《电子技术基础》课件2课题四

课题四负反馈放大电路4.1反馈的基本概念

4.2负反馈放大器电路分析

4.3

负反馈对放大器性能的影响

4.1反馈的基本概念4.1.1反馈的定义在基本放大器中，信号由输入端加入，经过放大器放大后，从放大器的输出端取出，信号为单方向正向传送。如果通过一定的电路将输出信号（电压或电流）的一部分或全部，反方向送回放大器的输入端，这样一个反向传输信号的过程称为反馈过程。在放大电路中引入反馈后，电路中增加了反馈网络，使电路构成一个闭环系统,称为反馈放大器。无反馈的放大电路为开环系统，称为基本放大器。反馈放大器的方框图如图4.1所示。图中Xi、Xo、Xf分别表示放大电路的输入量、输出量和反馈量，Xi′表示基本放大器实际得到的信号，称为净输入信号。它等于输入量Xi与反馈量Xf的叠加，即Xi=Xi+Xf。引入反馈后，为了分析方便，把未接反馈网络的放大器叫基本放大器，把包含反馈网络在内的整个系统称为反馈放大器。.........图4.1反馈放大器方框图

4.1.2是否存在反馈的判别

一个电路是否存在反馈，要看电路中有无反馈支路，有反馈支路的就有反馈，不存在反馈支路的就没有反馈。反馈支路就是通过反馈元件（电阻、电容和电感等）能把输出端的输出量送回到输入回路的支路。如图4.2（a）中射极电阻R4、R5既与输出电路有联系，又与输入电路有联系；在图4.2（b）中，R3支路及R1、R2支路连接于输出与输入之间，这些都是反馈元件。图4.2判别有无反馈的电路4.1.3直流反馈和交流反馈电路中的反馈元件可以反映直流量的变化，也可以反映交流量的变化，前者称为直流反馈，后者称为交流反馈。如图4.2（a）中的R4，它两端并有电解电容C3，C3对交流电呈通路，即R4上无交流压降，只有直流压降，因此R4起直流反馈作用。R5两端没有并电容，它上面除产生直流压降外，还有通过负载的交变电流所产生的压降，因此它起直流反馈和交流反馈的双重作用。在图4.2（b）中，C2有隔直流通交流的作用，所以R3起交流反馈作用，R2上通过的交流电被C3旁路到地，故R2只起直流反馈作用。不过，最可靠的方法还是分别画出交、直流等效电路来辨认。如果反馈元件存在于直流通路中，则为直流反馈；若反馈元件存在于交流通路中，则为交流反馈。图4.2所示电路的直流、交流通路分别如图4.3和图4.4所示，分析所得结论与上述相同。图4.3图4.2电路的直流通路图4.4图4.2电路的交流通路4.1.4正反馈和负反馈

1.基本概念引入反馈后，削弱输入信号、使放大器输出幅度减小的反馈称为负反馈。反之，增强输入信号、使放大器输出幅度增大的反馈称为正反馈。

2.判别方法具体判别方法采用“瞬时极性法”，即假定信号源某一瞬间所在处极性为正，然后根据电路各点的相位与信号源相位的相对关系，标出电路各点电压的极性，再看这种极性的变化反映到电路输入端的作用是削弱输入信号，还是增强输入信号。若是削弱，则为负反馈；反之，则为正反馈。图4.5正反馈电路和负反馈电路4.1.5串联反馈和并联反馈

1.基本概念所谓串联反馈，就是反馈电路输出端和信号源是串联的，即反馈信号和外加信号串联叠加，如图4.6（a）所示。串联反馈的主要特点是增加了反馈环内的输入电阻。因此，也有可能提高整个放大电路的输入电阻。所谓并联反馈，就是反馈电路输出端和信号源是并联连接的，即反馈信号和外加信号并联叠加。如图4.6（b）所示。并联反馈的主要特点是减小了反馈环路内的输入电阻。图4.6串联和并联反馈结构方框图(a)串联反馈；(b)并联反馈

