电路与电子技术基础 课件 第5章2 负反馈放大器

5.5节内容要求

深刻理解反馈的概念，熟悉反馈系统的组成框图,熟练掌握闭环放大倍数方程;

掌握反馈的分类及反馈类型的判别方法;

熟悉负反馈对放大器性能的改善，会根据要求正确引入负反馈;

掌握深度负反馈放大器的近似估算方法.

15.5放大电路中的负反馈反馈理论及反馈技术在自动控制、信号处理、电子电路及电子设备中有着十分重要的作用。在放大电路中，负反馈作为改善其性能的重要手段而备受重视。本章从反馈的基本概念出发,讨论了反馈的分类方法，推导出负反馈放大电路增益的基本方程式，给出了四种基本的负反馈结构，研究了负反馈对放大电路性能的影响，讨论了深度负反馈放大电路的近似估算方法。25.5.1反馈的基本概念及反馈放大电路框图1.反馈的基本概念在电子电路中，反馈现象是普遍存在的。下面以放大电路为例介绍反馈的概念。

所谓反馈，就是指将放大电路输出量（电压或电流）的一部分或全部，通过一定网络（称为反馈网络），以一定形式（与输入信号串联或并联）返送到输入回路，来影响电路性能的技术。例如，在第4章位于共发射极电路的射极电阻RE，当晶体管的参数随温度变化时，它们可用来稳定Q点。这种稳定机理，恰恰是利用了负反馈的理论。3

UBEQ=UBQ－UEQ，式中基本不变。但UEQ则不同，UEQ=IEQRE≈ICQRE，它携带着放大电路输出电流ICQ的变化信息。如果因为某种因素（例如温度升高）使ICQ增大时，UEQ也相应增大，导致UBEQ反而减小，从而使IBQ减小，进而牵制了ICQ的增大，结果使ICQ趋于稳定。这里，发射极电阻RE将输出电流ICQ的变化反馈到输入回路，引进了一种自动调节的机制，这种技术称为反馈。4

2.反馈放大电路的基本框图

反馈放大电路抽象为图所示的方框图。由图可见，反馈放大电路由基本放大电路、反馈网络和比较环节组成。其中，

XI、XID

(或称XI’)、XO

、XF

分别表示反馈放大电路的输入信号、净输入信号、输出信号和反馈信号；A表示基本放大电路的增益，又称为开环增益；F表示反馈网络的传输系数，或反馈系数。传输方向均为单方向传输。

在方框图中，XI、XID、XO、XF可以是电压量，也可以是电流量。A和F是广义的增益和反馈系数，由于其物理含义的不同，形成了不同的反馈类型。5

2.反馈的分类及判别方法

1）按交直流性质分：直流反馈和交流反馈分析时设定基本放大器和反馈电路都是二端口网络，传输信息是单方向的，即放大器是从左向右，反馈网络是从右向左。电容具有隔直通交作用，对直流信号可认为开路，对交流信号可认为短路。6判断下面电路中的直流、交流反馈元件：RE1具有直、交反馈作用，RE2具有直流反馈作用。72）按反馈的极性分：正反馈和负反馈正反馈可以使电路输出信号变大，负反馈可以使电路信号得到稳定。判别方法：

瞬时极性法对串联反馈:uid=ui

－

uf

（反馈信号在放大器以串行方式出现）

负反馈正反馈对并联反馈:iid=ii

－

if

负反馈（反馈信号以并行方式出现）iid=ii

+

if正反馈8采用瞬时极性判断时，对于基本放大器网络和反馈网络都是单方向进行判断！基本放大器传输方向从左向右，反馈网络从右向左。9103）

按输出端取样对象分：电压反馈和电流反馈特点:电压负反馈用来稳定输出电压;

