大倍数下降使放大器的放大倍数下降 根据负反馈的定义可知, 负反馈总是使净输入信号减弱。所以, 对于负反馈放大器而言,必有所以 即可见, 闭环放大倍数Af, 仅是开环放大倍数A的(1+FA)分之一。 iiXX ioioXXXXFAAAAAff1,4.2.2 稳定被取样的输出信号稳定被取样

12、的输出信号 1. 电压负反馈电压负反馈 对于图 4-7 所示的串联电压负反馈电路, 当某一因素使Uo增大时, 就会产生如下反馈过程： UoUE1UBE1UC1UB2 Uo UC2从而使Uo的变化量大大减小, Uo的稳定性大大提高。 对于图 4 - 9 所示的并联电压负反馈电路, 当某一因素使Uo增大时, 则UoIfIBICUo UC结果使Uo的变化量减小, Uo的稳定性提高。 2. 电流负反馈电流负反馈 因为电流负反馈, 被取样的输出信号是输出电流, 所以, 凡是电流负反馈, 必然能稳定输出电流。 对于图 4- 10 所示的并联电流负反馈电路, 当某一因素使Ie2增大时, 则： Ie2IfIb

13、1Ic1Uc1Ub2Ie2 Ib2 结果使得Ie2的增量减小, 稳定性提高；因为Ic2Ie2, 所以Ie2稳定,Ic2也稳定。值得说明的是, 该反馈电路所稳定的电流是流过RL的电流, 不是流过RL的电流。 4.2.3 使放大倍数的稳定性提高使放大倍数的稳定性提高 AdAFAAAAAFAAAFAFAAFAFAAAAAAAfffffff1111)1)(1 ()1)(1 (112121211212把Af2=A2/(1+FA2)和Af1=A1/(1+FA1)代入上式得： 用Af1=A1/(1+FA1)除以上式两边得： 当A足够小时,AfdAf, 并且A1A2A, Af1Af2Af。 此种情况下, 上式

14、可写为： 4.2.4 可以展宽通频带可以展宽通频带 AFAAf1hmhffjAA1当反馈系数F不随频率变化时, 引入负反馈后的高频特性为 )1/(1)1/(1)1/(/1)/1/(1)/1/(1hmmfhmmmhmmhmhmhffFAfjAfFAfjFAAfjfFAAfjfAFfjfAAFAAhmhffFAf)1 ( 1111fFAfmf按照通频带的定义： 开环放大器的通频带为：开环放大器的通频带为： few=fh-fl 闭环放大器的通频带为：闭环放大器的通频带为：fbwf=fhf-flf由于fhffh, flffl时, fbw=fh-flfh, 所以 fbwf=fhf-flffhf=(1+F

15、Am)fh(1+FAm)fbw4.2.5 对输入电阻的影响对输入电阻的影响 1. 串联负反馈使输入电阻提高串联负反馈使输入电阻提高 UfiUUiIi Au 或 AgXoriririf Fu或 Fr图图 4 - 11 串联负反馈方框图串联负反馈方框图开环输入电阻： iiiiiiifiiiifiiirFAIUFAIFAUUIUUIUrIUr)1 ()1 (闭环输入电阻： 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 riUsRsIiUirifIi Ar 或 Airi Fg或 FIfXo图图 4 - 12 并联负反馈的方框图并联负反馈的方框图开环输入电阻： iiiIUr 闭环输入电阻： i

16、iiiiifiiiiifrFAIUFAFAIIUIIUIUr11114.2.6 对输出电阻的影响对输出电阻的影响 1.电压负反馈使输出电阻减小电压负反馈使输出电阻减小 XiXfXiFroIoUorofAoXi图4 13 电压负反馈方框图 FArIUrrFAUrFAUUrXAUIFAUAXXAooooofooooooooioooooofio1)1 ( 可见, 引入电压负反馈后可使输出电阻减小到ro(1+AoF) 。不同的反馈形式,其A、F的含义不同。串联电压负反馈F=Fu=Uf/Uo, A=Au=Uo/Ui; 并联电压负反馈F=Fg=If/Uo, A=Ar=Uo/Ii。 oooofoooooooofiooiorAFIUrrUIAFrUFAIIFAIAXAXrUAXI)1 ()1 (A为RL=0 时的短路开环放大倍数)4.2.7 减小非线性失真和抑制干扰、噪声减小非线性失真和抑制干扰、噪声 XiAXo t t大小(a) 无反馈XiAXoXiXfF(b) 有负 反馈 t大小 t大小 t图 4 14 负反馈减小非线性失真 2. 电流负反馈使输出电阻增大电流负反馈使输出电阻增大 XiXfXiFroIoUorofAXi图4 15 电流负反馈方框图 【例1】某放大器的Au