(5.2)--第七章 负反馈放大电路.pdf

第七章 负反馈放大电路 266 理理 工工 大大 学学 教教 案 案 第 十六 次课 教学课型：理论课 实验课 习题课 实践课 技能课 其它主要教学内容（注明：*重点#难点）：7.1 反馈的基本概念 7.1.1 反馈的概念 7.1.2 正反馈和负反馈 7.2 负反馈放大电路的类别及判断 7.2.1 有无反馈的判别 7.2.2 正、负反馈的判别 7.2.3 直流反馈和交流反馈 7.2.4 串联反馈和并联反馈判别 7.2.5 电压反馈和电流反馈 7.3 负反馈放大电路的四种组态及反馈的一般表达式 7.3.1 负反馈放大电路的方框图和反馈一般表达式 7.3.2 电压串联负反馈 7.3.3 电流串联负反馈 7.3.4 电压并联负反馈 7.3.5 电流并联负反馈 重点：1.反馈的概念和类型 2.反馈组态的判别方法 难点：反馈组态的判别方法 教学目的要求：1.掌握反馈的基本概念及组成框图 2.能够熟练判断反馈类型 3.对确定的反馈类型会分析 教学方法和教学手段：板书和多媒体教学相结合，以教师讲授为主，结合学生的课堂练习和讨论。讨论、思考题、1.反馈电路框图中 Xi、X0、Xf、Xd、Ao、F、Af含意？2.如何判别正反馈和负反馈？作业：7.1 参考资料：童诗白主编 模拟电子技术基础 北京高等教育出版社 康华光主编电子技术基础模拟部分 北京高等教育出版社 第七章 负反馈放大电路 267 第七章第七章 负反馈放大电路负反馈放大电路 负反馈是改善放大电路性能的基本方法和重要手段。在实用的放大电路中，总要引入这样或那样的负反馈，所以本章是本课程的重点内容之一。本章从反馈的概念入手，介绍了反馈的类型及其判别方法，负反馈放大电路的四种组态及反馈的一般表达式，然后介绍负反馈对放大电路性能的影响及负反馈放大电路的分析计算，最后介绍负反馈放大电路的稳定性问题。7.1 反馈的基本概念反馈的基本概念 7.1.1 反馈的概念反馈的概念 将基本放大电路的输出量（输出电压或输出电流）的部分或全部，通过某种电路引回到输入回路，与输入量（电压或电流）进行比较，从而影响放大电路的净输入信号的大小，这就是放大电路中的反馈反馈。反馈放大电路组成框图如图 7.1.1 所示，它含有两个部分，一个是基本放大电路称为无反馈或开环放大电路开环放大电路，它可以是单级或多级放大电路。另一个是反馈网路，一般为线性网络，它是联系放大电路输出电路与输入电路的环节。图 7.1.1 反馈放大电路组成框图 图中的 X表示信号，它既可以表示电流，也可以表示电压，其中iX为输入信号，fX为反馈信号，iX为净输入信号，oX为输出信号。反馈网路将输出信号oX变换为反馈信号fX后，送到比较环节，输入信号iX和反馈信号fX在比较环节进行比较后，得出净输入信号iX，并加到基本放大电路的输入端。图中箭头方向 第七章 负反馈放大电路 268 表示信号的传输方向。由图可以看出，正向传输信号只通过基本放大电路，送到输出端，不经过反馈电路；反向传输信号只通过反馈电路送到输入端，不经过基本放大电路。对于一般的负反馈放大电路来讲，基本满足这个传输方向要求。由基本放大电路和反馈网络组成闭合回路，整个系统称为反馈放大电路或闭环放大电路反馈放大电路或闭环放大电路。在电子线路中，反馈电路往往是由多级放大电路组成。如果反馈只存在于某一级放大电路中，叫做本级反馈本级反馈；如果存在于两级及其以上的放大电路中，就叫做级间反馈级间反馈。7.1.2 正反馈和负反馈正反馈和负反馈 按照反馈信号fX是加强还是削弱输入信号iX，将反馈分为正反馈和负反馈。1.负反馈负反馈 反馈信号fX削弱了输入信号iX，使得净输入信号iX减小，从而使放大电路的放大倍数减小，使输出信号减小，这种反馈称为负反馈负反馈。2正反馈正反馈 如果引入的反馈信号fX增强了输入信号iX，使得净输入信号iX增大，从而使放大电路的放大倍数增大，使输出信号增大，这种反馈称为正反馈正反馈。负反馈可以多方面的改善放大电路的性能，因此在电路中被经常采用，在实用的放大电路中，有时也用正反馈方式来获得较高的放大倍数，但是，正反馈太强，会使放大电路产生自激振荡以至于电路不能正常工作。