第六章 放大电路中的反馈1

1、第六章第六章 放大电路中的反馈放大电路中的反馈教学目标：教学目标： 掌握用集成运放组成的反馈放大电路的类掌握用集成运放组成的反馈放大电路的类型和极性的判断方法，掌握负反馈对放大电路型和极性的判断方法，掌握负反馈对放大电路性能的影响，会估算深度负反馈下的闭环增益；性能的影响，会估算深度负反馈下的闭环增益；理解理解“虚短虚短”和和“虚断虚断”的概念，理解用开环的概念，理解用开环增益和反馈系数表示闭环增益公式的含义，理增益和反馈系数表示闭环增益公式的含义，理解反馈放大电路的自激条件。解反馈放大电路的自激条件。估算深度负反馈下的闭环增益。估算深度负反馈下的闭环增益。难点：难点： 集成运放组成的反馈放大

2、电路类型和极性集成运放组成的反馈放大电路类型和极性的判断、的判断、“虚短虚短”和和“虚断虚断”的概念、负反馈的概念、负反馈对放大电路性能的影响。对放大电路性能的影响。重点：重点：6.1 6.1 反馈的基本概念及判断方法反馈的基本概念及判断方法6.1.1 反馈的基本概念反馈的基本概念一、什么是反馈一、什么是反馈 在电子电路中，将输出量（输出电压或输在电子电路中，将输出量（输出电压或输出电流）的一部分或全部通过一定的电路形式出电流）的一部分或全部通过一定的电路形式作用到输入回路，用来影响其输入量（放大电作用到输入回路，用来影响其输入量（放大电路的输入电压或输入电流）的措施称为反馈。路的输入电压或输

3、入电流）的措施称为反馈。 反馈的目的是通过输出对输入的影响来改反馈的目的是通过输出对输入的影响来改善系统的运行状况及控制效果。善系统的运行状况及控制效果。 按照反馈放大电路各部分电路的主要功能按照反馈放大电路各部分电路的主要功能可将其分为基本放大电路和反馈网络两部分。可将其分为基本放大电路和反馈网络两部分。二、正反馈与负反馈二、正反馈与负反馈 使放大电路净输入量增大的反馈称为正反馈，使放大电路净输入量增大的反馈称为正反馈，使放大电路净输入量减小的反馈称为负反馈。使放大电路净输入量减小的反馈称为负反馈。根据反馈的效果区分根据反馈的效果区分根据输出量的变化区分根据输出量的变化区分 反馈的结果使输出

4、量的变化增大时为正反馈，反馈的结果使输出量的变化增大时为正反馈，使输出量的变化减小为负反馈。使输出量的变化减小为负反馈。三、直流反馈与交流反馈三、直流反馈与交流反馈如果反馈量只含有直流量，则称为直流反馈；如果反馈量只含有直流量，则称为直流反馈；如果反馈量只含有交流量，则称为交流反馈。如果反馈量只含有交流量，则称为交流反馈。仅在直流通路中存在的反馈称为直流反馈；仅在直流通路中存在的反馈称为直流反馈；仅在交流通路中存在的反馈称为交流反馈。仅在交流通路中存在的反馈称为交流反馈。直流负反馈主要用于稳定放大电路的静态工作点。直流负反馈主要用于稳定放大电路的静态工作点。6.1.2 反馈的判断反馈的判断一、

5、有无反馈的判断一、有无反馈的判断 若放大电路中存在将输出回路与输入回路相若放大电路中存在将输出回路与输入回路相连接的通路，即反馈通路，并由此影响了放大电连接的通路，即反馈通路，并由此影响了放大电路的净输入，则表明电路引入了反馈；否则电路路的净输入，则表明电路引入了反馈；否则电路中便没有反馈。中便没有反馈。二、反馈极性的判断二、反馈极性的判断瞬时极性法是判断电路中反馈极性的基本方法。瞬时极性法是判断电路中反馈极性的基本方法。 规定电路输入信号在某一时刻对地的极性，规定电路输入信号在某一时刻对地的极性，并以此为依据，逐级判断电路中各相关点电流的并以此为依据，逐级判断电路中各相关点电流的流向和电位的

