第04章负反馈放大电路

1、第第6章章 负反馈放大电路负反馈放大电路4.2 反馈的类型及判别方法反馈的类型及判别方法4.1 反馈的基本概念及分类反馈的基本概念及分类4.3 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4.5 负反馈放大电路的稳定性负反馈放大电路的稳定性2学习目标：学习目标：1.理解反馈的概念；理解反馈的概念；2.能画出反馈电路的结构；能画出反馈电路的结构；3.能记住反馈电路的基本方程；能记住反馈电路的基本方程；4.能说出反馈的判别方法并能熟练判别反馈能说出反馈的判别方法并能熟练判别反馈的类型；的类型；3 所谓反馈，是指将放大电路输出量（电压或电流）的一部分或全部，所谓反馈，是指将放大电路输出量（电

2、压或电流）的一部分或全部，通过某种电路（称为反馈网络）送回到输入回路的过程。通过某种电路（称为反馈网络）送回到输入回路的过程。 引入反馈后，电路成为一个闭引入反馈后，电路成为一个闭合环路，称为闭环放大电路；无合环路，称为闭环放大电路；无反馈通路的放大电路也称为开环反馈通路的放大电路也称为开环放大电路。放大电路。 oX + - 反馈网络反馈网络 正向传输正向传输 iX 反向传输反向传输 idX fX 基本放大电路基本放大电路 A F 图图6.1.1 反馈放大电路的组成反馈放大电路的组成 4.1.1 反馈的基本概念反馈的基本概念4.1 反馈的基本概念反馈的基本概念4doXXA ofXXF fidX

3、XX fXdXoXiX+5fidXXX 净输入信号净输入信号若三者同相，则若三者同相，则 Xd = Xi XffXdXoXiX+6fiidXXX idoXXA ofXXF iofXXA FAAXFAXXXXXXXA 1ooofidoiof称为反馈深度，其值越大，反馈深度亦越深。称为反馈深度，其值越大，反馈深度亦越深。 oX + - 反馈网络反馈网络 正向传输正向传输 iX 反向传输反向传输 idX fX 基本放大电路基本放大电路 A F 图图6.1.1 反馈放大电路的组成反馈放大电路的组成 4.1.2 反馈放大电路的基本表达式反馈放大电路的基本表达式4.1 反馈的基本概念反馈的基本概念开环增益

4、开环增益 反馈系数反馈系数 求和环节求和环节 求解求解闭环增益闭环增益 |FA 1|7 4.2.1 反馈的分类反馈的分类4.2 反馈的类型及判别反馈的类型及判别1正反馈与负反馈正反馈与负反馈 2交流反馈与直流反馈交流反馈与直流反馈 3串联反馈与并联反馈串联反馈与并联反馈4电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈 反馈信号与输入信号串联，即反反馈信号与输入信号串联，即反馈信号与输入信号以电压形式作馈信号与输入信号以电压形式作比较，称为比较，称为串联反馈串联反馈。反馈信号与输入信号并联，即反馈信号与输入信号并联，即反馈信号与输入信号以电流形反馈信号与输入信号以电流形式作比较，称为式作比较，称为并联反馈

5、并联反馈。如果反馈信号取如果反馈信号取自输出电压，叫自输出电压，叫电压反馈电压反馈。如果反馈信号取自输出电流，如果反馈信号取自输出电流，叫叫电流反馈电流反馈。8 1. 正反馈与负反馈正反馈与负反馈4.2.2 反馈的分类及判别反馈的分类及判别 采用采用瞬时极性法瞬时极性法来判断反馈放大电路的来判断反馈放大电路的反馈极性反馈极性。 具体判断方法是：具体判断方法是： 先假设输入信号在某一时刻的瞬时极性为正，然后在电路中，先假设输入信号在某一时刻的瞬时极性为正，然后在电路中，从输入端开始，沿着信号流向（基本放大电路中信号正向传输，反从输入端开始，沿着信号流向（基本放大电路中信号正向传输，反馈通路中信号

6、反向传输），根据放大电路输入输出的相位关系，逐馈通路中信号反向传输），根据放大电路输入输出的相位关系，逐级标出该时刻有关节点电压的瞬时极性，级标出该时刻有关节点电压的瞬时极性， 最后判断信号反馈到输入端是最后判断信号反馈到输入端是削弱削弱还是还是增强增强了净输入信号，如了净输入信号，如果是削弱，则为负反馈，反之则为正反馈。果是削弱，则为负反馈，反之则为正反馈。 这里要再次强调的是，所谓瞬时极性是指某一时刻，电路中有这里要再次强调的是，所谓瞬时极性是指某一时刻，电路中有关节点电压（对参考关节点电压（对参考“地地”）变化的斜率）变化的斜率。 需要特别注意，瞬时极性不是电压的正负极性，而是电压变化需

