第七章反反馈放大电路馈放大电路

第7章反馈放大电路7.1反馈的基本概念与分类7.2负反馈放大电路的四种组态7.3负反馈放大电路增益的一般表达式7.4负反馈对放大电路性能的影响7.5深度负反馈条件下的近似计算7.6负反馈放大电路设计7.7负反馈放大电路的频率响应7.8负反馈放大电路的稳定性7.1反馈的基本概念与分类7.1.1反馈的定义下一页返回上一页反馈：将放大电路输出端的信号(电压或电流)的一部分或全部通过某种电路引回到输入端。这个过程称为反馈。1

开环放大电路基本放大电路A

基本放大电路是将输入信号直接送到输入端，输出端与输入端之间无反馈电路，称为开环放大倍数。相应的放大增益又称为开环放大增益。下一页返回上一页２反馈放大电路（闭环放大电路）反馈放大电路由三部分组成：基本放大电路反馈网络输入求和网络输出信号输入信号反馈信号净输入信号反馈电路F–基本放大电路A+由此构成反馈网络也称闭环放大电路比较环节反馈电路反馈系数净输入信号7.1反馈的基本概念与分类3电路有无反馈的判断：若放大电路中存在将输出回路与输入回路相连接的通路（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；否则电路中没有反馈。7.1反馈的基本概念与分类下一页返回上一页4内部反馈与外部反馈内部反馈：产生在器件内部的反馈。外部反馈：通过外接电路元件来实现的反馈。内部反馈外部反馈7.1反馈的基本概念与分类下一页返回上一页7.1.2直流反馈和交流反馈在放大电路同时包含直流和交流分量，所以反馈有直流和交流反馈。反馈信号中只含有直流分量的称为直流反馈（或者说存在于放大电路的直流通路中的反馈）。直流反馈影响电路的直流性能，如静态工作点。反馈信号中只含有交流分量的称为交流反馈（或者说存在于交流通路中的反馈）。交流反馈影响电路的交流性能。7.1反馈的基本概念与分类下一页返回上一页直流反馈交、直流反馈7.1反馈的基本概念与分类下一页返回上一页在起反馈作用的电阻两端并联旁路电容，可以使其只对直流起作用。直流反馈:为F交流反馈:交直流共存反馈:F为或F为若在反馈网络中串接隔直电容，则可以隔断直流，此时反馈只对交流起作用。有的反馈只对交流信号起作用；有的反馈只对直流信号起作用；有的反馈对交、直流信号均起作用。7.1反馈的基本概念与分类下一页返回上一页下一页返回上一页净输入信号xd与原输入信号xi相比：①xd<xi

净输入信号比没有引入反馈时减少了，即反馈信号起了削弱输入信号的作用，这种反馈称为负反馈；②xd>xi

净输入信号比没有引入反馈时增大了，即反馈信号起了增强输入信号的作用，这种反馈称为正反馈。7.1.3反馈的极性（正反馈与负反馈）7.1反馈的基本概念与分类方法：规定电路输入信号在某一时刻对地的极性，并以此为依据，逐级判断电路各相关点电流流向和电位的极性，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；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；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。负反馈与正反馈的判别方法——瞬时极性法下一页返回上一页7.1反馈的基本概念与分类下一页返回上一页例2：vd+–负反馈电路例1：正反馈电路集成运放工作在线性区——负反馈集成运放工作在放大区——正反馈、开环（瞬时极性法）7.1反馈的基本概念与分类7.1反馈的基本概念与分类下一页返回上一页例3：负反馈电路(+)(+)(+)(-)(-)反馈通路（本级）反馈通路（本级）反馈通路（级间）级间反馈通路净输入量减小级间负反馈下一页返回上一页7.1反馈的基本概念与分类(+)(+)(-)(-)(+)(+)反馈通路净输入量减小本级负反馈下一页返回上一页7.1反馈的基本概念与分类7.1.4串联反馈与并联反馈由反馈网络在放大电路输入端的连接方式判定串联串联：输入以电压形式求和（KVL）

-vi+vid+vf=0

即vid=vi-

vf并联下一页返回上一页7.1反馈的基本概念与分类并联：输入以电流形式求和（KCL）

ii-iid-if=0

即iid=ii-if下一页返回上一页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比较，称为串联反馈。反馈信号与输入信号并联，即反馈信号与输入信号以电流形式作比较，称为并联反馈。

