模电课件第六章

第六章反馈

16―1反馈的基本概念及基本方程6―1―1什么是反馈 就是将放大器的输出量（输出电流或输出电压）的一部分或全部通过一定的网络，回送到放大器的输入回路，用来影响其输入量（输入电流或输入电压）的措施，称为反馈。正反馈：反馈信号对输入信号起增强作用（如振荡器）。负反馈：反馈信号对输入信号起减弱作用（使放大器的某些性能得到改善）。2图6―1负反馈稳定工作点电路直流反馈：仅在直流通路中存在的反馈称为直流反馈。交流反馈：仅在交流通路中存在的反馈称为交流反馈。3直流负反馈主要用于稳定放大器的静态工作点，本章重点讨论交流负反馈，引入交流负反馈的放大器称为负反馈放大器。4图6―2反馈放大器基本框图

6―1―2反馈放大器的基本框图基本放大器A取样∑比较Xi.′净输入信号Xf.反馈信号输出信号＋输入信号Af反馈放大器Xi.Xo...反馈网络F.基本放大器的传输增益(也称开环增益或开环放大倍数)5图6―2反馈放大器基本框图

6―1―2反馈放大器的基本框图基本放大器A取样反馈网络F∑比较Xf.Xi.′净输入信号反馈信号输出信号＋输入信号Af反馈放大器Xi.Xo....反馈网络的传输系数(也称反馈系数)6图6―2反馈放大器基本框图

6―1―2反馈放大器的基本框图基本放大器A取样反馈网络F∑比较Xf.Xi.′净输入信号反馈信号输出信号＋输入信号Af反馈放大器Xi.Xo....反馈放大器的传输增益（也称闭环增益）76―1―3反馈放大器的基本方程基本放大器的传输增益(也称开环增益或开环放大倍数)反馈网络的传输系数(也称反馈系数)环路增益(回归比)

反馈放大器的传输增益（也称闭环增益）注意：上述X可以指电压也可以指电流，因此A、F既可能是电压增益也可能是电流增益，也可能是互导增益或互阻增益。8反馈放大器的基本方程9结论（1）负反馈使放大器的增益下降了（1+AF）倍；（2）反馈深度D=1+AF，表征反馈强弱；D1或AF1

，深反馈条件10（3）深反馈条件下，（4）若正反馈，则116.1.4负反馈放大电路的组态和四种基本类型一、电压反馈和电流反馈及其判断方法根据反馈网络与基本放大器输出端的连接方式不同，反馈可分为：电压反馈：反馈网络与基本放大器输出端并联连接，反馈信号直接取自于输出电压。电流反馈：反馈网络与基本放大器输出端串联连接，反馈信号直接取自于输出电流。12(a)(b)AF电流取样RLUo.Xf.Io.反馈支路UCCRCuoVRERfui(c)(d)反馈支路UCCRCuoRERfuiIe.AF电压取样RLUo.Xf.图6―6电压反馈和电流反馈13 采用“输出负载短路法”。只要令输出端负载短路，输出电压为零，若反馈量也随之为零，则说明电路中引入了电压反馈；若反馈量依然存在，则说明电路中引入了电流反馈。

判断方法141516 根据反馈网络和基本放大器输入端的连接方式方式不同，分为：串联反馈：反馈网络串联在基本放大器的输入回路中，使得净输入电压U

i’等于总输入电压Ui减去反馈电压Uf，即Ui’=Ui－Uf。并联反馈：反馈网络直接并联在基本放大器的输入端，在这种反馈方式中，放大器的净输入电流Ii’等于输入电流Ii减去反馈电流If，即Ii’=Ii－If，

。二、串联反馈和并联反馈及其判断方法17ARiF＋－Ui.－RifUf＋－＋Ui′Ii...(a)串联反馈1）Ui’与Uf是串联关系。2）输入信号与反馈信号不在同一节点上。3）18ARiF＋－Ui.RifIi.Ii.′If.(b)并联反馈1）Ui’与Uf是并联关系。2）输入信号与反馈信号在同一节点上。3）19＋－uiR1Ii.Ii.′If.Rf反馈＋－Ui.Ui.′REUf.Rf反馈图6―10放大器输入回路中引入串联反馈和并联反馈