本章主要讨论负反馈。【练习与思考】【练习与思考】7.1.1 何为反馈？7.1.2 何为开环电路、闭环电路？7.1.3 什么是反馈信号fX？什么是净输入信号iX？第七章 负反馈放大电路 269 7.2 负反馈放大电路的类别及判断 7.2.1 有无反馈的判别有无反馈的判别 若放大电路存在将输出回路与输入回路连接的通路，并影响放大电路的净输入量，则表明电路引入了反馈，否则电路便没有反馈。(a)(b)(c)第七章 负反馈放大电路 270 (d)图 7.2.1 有无反馈的判别 在如图 7.2.1(a)所示电路中，集成运放的输出端与反向输入端和同相输入端均无通路，故电路没有引入反馈。在如图 7.2.1(b)所示电路中，电阻RF将集成运放的输出端与反向输入端连接，因而集成运放的净输入量不仅与输入信号有关，还与输出信号有关，故电路引入了反馈。在如图 7.2.1(c)所示电路中,由于发射极电阻Re将三极管输出回路的电流转换成电压来影响三极管 b-e 间的电压，因而也引入了反馈。在如图 7.2.1(d)所示电路中，电阻Rb将放大电路的输出端与输入端连接，因此引入了反馈。由以上分析可知，通过寻找电路中有无反馈通路，即可判断电路是否引入了反馈，但判断时要注意既在输出回路又在输入回路的元件，正是它将输出量的部分或全部引回输入回路，形成反馈通路。7.2.2 正、负反馈的判别正、负反馈的判别 在反馈放大电路中，正、负反馈的判别可以采用瞬时极性法瞬时极性法。设接地参考点的电位为零，电路中某点在某瞬时的电位高于零电位，则该点电位的瞬时极性为正，用“+”表示，反之为负，用“”表示。第七章 负反馈放大电路 271 在判断正、负反馈时，首先假设输入信号在某瞬时对地的极性，一般可设为“+”，然后按照信号传输的方向逐级推断，确定输出信号的极性，再由输出端通过反馈电路返回输入端，确定反馈信号的瞬时极性，确定反馈信号是加强还是削弱了原来的输入信号，从而就判定了是正反馈还是负反馈。1.集成运放电路正负反馈判断 集成运放有两个输入端，反向输入端u-和同相输入端u+，反向输入端u-与输出uo相位相反，同相输入端u+与输出uo相位相同。在判断集成运放电路正负反馈时，主要是分析集成运放的净输量（净输入电压或净输入电流）因反馈的引入是增大了还是减小了，凡是净输量增大为正反馈，反之为负反馈。净输入电压往往是指集成运放两个输入端所加的差模输入电压，净输入电流往往是指集成运放某个输入端的输入电流。(a)(b)图 7.2.2 集成运放电路正负反馈判断 在如图 7.2.2（a）所示的电路中，设输入信号iu的瞬时极性对地为正，因输入电压加在集成运放的同相输入端，则输出信号ou极性对地也为正，输出端通过电阻R2、R1分压后将反馈信号引回到集成运放反向输入端，反向输入端的电位对地为正，由此导致集成运放的净输入电压（Fiiuuuuu）减小，因此，此电路引入的是负反馈。也可以这样理解，输入信号iu极性为正使得净输入端（同相输入端）电位提高，输出端ou极性为正，通过反馈提升了反相输入端的电位，从而减小了净输入电压。第七章 负反馈放大电路 272 在如图 7.2.2（b）所示的电路中，设输入信号iu的瞬时极性为正，因输入电压加在集成运放的反相输入端，则输出信号ou的极性必为负，此时反向输入端的电位高于输出端的电位，输入电流ii和反馈电流Fi的实际方向如图 7.2.2（b）所示，因为差值电流（净输入电流）Fiiiiii，所以反馈电流Fi削弱了输入电流ii，使净输入电流ii减小，故电路引入了负反馈。也可以这样理解，输入信号极性为正使得净输入端（反相输入端）电位提高，输出端信号极性为负，经反馈电阻FR反馈的信号使得净输入端（反相输入端）电位降低，显然，反馈信号削弱了输入信号，为负反馈。2.分立元件放大电路正负反馈的判别 判断反馈极性的基础是判断各级电路的基本接法。（1）对于双极型三极管而言 用下列原则来推导相应点的电位极性。共射电路：输出与输入相位相反，若三极管的 b 极极性为正，c 极极性即为负；共集电路；输出与输入相位相同，若三极管的 b 极极性为正，e 极极性即为正；共基电路：输出与输入相位相同，若三极管的 e 极极性为正，c 极极性即为正。