串联反馈使电路的输入电阻增大，

并联反馈使电路的输入电阻减小。7.1反馈的基本概念与分类串联反馈级间反馈通路并联反馈级间反馈通路下一页返回上一页7.1反馈的基本概念与分类串联负反馈信号源对反馈效果的影响vID

=vI-vF

则vi最好为恒压源，即信号源内阻RS越小越好。要想反馈效果明显，就要求vF变化能有效引起vID的变化。下一页返回上一页7.1反馈的基本概念与分类并联负反馈iID

=iI-iF

则iI最好为恒流源，即信号源内阻RS越大越好。要想反馈效果明显，就要求iF变化能有效引起iID的变化。下一页返回上一页7.1反馈的基本概念与分类7.1.5电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈由反馈网络在放大电路输出端的取样对象决定电压反馈：反馈信号xf和输出电压成比例，即xf=Fvo电流反馈：反馈信号xf与输出电流成比例，即xf=Fio

并联结构串联结构下一页返回上一页7.1反馈的基本概念与分类判断方法：负载短路法将负载短路，反馈量仍然存在——电流反馈。将负载短路（未接负载时输出对地短路），反馈量为零——电压反馈。电压反馈电流反馈反馈通路反馈通路下一页返回上一页7.1反馈的基本概念与分类电压反馈反馈通路电流反馈下一页返回上一页7.1反馈的基本概念与分类电压负反馈RLvoxf

xid

vo电压负反馈稳定输出电压xf=Fvo

，

xid=xi－xf电流负反馈RLioxf

xid

io电流负反馈稳定输出电流xf=Fio

，

xid=xi－xf下一页返回上一页7.1反馈的基本概念与分类下一页返回上一页负反馈交流反馈直流反馈电压串联负反馈电压并联负反馈电流串联负反馈电流并联负反馈稳定静态工作点7.2负反馈放大电路的四种组态下一页返回上一页1电压串联负反馈输出电压vo是取样信号，反馈信号以电压vf的形式串联在输入回路中，vf正比于输出电压vo。其中,反馈系数F=vf/vo

为电压反馈系数Fv7.2负反馈放大电路的四种组态反馈电压例：通过电压反馈，能使vo不受RL变化的影响，说明电压反馈放大电路具有良好的恒压输出特性。下一页返回上一页输入以电压形式求和（KVL）：vid=vi-

vf

稳定输出电压特点：电压控制的电压源反馈系数7.2负反馈放大电路的四种组态下一页返回上一页2电压并联负反馈输出电压vo是取样信号，反馈信号以电流if的形式并联在输入回路中，if正比于输出电压vo。其中,反馈系数F=if/vo

为互导反馈系数Fg7.2负反馈放大电路的四种组态例：反馈电流下一页返回上一页输入以电流形式求和（KCL）：iid=ii-if稳定输出电压电流控制的电压源特点：反馈系数7.2负反馈放大电路的四种组态下一页返回上一页3电流串联负反馈输出电流io是取样信号，反馈信号以电压vf的形式串联在输入回路中，vf正比于输出电流io。其中,反馈系数F=vf/io

为互阻反馈系数Fr7.2负反馈放大电路的四种组态反馈电压vf=Rfio

例：下一页返回上一页输入以电压形式求和（KVL）：vid=vi-

vf

稳定输出电流电压控制的电流源特点：反馈系数7.2负反馈放大电路的四种组态下一页返回上一页4电流并联负反馈输出电压io是取样信号，反馈信号以电流if的形式并联在输入回路中，if正比于输出电流io。其中,反馈系数F=if/io

为电流反馈系数Fi7.2负反馈放大电路的四种组态例：反馈电流下一页返回上一页输入以电流形式求和（KCL）：iid=ii-if稳定输出电流电流控制的电流源特点：反馈系数7.2负反馈放大电路的四种组态下一页返回上一页结论：

3.从输入端确定是串联反馈和并联反馈。串联反馈：反馈信号以电压形式出现在输入回路中，反馈支路与输入回路的连接点与输入端不在同一电极；并联反馈：反馈信号以电流形式出现在输入回路中，反馈支路与输入回路的连接点与输入端在同一电极。