7、要特别注意，瞬时极性不是电压的正负极性，而是电压变化的趋势。当电压向增加的方向变化时为正斜率，即瞬时极性为的趋势。当电压向增加的方向变化时为正斜率，即瞬时极性为“正正”，用，用“（+）”号表示；当电压向减小的方向变化时为负斜号表示；当电压向减小的方向变化时为负斜率，即瞬时极性为率，即瞬时极性为“负负”，用，用“（-）”号表示。号表示。 9+10+ 11 根据反馈到输入端的信号是交流还是直流或同时存在，还可以根据反馈到输入端的信号是交流还是直流或同时存在，还可以将放大电路中的反馈分为交流反馈、直流反馈和交直流反馈。将放大电路中的反馈分为交流反馈、直流反馈和交直流反馈。 直流反馈影响电路的直流性能

8、，如静态工作点，交流反馈影响直流反馈影响电路的直流性能，如静态工作点，交流反馈影响电路的交流性能。电路的交流性能。 2. 交流反馈与直流反馈交流反馈与直流反馈 4.2.2 反馈的分类及判别反馈的分类及判别 判断方法判断方法12 vI vO - + C2 R1 R2 A (a) Rb1 vi + C2 Rb2 Re Rc C1 vo + RL T iC VCC vE (+) vID (+) (b) + Rb1 vi + C2 Rb2 Re Rc C1 vo + RL T iC VCC vE (+) vID (+) Ce (c) + 图所示各电路中引入的是交流反馈还是直流反馈？其反图所示各电路中引

9、入的是交流反馈还是直流反馈？其反馈极性如何？设对于交流信号而言，电路中的耦合电容馈极性如何？设对于交流信号而言，电路中的耦合电容的容量足够大。的容量足够大。 例例1图图113 fX iX fX iX A (d) (f) iX (e) fX 基本放大电路输入级为不同形式时的串、并联结构样例基本放大电路输入级为不同形式时的串、并联结构样例如果反馈信号和输入信号接于基本放大电路的不同输入端，则为串联反馈。如果反馈信号和输入信号接于基本放大电路的不同输入端，则为串联反馈。 fX iX fX iX fX iX A (a) (c) (b) 如果反馈信号和输入信号接于基本放大电路的同一输入端，则为并联反馈；

10、如果反馈信号和输入信号接于基本放大电路的同一输入端，则为并联反馈； 通过反馈信号和输入信号在基本放大电路输入端的连接方式来判别。通过反馈信号和输入信号在基本放大电路输入端的连接方式来判别。3.串联反馈和并联反馈的判别方法串联反馈和并联反馈的判别方法:144.电压反馈和电流反馈的判别方法电压反馈和电流反馈的判别方法:电压反馈的特点是反馈信号直接与输出电压成正比；电压反馈的特点是反馈信号直接与输出电压成正比；电流反馈则是反馈信号直接与输出电流成正比。电流反馈则是反馈信号直接与输出电流成正比。 通常采用通常采用负载短路法负载短路法来判别，也就是将负载短路，若反馈量来判别，也就是将负载短路，若反馈量为

11、零，则为电压反馈，否则为电流反馈。为零，则为电压反馈，否则为电流反馈。 方法：反馈点从方法：反馈点从uo点引出，为电压反馈，从点引出，为电压反馈，从与与uo不同的极引出，为电流反馈。不同的极引出，为电流反馈。15 3. 四种负反馈组态四种负反馈组态 4.2.3 反馈的分类及判别反馈的分类及判别电压串联、电压并联、电流串联、电流并联。电压串联、电压并联、电流串联、电流并联。 oX + - 反馈网络反馈网络 正向传输正向传输 iX 反向传输反向传输 idX fX 基本放大电路基本放大电路 A F 反馈放大电路的组成反馈放大电路的组成 输出回路中信号的输出回路中信号的取出方式取出方式 输入回路中的信