2.判别方法判别反馈放大电路是串联反馈还是并联反馈，只要将信号源内阻RS短路，看反馈电压是否存在。若反馈电压存在，是串联反馈；若反馈电压不存在，是并联反馈。例如，在图4.2电路中，按上述方法判别，可知图4.2（a）电路为串联反馈，经简化后的电路如图4.7(a)所示；图4.2（b）电路为并联反馈，经简化后的电路如图4.7（b）所示。图4.7判别串联反馈和并联反馈的简化电路4.1.6电压反馈和电流反馈

1.基本概念电流反馈：是指反馈电路输入端和放大电路负载串联连接，是电流取样，故称为电流反馈，如图4.8(a)所示。电压反馈：是指反馈电路输入端和放大电路负载并联连接，反馈电压和输出电压成正比，是电压取样，故称为电压反馈，如图4.8（b）所示。图4.8电压反馈和电流反馈结构方框图（a）电流反馈；（b）电压反馈

2.判别方法判别是电压反馈还是电流反馈，只要将放大电路输出端负载短路，看反馈是否存在，若反馈电压不存在，是电压反馈；若反馈电压仍存在，是电流反馈。例如图4.2（a）电路，当短路RL后反馈电压仍存在，故是电流反馈。图4.2（b）短路RL后，反馈电压不存在，则是电压反馈。4.2负反馈放大器电路分析

4.2.1电流并联负反馈放大电路图4.9是一种较常见的电流并联负反馈电路。

1.判别反馈极性用瞬时极性法标出各处的信号极性或后，可以看出图4.9电路是负反馈，反馈信号与信号源电压US反相，将部分抵消US对ib1的影响，图中的RS为信号源内阻。+-图4.9电流并联负反馈典型应用放大电路

2.判别反馈类型从输入端看，有ib1=ii-if，是并联反馈。反馈信号取自V2发射极电阻Re上的压降，而Re两端的电压又正比于输出电流（ie2与输出电流成正比），因此是电流反馈。当然，也可用输出端uo短路后uf（反馈电压）不为零来判断。由此可见，图4.9是一种电流并联负反馈放大器。该电路的电压放大倍数稳定，比未引进负反馈时的输入电阻要小，输出电阻要大。图4.10（a）是另一种类型的电流并联负反馈放大电路，其交流等效电路如图4.10(b)所示。图4.10另一种电流并联负反馈放大电路及其等效电路(a)电路图；(b)交流等效电路

其反馈类型的分析方法如下：判别反馈极性：逐级递推，从信号流程可看出，V1采用共集电极（同相）方式，第二级V2采用共基极（同相）方式，第三级V3采用共发射极（反相）方式。因此加到第一级V1基极的反馈信号极性为，故为负反馈。判别反馈类型：将输入信号对地短路，反馈电压不存在；将负载电阻短路，反馈信号依然存在，因此图4.10（a）是电流并联负反馈。4.2.2电压并联负反馈放大电路图4.11是一种常用的电压并联负反馈放大电路。

1.判别反馈极性用瞬时极性法假定V1基极电压极性为，故集电极为，经反馈电阻Rf后加至V1基极的反馈信号极性为，该信号将抵消一部分输入信号，故属负反馈。+--图4.11电压并联负反馈典型应用放大电路

2.判别反馈类型当US为的瞬间，Uo为，所以此时If方向由基极b指向集电极c，则+-Ib=Ii-If显然是并联反馈，而当输出端Uo短路后，Uf为零，是电压反馈。由此可见，图4.11是一种电压并联负反馈放大器。

3.反馈控制过程当某种原因使输出电压Uo增加时，将引起反馈电流If增加。由于净输入电流Ii′=IB=Ii-If，当Ii一定时，If增加引起净输入电流Ii′(=Ib)减小，从而使输出电压Uo减小而稳定。上述自动调节过程可以表示为由此可见，在电压并联负反馈中，自动调节的三要素是：输出电压Uo，反馈电流If，净输入电流Ii′。由于图4.11电路的反馈信号取自输出电压，因而稳定了电压，放大器输出电阻减小，这是电压负反馈的共性。另外，如果V1的b、e极之间输入电压不变，由于增加了一个反馈电流If，即Ii=Ib+If，相当于输入端多了一个并联支路，所以放大器的输入电阻比未引入负反馈前也减小了。对于高频放大电路来说，减小输入电阻可以削弱晶体管的极间分布电容和放大器频率特性所造成的不利影响，同时也提高了放大器的稳定性。4.2.3电流串联负反馈放大电路常见的电流串联负反馈放大器如图4.12（a）所示，其交流通路如图4.12(b)所示。图4.12电流串联负反馈放大器典型应用电路(a)电路图；(b)交流通路

