第8章负反馈放大器

1、第第7 7章章 负反馈放大器负反馈放大器 7.1 反馈的概念 7.2 四种负反馈类型的分析 7.3 反馈的基本方程 7.4 负反馈对放大电路性能的影响 7.5 负反馈放大器自激振荡及消除方法一、反馈的定义一、反馈的定义二、负反馈和正反馈二、负反馈和正反馈三、电压反馈和电流反馈三、电压反馈和电流反馈四、串联反馈和并联反馈四、串联反馈和并联反馈五、交流反馈和直流反馈五、交流反馈和直流反馈7 7.1 反馈的概念反馈的概念一、 反馈的定义反馈的定义 在放大电路中信号的传输是从输入端到输出端，这个方向称为正向传输。反馈就是将输出信号取出一部分或全部送回到放大电路的输入回路，与原输入信号相加或相减后再作用

2、到放大电路的输入端。反馈信号的传输是反向传输。所以放大电路无反馈也称开环，放大电路有反馈也称闭环。反馈的示意图见图09.01。 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 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| Xi | | Xi | ， 输出幅度增加 。 正反馈和负反馈的判断法之一：瞬时极性法正反馈和负反馈的判断法之一：瞬时极性法 在放大电路的输入端，假设一个输入信号对地的极性，可用“+”、“-”或“”、“”表示。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

3、的瞬时极性使净输入减小，则为负反馈；反之为正反馈。 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。三、电压反馈和电流反馈三、电压反馈和电流反馈电压反馈：电压反馈：反馈信号的大小与输出电压成比反馈信号的大小与输出电压成比 例的反馈称为电压反馈；例的反馈称为电压反馈；电压反馈与电流反馈的判断：电压反馈与电流反馈的判断：电流反馈：电流反馈：反馈信号的大小与输出电流成比反馈信号的大小与输出电流成比 例的反馈称为电流反馈。例的反馈称为电流反馈。四、串联反馈和并联反馈串联反馈和并联反馈 反馈信号

4、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减的关系。 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或发射极，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。五、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，反馈信号只有直流成分时为直流反馈，既有交流成分又有直流成分时为交直

5、流反馈。 正反馈可使输出幅度增加，负反馈则使输出幅度减小。在明确串联反馈和并联反馈后，正反馈和负反馈可用下列规则来判断：反馈信号和输入信号加于输入回路一点时，瞬时极性相同的为正反馈，瞬时极性相反的是负反馈； 反馈信号和输入信号加于输入回路两点时，瞬时极性相同的为负反馈，瞬时极性相反的是正反馈。对三极管来说这两点是基极和发射极，对运算放大器来说是同相输入端和反相 输入端。正反馈和负反馈的判断法之二：正反馈和负反馈的判断法之二： 以上输入信号和反馈信号的瞬时极性都是指对地而言，这样才有可比性。 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“+”、“-”

6、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 因反馈信号与输出电压成比例，故为电压反馈。结论：交直流串联电压负反馈。7.2 四种负反馈类型的分析一、 电压串联负反馈二、 电压并联负反馈三、 电流串联负反馈四、 电流并联负反馈一、一、 电压串联负反馈电压串联负反馈 对图09.05(a)所示电路，根据瞬时极性法判断，经Rf加在发射极E1上的反馈电压为+，与输入电压极性相同， 且加在输入回路的两点， 故为串联负反馈。反馈信 号与输出电压成比例，是 电压反馈。 后级对前级的这一反 馈是交流反馈，同时Re1上 还有第一级本身的负反馈，

7、这将在下面分析。（1 1）判断方法）判断方法： 图 09.05 串联电压负反馈(a)分立元件放大电路 对图(b)，因输入信号和反馈信号加在运放的两个输入端，故为串联反馈，根据瞬时极性判断是负反馈，且为电压负反馈。结论是交直流串联电压负反馈。 图 09.05 串联电压负反馈(b)集成运放放大电路 反馈系数：ioiofVVXXAvvvvvvvvFAA1ofofVVXXFvv对于图09.02(a) ：对于图09.02(b)：e1fe1RRRFvv1f1RRRFvv （2 2）闭环放大倍数 对于串联电压负反馈，在输入端是输入电压和反馈电压相减，所以二、 电压并联负反馈 电压并联负反馈的电路如图09.0

8、6所示。因反馈信号与输入信号在一点相加，为并联反馈。根据瞬时极性法判断，为负反馈，且为电压负反馈。因为并联反馈在输入端采用电流相加减。即图09.06 电压并联负反馈 具有电阻的量纲 具有电阻的量纲 具有电导的量纲iofIVAviivviviFAA1fofo1/RVRVFiv1f11f1ioiof1RRFRRARIVVVAivvivv而电压增益为:ifi IIIio/IVAviiof/IVAviof/VIFiv 称为互阻增益， 称为互导反馈系数, 相乘无量纲。对于深度负反馈，互阻增益为fviAivFivviFAivviFA1f 三、电流串联负反馈 电流串联负反馈电路如图09.07所示。图(a)是

