第7章反馈放大电路11课件

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负反馈对放大电路增益的一般表达式

7.4负反馈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负反馈放大电路的设计

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第七章反馈放大电路第七章反馈放大电路(FeedbackAmpliflers)掌握内容：负反馈对放大器性能的影响

理解内容：四种类型反馈组态的特点了解内容：反馈的概念；负反馈放大电路的框图

重点：反馈的分类、反馈类型的判别;

负反馈对放大器性能的影响;

负反馈放大器的近似计算难点：负反馈放大电路的稳定条件本章学时：67.1反馈的基本概念与分类7.1.2直流反馈与交流反馈7.1.3正反馈与负反馈7.1.4串联反馈与并联反馈7.1.1什么是反馈7.1.5电压反馈与电流反馈以影响输入电量（电压或电流）的过程。7.1.1反馈将电路输出电量（电压或电流）的一部分或全部，通过反馈网络，用一定的方式送回到输入回路，体现了输出信号对输入信号的反作用。输出信号反馈放大电路的输入信号反馈信号基本放大电路的输入信号（净输入信号）框图反馈网络反馈通路——信号反向传输的渠道.开环——无反馈通路闭环——有反馈通路反馈通路（反馈网络）信号的正向传输反馈的例子：放大电路工作点稳定问题反馈过程输出电流ICQ发生变化在RE上产生压降UEQ

ICQRE的变化TVCC+RB1I+_UB_RB2RCREICIEIB+UE输入回路输出回路反馈网络使放大元件的输入UBE产生变化抑制输出电流ICQ的变化直流电流负反馈可以稳定输出电流ICQTVCC+RB1I+_UB_RB2RCREICIEIB+UE输入回路输出回路反馈网络hfeibicvceibvbehrevcehiehoe内部反馈外部反馈TVCC+RB1I+_UB_RB2RCREICIEIB+UE通过外接电路元件产生的反馈称为外部反馈。存在于器件内部的反馈称为内部反馈或寄生反馈。判断电路是否存在反馈？只要看输出回路与输入回路之间是否存在反馈网络（反馈通路）。若没有反馈网络，不能形成反馈，若存在反馈网络，能形成反馈。反馈通路（本级）反馈通路（本级）反馈通路（级间）根据反馈到输入端的信号是交流，还是直流，或同时存在，来进行判别。交流反馈：交、直流反馈交流反馈7.1.2直流反馈与交直流反馈存在于交流通路中的反馈直流反馈：存在于直流通路中的反馈直流反馈交、直流反馈(1)正反馈——反馈信号加强输入信号的作用，使净输入信号大于原输入信号。7.1.3正反馈与负反馈(2)负反馈——反馈信号削弱输入信号的作用，使净输入信号小于原输入信号。净输入量可以是电压，也可以是电流。a.在输入端加入对地瞬时极性为正的电压uI。判断方法4.瞬时极性法判断正负反馈b.根据放大电路的工作原理，标出电路中各点电压

的瞬时极性。c.判断反馈信号是增强还是削弱输入信号。d.反馈信号削弱了输入信号(uId<

uI)为负反馈。e.反馈信号增强了输入信号(uId>

uI)为正反馈。净输入信号小于输入信号，所以为负反馈。uI[例1]判断图示电路反馈的极性。[解]假设uI的瞬时极性为正。即uI>0那么uO>0uF>0⊕uO+_R1R2++___+uFuIdFA净输入信号大于输入信号，所以为正反馈。[例2]判断图示电路反馈的极性。[解]假设uI>0那么uO<0uF<0uO_+R1R2uI++___+uFuIdFA(+)(+)(-)(-)(-)净输入量(+)(+)(-)(-)净输入量负反馈正反馈反馈通路反馈通路级间反馈通路净输入量减小级间负反馈反馈通路净输入量减小本级负反馈级间反馈通路(+)(+)(+)(+)(-)(-)净输入量级间负反馈反馈通路本级反馈通路7.1.4串联反馈和并联反馈反馈信号为电压a.串联反馈特点反馈网络与基本放大电路串联于输入端b.并联反馈特点反馈网络与基本放大电路并联于输入端反馈信号为电流由反馈网络在放大电路输入端的连接方式判定串联：输入以电压形式求和（KVL）-vi+vid+vf=0