1.判别反馈极性从图4.12(a)可看出，输入端反馈电压与输入电压是串联的，用瞬时极性法判别，反馈信号削弱输入信号，故其是一种串联负反馈电路。

2.判别反馈类型该电路的反馈电压取自V1管的射极电位Ue，其中直流反馈电压Ue正比于Ie，起稳定直流静态工作点的作用，所以直流反馈电阻应是Rf与Re的串联。由于Re接有旁路电容Ce，故对交流无反馈作用，交流反馈电阻仅为Rf（如图4.12（b）所示的交流通路），而Rf上的压降Uf正比于电流Ie，即正比于输出电流信号Io，由此可判断出电路为电流反馈。当然，也可通过输出端Uo短路时Uf不会消失来判断为电流反馈。

3.反馈控制过程当某种原因使输出电流Io（Io为流过RL′的电流，该电路中即为Ic（集电极电流），RL′=Rc∥RL）增加，则反馈电压

f≈Io·Rf增加，由于净输入电压为当Ui一定时，Uf增加，净输入电压Ui′便减小，从而使输出电流Io减小，使Io稳定。式中，Ube为V1管基极与射极间的电压。上述自动调节的过程可表示为4.2.4电压串联负反馈放大电路常用的单级电压串联负反馈放大器电路如图4.13（a）所示，其交流通路如图4.13（b）所示。图4.13电压串联负反馈放大器典型应用电路（a）电路图；（b）交流通路

1.判别反馈类型图4.13（a）的反馈信号Uf取自V1的发射极电位。若将输出端短路，则反馈信号消失，故是一种电压反馈。

2.判别反馈极性用瞬时极性法判别，可得Ub（V1基极信号电压）和Ue（即Uf）极性相同，反馈信号削弱输入信号，所以这是负反馈，在输入端有Ui=Ube+Uf故是一种串联反馈。综合上述判别结果，图4.13（a）是一种电压串联负反馈放大电路。

3.判别电路组态从图4.13可看出，电路的输入电压加在基极与集电极之间，输出电压从发射极和集电极输出。所以集电极是输入、输出交流电压的公共端，是共集电极电路。又由于输出电压从发射极输出，所以又叫射极输出器。

4.反馈控制过程当某种原因引起输入电压Uo增加时，将产生下述自动调节过程结果使输出电压Uo稳定。从上述自动调节过程可看出，在电压串联负反馈放大器中，自动调节的三要素是：输出电压Uo，反馈电压Uf，净输入电压4.2.5判断反馈类型和性质举例

例4.1判断图4.14电路中所有的交流反馈，指出反馈网络、反馈类型和反馈性质。

解将输出端短路，看反馈信号与输出电压Uo和电流Io中哪一个成正比，来判断是电压反馈还是电流反馈。将输入端短路，使输入信号为零，看反馈信号是否能加到放大器净输入端，来判断是串联反馈还是并联反馈。再利用瞬时极性法判断电路的反馈性质。图4.14多级反馈放大电路

1.判断反馈性质的规律判断反馈放大电路反馈性质（即正反馈和负反馈）的规律主要有两条：（1）晶体管单级放大电路输入与输出之间的相位关系为：

·共发射极放大电路：Uo（输出信号）与Ui（输入信号）反相。

·共集电极放大电路：Uo与Ui同相。

·共基极放大电路：Uo与Ui同相。（2）反馈放大电路输入端三个信号的相位关系为：

·当Ui′（净输入信号）=Ui+Uf（反馈信号）时，为正反馈。

·当Ui′=Ui-Uf时，为负反馈。

2.瞬时极性法在假定输入信号Ui瞬时极性的前提下，利用晶体管单级放大电路输入与输出之间相位关系的上述规律，判断出同一瞬间反馈信号Uf极性的方法，称为瞬时极性法。运用瞬时极性法判断单级或多级反馈放大电路的性质时，可按如下步骤进行：