6、极性，从而得到输出信号的极性；流向和电位的极性，从而得到输出信号的极性；根据输出信号的极性判断出反馈信号的极性；根据输出信号的极性判断出反馈信号的极性； 若反馈信号使基本放大电路的净输入信号增若反馈信号使基本放大电路的净输入信号增大，则说明引入了正反馈；大，则说明引入了正反馈； 若反馈信号使基本放大电路的净输入信号减若反馈信号使基本放大电路的净输入信号减小，则说明引入了负反馈。小，则说明引入了负反馈。 反馈量是仅仅决定于输出量的物理量，而反馈量是仅仅决定于输出量的物理量，而与输入量无关。与输入量无关。负反馈负反馈正反馈正反馈负反馈负反馈分立元件电路分立元件电路电路引入了负反馈电路引入了负反馈三

7、、直流反馈与交流反馈的判断三、直流反馈与交流反馈的判断 可以通过反馈是存在于放大电路的直流通路可以通过反馈是存在于放大电路的直流通路之中还是交流通路之中，来判断电路引入的是直之中还是交流通路之中，来判断电路引入的是直流反馈还是交流反馈。流反馈还是交流反馈。电路只引入了直流反馈，而没有引入交流反馈。电路只引入了直流反馈，而没有引入交流反馈。例：判断电路中是否引入了反馈；若引入了反馈，例：判断电路中是否引入了反馈；若引入了反馈，是直流反馈还是交流反馈？是正反馈还是负反馈？是直流反馈还是交流反馈？是正反馈还是负反馈？电路中既引入了直流反馈又引入了交流反馈。电路中既引入了直流反馈又引入了交流反馈。电路

8、中引入了负反馈。电路中引入了负反馈。6.2 6.2 负反馈放大电路的四种基本组态负反馈放大电路的四种基本组态6.2.1 负反馈放大电路分析要点负反馈放大电路分析要点uo uN uD（uI-uN）uo结论：结论：（1）交流负反馈使放大电路的输出量与输入量）交流负反馈使放大电路的输出量与输入量之间具有稳定的比例关系，任何因素引起的输出之间具有稳定的比例关系，任何因素引起的输出量的变化均得到抑制。量的变化均得到抑制。OIuu（2）反馈量实质上是对输出量的取样，其数值）反馈量实质上是对输出量的取样，其数值与输出量成正比。与输出量成正比。（3）负反馈的基本作用是将引回的反馈量与输）负反馈的基本作用是将引

9、回的反馈量与输入量相减，从而调整电路的净输入量和输出量。入量相减，从而调整电路的净输入量和输出量。（4）反馈量取自输出电压将使输出电压稳定，）反馈量取自输出电压将使输出电压稳定，反馈量取自输出电流将使输出电流稳定。反馈量取自输出电流将使输出电流稳定。 当反馈量取自输出电压时称为电压反馈，取当反馈量取自输出电压时称为电压反馈，取自输出电流时称为电流反馈。自输出电流时称为电流反馈。 当反馈量与输入量以电压方式相叠加时称为当反馈量与输入量以电压方式相叠加时称为串联反馈，以电流方式相叠加时称为并联反馈。串联反馈，以电流方式相叠加时称为并联反馈。（2）从输入端看，反馈量与输入量是以电压方）从输入端看，反

10、馈量与输入量是以电压方式相叠加，还是以电流方式相叠加。式相叠加，还是以电流方式相叠加。（1）从输出端看，反馈量是取自于输出电压，）从输出端看，反馈量是取自于输出电压，还是取自于输出电流。还是取自于输出电流。对于具体的负反馈放大电路对于具体的负反馈放大电路6.2.2 四种负反馈组态四种负反馈组态一、电压串联负反馈一、电压串联负反馈 若从输出电压取样，通过反馈网络得到反馈若从输出电压取样，通过反馈网络得到反馈电压，然后与输入电压相比较，求得差值作为净电压，然后与输入电压相比较，求得差值作为净输入电压进行放大，则称电路中引入了电压串联输入电压进行放大，则称电路中引入了电压串联负反馈。负反馈。反馈电压

