低频电子线路 负反馈放大器

1、 3944.1 4.1 负反馈的基本概念负反馈的基本概念4.1.1 4.1.1 什么是负反馈什么是负反馈4.1.2 4.1.2 负反馈放大器的基本类型负反馈放大器的基本类型 3954.1.1 反馈的概念反馈的概念 反馈是将输出电压或输出电流的一部分或全部以反馈是将输出电压或输出电流的一部分或全部以一定的方式回送到输入端。如果回送到输入端的仅仅是一定的方式回送到输入端。如果回送到输入端的仅仅是交流信号，则称为交流反馈；如果回送到输入端的只有交流信号，则称为交流反馈；如果回送到输入端的只有直流分量，则称为直流反馈；如果回送到输入端的不仅直流分量，则称为直流反馈；如果回送到输入端的不仅有交流信号，而

2、且也有直流分量，则同时存在交、直流有交流信号，而且也有直流分量，则同时存在交、直流两种反馈。若反馈的结果两种反馈。若反馈的结果使净输入信号减弱使净输入信号减弱，则称为，则称为负负反馈反馈；反之，若反馈的结果；反之，若反馈的结果使净输入信号增强使净输入信号增强，则称为，则称为正反馈正反馈。 1.引言引言 3962. 负反馈放大器的方框图负反馈放大器的方框图oXAX foXBX ofiXAX ifXXX ：ifXXX ：X X 反馈系数：反馈系数：反馈放大器的反馈放大器的放大倍数：放大倍数：基本放大器的放大倍数：基本放大器的放大倍数： 反馈：反馈：基本放大器放大倍数又称基本放大器放大倍数又称开环增

3、益开环增益；反馈放大器放大倍数又称反馈放大器放大倍数又称闭环增益闭环增益。正反馈正反馈负反馈负反馈 3974.1.2 负反馈放大器的基本类型负反馈放大器的基本类型 1. 电压反馈和电流反馈电压反馈和电流反馈电压取样电压取样电流取样电流取样 3982. 串联反馈与并联反馈串联反馈与并联反馈串联反馈串联反馈并联反馈并联反馈4.1.2 负反馈放大器的基本类型负反馈放大器的基本类型 3994.1.2 负反馈放大器的基本类型负反馈放大器的基本类型 3. 4种负反馈类型种负反馈类型 4004. 4种负反馈类型特点种负反馈类型特点 类类 型型输入端输入端输出端输出端反反馈馈信信号号取样取样关系关系式式对输入

4、信对输入信号源要求号源要求基本放基本放大器类大器类型型比较比较方式方式输入输入信号信号取样取样方式方式取样取样信号信号 电压串联电压串联负反馈负反馈 串联串联 电压电压 并联并联 电压电压 接近于恒接近于恒压源压源 电压放电压放大器大器 电流串联电流串联负反馈负反馈 串联串联 电压电压 串联串联 电流电流 接近于恒接近于恒压源压源 互导放互导放大器大器 电压并联电压并联负反馈负反馈 并联并联 电流电流 并联并联 电压电压 接近于恒接近于恒流源流源 互阻放互阻放大器大器 电流并联电流并联负反馈负反馈 并联并联 电流电流 串联串联 电流电流 接近于恒接近于恒流源流源 电流放电流放大器大器反反馈馈系

5、系数数iUiUiIiIoUoUoIoIfUfUfUfUfIfIfIfIoIoIoUoUiBuBrBgB4.1.2 负反馈放大器的基本类型负反馈放大器的基本类型 4015. 4种负反馈类型变量关系种负反馈类型变量关系类型类型稳定输出稳定输出信号源信号源电压串联电压串联负反馈负反馈电压源电压源电流串联电流串联负反馈负反馈电压源电压源电压并联电压并联负反馈负反馈电流源电流源电流并联电流并联负反馈负反馈电流源电流源fABA UUAou UIAog IUAor IIAoiofuUUB ofrIUB ofgUIB ofiIIB ioufUUA iogfUIA iorfIUA ioifIIA oIoUoUo

