模拟电子技术基础第七讲负反馈放大电路

基本要求:1、理解反馈的基本概念，4种反馈组态及其特点2、掌握反馈形式、类型的判断及负反馈对放大电路性能的影响3、掌握深度负反馈条件下，负反馈放大电路增益的近似计算4、理解负反馈放大电路的稳定工作条件并能应用判断重点：反馈的分类负反馈对电路性能的改善根据实际要求引入正确的反馈深度负反馈闭环增益的估算7负反馈放大电路1/82

将电子系统输出回路的电量（电压或电流），送回到输入回路的过程。hfeibicvceIbvbehrevcehiehoe内部反馈外部反馈

7.1.1

什么是反馈7.1反馈的基本概念2/82开环——无反馈通路闭环——有反馈通路反馈通路（反馈网络）信号的正向传输正向传输：输入输出反向传输：输出输入----

基本放大电路，开环—

闭环－－反馈通路7.1.2反馈网络的判断3/82

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。取决于反馈通路。如图(+)(+)(+)(+)交、直流负反馈(+)交流正反馈

可以通过画交流、直流通路来判断：直流通路中存在的反馈是直流反馈，交流通路中存在的反馈是交流反馈，都存在的是交直流反馈。

7.1.3

直流反馈与交流反馈的判断基本判断方法：4/82反馈通路如果存在隔直电容，就是交流反馈；反馈通路如果存在旁路电容，就是直流反馈；不存在电容，就是交直流反馈。电容观察法：5/82正反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变大了。负反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变小了。另一角度正反馈：引入反馈后，使净输入量变大了。负反馈：引入反馈后，使净输入量变小了。判别方法：瞬时极性法

7.1.4

正反馈与负反馈的判断----在电路中，从输入端开始，沿着信号流向，假设vi瞬时变化的极性为正(相对于共同端)，标出某一时刻有关节点电位的瞬时极性(用“+”、“-”号表示)，或有关支路电流的瞬时流向，以判断反馈信号是增强还是削弱了净输入量。瞬时极性的确定依据：各种基本组态放大电路输出与输入信号间的相位关系。6/82例(+)(+)(-)(-)(-)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(+)(+)(+)(+)(-)(-)净输入量级间负反馈反馈通路本级反馈通路7/82输入回路

输出回路例

判断电路是否存在反馈。是正反馈还是负反馈？直反馈还是交流反馈？RE介于输入输出回路，有反馈。反馈使

uid

减小，为负反馈。既有直流反馈，又有交流反馈。解：

8/82例判断有无反馈，并判断类型

uo

经Rf

与R1分压反馈到输入回路，故有反馈。反馈使净输入电压uid

减小，为负反馈。解：9/82作业P224:7.1.210/82

反馈信号在输入端的连接分为串联和并联两种方式。并联：反馈量输入量接于同一输入端接于不同的输入端串联：反馈量输入量（1）串联反馈与并联反馈

串联反馈：反馈网络与基本放大电路串联连接，以实现电压比较的反馈。并联反馈：反馈网络与基本放大电路并联连接，以实现电流比较的反馈。判断方法：7.2负反馈放大电路的四种基本组态11/82

反馈信号在输出端分为取电压和取电流两种方式。电压反馈：将输出电压的部分或全部取出来回送到放大电路的输入回路。判断方法：电流：将负载短路，反馈量仍然存在电压：将负载短路，反馈量为零或用输出断路法，判断反馈量是否为0或看反馈网络是否直接连接到电压输出端具体怎么判断？（2）电压反馈与电流反馈电流反馈：将输出电流的部分或全部取出来回送到放大电路的输入回路。输出短路法：voRLIoRL12/82输出信号与反馈信号加在同一个点上，就是电压反馈；输出信号与反馈信号加在不同点上，就是电流反馈；电压、电流反馈判断方法：13/82AFRL=0，无反馈，故为电压反馈。uf