11、反馈电压112FORuuRR“虚断路虚断路”：iP、iN趋于零趋于零“虚短路虚短路”：uPuN输入电压输入电压1IDRDFFuuuuuu输出电压输出电压21(1)OIRuuR二、电流串联负反馈二、电流串联负反馈结论：结论：（1）电压负反馈能够稳定输出电压，电流负反）电压负反馈能够稳定输出电压，电流负反馈能够稳定输出电流。馈能够稳定输出电流。（2）串联负反馈电路的输入电流很小，适用于）串联负反馈电路的输入电流很小，适用于输入信号为恒压源或近似恒压源的情况。输入信号为恒压源或近似恒压源的情况。1FOui RFIuu11OIiuR三、电压并联负反馈三、电压并联负反馈 当输入信号为恒流源或近似恒流源时

12、，若反馈当输入信号为恒流源或近似恒流源时，若反馈信号取自输出电压信号取自输出电压uo，并转换成反馈电流，并转换成反馈电流iF，与输，与输入电流入电流iI求差后放大，则得到电压并联负反馈放大求差后放大，则得到电压并联负反馈放大电路。电路。0NPuuOFuiR IFiiOIui R 四、电流并联负反馈四、电流并联负反馈 当输入信号为恒流源或近似恒流源时，若反馈当输入信号为恒流源或近似恒流源时，若反馈信号取自输出电流信号取自输出电流io，并转换成反馈电流，并转换成反馈电流iF，与输，与输入电流入电流iI求差后放大，则得到电流并联负反馈放大求差后放大，则得到电流并联负反馈放大电路。电路。0NPuu21

13、2IFORiiiRR 12(1)OIRiiR 放大电路中应引入电压负反馈还是电流负放大电路中应引入电压负反馈还是电流负反馈，取决于负载欲得到稳定的电压还是稳定的反馈，取决于负载欲得到稳定的电压还是稳定的电流；电流； 放大电路中应引入串联负反馈还是并联负放大电路中应引入串联负反馈还是并联负反馈，取决于输入信号是恒压源（或近似恒压源）反馈，取决于输入信号是恒压源（或近似恒压源）还是恒流源（或近似恒流源）。还是恒流源（或近似恒流源）。6.2.3 反馈组态的判断反馈组态的判断一、电压负反馈与电流负反馈的判断一、电压负反馈与电流负反馈的判断 在电压负反馈电路中，反馈量取自输出电压，在电压负反馈电路中，反

14、馈量取自输出电压，并与之成比例；并与之成比例； 在电流负反馈电路中，反馈量取自输出电流，在电流负反馈电路中，反馈量取自输出电流，并与之成比例。并与之成比例。 只要令负反馈放大电路的输出电压只要令负反馈放大电路的输出电压uo为零，为零，若反馈量也随之为零，则说明电路中引入了电压若反馈量也随之为零，则说明电路中引入了电压负反馈；负反馈； 若反馈量依然存在，则说明电路中引入了电若反馈量依然存在，则说明电路中引入了电流负反馈。流负反馈。 反馈量仅仅决定于输出量，而由输入量直接作反馈量仅仅决定于输出量，而由输入量直接作用所产生的电流（电压）不是反馈量。用所产生的电流（电压）不是反馈量。电压负反馈电压负反

15、馈电流负反馈电流负反馈二、串联反馈与并联反馈的判断二、串联反馈与并联反馈的判断 串联反馈与并联反馈的区别在于基本放大电串联反馈与并联反馈的区别在于基本放大电路的输入回路与反馈网络的连接方式不同。路的输入回路与反馈网络的连接方式不同。 若反馈信号为电压量，与输入电压求差而获若反馈信号为电压量，与输入电压求差而获得净输入电压，则为串联反馈；得净输入电压，则为串联反馈； 若反馈信号为电流量，与输入电流求差而获若反馈信号为电流量，与输入电流求差而获得净输入电流，则为并联反馈。得净输入电流，则为并联反馈。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 负反