6、I4.1.2 负反馈放大器的基本类型负反馈放大器的基本类型 402 6. 负反馈稳定输出变量负反馈稳定输出变量例例4-1：电流串联负反馈：电流串联负反馈ifUUU oI oI fU U 4.1.2 负反馈放大器的基本类型负反馈放大器的基本类型 取样什么，稳定什么！ 4034.24.2 负反馈对放大器性能影响负反馈对放大器性能影响 4.2.1 4.2.1 降低了放大器的增益降低了放大器的增益 4.2.2 4.2.2 提高了放大倍数的稳定性提高了放大倍数的稳定性 4.2.3 4.2.3 展宽了通频带展宽了通频带 4.2.4 4.2.4 减小了非线性失真减小了非线性失真 4.2.5 4.2.5 抑制

7、了内部噪声和干扰抑制了内部噪声和干扰 4.2.6 4.2.6 对输入电阻的影响对输入电阻的影响 4.2.7 4.2.7 对输出电阻的影响对输出电阻的影响 4044.2.1 降低了放大器的增益降低了放大器的增益1FA B 其中：其中：反馈网络的反馈系数反馈网络的反馈系数:基本放大器放大倍数基本放大器放大倍数:1AAB AF oofifXXAXXX 1ofXXXX oXAX foXBX fXA BX 反馈放大器放大倍数：反馈放大器放大倍数：环路增益：环路增益： 405fAA 1F对于负反馈对于负反馈0AB 4.2.1 降低了放大器的增益降低了放大器的增益11FABAB 加入负反馈后，增益会降低。虽

8、然这不是优点，加入负反馈后，增益会降低。虽然这不是优点，但换来了其他方面性能的改善。但换来了其他方面性能的改善。 406反馈深度：反馈深度：1fAAAFBA B 若若 F10 ，称为，称为深度负反馈深度负反馈 。此时：此时：上式是深反馈条件下计算的重要公式上式是深反馈条件下计算的重要公式注意：注意：负反馈的类型不同，闭环增益负反馈的类型不同，闭环增益Af 的含义不同。的含义不同。BFA14.2.1 降低了放大器的增益降低了放大器的增益 4074.2.2 提高了放大倍数的稳定性提高了放大倍数的稳定性稳定性的描述稳定性的描述dffAA dAA 增益稳定度定义增益稳定度定义：显然，增益相对变化量值越

9、小，增益稳定度越高。比较它们显然，增益相对变化量值越小，增益稳定度越高。比较它们的大小，即可看出加入负反馈后对增益稳定性的影响。的大小，即可看出加入负反馈后对增益稳定性的影响。和和ddd111ffAAAFABAAA 闭环增益的稳定性提高为原来的闭环增益的稳定性提高为原来的F 倍倍 408反馈反馈类型类型取取样样信信号号比比较较信信号号基本放大器增基本放大器增益益反馈系数反馈系数反馈深度反馈深度反馈放大器增反馈放大器增益益稳定量稳定量电压电压串联串联电电压压电电压压开环电压增益开环电压增益电压反馈系数电压反馈系数稳定稳定 、(当当 一定时一定时)电流电流串联串联电电流流电电压压开环互导增益开环互

10、导增益互阻反馈系数互阻反馈系数稳定稳定 、(当当 一定时一定时)电压电压并联并联电电压压电电流流开环互阻增益开环互阻增益互导反馈系数互导反馈系数稳定稳定 、(当当 一定时一定时)电流电流并联并联电电流流电电流流开环电流增益开环电流增益电流反馈系数电流反馈系数稳定稳定 、(当当 一定时一定时)XXAo0fXXBBA1FFAXXAiofUUAou0fuUUBuuBA1FFAAuuffA oUiUUIAog0frIUBrgBA1FFAAggffgAoIiUIUAor0fgUIBgrBA1FFAArrfrfAoUiIIIAoi0fiIIBiiBA1FFAAiififAoIiI4.2.2 提高了放大倍数

11、的稳定性提高了放大倍数的稳定性ufA 409定性说明：定性说明：注意：注意： fhf=Ffh。只有只有 为为单极点时才成立。单极点时才成立。 反馈类型不同，反馈类型不同， 的含义不同，故这里的的含义不同，故这里的通频带不一定对应于电通频带不一定对应于电压增益。压增益。A fA 4.2.3 展宽了通频带展宽了通频带 4101umumfumuAAAB 则：则：式中：式中：uB 设单级电压串联负反馈设单级电压串联负反馈 ， 为常数为常数 定量分析：定量分析：1umuhHAAfjf (1)HfumuHfABf 4.2.3 展宽了通频带展宽了通频带(1)11(1)1111(1)umuhumHuhfuhu

