模拟电子技术基础课件 第7章 负反馈放大电路

第7章负反馈放大电路

7.1反馈的基本概念7.2负反馈放大电路的类别及判断

7.4负反馈对放大电路性能的影响电气与电子工程学院7.3负反馈放大电路的一般表达式及四种组态7.5负反馈放大电路的分析计算7.6负反馈放大电路的稳定性7.1反馈的基本概念在电子设备中经常采用反馈的方法来改善电路的性能，以达到预定的指标。例如，采用直流负反馈稳定静态工作点。

Rb1和Rb2分压，使基极UB固定。T

ICQ(IEQ)UEQ=IEQReUBQ固定UBEQ=UBQ-UEQIBQICQ使ICQ基本不随温度变化，稳定了静态工作点。

放大电路中的反馈，是指将放大电路输出电量(输出电压或输出电流)的一部分或全部，通过一定的方式，反送回输入回路中。UBEQ

UBQ-ICQRE将输出电流ICQ(IEQ)反馈回输入回路，改变UBEQ，使ICQ稳定。

由此可见，欲稳定电路中的某个电量，应采取措施将该电量反馈回输入回路。7.1.1反馈的概念开环与闭环电路中只有正向传输，没有反向传输，称为开环状态。正向传输——信号从输入端到输出端的传输反向传输——信号从输出端到输入端的传输既有正向传输，又有反馈称为闭环状态。信号的正向传输信号的正向传输反馈传输(通路)（反馈网络）基本放大电路A反馈网络F放大：迭加：A称为开环放大倍数+–反馈：AF=Xo/Xi输出信号输入信号反馈信号净输入信号F称为反馈系数设Xf与Xi同相负反馈放大器AF称为闭环放大倍数7.2.1有无反馈的判别7.2.2正、负反馈的判别电气与电子工程学院7.2负反馈放大电路的类别及判断7.2.3直流反馈和交流反馈7.2.4串联反馈和并联反馈7.2.5电压反馈和电流反馈7.2.2正反馈和负反馈

1.反馈信号增强了外加输入信号，使放大电路的放大倍数提高——正反馈

2.反馈信号削弱了外加输入信号，使放大电路的放大倍数降低——负反馈反馈极性的判断方法：瞬时极性法。

先假定某一瞬间输入信号的极性，然后按信号的放大过程，逐级推出输出信号的瞬时极性，最后根据反馈回输入端的信号对原输入信号的作用，判断出反馈的极性。7.2.1有无反馈的判别(a)正反馈(b)负反馈例：用瞬时极性法判断电路中的反馈极性。--因为差模输入电压等于输入电压与反馈电压之差，反馈增强了输入电压，所以为正反馈。-反馈信号削弱了输入信号，因此为负反馈。1.集成运放正负反馈判断2.分立元件放大电路正负反馈的判断电气与电子工程学院（1）双极型三极管（2）场效应管共射电路：输出与输入相位相反共集电路：输出与输入相位相同共基电路：输出与输入相位相同共源：g极——d极反相共漏：g极——S极同相共栅：s极——d极反相例：基本放大器，无反馈，净输入量ube=ui，电压放大倍数为：引入反馈后，净输入量

ube

=ui-uf

，电压放大倍数为：可见，净输入量减小，放大倍数减小，所以是负反馈。++++---3.差分放大电路正负反馈的判断-直流反馈——若电路将直流量反馈到输入回路，则称直流反馈。

该电路引入直流反馈的目的，是为了稳定静态工作点Q。交流反馈——若电路将交流量反馈到输入回路，则称交流反馈。（如去掉电容Ce）交流反馈，影响电路的交流工作性能。直流反馈交流反馈ic7.2.3直流反馈和交流反馈根据反馈到输入端的信号是交流还是直流还是同时存在，来进行判别。例：判断下图中有哪些反馈回路，是交流反馈还是直流反馈。交、直流反馈交流反馈

注意电容的“隔直通交”作用！(a)直流负反馈(b)交流负反馈直流负反馈可稳定静态工作点，交流负反馈用以改善放大电路的性能。——按输入端的连接方式分类串联反馈：反馈信号以电压形式串接在输入回路，以电压形式相加减决定净输入电压信号。Ud=Ui-Uf反馈信号与输入信号不加在放大电路的同一输入端.7.2.4串联反馈和并联反馈并联反馈：反馈信号以电流形式并接在输入回路，以电流形式相加减决定净输入电流信号。Id=Ii-If反馈信号与输入信号加在放大电路的同一输入端.