电流负反馈用来稳定输出电流。

11RL

(b)RERB2UCCRB1C1C2T+ui

－RLRERB2+uo－RCRB1UCC

(a)C1C2T判别方法有二种方式:图（a）由结构判断：除公共地线外,若输出线与反馈线接在同一点上,为电压反馈；若接在不同点上,为电流反馈。

图(b)负载短路法：将负载短路,若反馈信号消失,为电压反馈；若反馈依然存在,为电流反馈。+ui

－+uo－12RLRE1RE2RBRC1T1RC2T2UCCT3RC3RE3+

us

－RsRf(b)4）按输入端接入方式分：串联反馈和并流反馈

特点是串联负反馈可以增大输入阻抗；并联负反馈可以减小输入阻抗。

判别方法同样有二种方式:（1）由结构判断；除公共地线外,若反馈线与输入信号线接在同一点上,为并联反馈；若接在不同点上,为串联反馈。（2）反馈节点对地短路法：反馈接点对地短路,若输入信号仍能送入,为串联反馈；否则，为并联反馈。RB12RsC3RLRE2RC2RB21RB22RE1Rc1+

us

－RB11C1C2T1CE1+uo－UCCT2Rf(a)+uo－1314【例5.5-1】一个反馈放大电路如图5.5-7所示，试说明电路中存

在哪些反馈，并判断各反馈的类型。

R4前级直、交流反馈；

R8后级直流反馈；R4、R9、C4构成了级间交流电压串联负反馈；

注意：电路中同时有单级反馈、级间反馈时，起主要作用的是级间反馈。图5.5

【例5.5-1】的图15Rf构成了级间电流并联负反馈【例5.5-2】反馈放大电路图5.5-9所示，试判断级间反馈的类型。Rs图

5.5-9【例5.5-2】的图RC1RC2+UCCT1－UEET2+

us

－RE3T3R1RfRC3+uo－ifiiiid16R5构成了级间电压并联负反馈【例5.5-3】试判断图6-10所示反馈放大电路中级间反馈的类型。图

5.5-10【例5.5-3】的图175.5.2负反馈放大电路的一般表达式及四种基本组态根据输出端采样方式的不同和输入端连接方式的不同，负反馈可分为四种基本组态：18+

us

－+

uo

－RLAuFuRs+

ui

－+

uid

－+

uf

－(a)电压串联负反馈··+

uo

－(b)电流串联负反馈+

us

－AgFrRLRs+

ui

－+

uid

－+

uf

－io··Rs+

uo

－isArFgRLiiif(c)电压并联负反馈··iid+

uo

－AiFiRLRsiiiidifis(d)电流并联负反馈··io根据上式解出闭环放大倍数：

19负反馈放大电路的一般表达式：已知X0=AX’i=A(Xi–Xf)=A(Xi–FX0)

表5.5-1四种负反馈放大电路各参数的定义及名称

组态

参数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名称开环电压放大倍数开环互阻放大倍数开环互导放大倍数开环电流放大倍数定义名称电压反馈系数互导反馈系数互阻反馈系数电流反馈系数定义名称闭环电压放大倍数闭环互阻放大倍数闭环互导放大倍数闭环电流放大倍数定义205.5.3负反馈对放大电路性能的影响

负反馈以牺牲放大倍数为代价，换来了放大电路许多方面性能的改善。1.提高了放大倍数的稳定性由于放大倍数的稳定性是用它的绝对值的变化来表示的,在不考虑相位关系时,式（6-4)中的各量均用正实数表示，即:

Xo

AAf

=——=———

(6－6)

Xi

1+AF

dAf1AF

1=－=

dA1+AF

(1+AF)2(1+AF

)2

dA

dAf=

(1+AF)221dAf

dA

1

dA==(6-7)

AfAf(1+AF

)21+AF

A另一方面，由式（6-5）可知，当引入深度负反馈后，放大电路的闭环放大倍数仅仅取决于反馈网络，而与基本放大电路几乎无关，当然也就和放大器件的参数无关了，所以放大倍数的稳定性会大大提高。式（6-7）表明，引入负反馈后，闭环放大倍数的相对变化是开环放大倍数相对变化的

。22【例5.5-4】已知一反馈系统的开环放大倍数A=106,闭环放大倍数Af=100。如果A下降20%,试问Af下降多少?【解】

AAf=

1+AF

dAf

1

dA1==×20%=0.002%Af

1+AF

A104A1+AF

==104Af

可见，与开环放大倍数相比，闭环放大倍数变化的百分比要小得多。23

2.减小非线性失真和抑制干扰、噪声

负反馈减小放大电路非线性失真的机理可用下图说明。（a）无反馈时放大电路的失真现象（由于内部原因造成）24（b）负反馈放大电路抑制了产生的失真现象

3.扩展通频带频率响应是放大电路的重要特性之一，而通频带是它的重要技术指标.引入负反馈是展宽频带的有效措施之一。

假设基本放大电路在高频段的放大倍数为:当引入负反馈,并设反馈系数为时,将上式代入Af:25上式可写成比较以上两式可得:可见引入负反馈后，中频放大倍数减小了（1＋）倍，而上限截止增大了（1＋）倍。26