12、umumuHHumumfumuHfHumufAjAAfAffA BAjABjffAAABffjjffAB 411负反馈放大器的传输特性负反馈放大器的传输特性 线性关系，线性关系，Bu 是一常数是一常数4.2.4 减小了非线性失真减小了非线性失真以电压串联负反馈为例以电压串联负反馈为例uuO 基本放大器的传输特性基本放大器的传输特性fOuuOufuBu IOuufIuuu用传输特性曲线加以说明用传输特性曲线加以说明 4124.2.5 抑制了内部噪声和干扰抑制了内部噪声和干扰 引入负反馈后，虽然信噪比并没有得到提高引入负反馈后，虽然信噪比并没有得到提高, ,但但输出信号的减小可以通过提高输入信号来

13、弥补输出信号的减小可以通过提高输入信号来弥补, ,从从而为输出信噪比的提高提供了机会。而为输出信噪比的提高提供了机会。 413重要提示重要提示 负反馈只能负反馈只能改善反馈环节内的性能改善反馈环节内的性能，而不，而不能改善反馈环节外的性能。能改善反馈环节外的性能。 负反馈虽然改善了放大器的性能，但付出了负反馈虽然改善了放大器的性能，但付出了代价，即代价，即放大倍数下降放大倍数下降。 4144.2.6 对输入电阻的影响对输入电阻的影响由负反馈的定义可得由负反馈的定义可得:(1)ifXXXAB XFX iUFU iIFI 对对串联负反馈有：串联负反馈有：并联负反馈有：并联负反馈有： 4151串联负

14、反馈串联负反馈iifiiiFUUFURFRIII iRUI 其中：其中：4.2.6 对输入电阻的影响对输入电阻的影响 416iiifiRUURIFIF iRUI 2并联负反馈并联负反馈其中：其中：4.2.6 对输入电阻的影响对输入电阻的影响 4174.2.6 对输入电阻的影响对输入电阻的影响结论：结论： 引入串联负反馈，使放大器的输入电引入串联负反馈，使放大器的输入电阻阻增大增大，是基本放大器输入电阻的，是基本放大器输入电阻的F F倍倍。 引入并联负反馈，使放大器的输入电引入并联负反馈，使放大器的输入电阻阻减小减小，是基本放大器输入电阻的，是基本放大器输入电阻的1/F1/F。 4184.2.7

15、 对输出电阻的影响对输出电阻的影响输出电阻求解方法复习：输出电阻求解方法复习：osoooIUR短路电流开路电压 4191电压负反馈电压负反馈 ()ooooifoioooUA XA XXA XA BU 1oioooA XUA B 4.2.7 对输出电阻的影响对输出电阻的影响 420iXX ooiosooAXAXIRR 1oooofosoURRIA B 则反馈放大器的输出电阻为：则反馈放大器的输出电阻为： 1oioooA XUA B 1电压负反馈电压负反馈 4.2.7 对输出电阻的影响对输出电阻的影响 4214.2.7 对输出电阻的影响对输出电阻的影响2电流负反馈电流负反馈iXX oososioU

16、A X RA X R ooU 422()()osssifsiosIA XA XXA XBI 1siossA XIA B (1)ooofsoosURA B RI 则反馈放大器的输出电阻为：则反馈放大器的输出电阻为： oisosooRXARXAU4.2.7 对输出电阻的影响对输出电阻的影响2电流负反馈电流负反馈 423结论：结论： 引入电压负反馈后，使得输出电阻减小，为基本引入电压负反馈后，使得输出电阻减小，为基本放大器输出电阻的放大器输出电阻的 。 引入电流负反馈后，使得输出电阻增大，为基本引入电流负反馈后，使得输出电阻增大，为基本放大器输出电阻的倍放大器输出电阻的倍 。 输出电阻的表达式没有考