16、馈放大电路的方块图表示法负反馈放大电路的方块图表示法图中图中iifXXX在信号的中频段，它们在信号的中频段，它们均为实数，所以均为实数，所以/iifXXX基本放大电路的放大倍数为基本放大电路的放大倍数为oiXAX 反馈系数为反馈系数为foXFX负反馈放大电路的放大倍数（闭环放大倍数）为负反馈放大电路的放大倍数（闭环放大倍数）为ofiXAX可得可得fiXAFX AF 称为电路的环路放大倍数称为电路的环路放大倍数6.3.2 四种组态电路的方块图四种组态电路的方块图（a）电压串联负反馈电路）电压串联负反馈电路 （b）电流串联负反馈电路）电流串联负反馈电路（c）电压并联负反馈电路）电压并联负反馈电路

17、（d）电流并联负反馈电路）电流并联负反馈电路反馈反馈组态组态功能功能电压电压串联串联 控制控制电压放大电压放大电流电流串联串联 控制控制电压转换电压转换成电流成电流电压电压并联并联 控制控制电流转换电流转换成电压成电压电流电流并联并联 控制控制电流放大电流放大ifiXXX、OXAFfAifiUU、UOUOuuiUAUfuuOUFUOuufiUAUiUOUifiUU、UOIOiuiIAUfuiOUFIOuufiUAUOiufiIAUifiI、I 、IOUOuiiUAIfiuOIFUOuifiUAIifiI、I 、IOIOiiiIAIfiiOIFIOiifiIAIiUOIiIOUiIOI四种组态负

18、反馈放大电路的比较四种组态负反馈放大电路的比较6.3.3 负反馈放大电路的一般表达式负反馈放大电路的一般表达式ooifiifiiXXAXAXXXXAFX 1fAAAF 在中频段可写成在中频段可写成1fAAAF 当当电路引入负反馈时，电路引入负反馈时，AF 0，表明引入负，表明引入负反馈后电路的放大倍数等于基本放大电路放大反馈后电路的放大倍数等于基本放大电路放大倍数的（倍数的（1+AF）分之一，而且）分之一，而且A、F 和和Af的符号的符号均相同。均相同。若若AF+11，则，则1fAF 当电路引入深度负反馈（即当电路引入深度负反馈（即1+AF 1）时，）时，放大倍数几乎仅仅决定于反馈网络，而与基

19、本放放大倍数几乎仅仅决定于反馈网络，而与基本放大电路无关。大电路无关。 若若 ，即，即 ，则，则 大于大于 ， 说明电路中引入了正反馈；说明电路中引入了正反馈；0AF 11AF fAA 若若 ，使，使 ，则，则 为无穷大，为无穷大， 说明电路在输入量为说明电路在输入量为0时就有输出，称电路产生了自时就有输出，称电路产生了自激振荡。激振荡。1AF 10AF fA6.4 6.4 深度负反馈放大电路放大倍数的分析深度负反馈放大电路放大倍数的分析6.4.1 深度负反馈的实质深度负反馈的实质若若 ，则，则11AF 1fAF根据根据 和和 的定义的定义fAFofiXAXfoXFX1offXAFX说明说明

20、。ifXX深度负反馈的实质是在近似分析中忽略净输入量。深度负反馈的实质是在近似分析中忽略净输入量。当电路引入深度串联负反馈时，当电路引入深度串联负反馈时，ifUU认为净输入电压认为净输入电压 可忽略不计。可忽略不计。iU当电路引入深度并联负反馈时，当电路引入深度并联负反馈时，ifII认为净输入电流认为净输入电流 可忽略不计。可忽略不计。iI6.4.2 反馈网络的分析反馈网络的分析电压串联负反馈电路电压串联负反馈电路的反馈系数为的反馈系数为112fuuoURFURR电流串联负反馈电路电流串联负反馈电路的反馈系数为的反馈系数为fouiooUI RFRII电压并联负反馈电路电压并联负反馈电路的反馈系