对于三极管电路：

若反馈信号与输入信号同时加在三极管的基极或发射极，则为并联反馈。

若反馈信号与输入信号一个加在基极一个加在发射极则为串联反馈。

对于运放电路：

若反馈信号与输入信号同时加在同相端或反相端为并联反馈。

若反馈信号与输入信号一个加在同相端一个加在反相端则为串联反馈。例题:试判断下列电路中引入的反馈是串联反馈还是并联反馈。——按输出端的取样方式分类电压反馈电压反馈：若反馈信号的取样对象是输出电压，反馈信号正比于输出电压，叫作电压反馈。7.2.5电压反馈和电流反馈电流反馈：若反馈信号的取样对象是输出电流，反馈信号正比于输出电流IO，叫作电流反馈。电流反馈注意，输出端短路时，是将RL短路，不一定是对地短路。

判断方法：采用输出短路法。假设将输出端交流短路，如果反馈信号消失，则为电压反馈；否则为电流反馈。

uo=0后，Re1两端的电压与输出信号无关，即反馈信号消失，所以为电压反馈。例：反馈信号末消失，所以为电流反馈。例题:试判断下列电路中引入的反馈是电压反馈还是电流反馈。例题:试判断下列电路中的反馈组态。解:电压串联负反馈。解:电压并联负反馈。例题:试判断下列电路中的反馈组态。7.3负反馈放大电路的一般表达式及四种组态7.3.1负反馈放大电路的方框图和反馈的一般表达式7.3.2电压串联负反馈7.3.3电流串联负反馈7.3.4电压并联负反馈7.3.5电流并联负反馈反馈放大电路方框图

分别为输入信号、输出信号和反馈信号；开环放大倍数无反馈时放大网络的放大倍数；因为：所以：得：闭环放大倍数7.3.1负反馈放大电路的方框图和反馈的一般表达式闭环放大倍数引入反馈后，放大电路对外加输入信号的放大倍数。回路增益在反馈放大电路中，信号沿放大网络和反馈网络组成的环路传递一周后所得到的放大倍数。反馈深度引入反馈后，放大电路的放大倍数与无反馈时相比所变化的倍数。——负反馈；——正反馈。若——深度负反馈结论：深度负反馈放大电路的放大倍数主要由反馈网络的反馈系数决定，能保持稳定。若则——自激振荡电压串联负反馈反馈信号与输出电压成正比，集成运放的净输入电压等于输入电压与反馈电压之差，7.3.2电压串联负反馈电压串联负反馈电压放大倍数：反馈系数：因为：所以反馈系数：电流串联负反馈反馈信号与输出电流成正比，净输入电压等于外加输入信号与反馈信号之差7.3.3电流串联负反馈电流串联负反馈——转移电导反馈系数：因为：所以反馈系数：电气与电子工程学院电流串联负反馈电压并联负反馈反馈信号与输出电压成正比，净输入电流等于外加输入电流与反馈电流之差7.3.4电压并联负反馈电压并联负反馈放大倍数：——转移电阻反馈系数：因为：所以反馈系数：电流并联负反馈反馈信号与输出电流成正比，净输入电流等于外加输入信号与反馈信号之差：7.3.5电流并联负反馈电流并联负反馈电流放大倍数：反馈系数：因为：所以反馈系数：课前回顾讲课人：刘雪婷电子邮箱：liuxuet@163.com1.负反馈放大电路的类别及判断2.负反馈放大电路的四种组态主要内容有无反馈的判别