17、虑信号源内阻的影响。输出电阻的表达式没有考虑信号源内阻的影响。4.2.7 对输出电阻的影响对输出电阻的影响1 (1)oA B (1)sA B 4244.3 4.3 反馈的判别及引入反馈的判别及引入4.3.1 4.3.1 反馈类型的判别反馈类型的判别4.3.2 4.3.2 如何根据需要引入负反馈如何根据需要引入负反馈 4254.3.1 反馈类型的判别反馈类型的判别 1. 一般步骤：一般步骤：找到反馈网络找到反馈网络BB。 判断取样方式。判断取样方式。判断反馈方式。判断反馈方式。判断反馈极性。判断反馈极性。 4262. 方法与技巧方法与技巧 找反馈网络找反馈网络 ： B oU 消失消失 电压取样电

18、压取样fX 存在存在 电流取样电流取样fX 判断取样方式：判断取样方式：先找反馈支路。先找反馈支路。短路短路4.3.1 反馈类型的判别反馈类型的判别 427信号源信号源AB串联反馈串联反馈信号源信号源AB并联反馈并联反馈4.3.1 反馈类型的判别反馈类型的判别 2. 方法与技巧方法与技巧 找反馈网络找反馈网络 ： B 428 瞬时极性法瞬时极性法 假设输入端的电位为假设输入端的电位为+，依次判断，依次判断A和和B输出端电位输出端电位的实际极性。的实际极性。 并联反馈并联反馈 :若反馈到输入端的电位为负，则为负反若反馈到输入端的电位为负，则为负反馈；反之为正反馈。馈；反之为正反馈。 串联反馈串联

19、反馈: 若若 实际极性为正，则为负反馈；反之实际极性为正，则为负反馈；反之为正反馈。为正反馈。fU 2. 方法与技巧方法与技巧4.3.1 反馈类型的判别反馈类型的判别 判断反馈极性：判断反馈极性： 4293. 判断反馈类型的例子判断反馈类型的例子例例4-14-1 判别图下图所示电路是电压反馈还是电流反馈？是交判别图下图所示电路是电压反馈还是电流反馈？是交流反馈还是直流反馈或者两者兼而有之？是正反馈还是负反流反馈还是直流反馈或者两者兼而有之？是正反馈还是负反馈？馈？ (a) (b)4.3.1 反馈类型的判别反馈类型的判别 430 解：解：图图(a)中反馈支路为中反馈支路为 。若将输出端短路，。若

20、将输出端短路， 右端对交右端对交 流相当于接地，反馈消失，因此是电压反馈。它既对交流电压流相当于接地，反馈消失，因此是电压反馈。它既对交流电压反馈，也对直流电压反馈。反馈，也对直流电压反馈。 fR 图图(b)中反馈支路为中反馈支路为 。若将输出端短路，反馈仍存在；。若将输出端短路，反馈仍存在；若将输出端负载若将输出端负载 开路，反馈消失，故为电流反开路，反馈消失，故为电流反馈。显然，它既对交流电流反馈，也对直流电流反馈。馈。显然，它既对交流电流反馈，也对直流电流反馈。 eR(/)LcLRRR 是负反馈。交流负反馈用来改善放大器的性能；直流负反是负反馈。交流负反馈用来改善放大器的性能；直流负反馈

21、用来提高静态工作点的稳定性。馈用来提高静态工作点的稳定性。fR4.3.1 反馈类型的判别反馈类型的判别 431例例4-2 电路如图电路如图1所示，试分析电路中通过哪些元件引入了级间所示，试分析电路中通过哪些元件引入了级间反馈？各是什么类型反馈？反馈？各是什么类型反馈？ 解：解：在图中通过反馈元件在图中通过反馈元件 、 引入了级间（第引入了级间（第3级至第级至第1级）的交流反馈（隔断了直流）；级）的交流反馈（隔断了直流）；通过反馈元件通过反馈元件 、 引引入了级间（第入了级间（第2级至第级至第1级）的直级）的直流反馈（将交流旁路了）。流反馈（将交流旁路了）。 1fR3C2fR2C4.3.1 反馈