21、数为的反馈系数为1ofiuooUIRFUUR 电流并联负反馈电路电流并联负反馈电路的反馈系数为的反馈系数为212fiioIRFIRR 6.4.3 放大倍数的分析放大倍数的分析一、电压串联负反馈电路一、电压串联负反馈电路1oouufufifuuUUAAUUF二、电流串联负反馈电路二、电流串联负反馈电路电流串联负反馈电路的放大倍数电流串联负反馈电路的放大倍数1ooiufifuiIIAUUF输出电压输出电压ooLUI R电压放大倍数电压放大倍数1ooLufLifuiUI RARUUF三、电压并联负反馈电路三、电压并联负反馈电路电压并联负反馈电路的放大倍数电压并联负反馈电路的放大倍数1oouififi

22、uUUAIIF电压放大倍数电压放大倍数11oousfsfsiusUUAUI RFR由于由于sisfsUI RI R四、电流并联负反馈电路四、电流并联负反馈电路电流并联负反馈电路的放大倍数电流并联负反馈电路的放大倍数1ooiififiiIIAIIF输出电压输出电压ooLUI R电压放大倍数电压放大倍数1ooLLusfsfsiisUI RRAUI RFR求解深度负反馈放大电路放大倍数的一般步骤是：求解深度负反馈放大电路放大倍数的一般步骤是：（1）正确判断反馈组态；）正确判断反馈组态；（2）求解反馈系数；）求解反馈系数；（3）利用）利用 求解求解 、 （或（或 ）。）。FufAfAusfA当电路引入

23、串联负反馈时，当电路引入串联负反馈时，ifUU当电路引入并联负反馈时，大多数情况下当电路引入并联负反馈时，大多数情况下sfsUI R当电路引入电流负反馈时，当电路引入电流负反馈时，/ooLUI RLR是电路输出端所接总电阻是电路输出端所接总电阻6.5 6.5 负反馈对放大电路性能的影响负反馈对放大电路性能的影响6.5.1 稳定放大倍数稳定放大倍数在中频段在中频段1fAAAF对上式求微分对上式求微分22(1)(1)(1)fAF dAAFdAdAdAAFAF两式相除两式相除11ffdAdAAAFAAf 的稳定性是的稳定性是A的（的（1+AF）倍）倍6.5.2 改变输入电阻和输出电阻改变输入电阻和输

24、出电阻一、对输入电阻的影响一、对输入电阻的影响1. 串联负反馈增大输入电阻串联负反馈增大输入电阻基本放大电路的输入电阻基本放大电路的输入电阻iiiURI整个电路的输入电阻整个电路的输入电阻ifiiiifiiiUUUUAFURIII串联负反馈放大电路输入电阻串联负反馈放大电路输入电阻(1)ifiRAF R 引入串联负反馈，使引入反馈的支路的等效引入串联负反馈，使引入反馈的支路的等效电阻增大到基本放大电路输入电阻的（电阻增大到基本放大电路输入电阻的（1+AF）倍）倍2. 并联负反馈减小输入电阻并联负反馈减小输入电阻基本放大电路的输入电阻基本放大电路的输入电阻iiiURI整个电路的输入电阻整个电路的

25、输入电阻iiiifiifiiUUURIIIIAFI并联负反馈放大电路输入电阻并联负反馈放大电路输入电阻1iifRRAF 引入并联负反馈后，输入电阻为基本放大电引入并联负反馈后，输入电阻为基本放大电路输入电阻的（路输入电阻的（1+AF）分之一。）分之一。二、对输出电阻的影响二、对输出电阻的影响1. 电压负反馈减小输出电阻电压负反馈减小输出电阻1oofRRAF 引入负反馈后输出电阻仅为基本放大电路输引入负反馈后输出电阻仅为基本放大电路输出电阻的（出电阻的（1+AF）分之一。）分之一。2. 电流负反馈增大输出电阻电流负反馈增大输出电阻(1)ofoRAF RRof 增大到增大到Ro的（的（1+AF）倍