·先判断单级或多级电路中各单级放大器各为共什么极的电路。

·找出连接单级或多级放大电路输入与输出、起反馈作用的反馈网络或反馈元件。

·利用瞬时极性法判别反馈信号的极性。

·写出净输入信号、原输入信号与反馈信号的关系，从而确定反馈的性质。根据以上基本原则和方法，对图4.14电路进行判断如下：第一级为共发射极电路，由反馈网络R3引入了局部的串联电流负反馈。第二级为共集电极电路，由反馈网络R4引入了局部的串联电压负反馈。第三级为共发射极电路，由反馈网络R7引入局部的串联电流负反馈。第一级和第三级之间还有两路大环路反馈或称越级反馈。分述如下：一路由反馈网络R5、R3构成。反馈信号Uf为输出电压Uo在R3上的分压，并与信号源输出电压Uo相串，故属于串联电压反馈（用短路法同样也可得到证实）。令Ui的瞬时极性对V1基极为，则V1的集电极c、V2的基极b、发射极e、V3基极b均为，而V3集电极为，地为，使得R3上的反馈电压Uf为上（V1的e极）下（地）。因此，输入回路中三个电压之间的关系为+--++-表明是负反馈。所以，这一路为串联电压负反馈。另一路越级反馈反馈网络由R7和R8构成。若Ui的瞬时极性对V1基极b仍为，可判定V3发射极为。显然图4.14电路中所示If的方向是正确的，满足了+-的关系（或看这时R7上的电压UR7极性为上下，使V1基极电压极性为），故为负反馈;令Uo=0时，If依然存在，说明输入为并联关系。因此，这一路为并联电流负反馈。图4.14电路的信号处理过程如下（图中的RS为信号源内阻）：

Ui信号经电容C1耦合加至V1管基极，经放大后从集电极输出加至V2基极，从发射极输出加至V3基极，放大后从集电极输出，经C2电容耦合，去后级电路。-+-例4.2图4.15各电路是集成运放组成的放大器，判断其反馈类型及性质。图4.15由集成运放组成的反馈放大器

解在分立元件电路中，Ui的一端直接接到基本放大器的一个输入端上。区别串、并联反馈时，只要把基本放大器接Ui的输入端对地假想短路，也就是把Ui短路即可。在集成运放组成的反馈放大器中，基本放大器是集成运放。但Ui是通过集成运放的偏置电阻以后才加到集成运放的输入端，所以，这里把基本放大器输入端对地短路就不是把Ui对地短路，而是Ui经偏置电阻加在集成运放的哪个输入端，就把哪个输入端对地短路。现以图4.15（d）电路为例判断电路的反馈类型和性质。图中，将负载RL假想短路，输出电流Io仍然流动，经R3、R4对放大器输入端产生作用，故是电流反馈；集成运放反相输入端假想接地，R3的上端接地，反馈消失，故是并联反馈。若集成运放反相输入端电压U

i′上升,则有以下反馈过程故电路是负反馈。图4.15（a）、（b）、(c)所示三个电路依次是电压串联正反馈、电压并联负反馈和电流串联正反馈。请用上述方法自己判断。

4.3.1提高了放大倍数的稳定性引入负反馈以后，放大器的放大倍数由A变为Af=A/(1+Af)。将Af对A求导，得到4.3负反馈对放大器性能的影响上式说明，引入负反馈以后，由于某种原因造成放大器放大倍数变化时，负反馈放大器的放大倍数变化量只有基本放大器放大倍数变化量的1/(1+AF)2，放大器放大倍数的稳定性大大提高。

4.3.2展宽频带

在放大器的低频端，由于耦合电容阻抗增大等原因，使放大器放大倍数下降；在高频端，由于分布电容、三极管极间电容的容抗减小等原因，使放大器放大倍数下降。引入负反馈以后，当高、低频端的放大倍数下降时，反馈信号跟着减小，对输入信号的削弱作用减弱，使放大倍数的下降变得缓慢，因而通频带展宽，如图4.8所示。图中A和Af分别表示负反馈引入前后的放大倍数，Af和fH分别表示负反馈引入前的下限频率和上限频率，fLF和fHF分别表示引入负反馈后的下限频率和上限频率。图4.16负反馈展宽频带

根据分析，引入负反馈后，放大器下限频率由无负反馈时的fL下降为fL/（1+AF），而上限频率由没有负反馈时的fH上升到（