9、基本放大电路将Ce去掉而构成，图(b)是由集成运放(见下页)构成。 对图(a)，反馈电压从Re1上取出，根据瞬时极性和反馈电压接入方式，可判断为串联负反馈。因输出电压短路，反馈电压仍然存在，故为串联电流负反馈。图09.07(a) 电流串联负反馈对图09.07(b)的电路求其互导增益fivAviF1RIRIFvioo图09.07(b) 于是 1/R ，这里忽略了Rf的分流作用。电压增益为:fivARRRARVIVVAivvvLLfLioiof四、 电流并联负反馈 电流并联负反馈的电路如图09.08(a)(b)所示。对于图(a)电路，反馈节点与输入点相同，所以是电流并联负反馈。对于图(b)电路，也

10、为电流并联负反馈。图09.08 并联电流负反馈(a)(b)of/=IIFiif22of2offf=0)(RRRIIFRIIRIii)1 (12ffRRFAiiiiof22fIRRRI电流放大倍数： 电流反馈系数是 ，以图09.08(b) 为例 显然，电流放大倍数基本上只与外电路的参数有关，与运放内部参数无关。电压放大倍数为：1L2f1Lf1iLoiof)1 (=RRRRRRARIRIVVAiivv7.3 反馈的基本方程 7.3.1 7.3.1 闭环放大倍数的一般表达式闭环放大倍数的一般表达式 7.3.2 7.3.2 反馈深度反馈深度 7.3.3 7.3.3 环路增益环路增益7.3.1 闭环放大

11、倍数的一般表达式 根据图09.01可以推导出反馈放大电路的基本方程。放大电路的开环放大倍数 ofXXFiofXXA反馈网络的反馈系数放大电路的闭环放大倍数 ioXXA 以上几个量都采用了复数表示，因为要考虑实际电路的相移。由于 FAAXXXAXXA1fiiiofFAXXXXXXofioif式中：称为环路增益。FAfiiXXX7.3.2 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”。FA1FA1fAAFA1FA1FA1fAAAf

12、AfA 7.3.3 环路增益 环路增益 是指放大电路和反馈网络所形成环路的增益，当 1时称为深度负反馈，与 1+ 1相当。于是闭环放大倍数FAFAFFAAA11fFAFA 也就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，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。 在此还要注意的是 、 和 可以是 电压信号，也可以是电流信号。iXfXoX 1.当它们都是电压信号时， 、 、 无量纲， 和 是电压放大倍数。 AfAFAfA 2.当它们都是电流信号时， 、 、 无量纲， 和 是电流放大倍数。 AfAFAfA 3.

13、当它们既有电压信号也有电流信号时， 、 、 有量纲， 和 也有专门的放大倍数 称谓。fAAAfAF 7.4 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。7.4.1 7.4.1 负反馈对增益的影响负反馈对增益的影响7.4.2 7.4.2 负反馈对输入电阻的影响负反馈对输入电阻的影响7.4.3 7.4.3 负反馈对输出电阻的影响负反馈对输出电阻的影响7.4.4 7.4.4 负反馈对通频带的影响负反馈对通频带的影响7.4.5 7.4.5 负反馈对非线性失真的影响

14、负反馈对非线性失真的影响7.4.17.4.1负反馈对增益的影响负反馈对增益的影响 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。对电压串联负反馈ioiofVVXXAvvvvvvvvFAA1 在负反馈条件下增益的稳定性也得到了提高，这里增益应该与反馈组态相对应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。7.4.2 7.4.2 负反馈对输入电阻的影响负反馈对输入电阻的影响 (1) 串联负反馈使输入电阻增加 串联负反馈输

15、入端的电路结构形式如图09.10所示。对串联电压负反馈和串联电流负反馈效果相同。有反馈的输入电阻iiiiiiifiiiif)1 ( )1 ( RFAIVFAIFAVVIVVIVRvvvvvvvvvvvv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，即与串联或并联反馈有关，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)(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 iVFIVI

16、IVIVRivvvidvv1iiiiiiiFArFAIIV 图09.11 并联负反馈对 输入电阻的影响7.4.3 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，输出电压的降落就小，稳定性就好。以串联电压负反馈为例，有(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 (RFAVRVFA

17、VRXAVRXAVIvvvvFARIVRvooooof1ovA 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) 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。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

18、等效的电压Vo，并令输入信号源为零，即VS =0。可得osfsisIFAXAXAiiiosoosoo)1 (IFAIIFARViiosooof)1 (RFAIVRi7.4.4 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Hmj1)j (AA)j1/(1)j1/()j (1)j ()j (HmHmfFAAFAAAfHmfmHmmj1)1 (j1)1/(AFAFAA有反馈时的通频带

19、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 (AFAFAAA7.4.5 7.4.5 负反馈对非线性失真的影响负反馈对非线性失真的影响 负反馈可以改善放大电路的非线性失真，但是只能改善反馈环内产生的非线性失真。 图09.15 负反馈对非线性失真的影响 因加入负反馈放大电路的输出幅度下降，不好比对，因此必须要加大输入信号，使加入负反馈以后的输出幅度基本达到原来有失真时的输出幅度才有意义。 加入负反馈改善非线性失真，可通过图09.15来加以说明。失真的反馈信号，使净输入产生相反的失真，从而弥补了放大电路本身的非线性失真。7.5 负反馈放大电路自激振荡及消除方法一、产生自激振荡的原因及条件1、自激振荡： 无输入信号，有输出。2、产生的原因 （1）定性分析 有波特图可知AF是放大电路和反馈电路的总附加相移，如果在中频条件下，放大电路有180的相移。在其它频段电路中如果出现了附加相移AF，且AF