4.改变输入和输出电阻

1）负反馈对输入电阻的影响在反馈电路中，输入电阻的改变取决于反馈放大电路输入端的连接方式，而与输出端的采样方式无关。

基本放大器反馈网络XoRsRi图5.5-14并联负反馈框图·Ii·Iid·If+·

Ui

－·Is·图5.5-13串联负反馈框图

基本放大器反馈网络Xo+

Us

－Rs·IiRi+·

Ui

－+Vid－+Vf

－····27对图5.5-13,串联负反馈增大输入电阻：·····

UiUid+Uf

UidUf

Rif

=—=———

=—

(1+—)

=Ri(1+AF)

····IiIi

IiUid

··对图5.5-14,并联负反馈减少输入电阻：

···UiUiUiRi

Rif

=—=——=—————

=——

········IiIid+If

Iid(1+If/Iid)

1+AF28图5.5-15(a)电压串联负反馈图5.5-15(b)电压并联负反馈图5.5-16(a)电压串联负反馈求输出电阻图5.5-16(b)电压并联负反馈求输出电阻29

2）负反馈对输出电阻的影响

输出电阻取决于反馈网络在输出端的采样方式，而与输入端的连接方式无关。电压负反馈输出电阻减小1＋倍。图5.5-17(a)电流串联负反馈图5.5-17(b)电流并联负反馈图5.5-18(a)电流串联负反馈求输出电阻图5.5-18(b)电流并联负反馈求输出电阻30即引入电流负反馈，放大电路的输出电阻增大1＋倍。31负反馈对放大电路性能的改善，是以牺牲增益为代价的，且对电路环内的性能产生影响。例如，电压负反馈可以稳定输出电压：RLꜜ→uoꜜ→ufꜜ→ui’ꜛ→uoꜛ

电流负反馈稳定输出电流：

Tꜛ→βꜛ→ufꜛ→uiꜜ→ibꜜ→ioꜜ负反馈对放大电路性能的影响见表5.5-2电压串联电压并联电流串联

电流并联

稳定何种增益·Avf·Arf·Agf·Aif输入电阻Rif增大减小

增大减小输出电阻Rof

减小

减小增大增大通频带

增宽

增宽增宽增宽非线性失真与噪声

减小

减小减小减小用途

电压放大电路的输入级或中间级

电流-电压变换器及放大电路的中间级电压-电流变换器及放大电路的输入级

电流放大

32335.5.5深度负反馈放大电路的近似估算34或者：uf=uo

R1/(R1+R2),Af=uo/ui≈uo/uf=1+Rf/R1例题1、判断反相比例运算电路的反馈极性和反馈类型，写出该电路闭环增益的表达式。（R’电阻为保持电路对称的平衡电阻，计算时由于i+为0，故可认为短路，R’可忽略。）解（1）根据瞬时极性法分析，该电路为电压并联负反馈。

（2）根据理想集成运放的虚断、虚短概念，得：i+=i－≈0，

ii=i－+if→ii=if（虚断）

u+=R′i+=0，

u+−u－=

ui’≈0,故u+≈u－≈0（虚短）。由于是输入端并联深负反馈，所以

ii≈if故：35

3637

T+·

Ui

－RL+·

Uf

－

(b)RE1+·

Uo

－·Io·Ib·Ie图6-19【解】图中由Re1引入了电流串联负反馈.若满足深度负反馈条件,可利用下式进行分析:(Δui≈0)··Ui≈

UfRLC2CERE1TRE2RB2C1+ui－+

uo－RCRB1UCC(a)382、深度负反馈放大电路的近似计算【例6-5】分压式偏置Q点稳定电路如图6-19(a)所示,假设满足深度负反馈条件,试估算其闭环电压放大倍数Auf。··Ui≈

Uf···Uf=Ie

Re1≈Io

Re1··Uo=－Io

RL

···UoUoRL’

Auf=—≈=－

··UiUfRE139(5~10倍以上)(a)电路图(b)交流通路图5.5-20例6-6的图【解】（1）画出图5.5-20（a）电路的交流通路如图5.5-20（b）所示。由图可以判断由