=uoR1/(R1+Rf)也说明是电压反馈。uid

=ui

uf

故为串联反馈。例：

判断电路是否存在反馈。是正反馈还是负反馈？电压反馈还是电流反馈？14/827.2负反馈放大电路的四种基本组态由此可组成四种组态：输入端：反馈信号在输入端的联接分为串联和并联两种方式。输出端：反馈信号在输出端分为取电压和取电流两种方式。电压串联电压并联电流串联电流并联

7.2.1

电压串联负反馈放大电路

7.2.2

电压并联负反馈放大电路

7.2.3

电流串联负反馈放大电路

7.2.4

电流并联负反馈放大电路重要15/82例解：判断步骤①用瞬时极性法判断反馈极性②由输入端看反馈量是否与输入量接在同一输入端，判断串/并联反馈③由输出端使负载短路看反馈量是否消失为0，判断是电压/电流反馈vID=vI

-vF

7.2.1

电压串联负反馈放大电路P16/82例

7.2.1

电压串联负反馈放大电路P17/82例

7.2.2

电压并联负反馈放大电路特别要注意有关电流的流向------由瞬时极性可决定各支路电流的瞬时流向iID=iI

-iFP18/82例电压并联负反馈

7.2.2

电压并联负反馈放大电路P19/82例

7.2.3

电流串联负反馈放大电路P20/82例电流串联负反馈

7.2.3

电流串联负反馈放大电路P21/82例

7.2.4

电流并联负反馈放大电路P22/82例电流并联负反馈

7.2.4

电流并联负反馈放大电路P23/82对于单个集成运放电路，反馈网络只要是引回到运放的反相输入端就构成负反馈24/82

四种负反馈组态的特点1）电压串联负反馈RL

vO

vF

vID

vO

电压负反馈：稳定输出电压串联反馈：输入端电压求和（KVL）-vI+vID

+vF

=0输入端有vID

=vI-vF即25/822）电流并联负反馈RL

iO

iF

iID

iO

电流负反馈：稳定输出电流并联反馈：输入端电流求和（KCL）其他两种组态有类似的结论。(自己归纳)iI

-

iID

-iF

=0输入端有iID

=iI-iF即

四种负反馈组态的特点26/82作业P226:7.2.227/827.3负反馈放大电路增益的一般表达式

7.3.1

负反馈放大电路的方框图

7.3.2负反馈放大电路增益的一般表达式

环路增益

反馈深度的讨论

表达式推导

构成

信号的单向化传输

开环时反馈网络的负载效应28/827.3.1负反馈放大电路的方框图1）构成信号源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）29/822）信号的单向化传输信号的正向传输信号的反向传输信号在反馈网络中的正向传输信号在基本放大电路中的反向传输30/82单向化信号的正向传输信号的反向传输31/821）表达式推导基本放大电路增益(开环增益）反馈系数负反馈放大电路增益(闭环增益）因为所以由图知说明引入负反馈后，闭环增益Af改变了，大小与1+AF有关。

7.3.2负反馈放大电路增益的一般表达式闭环增益的一般表达式32/822）反馈深度的讨论负反馈，使增益减小。深度负反馈正反馈，使增益增大。自激振荡反映了反馈对放大电路的影响程度

AF只取决于反馈系数。因反馈网络通常由无源元件组成，性能非常稳定，所以深度负反馈放大电路也非常稳定。反馈深度33/82(1)信号在四种负反馈组态中的具体形式电压串联电压并联电流串联电流并联

反馈组态不同，电路中的电量以及增益、反馈系数的具体形式也不同。34/82电压串联电压并联电流串联电流并联

反馈组态不同，电路中的电量以及增益、反馈系数的具体形式也不同。(2)及在四种负反馈组态中的具体形式35/82作业P227:7.3.236/827.4负反馈对放大电路性能的改善7.4.1提高增益的稳定性7.4.2减少非线性失真7.4.3扩展频带7.4.4对输入电阻和输出电阻的影响37/827.4.1提高增益的稳定性闭环时则只考虑幅值有即闭环增益相对变化量比开环减小了1+AF倍另一方面在深度负反馈条件下