1.反馈信号使净输入信号减少的是负反馈，增大的为正反馈。

2.电压反馈：稳定电压；电流反馈：稳定电流。7.2负反馈放大电路的四种组态对于三极管电路：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。下一页返回上一页7.2负反馈放大电路的四种组态对于运放电路：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。输入量反馈量+­A+­A输入量反馈量-+A输入量反馈量+­A输入量反馈量下一页返回上一页7.2负反馈放大电路的四种组态4.从输出端确定电压反馈和电流反馈。电压反馈：反馈取样输出电压。电流反馈：反馈取样输出电流。结论：判断方法——负载短路法：

将放大电路的负载两端短路，即uo=0,

若反馈信号消失，则为电压反馈；否则为电流反馈。下一页返回上一页7.2负反馈放大电路的四种组态下一页返回上一页负反馈类型的判别步骤3)

判别是否负反馈。2)

判别是交流反馈还是直流反馈。4)

是负反馈，判断是何种类型的负反馈。1)

找出反馈网络（一般是电阻、电容）。7.2负反馈放大电路的四种组态(+)(-)(+)(+)级间电压串联负反馈(+)7.2负反馈放大电路的四种组态下一页返回上一页电压并联负反馈(+)(-)(-)(-)7.2负反馈放大电路的四种组态下一页返回上一页直流反馈交、直流反馈(+)(+)(-)(+)(+)(+)电流串联负反馈7.2负反馈放大电路的四种组态下一页返回上一页下一页返回上一页例：判断图示电路中的负反馈类型。RE1对本级引入串联电流负反馈。RE1、RF对交、直流均起作用，所以引入的是交、直流反馈。RB1RC1C1RB2RE1++–RS+–RFRC2CE2C2RE2RL++UCC+–T1T2esuiuo解：

RE2对交流不起作用，引入的是直流反馈；RE1、RF引入越级串联电压负反馈。(+)(-)(-)(+)(+)7.2负反馈放大电路的四种组态下一页返回上一页例：如果RF不接在T2的集电极，而是接C2与RL之间，两者有何不同？因电容C2的隔直流作用，这时RE1、RF仅引入交流反馈。RB1RC1C1RB2RE1++–RS+–RFRC2CE2C2RE2RL++UCC+–T1T2esuiuo×解：RE1、RF引入越级串联电压负反馈。(+)(-)(-)(+)(+)7.2负反馈放大电路的四种组态下一页返回上一页例：如果RF的另一端不接在T1的发射极，而是接在它的基极，两者有何不同，是否会变成正反馈？解:

T2集电极的反馈到T1的基极，提高了B1的交流电位，使Ube1增大，故为正反馈；

这时RE1、RF引入越级正反馈。RB1RC1C1RB2RE1++–RS+–RFRC2CE2C2RE2RL++UCC+–T1T2esuiuo7.2负反馈放大电路的四种组态20F++++470k6003.9k+20F470k3.9k50F2k47050F100F47030k3DG63DG6+6V+++50k2k2k8k3k3k50F50F50F+20V电流并联负反馈正反馈两个2k电阻构成交直流反馈两个470k下一页返回上一页7.2负反馈放大电路的四种组态VIT2R1+ui­R1T1R2RfsR3R4+UCC-UCCuoT3R2并联电压负反馈下一页返回上一页7.2负反馈放大电路的四种组态1.闭环增益的一般表达式开环增益反馈系数闭环增益因为所以已知闭环增益的一般表达式即7.3负反馈放大电路增益的一般表达式下一页返回上一页2.反馈深度讨论一般负反馈称为反馈深度深度负反馈正反馈自激振荡一般情况下，A和F都是频率的函数，当考虑信号频率的影响时，Af、A和F分别用、和表示。即7.3负反馈放大电路增益的一般表达式下一页返回上一页负反馈放大电路中各种信号量的含义7.3负反馈放大电路增益的一般表达式下一页返回上一页7.4.1提高增益的稳定性闭环时对A求导得只考虑幅值有引入负反馈使放大倍数的稳定性提高。若|AF|>>1，称为深度负反馈，此时：式中：是开环放大倍数的相对变化是闭环放大倍数的相对变化，它总是前者的1/(1+AF)∣1+AF∣越大，即反馈越深，越小，闭环增益的稳定性越好。7.4负反馈对放大电路性能的影响下一页返回上一页在深度负反馈的情况下，闭环放大倍数仅与反馈电路的参数有关。例：|A|=300，|F|=0.01。注意:(1)负反馈只能使输出量趋于不变，而且只能减小由开环增益变化而引起的闭环增益变化。