即vid=vi-

vf并联：输入以电流形式求和（KCL）ii-iid-if=0

即iid=ii-if串联并联判断电路中的级间交流反馈是串联反馈还是并联反馈并联反馈级间反馈通路xf(if)判断电路中的级间交流反馈是串联反馈还是并联反馈串联反馈级间反馈通路xf(vf)a.电压反馈7.1.5电压反馈和电流反馈反馈信号与输出电压成正比反馈信号来源于输出电压特点b.电流反馈反馈信号与输出电流成正比反馈信号来源于输出电流特点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

电压反馈电流反馈判断方法：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7.2负反馈放大电路的四种组态反馈量输入信号的连接方式电压电流串联并联(将反馈信号转为电压信号,与输入电压相减)(将反馈信号转为电流信号,与输入电流相减)四种连接方式:(1)电流串联负反馈(2)电压串联负反馈

(3)电流并联负反馈(4)电压并联负反馈瞬时极性法当vi一定时：若RLvovfvidvo电压负反馈串联负反馈输出回路输入回路FAF⊕⊕⊕⊕vividvfvo反馈信号和输入信号加于输入回路两点时，同极性的净输入电压比无反馈时减小了，输出电压减小，电压增益下降为负反馈。电压负反馈的重要特点：稳定输出电压信号源内阻RS越小，反馈效果越好。反馈信号是输出电压的一部分，与输出电压成比例，是电压反馈。

反馈电压Vf与输入电压Vid是串联关系，故为串联负反馈。7.2.1电压串联负反馈AF⊕voIiIidIf○在相同Is的作用下,因IF的分流使输入运放的电流Iid减小，V0减小，互阻增益下降，为负反馈。电压负反馈输出端的取样是电压并联负反馈输入端Ii和If以并联的方式进行比较7.2.2

电压并联负反馈AF⊕⊕vividvf⊕在输入回路中，Vf抵消了Vi的一部分，净输入电压减小输出电流也减小，互导增益下降，为负反馈。io输出端的取样是电流，所以是电流负反馈。输入端Vi和Vf以串联的方式进行比较，所以是串联负反馈。7.2.3

电流串联负反馈互阻反馈系数：⊕iiiidif○AF○流进运放反相输入端的电流iid=ii-if，净输入电流减小输出电流减小，电流增益下降，为负反馈。io当ii一定时：若RLioifiidio通过R、Rf电流负反馈的重要特点稳定输出电流信号源内阻的值越大，反馈效果越好。电流负反馈输出端的取样是电流并联负反馈输入端ii和if以并联的方式进行比较7.2.4

电流并联负反馈反馈组态判断举例（交流）(+)(-)(+)(+)级间电压串联负反馈(+)反馈组态判断举例（交流）电压并联负反馈直流反馈交、直流反馈反馈组态判断举例（交流）(+)(+)(-)(+)(+)(+)电流串联负反馈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。信号源对反馈效果的影响并联负反馈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。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反馈深度：越大，放大电路的增益减小越多，因此，的值是衡量负反馈程度的一个重要指标，称为反馈深度。1+AF负反馈放大电路的将AF称为环路增益。闭环增益：1+AF对负反馈放大电路增益的讨论

Af

<A··Af=A1+AF····(a)当>1时1+AF··引入反馈后，电路增益减小，这种反馈称为负反馈。考虑频率的影响Af

>A··b.当<1时1+AF··c.当=1时1+AF··Af

=A··电路没有反馈电路引入反馈后，增益增加，称为正反馈。正反馈虽然可以提高增益，但使放大电路的性能不稳定，所以很少用。即电路没有输入，但仍有一定的输出。XoXi==∞··A1+AF···Af=·d.当=0时1+AF··上式成立的条件Xi=0Xo0叫做放大电路的自激。负反馈放大电路中各种信号量的含义7.4负反馈对放大电路性能的改善由于多种原因，例如环境温度的变化，器件的老化和更换以及负载的变化等，都能致使电路元件参数和放大器件的特性参数发生变化，因而导致放大电路增益的改变。当输入信号一定时，电压负反馈能使输出电压基本维持恒定，电流负反馈能使输出电流基本维持恒定。7.4.1提高增益的稳定性从数学表达式来看，负反馈放大电路的一般表示式引入负反馈后，放大电路增益只决定于反馈网络，基本与放大电路无关。反馈网络一般是由一些性能比较稳定的无源线性元件组成，所以引入负反馈后增益比较恒定。对A求微分得在一般情况下，增益的稳定性常用有、无反馈时增益的相对变化量之比来衡量。其相对变化量为即AF相对变化量，仅为A的相对变化量的1/(1+AF)。即闭环增益的相对稳定度提高了，（1+AF）越大，即反馈越深，dAf/Af越小，闭环增益的稳定性越好。例如，当1+AF=10时，假若由于某种原因在未加反馈时增益变化了5%，那么引入负反馈，闭环增益的变化就减小到0.5%。注意：1、负反馈不能使输出量保持不变，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的变化。2、不同类型的负反馈能稳定的增益不同（Avf