12、号输入回路中的信号的接入方式的接入方式 反馈信号可以取自反馈信号可以取自电压电压，也可以取自，也可以取自电流电流。 反馈信号的接入方反馈信号的接入方式可以是式可以是串联串联，也，也可以是可以是并联并联。 16uoRL+RLioiE17反馈到基极为并联反馈反馈到基极为并联反馈反馈到发射极为串联反馈反馈到发射极为串联反馈ib= ii ifibiiifube= ui uf+uiube+uf1819 vi - + A (+) vi vid (+) vf R1 Rf RL (+) vo (b) (+) vi ii if R1 iid RL Rf vo (a) vid vi io RL vo Rf vf

13、(c) (d) iid R1 (+) if RL R2 Rf io (-) + - A (+) (+) (+) (+) + - - + A - + A ii (+) (-) vo + - (-) + - vid + - vid + - + - (-) (-) 试判断图所示各电路中反馈的组态和极性。试判断图所示各电路中反馈的组态和极性。 图图 2例例220 vo - + R4 R5 R3 vi R1 R2 A2 A1 - + (+) (+) (+) (+) (-) (-) (+) vid + - vid + - iid if ii 电路如图所示，试判断电路中有几条反馈通路，各是电路如图所示，试判

14、断电路中有几条反馈通路，各是什么组态和极性。什么组态和极性。图图 3例例321RB1RCC1C2RB2RERL+UCCuiuo+RSeS+22RB1RCC1C2RB2RERL+UCCuiuo+RSeS+ 如果有发射极旁路电容，如果有发射极旁路电容， RE中仅有直流分量的中仅有直流分量的信号通过信号通过 ，这时，这时RE引入的则是直流反馈。引入的则是直流反馈。E例例4：23例例1： 3) 判断反馈类型判断反馈类型净输入信号：净输入信号： ui 与与 uf 串联串联, ,以电压形式比较以电压形式比较串联反馈串联反馈 ui正半周时正半周时, ,uf也是正也是正半周半周, ,即两者同相即两者同相 uf

15、 正比于输出电流正比于输出电流+ uf+ RB1RCC1C2RB2RERL+UCCuiuo+RSeS+ieube ube = ui - - uf uf = ie RE Ube = Ui - - Uf 可见可见 Ube Ui , 反馈电压反馈电压Uf 削弱了净输入电压削弱了净输入电压 ic RC 24RB1RCC1C2RB2RERL+UCCuiuo+RSeS+IcUfUbeib Ic uf ic RC + uf+ ube Ube = Ui - - Uf25 交、直流分量的信号均可通过交、直流分量的信号均可通过 RF，所以所以 +UCCRCC1RF+RS+C2+RLeSuiuo26净输入信号：净输

16、入信号： ii 与与 if 并联，并联，以电流形式比较以电流形式比较并联反馈并联反馈 ii 正半周时，正半周时，if 也是也是正半周，即两者同相正半周，即两者同相负反馈负反馈FobefRuui +UCCRCC1RF+RS+C2+RLeSuiuoiiibifFoRu ib = = ii - - if Ib = = Ii - - If 可见可见 Ib Ii , 反馈电流反馈电流 If 削弱了净输入电流削弱了净输入电流27 反馈过程：反馈过程：+UCCRCC1RF+RS+C2+RLeSuiuoFofRui iiibifUoif ibic Uo Ib = = Ii - - If284.3 负反馈对放大

17、电路性能的影响负反馈对放大电路性能的影响4.3.1 提高闭环增益稳定性提高闭环增益稳定性4.3.2 对输入和输出电阻的影响对输入和输出电阻的影响4.3.3 展宽通频带展宽通频带 4.3.4 减小负反馈环内非线性失真减小负反馈环内非线性失真 29 4.3.1 提高闭环增益稳定性提高闭环增益稳定性4.3 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FAAA 1f放大电路的闭环增益和开环增益有如下关系：放大电路的闭环增益和开环增益有如下关系： 当只考虑幅值时有当只考虑幅值时有 AFAA 1f2f1dd)(AFAAA 对上式求导数得对上式求导数得 AAAFAAd11dff 有负反馈时，增益的稳