正、负反馈的判别电气与电子工程学院1.负反馈放大电路的类别及判断直流反馈和交流反馈串联反馈和并联反馈

电压反馈和电流反馈例题:试判断下列电路中的反馈类型。2.负反馈放大电路的四种组态

电压串联负反馈电流串联负反馈电压并联负反馈电流并联负反馈四种负反馈组态的电压放大倍数、反馈系数之比较输出信号反馈信号放大网络的放大倍数反馈系数电压串联式电压并联式电流串联式电流并联式电压放大倍数转移电阻转移电导电流放大倍数

7.4负反馈对放大电路性能的影响7.4.1提高放大倍数的稳定性7.4.2减小非线性失真和抑制干扰7.4.3展宽频带7.4.4对输入电阻的影响7.4.5对输出电阻的影响7.4.1提高放大倍数的稳定性引入负反馈后，在输入信号一定的情况下，当电路参数变化、电源电压波动或负载发生变化时，放大电路输出信号的波动减小，即放大倍数的稳定性提高。放大倍数稳定性提高的程度与反馈深度有关。在中频范围内，放大倍数的相对变化量：结论：引入负反馈后，放大倍数的稳定性提高了

(1+AF)倍。

例：在电压串联负反馈放大电路中，①估算反馈系数和反馈深度②估算放大电路的闭环电压放大倍数

③如果开环差模电压放大倍数A的相对变化量为±10%，此时闭环电压放大倍数Af

的相对变化量等于多少？解：①反馈系数反馈深度②闭环放大倍数③Af

的相对变化量结论：当开环差模电压放大倍数变化10%时，电压放大倍数的相对变化量只有0.0001%，而稳定性提高了一万倍。xf负反馈减小了波形失真加入负反馈无负反馈FxfAxixoxo大小略大略小略小略大xiA接近正弦波预失真+–7.4.2减小非线性失真和抑制干扰同样道理，负反馈可抑制放大电路内部噪声。7.4.3展宽频带由于负反馈可以提高放大倍数的稳定性，因而对于频率不同而引起的放大倍数下降，也可以改善。设无反馈时放大电路在中、高频段的放大倍数分别为，上限频率为fＨ；引入反馈系数为的负反馈后，放大电路在中、高频段的放大倍数分别为，上限频率为fHf。所以：可见，引入负反馈后，放大电路的中频放大倍数减小为无反馈时的1/；而上限频率提高到无反馈时的倍。同理，可推导出引入负反馈后，放大电路的下限频率降低为无反馈时的1/。

结论：引入负反馈后，放大电路的上限频率提高，下限频率降低，因而通频带展宽。3dB3dBfLfHBWfLffHfBWf负反馈对通频带和放大倍数的影响f7.4.4对输入电阻的影响不同类型的负反馈，对输入电阻、输出电阻的影响不同。1.串联负反馈使输入电阻增大得：结论：引入串联负反馈后，输入电阻增大为无反馈时的倍。2.并联负反馈使输入电阻减小得：结论：引入并联负反馈后，输入电阻减小为无负反馈时的1/。

并联负反馈对Ri

的影响1.电压负反馈使输出电阻减小Rcf放大电路的输出电阻定义为：得：结论：引入电压负反馈后，放大电路的输出电阻减小到无反馈时的。7.4.5负反馈对输出电阻的影响2.电流负反馈使输出电阻增大结论：引入电流负反馈后，放大电路的输出电阻增大到无反馈时的倍。综上所述