即闭环增益只取决于反馈网络。当反馈网络由稳定的线性元件组成时，闭环增益将有很高的稳定性。反馈深度越深，闭环增益的稳定性越好。38/827.4.1提高增益的稳定性(1)负反馈不能使输出量保持不变，只能使之趋于不变。且只能减小由开环增益变化引起的闭环增益变化。注意：(2)不同类型的负反馈能稳定的增益也不同。

电压串联负反馈，稳定闭环电压增益。引入负反馈后，降低了闭环增益，但提高了增益的稳定性。

电压并联负反馈，稳定闭环互阻增益。

电流串联负反馈，稳定闭环互导增益。

电流并联负反馈，稳定闭环电流增益。39/827.4.2减少非线性失真

闭环时增益减小，线性度变好。与反馈深度有关。深度负反馈下：40/82开环幅频响应7.4.3扩展频带上限频率扩展1+AF倍下限频率降低1+AF倍闭环幅频响应引入负反馈使得在高、中、低三个频率区上，放大倍数比较均匀，展宽了通频带。改：P207错41/827.4.4对输入电阻和输出电阻的影响1.对输入电阻的影响----取决于输入端反馈网络与基本放大电路的连接方式，即是串联反馈还是并联负反馈。(1)串联负反馈对输入电阻的影响开环输入电阻：

反馈类型不同，对输入、输出电阻的影响也不同。闭环输入电阻：串联负反馈使输入电阻增加，是开环输入电阻的(1+AF)倍。若引入电压串联负反馈，若引入电流串联负反馈，42/82

负反馈对不在反馈环内的电阻不产生影响。如：43/82(2)并联负反馈对输入电阻的影响开环输入电阻：闭环输入电阻：并联负反馈使输入电阻减小，是开环输入电阻的1/(1+AF)倍。idi若引入电压并联负反馈，若引入电流并联负反馈，44/822.对输出电阻的影响----取决于输出回路反馈网络在放大电路输出回路的取样方式，即是电压负反馈还是电流负反馈。(1)电压负反馈对输出电阻的影响由图知：

反馈类型不同，对输入、输出电阻的影响也不同。闭环输出电阻：电压负反馈使输出电阻减小，是开环输出电阻的1/(1+AF)倍。45/82若引入电压串联负反馈，若引入电压并联负反馈，46/82(2)电流负反馈对输出电阻的影响由图知：闭环输出电阻：电流负反馈使输出电阻增大，是开环输出电阻的(1+AsF)倍。47/82若引入电流串联负反馈，若引入电流并联负反馈，48/827.4.5引入负反馈的原则

反馈类型不同，对放大电路的影响也不同。根据需要引入负反馈：（1）为稳定静态工作点－－引入直流负反馈；为改善动态性能－－－引入交流负反馈；（2）为稳定电压（减小输出电阻）－－引入电压负反馈；（3）为稳定电流（增大输出电阻）－－引入电流负反馈；（4）为提高输入电阻－－－－－－－－引入串联负反馈；（5）为减小输入电阻－－－－－－－－引入并联负反馈。（6）确定反馈系数的大小

一般，假设引入的是深度负反馈，由设计指标及Af≈1/F的关系确定反馈系数的大小。49/82归纳：◆提高增益的稳定性◆减少非线性失真----与1+AF有关◆扩展频带◆对输入电阻和输出电阻的影响闭环增益相对变化量比开环减小了1+AF倍在深度负反馈条件下