(2)负反馈的组态不同，稳定的增益不同（Avf

、Arf

、Agf

、Aif）7.4负反馈对放大电路性能的影响下一页返回上一页7.4.2减小非线性失真闭环时增益减小，线性度变好。只能减少环内放大电路产生的失真，如果输入波形本身就是失真的，即使引入负反馈，也无济于事。1——开环特性2——闭环特性7.4负反馈对放大电路性能的影响下一页返回上一页下一页返回上一页Auiufud加反馈前加反馈后uo大略小略大略小略大负反馈是利用失真的波形来改善波形的失真，因此只能减小失真，而不能完全消除失真。uoAF小接近正弦波正弦波ui动画7.4负反馈对放大电路性能的影响比原有的信噪比提高了倍电压的信噪比增加一前置级并认为该级为无噪声的新的信噪比7.4.3抑制反馈环内噪声7.4负反馈对放大电路性能的影响下一页返回上一页7.4.4对输入电阻和输出电阻的影响

串联负反馈1.对输入电阻的影响开环输入电阻

Ri=vid/ii因为

vf=F·xoxo=A·vid闭环输入电阻

Rif=vi/ii所以vi=vid+vf=(1+AF

)vid闭环输入电阻

Rif=vi/ii引入串联负反馈后，输入电阻增加了。7.4负反馈对放大电路性能的影响下一页返回上一页vivbeib++––在同样的ib下，vi=vbe+vf

>vbe，所以rif

提高。串联负反馈无负反馈时：有负反馈时：vf+–使电路的输入电阻提高7.4负反馈对放大电路性能的影响下一页返回上一页if无负反馈时：有负反馈时：在同样的vbe下，ii

=ib+if>ib，所以rif

降低。并联负反馈使电路的输入电阻降低iiibvbe+–7.4负反馈对放大电路性能的影响下一页返回上一页并联负反馈闭环输入电阻引入并联负反馈后，输入电阻减小了。开环输入电阻

Ri=vi/iid闭环输入电阻

Rif=vi/iiii=iid+if=(1+AF

)iid7.4负反馈对放大电路性能的影响下一页返回上一页图中R1不在环内但是当R1>>

时，反馈对Rif几乎没有影响。注意:反馈对输入电阻的影响仅限于环内，对环外不产生影响。7.4负反馈对放大电路性能的影响下一页返回上一页2.对输出电阻的影响闭环输出电阻

电压负反馈而Xid=-Xf=-FvT

忽略反馈网络对iT的分流所以引入电压负反馈后，输出电阻减小了。7.4负反馈对放大电路性能的影响下一页返回上一页电流负反馈闭环输出电阻引入电流负反馈后，输出电阻增大了。注意:反馈对输出电阻的影响仅限于环内，对环外不产生影响。7.4负反馈对放大电路性能的影响下一页返回上一页负反馈对放大电路性能的改善，是以牺牲增益为代价的，且仅对环内的性能产生影响。串联负反馈——并联负反馈——电压负反馈——电流负反馈——特别注意表7.4.1的内容增大输入电阻减小输入电阻减小输出电阻，稳定输出电压增大输出电阻，稳定输出电流压串负压并负流串负流并负ri大小大小ro小小大大7.4负反馈对放大电路性能的影响下一页返回上一页7.7.1频率响应的一般表达式基本放大电路的高频响应比开环时增加了为基本放大电路通带增益根据闭环增益表达式有（设反馈网络为纯阻网络）——通带闭环增益其中同理可得——闭环上限频率比开环时减小了——闭环下限频率引入负反馈后，放大电路的通频带展宽了7.7负反馈放大电路的频率响应下一页返回上一页下一页返回上一页引入负反馈使电路的通频带宽度增加无负反馈有负反馈BWfBWf|Au|O通频带扩展到无反馈时的（1+AmF）倍，但增益—带宽保持不变闭环增益-带宽积开环增益-带宽积7.7负反馈放大电路的频率响应1.深度负反馈的特点即，深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈网络有关由于则又因为代入上式得（也常写为xf

xi）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“两虚”的概念输入量近似等于反馈量（xid

0

）7.5深度负反馈条件下的近似计算下一页返回上一页深度负反馈条件下：xd=xi-xf≈0vP=vN（运放电路）ve=vb（三极管电路）(1)“虚短”——vd≈0(2)“虚断”——Id≈0ii+=ii-=0