18、定性比无反馈时提高了（有负反馈时，增益的稳定性比无反馈时提高了（1+AF）倍。反馈）倍。反馈越深，闭环增益的稳定性越好。不过有两点值得注意：越深，闭环增益的稳定性越好。不过有两点值得注意： （1）引反馈时，在输出端取样电压还是电流，其稳定的增益是不同的。）引反馈时，在输出端取样电压还是电流，其稳定的增益是不同的。 （2）信号源对反馈效果会产生一定的影响。）信号源对反馈效果会产生一定的影响。 再除以（再除以（1）式并整理得）式并整理得 （1）30 有负反馈时，增益的稳定性比无反馈时提高了（有负反馈时，增益的稳定性比无反馈时提高了（1+AF）倍。反馈）倍。反馈越深，闭环增益的稳定性越好。不过有两点

19、值得注意：越深，闭环增益的稳定性越好。不过有两点值得注意： （1）引反馈时，在输出端取样电压还是电流，其稳定的增益是不同的。）引反馈时，在输出端取样电压还是电流，其稳定的增益是不同的。 4.3.1 提高闭环增益稳定性提高闭环增益稳定性4.3 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 (b) ii if Rs iid RL Rf vo (a) vid vi io RL vo Rf vf + - A + - - + A vi + - + - Rs vs + - + - vs + - + - ii 图图6.3.1 增益稳定过程及信号源对反馈效果的影响增益稳定过程及信号源对反馈效果的影响3

20、1 有负反馈时，增益的稳定性比无反馈时提高了（有负反馈时，增益的稳定性比无反馈时提高了（1+AF）倍。反馈）倍。反馈越深，闭环增益的稳定性越好。不过有两点值得注意：越深，闭环增益的稳定性越好。不过有两点值得注意： （2）信号源对反馈效果会产生一定的影响。）信号源对反馈效果会产生一定的影响。 4.3.1 提高闭环增益稳定性提高闭环增益稳定性4.3 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 (b) ii if Rs iid RL Rf vo + - A vi + - vs + - ii if Rs iid RL Rf vo (c) + - A is vi + - 图图6.3.1 增益稳

21、定过程及信号源对反馈效果的影响增益稳定过程及信号源对反馈效果的影响32 (b) ii if Rs iid RL Rf vo (a) vid vi io RL vo Rf vf + - A + - - + A vi + - + - Rs vs + - + - vs + - ii if Rs iid RL Rf vo (c) + - A is + - ii vi + - 图图6.3.1 增益稳定过程及信号源对反馈效果的影响增益稳定过程及信号源对反馈效果的影响33 4.3.2 对输入和输出电阻的影响对输入和输出电阻的影响4.3 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1对输入电阻的影响对

22、输入电阻的影响2对输出电阻的影响对输出电阻的影响对输入电阻的影响取决于所引入的负反馈是串联反馈还是并联反馈，而与取对输入电阻的影响取决于所引入的负反馈是串联反馈还是并联反馈，而与取电压反馈还是电流反馈无关。电压反馈还是电流反馈无关。负反馈对输出电阻的影响取决于反馈网络在放大电路输出回路的取样方式，负反馈对输出电阻的影响取决于反馈网络在放大电路输出回路的取样方式，与反馈网络在输入回路的连接方式无关。与反馈网络在输入回路的连接方式无关。 )1 (FA倍。倍。引串联反馈，闭环输入电阻比原放大电路输入电阻增大了约引串联反馈，闭环输入电阻比原放大电路输入电阻增大了约引入负反馈对放大电路的影响可归纳如下引

23、入负反馈对放大电路的影响可归纳如下: 引并联反馈，闭环输入电阻比原放大电路输入电阻减小了约引并联反馈，闭环输入电阻比原放大电路输入电阻减小了约)1 (FA倍。倍。引电压反馈，闭环输出电阻比原放大电路输出电阻减小了约引电压反馈，闭环输出电阻比原放大电路输出电阻减小了约 )1 (FA倍。倍。引电流反馈，闭环输出电阻比原放大电路输出电阻增大了约引电流反馈，闭环输出电阻比原放大电路输出电阻增大了约 )1 (FA倍。倍。34 20lg|A|/dB 20lg|A0| 20lg|Af| o fH fHf f 图图6.3.2 开环增益和闭环增益的幅频响应开环增益和闭环增益的幅频响应0A考虑只有一个时间常数的直

24、接耦合放大电路。设放大电路开环通带增益为考虑只有一个时间常数的直接耦合放大电路。设放大电路开环通带增益为则其开环高频响应为则其开环高频响应为 )/H0j(1ffAA 高频闭环增益为高频闭环增益为 FAAA 1fHffH000H00H0H0fj1(1j11j1j11j1ffAfFAfFAAffFAAffFAffAA )/()/()/(FAAA00f1 为通带内闭环增益为通带内闭环增益 H0Hf(1fFAf) 为闭环上限频率为闭环上限频率 HffH0fAfA 4.3.3 展宽通频带展宽通频带4.3 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35 (b) A xi xo + - xid x