、Arf

、Agf

、Aif）电压串联负反馈只能稳定闭环电压增益，而电流串联负反馈只能稳定闭环互导增益。7.4.2减小非线性失真在多级放大电路的最后几级，输入信号的幅度较大，在动态过程中，放大器件可能工作到它的传输特性的非线性部分，因而使输出波形产生非线性失真。引入负反馈后这种非线性失真减少。

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

输入信号输出信号开环放大电路减小非线性失真原理0iB的波形图非线性失真AxI闭环放大电路xOxId=xI信号传输方向反馈信号xOxIdxIxF++AF_xId=xI

–

xF7.4.3

抑制反馈环内的干扰和噪声电路信噪比：信噪比提高倍。1.对输入电阻的影响负反馈对输入电阻的影响取决于反馈网络在放大电路输入回路的连接方式，即取决于是并联还是串联负反馈。与反馈网络在输出回路的连接方式无直接关系。7.4.4对输入电阻和输出电阻的影响放大电路中引入的交流负反馈的类型不同，对输入电阻和输出电阻的影响也就不同。串联负反馈开环输入电阻

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。并联负反馈所以：闭环输入电阻引入并联负反馈后，输入电阻减小了。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。

Ri=vi/iid

Rif=vi/ii

ii=iid+if=(1+AF

)iid2.对输出电阻的影响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，即是电压还是电流负反馈。与反馈网络在输入回路的连接方式无直接关系。2．对输出电阻的影响电压负反馈使得输出电压趋于恒定，输出电压恒定与输出电阻低是密切相关的，电压负反馈使得输出电阻减小。电流负反馈使得输出电流趋于恒定，输出电流恒定与输出电阻高是紧密相关的，电流负反馈使得输出电阻增加。闭环输出电阻（1）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。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。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7.4.4对输入电阻和输出电阻的影响7.5深度负反馈条件下的近似计算1.深度负反馈的特点2.举例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

）串联负反馈，输入端电压求和深度负反馈条件下

xid=

xi-

xf

0

虚短虚断虚短虚断并联负反馈，输入端电流求和vid=

vi-

vf

0iid=

ii-

if

0vid=

iid

ri

02.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章所得结果相同

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）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、虚断闭环电压增益电流并联负反馈

7.5.4设电路满足深度负反馈条件，试写出该电路的电流增益。解：

根据虚短、虚断电流增益iR解:（3）

闭环增益例7.5.5…（3）求大环反馈的闭环增益以及对信号源的闭环电压增益；…

电压并联负反馈根据虚短、虚断0V7.6负反馈放大电路设计7.6.1设计负反馈放大电路的一般步骤7.6.2设计举例7.6.1设计负反馈放大电路的一般步骤1.选定需要的反馈类型2.确定反馈系数的大小3.适当选择反馈网络中的电阻阻值4.通过仿真分析，检验设计是否满足要求信号源性质对输出信号的要求对输入、输出电阻的要求对信号变换的要求（V-V、V-I、I-V、I-I

）深度负反馈时尽量减小反馈网络对基本放大电路的负载效应例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。光电隔离器解: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。7.7负反馈放大电路的频率响应7.7.2增益-带宽积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例7.7.1的波特图开环增益反馈系数为0.01时反馈系数为0.1时反馈系数为1时放大电路的增益-带宽积为常数闭环增益-带宽积开环增益-带宽积开环增益_带宽积与闭环增益_带宽积相等,是一个常量.也就是说对于一个给定的放大电路,可以降低带宽为代价来提高增益,也可以降低增益为代价来增加带宽.负反馈对放大电路性能的改善取决于反馈深度或环路增益的大小，值越大，放大电路性能越优良。7.8

负反馈放大电路的稳定性反馈过深，放大电路不能稳定地工作，产生振荡现象，称为放大电路的自激。即使不加任何输入信号，放大电路也会产生一定频率的输出。这种现象应尽量避免消除。1、负反馈放大电路的自激现象在中频范围内，负反馈放大电路有反馈放大电路的输出信号就减小，负反馈作用正常地体现出来。这种情况下，将是和的代数差，所以：即在高频和低频范围内，产生附加相移，与出现一个相位差，假设在某一频率下附加相移产生