26、。）倍。6.5.3 展宽频带展宽频带引入负反馈后上限频率引入负反馈后上限频率HfH(1)mfA F f引入负反馈后下限频率引入负反馈后下限频率LfL(1)mffA F无反馈时的通频带为无反馈时的通频带为HLHbWffff引入负反馈后通频带引入负反馈后通频带HfLfHfbWfffff(1)bWfbWfAF f 引入负反馈使频带展宽到基本放大电路的引入负反馈使频带展宽到基本放大电路的（1+AF）倍。）倍。AAF6.5.4 减小非线性失真减小非线性失真6.5.5 放大电路中引入负反馈的一般原则放大电路中引入负反馈的一般原则1.为了稳定静态工作点，应引入直流负反馈；为了为了稳定静态工作点，应引入直流负

27、反馈；为了改善电路的动态性能，应引入交流负反馈。改善电路的动态性能，应引入交流负反馈。2.当信号源为恒压源或内阻较小的电压源时，为增当信号源为恒压源或内阻较小的电压源时，为增大放大电路的输入电阻，以减小信号源的输出电流大放大电路的输入电阻，以减小信号源的输出电流和内阻上的压降，应引入串联负反馈。和内阻上的压降，应引入串联负反馈。 当信号源为恒流源或内阻较大的电流源时，为当信号源为恒流源或内阻较大的电流源时，为减小放大电路的输入电阻，使电路获得更大的输入减小放大电路的输入电阻，使电路获得更大的输入电流，应引入并联负反馈。电流，应引入并联负反馈。3.当负载需要稳定的输出电压信号时，应引入电压当负载

28、需要稳定的输出电压信号时，应引入电压负反馈；当负载需要稳定的电流信号时，应引入电负反馈；当负载需要稳定的电流信号时，应引入电流负反馈。流负反馈。4.在需要进行信号变换时，应选择合适的组态。在需要进行信号变换时，应选择合适的组态。 例如，若将电流信号转换成电压信号，应在放例如，若将电流信号转换成电压信号，应在放大电路中引入电压并联负反馈；若将电压信号转换大电路中引入电压并联负反馈；若将电压信号转换成电流信号，应在放大电路中引入电流串联负反馈。成电流信号，应在放大电路中引入电流串联负反馈。6.6 6.6 负反馈放大电路的稳定性负反馈放大电路的稳定性6.6.1 负反馈放大电路自激振荡产生的原因和条件

29、负反馈放大电路自激振荡产生的原因和条件一、自激振荡产生的原因一、自激振荡产生的原因负反馈放大电路的一般表达式为负反馈放大电路的一般表达式为1fAAAF 在中频段，在中频段， （n为整数），因此为整数），因此2AFniifXXX 在低频和高频段，当某一频率在低频和高频段，当某一频率f0的信号使附加的信号使附加相移相移 （n为奇数）时为奇数）时AFniifXXX 输出量输出量 也随之增大，反馈的结果使放大也随之增大，反馈的结果使放大倍数增大。倍数增大。oX 如果在输入信号为零时，由于某种电扰动，如果在输入信号为零时，由于某种电扰动，其中含有频率为其中含有频率为f0的信号，使的信号，使 ，由，由此产生了输出信号此产生了输出信号 ，则，则AF oXoXfXiX oX电路产生了自激振荡电路产生了自激振荡 电路产生自激振荡时，输出信号有其特定的电路产生自激振荡时，输出信号有其特定的频率频率f0和一定的幅值，且振荡频率和一定的幅值，且振荡频率f0必在电路的低必在电路的低频段或高频段。频段或高频段。 电路一旦产生自激振荡将无法正常放大，称电路一旦产生自激振荡将无法正常放大，称电路处于不稳定状态。电路处于不稳定状态。二、自激振荡的平衡条件二、自激振荡的平衡条件电路产生自激振荡时，电路产生自激