25、f xi xo (a) xi xo A F xi xid xo xf t t t t t t 图图6.3.3 负反馈减小非线性失真负反馈减小非线性失真(a) 无反馈时的信号波形无反馈时的信号波形 (b) 有负反馈时的信号波形有负反馈时的信号波形 4.3.4 减小负反馈环内非线性失真减小负反馈环内非线性失真4.3 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364.5 负反馈放大电路的稳定性负反馈放大电路的稳定性4.5.1 产生自激的原因和条件产生自激的原因和条件4.5.2 自激振荡的消除自激振荡的消除371. 自激产生的原因自激产生的原因 基本放大电路基本放大电路 Xf - + A X

26、id Xi Xo 反馈网络反馈网络 F 图图6.4.1 附加相移使反馈信号完全反相附加相移使反馈信号完全反相产生自激的根本原因在于闭环环路上的附加相移产生自激的根本原因在于闭环环路上的附加相移 4.5.1 产生自激的原因和条件产生自激的原因和条件4.5 负反馈放大电路的自激问题负反馈放大电路的自激问题382. 自激振荡条件自激振荡条件1 FA fA|FA 1|当反馈深度当反馈深度 =0时，时， ，电路出现自激现象。，电路出现自激现象。又因为又因为 | )j ()j (|FAFA)j ()j ( fa 1 | FA幅值条件幅值条件 相位条件相位条件 210 18012fa,)( nn 210 1

27、8012fa,)( nn 4.5.1 产生自激的原因和条件产生自激的原因和条件4.5 负反馈放大电路的自激问题负反馈放大电路的自激问题自激振荡条件自激振荡条件附加相移附加相移 180 1 fa | FA 180 1 fa| FA或或 负反馈放大电路稳定条件负反馈放大电路稳定条件39 4.5.2 自激振荡的消除自激振荡的消除4.5 负反馈放大电路的自激问题负反馈放大电路的自激问题频率补偿方法的基本思路频率补偿方法的基本思路: 对于由电阻构成的反馈网络，反馈系数的最大值为对于由电阻构成的反馈网络，反馈系数的最大值为1。如果此时反馈放。如果此时反馈放大电路仍可以稳定工作，则原基本放大电路在其他反馈深

28、度情况下，也大电路仍可以稳定工作，则原基本放大电路在其他反馈深度情况下，也都能稳定工作。都能稳定工作。 而而F=1（反馈最深）时，（反馈最深）时，20lg(1/F) =0 dB，水平线，水平线20lg(1/F)与横轴重合，与横轴重合，其他反馈深度（其他反馈深度（F1）情况下，水平线）情况下，水平线20lg(1/F)均在横轴之上。均在横轴之上。 根据上节的分析，如果通过某种方式，将基本放大电路的幅频响应曲根据上节的分析，如果通过某种方式，将基本放大电路的幅频响应曲线横轴以上的部分，均变为线横轴以上的部分，均变为-20dB/十倍频程的斜率。那么，无论引入多十倍频程的斜率。那么，无论引入多深的反馈，

29、水平线深的反馈，水平线20lg(1/F)与基本放大电路幅频响应曲线与基本放大电路幅频响应曲线20lgA的交点始的交点始终处于斜率为终处于斜率为-20dB/十倍频程的线段上，则负反馈放大电路就始终能够十倍频程的线段上，则负反馈放大电路就始终能够稳定工作。稳定工作。40 vo1 C A2 A1 vi vo (b) Rc Re T1 T2 +VCC VEE Rb C (a) vi 图图6.4.4 电容滞后补偿示意图电容滞后补偿示意图 100 20lg|A|/dB 20dB/十倍频 0 f/Hz 40dB/十倍频 60dB/十倍频 20dB/十倍频 40dB/十倍频 fH1 fH f/Hz a 0 90 180 270 135 图图6.4.5 电容滞后补偿的幅频响应电容滞后补偿的幅频响应 1. 电容滞后补偿电容滞后补偿 4.5.2 自激振荡的消除自激振荡的消除 这种补偿是在基本放大电路中合适的位置与地之间接入一个电容，使这