即闭环增益只取决于反馈网络。当反馈网络由稳定的线性元件组成时，闭环增益将有很高的稳定性。上限频率扩展1+AF倍下限频率降低1+AF倍

◆负反馈之所以能够改善放大电路的多方面的性能，是由于将电路的输出量引回到输入端与输入量进行比较，从而随时对输出量进行调整。增加或减小1+AF倍仿真50/82信号源vS最好为恒压源，即信号源内阻RS越小越好。电压串联负反馈特点－－输入端电压求和(KVL)，稳定输出电压，维持电压增益恒定，输入电阻增大，输出电阻减小。信号源IS最好为恒流源，即信号源内阻RS越大越好。电流并联负反馈特点－－输入端电流求和(KCL)，稳定输出电流，维持电流增益恒定，输入电阻减小，输出电阻增大。信号源IS最好为恒流源，即信号源内阻RS越大越好。电压并联负反馈特点－－输入端电流求和(KCL)，稳定输出电压，维持互阻增益恒定，输入电阻减小，输出电阻减小；信号源vS最好为恒压源，即信号源内阻RS越小越好。电流串联负反馈特点－－输入端电压求和(KVL)，稳定输出电流，维持互导增益恒定，输入电阻增大，输出电阻增大。51/82电流放大电压电流变换器及放大电路的输入级电流电压变换器及放大电路的中间级电压放大电路中的输入级或中间级增宽增宽增宽增宽减小减小减小减小电流电流电压电压减小增加减小增加增加增加减小减小图7.2.7图7.2.6图7.2.5图7.2.4用途通频带非线性失真与噪声维持何种增益稳定输入电阻输出电阻参考电路电流并联电流串联电压并联电压串联

电路组态项目表52/82分析负反馈放大电路的一般步骤(1)找出信号放大通路和反馈通路(2)用瞬时极性法判断正、负反馈(3)判断交、直流反馈(4)判断反馈组态(5)标出输入量、输出量及反馈量(6)估算深度负反馈条件下电路的53/82例7-3:电路如图所示，指出反馈网络并判断反馈类型。解：图一：Re4构成本极反馈网络。图一反馈类型：直流反馈+R6构成极间反馈网络。为电流串联负反馈-++图二图二：R2构成极间反馈网络。R3D2+12VR1D1CRPVORL-12VT2R4+18VT1Vi-18VR2为电压并联负反馈+--54/82例7-4:电路如图所示，指出反馈网络、判断反馈类型并说明极间反馈对放大电路的改善作用。图一图一：R2构成本极反馈网络。++反馈类型：电流串联负反馈R3、R4构成极间反馈网络。+-++反馈类型：电压串联负反馈作用：稳定输出电压，减小输出电阻，增大输入电阻。解：55/82图二：例7-4:电路如图所示，指出反馈网络、判断反馈类型并说明极间反馈对放大电路的改善作用。解：图二Re1、Re2——本极电流串联负反馈；Rf1、Rf2——极间直流电压并联负反馈；稳定直流电压。Re1+-+++——极间电流串联负反馈；稳定输出电流，增大输出电阻，增大输入电阻。56/82作业P228:7.4.357/821.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“两虚”的概念

7.5

深度负反馈条件下的近似计算

大多数负反馈，特别是集成运放构成的放大电路都能满足深度负反馈的条件。58/82串联负反馈，输入端电压求和。深度负反馈条件下虚短虚断虚短虚断并联负反馈，输入端电流求和。1）深度负反馈的特点

7.5

深度负反馈条件下的近似计算59/822.

各种反馈组态的近似计算步骤：根据“两虚”的概念分析求解1)求反馈放大电路的反馈系数F(Fv、Fi、Fg、Fr)2)求Af

(Avf、Aif、Arf、Agf)根据Af＝1/F3)求Avf

由Aif、Arf、Agf

Avf

7.5

深度负反馈条件下的近似计算

利用“两虚”的概念，可以快速地估算负反馈电路的闭环增益或闭环电压增益。60/822.

各种反馈组态的近似计算（1）电压串联负反馈

利用虚短和虚断的概念得知则反馈系数为闭环电压增益

7.5

深度负反馈条件下的近似计算61/822.