(a)串联反馈(b)并联反馈20一般地，串联反馈是输入信号与反馈信号加在放大器的不同输入端上；而并联反馈则是两者并接在同一个输入端。串联反馈和并联反馈的判断方法21Ui.AFUo.＋－－＋Uf.Ui.′AFUo.Us.RsIi.If.Ii.′

图6.1.9四种典型的负反馈组态电路(a)串联电压负反馈(b)串联电流负反馈(c)并联电压负反馈(d)并联电流负反馈AFUo.IoUs.RsIi.Ii.′If..AFUo.＋－Ui.－＋Uf.Ui.′Io＋－.三、四种基本反馈类型22Ui.AFUo.＋－－＋Uf.Ui.′(a)串联电压负反馈6-1-4四种组态反馈放大器增益和反馈系数的定义及近似计算

一、串联电压负反馈23

二、串联电流负反馈(b)串联电流负反馈AFUo.＋－Ui.－＋Uf.Ui.′Io＋－.24三、并联电压负反馈AFUo.Us.RsIi.If.Ii.′(c)并联电压负反馈25四、并联电流负反馈(d)并联电流负反馈AFUo.IoUs.RsIi.Ii.′If..26四、负反馈放大电路举例1.电压串联负反馈27瞬时极性法：在反馈放大电路的输入端加入对地瞬时极性为正的电压。根据放大电路的工作原理，就可标出电路中各点电压的瞬时极性。通过检验反馈信号是增强还是削弱净输入信号（串联反馈指的是净输入电压，并联反馈指的是净输入电流）来判别，削弱者为负反馈，增强者为正反馈。正反馈和负反馈的判决方法282930在深负反馈条件下31图6―18三种不同反馈组态的单级放大器2.电压并联负反馈电路3233图6―18三种不同反馈组态的单级放大器3.电流串联负反馈电路34354.电流并联负反馈电路36在深负反馈下376―2负反馈对放大器性能的影响

6―2―1负反馈使放大倍数稳定度提高基本放大器A取样反馈网络F∑比较Xf.Xi.′净输入信号反馈信号输出信号＋输入信号Af反馈放大器Xi.Xo.图6―2反馈放大器基本框图..38通常用放大倍数的相对变化量来衡量放大器的稳定性。基本放大器A取样反馈网络F∑比较Xf.Xi.′净输入信号反馈信号输出信号＋输入信号Af反馈放大器Xi.Xo....39开环放大倍数相对稳定度为闭环放大倍数相对稳定度为若近似以增量代替微分，则：40结论 引入负反馈使放大倍数的相对变化量减小为原相对变化量的1/(1+AF)，即反馈越深，放大倍数的增益稳定性越好。 在深度负反馈时，Af=1/F，因此，只要F稳定，Af也将稳定。