（运放电路）ib=0（三极管电路）7.5深度负反馈条件下的近似计算下一页返回上一页2.举例电压串联负反馈反馈系数实际上该电路就是第2章介绍的同相比例放大电路，该结果与第2章所得结构相同设电路满足深度负反馈条件，试写出该电路的闭环电压增益表达式。解：根据虚短、虚断闭环增益（就是闭环电压增益）7.5深度负反馈条件下的近似计算下一页返回上一页例7.5.1电压串联负反馈设电路满足深度负反馈条件，试写出该电路的闭环电压增益表达式。解：根据虚短、虚断闭环电压增益7.5深度负反馈条件下的近似计算下一页返回上一页分立电路电压串联负反馈解：求反馈系数：求闭环电压放大倍数：7.5深度负反馈条件下的近似计算下一页返回上一页电流并联负反馈例7.5.4设电路满足深度负反馈条件，试写出该电路的闭环增益和闭环源电压增益表达式。解：根据虚短、虚断闭环增益所以闭环电压增益注意：若io参考方向不同，将影响闭环增益的结果

又因为iR7.5深度负反馈条件下的近似计算下一页返回上一页反馈系数为闭环增益闭环电压增益解：分立电路电流并联负反馈7.5深度负反馈条件下的近似计算下一页返回上一页解:（3）

闭环增益例7.5.5…（3）求大环反馈的闭环增益

电压并联负反馈根据虚短、虚断0V7.5深度负反馈条件下的近似计算下一页返回上一页+VCCRCC2C1RfvSvoibifiiRSRL电压并联负反馈反馈系数为闭环增益闭环电压增益7.5深度负反馈条件下的近似计算下一页返回上一页利用虚短和虚断可知vP=vN=0ii=ifvi/R1=-vO/Rf得：Avf=vO/vi7.5深度负反馈条件下的近似计算下一页返回上一页闭环增益闭环电压增益反馈系数为由第二章知，该电路闭环电压增益:电流串联负反馈

vf=-iORe17.5深度负反馈条件下的近似计算下一页返回上一页闭环电压增益:利用虚短和虚断可知

解：7.5深度负反馈条件下的近似计算下一页返回上一页7.5深度负反馈条件下的近似计算下一页返回上一页在深度负反馈条件下：二.估算输入输出电阻综合举例：求深度负反馈条件下Rf引入反馈的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。书：353例题7.5深度负反馈条件下的近似计算下一页返回上一页+VCCiv&R1T1RR2ov&A1.为了稳定静态工作点，应引入直流负反馈；为了改善电路的动态特性，应引入交流负反馈。2.根据信号源的性质决定引入串联或并联反馈当信号源为恒压源或内阻较小的电压源时，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，引入并联负反馈；3.根据负载对放大电路的要求决定引入电压或电流反馈当负载需要稳定的电压信号时，引入电压负反馈；当负载需要稳定的电流信号时，引入电流负反馈；4.根据四种组态反馈电路的功能，在需要进行信号变换时，选择合适的组态。下一页返回上一页5.适当选择反馈网络中的电阻阻值尽量减小反馈网络对基本放大电路的负载效应7.6.1设计负反馈放大电路的一般步骤7.6负反馈放大电路设计7.6.2设计举例例7.6.2设计一个带负反馈的光电隔离器的驱动电路。设vs的变化范围为0～5V，内阻Rs=500Ω。要求LED的io1=10-3vs(A)。已知运放的Avo=104，Ri=5kΩ，Ro=100Ω。设计后仿真检验发光二极管的电流。解:驱动电路需要将电压vs转换为电流io1已知LED的光强度——流过LED的电流io1线性——电压信号vs线性选用电流串联负反馈电路光电隔离器下一页返回上一页7.6负反馈放大电路设计解:选用电流串联负反馈电路所以Rf=1kΩ又因为根据虚断有深度负反馈时例7.6.2设计一个带负反馈的光电隔离器的驱动电路。设vs的变化范围为0～5V，内阻Rs=500Ω。要求LED的io1=10-3vs(A)。已知运放的Avo=104，Ri=5kΩ，Ro=100Ω。设计后仿真检验发光二极管的电流。下一页返回上一页7.6负反馈放大电路设计解:仿真电路io1与vs的呈线性关系，

io1=10-3vs，放大电路满足设计要求。例7.6.2设计一个带负反馈的光电隔离器的驱动电路。设vs的变化范围为0～5V，内阻Rs=500Ω。要求LED的io1=10-3v