各种反馈组态的近似计算（2）电流并联负反馈利用虚短和虚断可知反馈系数为闭环电流增益闭环电压增益则

7.5

深度负反馈条件下的近似计算62/822.

各种反馈组态的近似计算（3）电压并联负反馈则反馈系数为闭环互阻增益闭环电压增益利用虚短和虚断可知

7.5

深度负反馈条件下的近似计算63/822.

各种反馈组态的近似计算（4）电流串联负反馈则反馈系数为闭环互导增益闭环电压增益利用虚短和虚断可知

7.5

深度负反馈条件下的近似计算64/82例7.4.2电路如图所示，近似计算它的电压增益闭环增益闭环电压增益解：忽略基极直流偏置电路后的交流通路如下图所示。反馈类型：电流串联负反馈则反馈系数为注：电路必须满足深度负反馈条件才有此结论

在深度负反馈条件下，利用虚短和虚断可知+++-65/82例7-5:如图电路中的反馈：指出级间反馈元件，判断反馈类型，若为负反馈，判断反馈组态，并计算深度负反馈条件下的Avf。解：电压串联负反馈RfC3Rc2Rb1Rb2C1VSRSRe1RC1C2Re2Vo+VccVf+-++Rf、Re1构成反馈网络交流反馈、负反馈66/82例7-7:电路如图所示，近似计算它的电压增益解：反馈类型：电流并联负反馈则反馈系数为

在深度负反馈条件下，利用虚短和虚断可知++-67/82闭环增益闭环电压增益++-68/82例7.5.5：(1)大环组态；(2)二、三级间反馈极性；闭环增益闭环电压增益在深度负反馈条件下，利用虚短和虚断可知解：(1)Rf：电压并联负反馈则反馈系数为(3)深度负反馈下大环的闭环电压增益。(4)Ri、Ro(2)R1：T2本级电流串联负反馈R1、R2:T2和T3级间电流串联正反馈(3)例7.5.5电路69/82例：有源反馈网络设运放理想。求：(1)判断反馈组态；在深度负反馈条件下，利用虚短和虚断解：(1)R3、R4、A3、R5、R6、R7、R8：电压串联负反馈(2)深度负反馈下大环的闭环电压增益。(2)70/82闭环电压增益：在深度负反馈条件下，利用虚短和虚断则反馈系数为：(2)(1)电压串联负反馈解：71/82作业P229:7.5.672/821)自激振荡现象

在不加任何输入信号的情况下，放大电路仍会产生一定频率的信号输出。2)产生原因将产生附加相移，中频段：高频或低频段：当满足了一定的幅值条件时，便产生自激振荡。7.6

负反馈放大电路产生自激振荡的原因及条件73/823)自激振荡条件自激振荡反馈深度即又得自激振荡条件幅值条件相位条件（附加相移）注：输入端求和的相位（-1）不包含在内闭环增益74/824)稳定工作条件破坏自激振荡条件或或写为其中Gm——幅值裕度，工程要求Gm-10dB

m——相位裕度，工程要求

m45保证可靠稳定，留有余地。|AF|=1波特图中0dB线为|AF|＝1；0dB线以下为|AF|<1--75/825)负反馈放大电路稳定性分析环路增益的幅频响应写为一般与频率无关，则的幅频响应是一条水平线利用波特图分析:关键作出开环增益的幅频响应和相频响应波特图水平线的交点为即该点满足与在同一坐标平面上76/825)负反馈放大电路稳定性分析(2)作水平线判断稳定性方法:(1)作出的幅频响应和相频响应波特图在水平线的交点作垂线交相频响应曲线的一点(3)判断是否满足相位裕度

m45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。或77/82例如：Avo=100dB，三个极点频率，相差10倍，

1为主极点当Gm=0-|60-90|＝-30dB0dB点P1

|a|=|-90o|<|