注意：负反馈被稳定的对象与反馈信号的取样对象有关。如果取样对象是输出电压，则输出电压将被稳定；如果取样对象是输出电流，则输出电流将被稳定。

41例1设计一个负反馈放大器，要求闭环放大倍数Af=100,当开环放大倍数A变化±10%时，Af的相对变化量在±0.5%以内，试确定开环放大倍数A及反馈系数F值。所以，反馈深度D必须满足因为解因为42所以因为所以436-2-2负反馈使放大器通频带展宽，线性失真减小引入负反馈后，闭环增益：因此：44式中：45无反馈放大器的频率响应有负反馈放大器的频率响应增益AIAI-3dBAIfAIf-3dBfLffLfH无反馈放大器的带宽负反馈放大器的带宽fHff(频率)图6―3负反馈改善放大器频率响应的示意图46图6―4引起频率失真的因素必须包含在反馈环之内476-2-3负反馈使非线性失真减小，输入动态范围展宽48io0ubeA＋Xi.Xo.－＋－xo0t0txi基本放大器t0xi0txi′图6―5负反馈改善非线性失真的工作原理示意图(a)无反馈io0ubeAFXo.∑＋－Xi.Xf.Xi.′(b)负反馈使非线性失真减小txo0xf0t49非线性失真系数：“全谐波失真率”式中：Xnh为器件非线性产生的输出高次谐波分量，X1O为基波分量。50负反馈使非线性失真减小了（1+AF）倍。失真减小，意味着线性动态范围的拓宽。注意：非线性失真的减小只限于反馈环内放大器产生的非线性失真，对外来信号已有的非线性失真，负反馈将无能为力。而且，只在输入信号有增大的余地，非线性失真也不是十分严重的情况下才是正确的。516-2-4负反馈可以减小放大器内部产生的噪声与干扰的影响利用负反馈抑制放大器内部噪声及干扰的机理与减小非线性失真是一样的。负反馈输出噪声下降(1+AF)倍。如果输入信号本身不携带噪声和干扰，且其幅度可以增大，输出信号分量保持不变，那么放大器的信噪比将提高(1+AF)倍。52(1)负反馈使放大器的放大倍数下降，但增益稳定度提高，频带展宽，非线性失真减小，内部噪声干扰得到抑制，且所有性能改善的程度均与反馈深度(1+AF)有关。(2)被改善的对象就是被取样的对象。负反馈的特点(3)负反馈只能改善包含在负反馈环节以内的放大器性能，对反馈环以外的，与输入信号一起进来的失真、干扰、噪声及其它不稳定因素是无能为力的。536-3反馈放大器的分类及对输入、输出阻抗的影响6-3-1电压反馈与电流反馈 根据反馈网络与基本放大器输出端的连接方式不同，反馈可分为：电压反馈：反馈信号直接取自于输出电压。反馈网络与基本放大器输出端并联连接。电流反馈：反馈信号直接取自于输出电流。反馈网络与基本放大器输出端串联连接。54(a)(b)AF电流取样RLUo.Xf.Io.反馈支路UCCRCuoVRERfui(c)(d)反馈支路UCCRCuoRERfuiIe.AF电压取样RLUo.Xf.图6―6电压反馈和电流反馈55 采用“输出短路法”。即将输出端短路，观察反馈信号是否还存在。如果反馈信号不存在，说明是电压反馈；反之，则说明是电流反馈。判断方法56

6-3-2电压反馈和电流反馈对输出电阻的影响图6―7电压负反馈放大器输出电阻的计算

Ro为基本放大器的输出电阻（即开环输出电阻）为等效开路电压（Ao为负载开路放大倍数）。XiXi’Xf57分析：在无反馈时，将输入短路Xi=0，则净输入Xi’=0，所以AoXi’=0，此时的输出电阻为Ro。引入反馈后，当Xi=0时，净输入Xi’0，而是Xi’=-Xf，此时反馈放大器的输出电阻为：XiXi’Xf58XiXi’Xf59图6―8电流负反馈放大器输出电阻的计算电流负反馈对输出电阻的影响XiXi’Xf60 根据反馈网络和基本放大器输入端的连接方式方式不同，分为：串联反馈：反馈网络串联在基本放大器的输入回路中。

并联反馈：反馈网络并接在基本放大器的输入端。6―3―3串联反馈与并联反馈61ARiF＋－Ui.－RifUf＋－＋Ui′Ii...(a)串联反馈1）Ui’与Uf是串联关系。2）输入信号与反馈信号不在同一节点上。3）62ARiF＋－Ui.RifIi.Ii.′If.(b)并联反馈1）Ui’与Uf是并联关系。2）输入信号与反馈信号在同一节点上。3）63＋－uiR1Ii.Ii.′If.Rf反馈＋－Ui.Ui.′REUf.Rf反馈图6―10放大器输入回路中引入串联反馈和并联反馈

(a)串联反馈(b)并联反馈64V1V2R1R1Uf.Rf反馈Io＋－Ui.＋－R1Ii.Ii.′If.Rf反馈Ui.IoV1V2R1图6―11差分放大器中引入串联反馈和并联反馈(a)串联反馈(b)并联反馈65一般地，串联反馈是输入信号与反馈信号加在放大器的不同输入端上；而并联反馈则是两者并接在同一个输入端。串联反馈和并联反馈的判断方法666―3―4串联负反馈和并联负反馈对放大器输入电阻的影响ARiF＋－Ui.－RifUf＋－＋Ui′Ii...(a)串联反馈67ARiF＋－Ui.RifIiIi′If.(b)并联反馈68Ui.AFUo.＋－－＋Uf.Ui.′AFUo.Us.RsIi.If.Ii.′

图6―12四种典型的负反馈组态电路(a)串联电压负反馈(b)串联电流负反馈(c)并联电压负反馈(d)并联电流负反馈AFUo.IoUs.RsIi.Ii.′If..AFUo.＋－Ui.－＋Uf.Ui.′Io＋－.69Ui.AFUo.＋－－＋Uf.Ui.′(a)串联电压负反馈6-4反馈放大器的分析和近似计算6-4-1四种组态反馈放大器增益和反馈系数的定义及近似计算