1.反馈信号与外加输入信号的求和方式只对放大电路的输入电阻有影响：串联负反馈使输入电阻增大；并联负反馈使输入电阻减小。

2.反馈信号在输出端的采样方式只对放大电路的输出电阻有影响：电压负反馈使输出电阻减小；电流负反馈使输出电阻增大。

3.串联负反馈只增大反馈环路内的输入电阻；电流负反馈只增大反馈环路内的输出电阻。

4.负反馈对输入电阻和输出电阻的影响程度，与反馈深度有关。7.4.6引入负反馈的一般原则要稳定直流量——引直流负反馈要稳定交流量——引交流负反馈要稳定输出电压——引电压负反馈要稳定输出电流——引电流负反馈要增大输入电阻——引串联负反馈要减小输入电阻——引并联负反馈（1）希望加入信号后，ic3的数值基本不受R6改变的影响。举例：在下面的放大器中按要求引入适当的反馈。（2）希望接入负载后，输出电压UO基本稳定。（3）希望输入端向信号源索取的电流小。（4）希望稳定静态工作点。解：直流反馈能够稳定静态工作点。如果要求只引入直流负反馈，去除交流反馈。怎样接？7.5负反馈放大电路的分析计算

7.5.1估算依据及步骤7.5.2电压串联负反馈举例7.5.3电压并联负反馈举例7.5.4电流串联负反馈举例7.5.5电流并联负反馈举例简单的负反馈放大电路，利用微变等效电路法进行分析计算；对于深度负反馈放大电路，采用估算方法。

7.5.1估算依据及步骤放大电路的闭环电压放大倍数：深度负反馈放大电路的闭环电压放大倍数：1.估算的依据对于串联负反馈：并联负反馈：

结论：根据负反馈组态，选择适当的公式；再根据放大电路的实际情况，列出关系式后，直接估算闭环电压放大倍数。对于电压串联负反馈，中的代表闭环电压放大倍数，因而可直接估算出负反馈放大电路的闭环电压放大倍数。即：输入量近似等于反馈量净输入量近似等于零由此可得深度负反馈条件下，基本放大电路“虚短”、“虚断”的概念深度负反馈条件下：Xd=Xi-Xf≈0u+=u-（运放电路）ue=ub（三极管电路）(1)“虚短”——ud≈0(2)“虚断”——id≈0ii+=ii-=0

（运放电路）ib=0（三极管电路）“虚短”与“虚断”估算输入输出电阻在深度负反馈条件下：注：表中的输入、输出电阻均指反馈环中的输入、输出电阻。2.估算的步骤1）先找出反馈网络并求反馈系数F;2)求广义的闭环放大倍数Af；3）最后计算闭环放大倍数Auf。

解：用方法一

求反馈系数：

求闭环电压放大倍数：7.5.2电压串联负反馈举例该电路为电压串联负反馈在深度负反馈条件下闭环增益闭环电压增益

解：反馈系数:7.5.3电压并联负反馈举例由于并联反馈的输入电阻很小例：估算深负反馈运放的闭环电压放大倍数。解：该电路为电压并联负反馈，在深度负反馈条件下：则闭环电压放大倍数为：闭环增益闭环电压增益

解：反馈系数:由第二章知，该电路闭环电压增益:7.5.4电流串联负反馈举例该电路为电流串联负反馈，在深度负反馈条件下：反馈系数:闭环增益闭环电压增益

解：7.5.5电流并联负反馈举例因为并联负反馈输入电阻很小，所以交流输入电压近似为0.该电路为电流并联负反馈，在深度负反馈条件下：故：闭环电压放大倍数为：7.6负反馈放大电路的稳定性7.6.1负反馈放大电路产生自激振荡原因及条件7.6.2负反馈放大电路稳定性的定性分析7.6.3负反馈放大电路稳定性的判断7.6.4负反馈放大电路中自激振荡的消除方法对于多级放大电路，如果引入过深的负反馈，可能引起自激振荡。放大电路的闭环放大倍数为：在中频段，在高、低频段，放大倍数和反馈系数的模和相角都随频率变化，使。1.产生自激振荡的原因7.6.1负反馈放大电路产生自激振荡原因及条件

在不加输入信号的情况下，放大电路仍会产生一定频率的信号输出。基本放大电路A反馈网络F+–×中频时：高频或低频时，放大器产生的附加相移达到180°时。为负反馈。变为正反馈。此时，若满足则Xi=0，仍会有输出信号。幅值条件基本放大电路A反馈网络F+–×分解为幅值条件与相位条件：由以上分析知：2.产生自激振荡的条件：即：相位条件-270o0.707AumAumfLfHBWffφOO-90o-180ofLfH可见，在低、高频段，放大电路分别产生了0~+90