22、类型的判别反馈类型的判别 432 对于交流反馈，将输出端短路，反馈未消失，故为电流反对于交流反馈，将输出端短路，反馈未消失，故为电流反馈。由于输入信号加于馈。由于输入信号加于VTVT1 1的基极与地之间，而反馈信号加在的基极与地之间，而反馈信号加在VTVT1 1的发射极与地之间，不在同一输入端故为串联反馈。下面用的发射极与地之间，不在同一输入端故为串联反馈。下面用瞬时极性法进行分析：先假设瞬时极性法进行分析：先假设 的瞬时极性为上的瞬时极性为上 下下 ，由于，由于VTVT1 1为共射接法，故为共射接法，故VTVT1 1集电极的输出电压为上集电极的输出电压为上 下下 ，VTVT2 2又是又是共射

23、接法，所以共射接法，所以VTVT2 2集电极的输出电压又反相一次为上集电极的输出电压又反相一次为上 下下 ，VTVT3 3还是共射接法，输出电压应为上还是共射接法，输出电压应为上 下下 ，故，故 的流向如图中的流向如图中所标那样，所标那样， 的一部分流过的一部分流过 和和 ，自然在，自然在 上产生的电压为上产生的电压为上上 下下 ，削弱了，削弱了 的作用，故为负反馈（的作用，故为负反馈（ 上电压的极性也上电压的极性也可这样分析；可这样分析；VTVT3 3发射极电压应为基极电压同相，为上发射极电压应为基极电压同相，为上 下下 ，故故 的电压为上的电压为上 下下 ）。）。 iuoIoI1fR1eR

24、1eRiu1eR1eR4.3.1 反馈类型的判别反馈类型的判别 433判断反馈类型的判断反馈类型的4个例子个例子4.3.1 反馈类型的判别反馈类型的判别 电压串联负反馈电压串联负反馈电流并联负反馈电流并联负反馈 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 4344.3.2 如何根据需要引入负反馈如何根据需要引入负反馈 例例4-3 图示的多级放大器中，试说明为了实现以下几个方面的图示的多级放大器中，试说明为了实现以下几个方面的求，应该分别引入什么样的负反馈，并标出反馈途径。求，应该分别引入什么样的负反馈，并标出反馈途径。 （1）频率改变时，电压放大倍数比较稳定；）频率改变时，电压

25、放大倍数比较稳定； （2）减小对对信号源取用的电流。）减小对对信号源取用的电流。 435解：解：(1)由于输入电压一定，只要使输出电压稳定，电压放大倍由于输入电压一定，只要使输出电压稳定，电压放大倍数也就稳定了。要稳定输出电压，必须引入数也就稳定了。要稳定输出电压，必须引入电压负反馈电压负反馈。对。对该电路而言，在电压反馈的前提下，只能接成该电路而言，在电压反馈的前提下，只能接成并联形式并联形式，才，才能保证是负反馈。能保证是负反馈。例例43 436 (2)要减小对信号源取用的电流，也就是说要提高放大器要减小对信号源取用的电流，也就是说要提高放大器的输入电阻，这就要求引入的输入电阻，这就要求引

26、入串联反馈串联反馈，对于该电路，只能引，对于该电路，只能引入入电流串联负反馈电流串联负反馈。 例例43 4374.4 4.4 负反馈放大器的分析方法负反馈放大器的分析方法4.4.1 4.4.1 方框图分析法方框图分析法4.4.2 4.4.2 近似计算方法近似计算方法4.4.3 4.4.3 举例说明举例说明4.4.4 4.4.4 计算机辅助分析法计算机辅助分析法 4384.4.1 方框图法的两个假设方框图法的两个假设 (1)信号从输入端传送到输出端只通过基本放大器，不信号从输入端传送到输出端只通过基本放大器，不通过反馈网络，即无直通效应。通过反馈网络，即无直通效应。 (2)反馈信号从输出端传送到