一、串联电压负反馈70

二、串联电流负反馈(b)串联电流负反馈AFUo.＋－Ui.－＋Uf.Ui.′Io＋－.71三、并联电压负反馈AFUo.Us.RsIi.If.Ii.′(c)并联电压负反馈72四、并联电流负反馈(d)并联电流负反馈AFUo.IoUs.RsIi.Ii.′If..73基本放大器引入负反馈的原则在电路输出端若要求电路Uo稳定或Ro小应引入电压负反馈。若要求电路Io稳定或Ro大应引入电流负反馈。在电路输入端若要求Ri大或从信号源索取的电流小引入串联负反馈。若要求Ri小或从信号源索取的电流大引入并联负反馈。反馈效果与信号源内阻RS的关系若电路采用RS较小的电压源激励应引入串联负反馈若电路采用RS较大的电流源激励应引入并联负反馈反馈效果与增益的关系若要稳定电压增益应引入串联电压负反馈若要稳定电导增益应引入串联电流负反馈74深度负反馈条件下对串联反馈对并联反馈放大器工作在深度负反馈条件下，即求Auf时，可以利用如下关系式：75正反馈和负反馈的判决方法瞬时极性法：假设输入信号向某一方向变化，沿闭环系统，逐级推出电路中其它各有关点信号的瞬时变化极性，最后看反馈到输入端信号的极性对原来的信号是增强还是削弱。增强则为正反馈，削弱则为负反馈。76负反馈77负反馈78正反馈79负反馈80正反馈81负反馈826―4―3分立元件负反馈放大器的分析计算一、单级负反馈放大器电路1.单级串联电压负反馈电路反馈网络(a)RBUCCC1Ui.C2REUfUo..RLUo.iU&¢=++83反馈网络(a)RBUCCC1Ui.C2REUfUo..RLUo.iU&¢=++84图6―18三种不同反馈组态的单级放大器2.单级串联电流负反馈电路85用等效模型精确计算：86图6―18三种不同反馈组态的单级放大器3.单级并联电压负反馈电路(c)R2UCC+_C2.RERLUo.CER1If.Ii.RCiU&¢iI&¢反馈网络+_87(c)R2UCC+_C2.RERLUo.CER1If.Ii.RCiU&¢iI&¢反馈网络+_88图6―19串联电压负反馈对二、多级反馈放大器电路R2c1R1R5R4R6RLC1+_Uf.R3C3V1V2c2C2UoUCCUi.反馈网络e1b1iU&¢+_+++_++_+891.串联电压负反馈对90(a)R4＋－Ui.Ui.′R3＋－Uo.Uf.V1(b)＋－Ui.V1R3||R4＋－Uf＝.R3R3＋R4Uo＝FUo..图6―20等效到第一级射极的反馈电压(a)输入回路等效；(b)戴维南等效电路91图6―21并联电流负反馈对2.并联电流负反馈对R2CCR3RLUo.R6CER1Ii.c1If.Ui.e1V1e2UCCR4V2R5Rof反馈网络b1c2iU&¢iI&¢+_++__++__+9293图6―22串联电流负反馈电路3.串联电流负反馈电路R2U’i.R3c1Ui.V1c2R4V2R5CBUf.R8b1R1CCRLUo.e3UCCR6V3R7+_+_+_++_++_+反馈网络9495图6―23三级并联电压负反馈电路4.并联电压负反馈电路Ui.V1R3CE1R1If.Ii.R2c1R4R6CE3R8R7UCCV2V3b1Rif≈R1Uo.c2c3R5iU&¢iI&¢+_+_+_++反馈网络9697图6―24串联电流正反馈电路5.串联电流正反馈电路98六、复反馈放大器99(b)复反馈补偿电流高频响应100图6―27例2电路三、反馈放大器例题分析101例2电路如图6―27所示。这是一个两级放大器，第一级为场效应管差分放大器，第二级为运放构成的反相比例放大器。(1)为进一步提高输出电压稳定度，试正确引入反馈。(2)计算没有引入反馈时放大倍数。

(3)计算引入反馈后的闭环放大倍数Auf=?(4)若一定要求引入并联电压负反馈，电路应如何改接?102103