和0~-90

的附加相移。7.6.2负反馈放大电路稳定性的定性分析两级放大电路将产生0~180

附加相移；三级放大电路将产生0~270

的附加相移。对于多级放大电路，如果某个频率的信号产生的附加相移为180o，而反馈网络为纯电阻，则：满足自激振荡的相位条件，如果同时满足自激振荡的幅度条件，放大电路将产生自激振荡。

结论，单级放大电路不会产生自激振荡；两级放大电路当频率趋于无穷大或趋于零时，虽然满足相位条件，但不满足幅度条件，所以也不会产生自激振荡；但三级放大电路，在深度负反馈条件下，对于某个频率的信号，既满足相位条件，也满足幅度条件，可以产生自激振荡。方法一：则放大器稳定。否则自激。00-90°-180°满足：方法二：满足：则放大器稳定。否则自激。7.6.3负反馈放大电路稳定性的判断1.判断方法利用负反馈放大电路回路增益的波特图，分析是否同时满足自激振荡的幅度和相位条件。例：某负反馈放大电路的波特图为：f/HZf/HZfofo60402000-90°-180°

AF

(a)产生自激由波特图中的相频特性可见，当f=f0

时，相位移AF=-180º，满足相位条件；结论：当f=f0

时，电路同时满足自激振荡的相位条件和幅度条件，将产生自激振荡。此频率对应的对数幅频特性位于横坐标轴之上，即：结论：该负反馈放大电路不会产生自激振荡，能够稳定工作。例：由负反馈放大电路的波特图可见，当

f=f0

，相位移

AF=-180º时f/HZf/HZf0f0604020OO-90°-180°

AFfcfc利用波特图来判断自激振荡(b)不产生自激Gm2.稳定裕度当环境温度、电路参数及电源电压等在一定范围内变化时，为保证放大电路也能满足稳定条件，要求放大电路要有一定的稳定裕度。1)幅度裕度Gmf/HZf/HZfofo604020OO-90°-180°

AFfcfc对于稳定的负反馈放大电路，Gm为负值。Gm

值愈负，负反馈放大电路愈稳定。一般要求Gm≤

-10dB。图

6.5.22)相位裕度

m当f=fc

时，负反馈放大电路稳定对于稳定的负反馈放大电路，m为正值。m值愈大，负反馈放大电路愈稳定。一般要求m≥45f/Hzf/Hzfofo60402000-90°-180°

AFfcfcmGm图

6.5.2(2)作水平线；(1)作出的幅频响应和相频响应波特图；(3)判断是否满足相位裕度A<180。判断稳定性方法：将写为：即：前面是用环路放大倍数的波特图来分析电路的稳定性。由于反馈网络大多由电阻组成，F=0。所以可用开环放大倍数的波特图判别电路的稳定性。在水平线的交点作垂线交相频响应曲线的一点若该点满足相位裕度，稳定；否则不稳定。在相频响应的点处作垂线交于P点，若P点在水平线之下，稳定；否则不稳定。举例：设一基本放大器的增益为：1.设反馈系数，分析其稳定性.三个极点频率为：fp1=0.5×106Hz，fp2=5×106Hz，fp3=5×107Hz。其中fp1=0.5×106Hz最低，它决定了整个基本放大器的上限频率，称为主极点频率。(1)作出的幅频响应和相频响应波特图解：(2)作的水平线(3)水平线相交于E点。与E点相对应的附加相位移为，因此，放大器是不稳定的。02040608050k500k5M50M500M0-90°-180°-135°-225°-270°为保证放大电路稳定工作，对于三级或三级以上的负反馈放大电路，需采取适当措施破坏自激振荡的幅度条件和相位条件。最简单的方法是减小反馈系数或反馈深度，使得在满足相位条件时不满足幅度条件。但是，由于反馈深度下降，不利于放大电路其他性能的改善，因此通常采用接入电容或RC元件组成