27、输入端只通过反馈网络，反馈信号从输出端传送到输入端只通过反馈网络，不通过基本放大器，即反馈网络无负载效应。不通过基本放大器，即反馈网络无负载效应。 即无论是输入信号，还是反馈信号都只有一个通道。即无论是输入信号，还是反馈信号都只有一个通道。 4394.4.2 深度负反馈条件下电压增益的的近似计算深度负反馈条件下电压增益的的近似计算 步骤：步骤： 判断反馈类型判断反馈类型B ufA 在深负反馈情况下：在深负反馈情况下：对于电压串联负反馈：对于电压串联负反馈：对于电流并联负反馈：对于电流并联负反馈：对于电压并联负反馈：对于电压并联负反馈：对于电流串联负反馈：对于电流串联负反馈：1ufuAB 1rf

28、gAB 1gfrAB 1ifiAB fA 计算计算 计算计算 计算增益计算增益 4404.4.3 举例说明举例说明例例4-4 电路如图所示，求：电路如图所示，求：ufA 441反馈类型：反馈类型：电压串联负反馈电压串联负反馈9910fuoURBURR 1091181oufiuURAUBR 解：解：4.4.3 举例说明举例说明 442例例4-5 电路如图所示，求电路如图所示，求ufA 解：解： 反馈类型：反馈类型：电流并联负反馈电流并联负反馈22feioefIRBIRR 21(1)3.9foifiieRIAIBR 深负反馈，满足深负反馈，满足4.1ooLoLufisbibUI RI RAUI R

29、I R ifbRR4.4.3 举例说明举例说明5.1koI 443例例4-6 电路如图所示，求电路如图所示，求ufA 反馈类型：反馈类型：电压并联负反馈电压并联负反馈1fgofIBUR 1orffigUARIB 解：解：深负馈，满足深负馈，满足ifbRR4.4.3 举例说明举例说明ifoooufsbibbRUUUAUI RI RR 444例例4-7 电路如图所示，求电路如图所示，求ufA 解：解：反馈类型：反馈类型：电流串联负反馈电流串联负反馈3113efeeeofrRRRRRIUB13131efeogfireeRRRIAUBR R 133313()(/)(/)efecLoocLufiieeR

30、RRRRUIRRAUUR R 4.4.3 举例说明举例说明 4454.4.4 计算机辅助分析法计算机辅助分析法 利用利用PSPICE或或Workbench等程序对电路进行等程序对电路进行分析。分析。 例例4-8 利用计算机辅助分析法分析如下电路如图。利用计算机辅助分析法分析如下电路如图。 4464.0888usmA 8 .0 2 9 9 H zLf 由分析结果可求出由分析结果可求出4.4.4 计算机辅助分析法计算机辅助分析法 4474.5 4.5 反馈放大器的稳定性反馈放大器的稳定性4.5.1 4.5.1 反馈放大器的稳定判据反馈放大器的稳定判据4.4.2 4.4.2 反馈放大器的稳定裕度反馈

31、放大器的稳定裕度4.5.3 4.5.3 相位补偿技术相位补偿技术 4484.5.1 反馈放大器的稳定判据反馈放大器的稳定判据 自激：自激：1fAAAB 10AB 若若 fA 1AB 1A B arg(21)ABn n=0，1，2. 幅值条件幅值条件 相位条件相位条件 00ioXX而而 自激的条件自激的条件1. 自激与自激的条件自激与自激的条件 449负反馈：负反馈： 放大器级数附加相移放大器级数附加相移 若在某一频率若在某一频率fo处，附加相移使反馈信号与输处，附加相移使反馈信号与输入信号同相（即正反馈），而环路增益又等于入信号同相（即正反馈），而环路增益又等于1，则放大器就能自激。则放大器就

32、能自激。4.5.1 反馈放大器的稳定判据反馈放大器的稳定判据1. 自激与自激的条件自激与自激的条件 4502. 反馈放大器的稳定判据反馈放大器的稳定判据 频率判据法：频率判据法： 用反馈放大器频率特性波特图来判断放大器用反馈放大器频率特性波特图来判断放大器 是否自激的方法。是否自激的方法。 20lg|() ()|A jB j ()ABj 环路增益的波特图环路增益的波特图 幅频特性幅频特性相频频特相频频特4.5.1 反馈放大器的稳定判据反馈放大器的稳定判据 4512. 反馈放大器的稳定判据反馈放大器的稳定判据 4.5.1 反馈放大器的稳定判据反馈放大器的稳定判据 相位交界频率相位交界频率 增益交界频率增益交界频率 |()|ABf 2