然后通过判断输入级三极管的净输入电压（b-e 间或 e-b 间电压）或净输入电流（iB或iE）因反馈的引入被是增大还是被减小来判断正负反馈。（2）对场效应管而言 用下列原则来推导相应点的电位极性。共源“g 极d 极反相”；、共漏“g 极s 极同相、共栅“s 极d 极同相”，然后通过判断输入级场效应管的净输入电压（g-s 间或 s-g 间电压）或净输入电流（iS）因反馈的引入是被增大还是被减小来判断正负反馈。电路如图 7.2.3（a）所示，从输出端通过电阻4R将反馈引回到 VT1的发射极，电阻4R引入了两级间的反馈。首先假设输入信号iu的瞬时极性对地为正，即三极管 VT1基极电位极性对地为正（即提高）；第一级为共射放大电路，由于共射电路输出电压与输入电压反相，故 VT1管的集电极电位uC1对地为负（即降低），也就 第七章 负反馈放大电路 273 是 VT2管基极电位uB2极性为负，第二级仍为共射放大电路，从而 VT2集电极电位uC2极性对地为正，经电阻R4、R3接到 VT1的发射极，反馈电压由输出电压经电阻R4、R3分压后得到，R3两端的电压就是反馈电压uF，因此反馈电压的极性对地为正，使 VT1管 b、e 间的电压uBE减小（即净输入量减小），所以电路引入了负反馈。（a）（b）图 7.2.3 分立元件放大电路正负反馈的判别 电路如图 7.2.3（b）所示，电阻4R将输出与输入回路连接起来，引入了两级间的反馈。首先假设输入信号iu的瞬时极性为正，即三极管 VT1基极电位uB1极性为正（即提高），由于集电极电位uC1与基极电位uB1反相则其极性为负（即降低），也就是 VT2基极电位uB2极性为负，从而 VT2发射极电位uE2极性为负，输入电流ii和反馈电流Fi的实际方向如图所示，因为差值电流（净输入电流）FiBiiiii1，第七章 负反馈放大电路 274 所以反馈电流Fi削弱了输入电流ii，使净输入电流ii减小，故电路引入了负反馈。3.差动放大电路正负反馈的判别 差动放大电路也用瞬时极性法判断正、负反馈，但需注意差动放大电路的输出和输入信号的相位关系。若信号从同一管的基极输入，集电极输出，则输出与输入相位相反，若信号从一管的基极输入，另一管的集电极输出，则输出与输入相位相同。差动放大电路的净输入电压是两三极管的基极电位之差。图 7.2.4 差动放大电路正负反馈的判别 电路如图 7.2.4 所示，电阻4R将输出与输入回路连接起来，引入级间的反馈。首先假设输入信号iu的瞬时极性为正，即三极管 VT1基极电位uB1极性为正（即提高），由于信号从一管 VT1的基极输入，另一管 VT2的集电极输出，则输出与输入相位相同，则 VT2集电极电位uC2极性为正，也就是 VT3基极电位uB3极性为正，从而 VT3集电极电位uC3极性为负，反馈电压由输出电压经电阻R4、R3分压后得到，R3两端的电压就是反馈电压，因此反馈电压的极性也为负，它使得差动放大电路的净输入电压（即 VT1管和 VT2管的基极电位之差）增加，因此电路引入了正反馈。7.2.3 直流反馈和交流反馈直流反馈和交流反馈 直流反馈：反馈到输入端的信号只是直流成分，则称为直流反馈直流反馈。交流反馈：反馈到输入端的信号只是交流成分，则称为交流反馈交流反馈。第七章 负反馈放大电路 275 直流反馈和交流反馈的判断可以采用通路观察法：在直流通路中存在反馈的，就是直流反馈，而在交流通路中存在反馈的就是交流反馈。一般说来，反馈通路中如果存在隔直电容，就是交流反馈；反馈通路中存在旁路电容，就是直流反馈；如果不存在电容，就是交、直流反馈共存。如图 7.2.5(a)所示电路中，电阻R3、R4把输出端与集成运放的反相输入端连接起来，因此电路引入了反馈，由于电容C对交流信号可视为短路，因而该电路的直流通路如图 7.2.5(b)所示和交流通路如图 7.2.5(c)所示，直流通路引入了反馈，交流通路图 7.2.5(c)的转换电路如图 7.2.5(d)所示，R3和R4分别接在集成运放的输入端和输出端，无反馈通路，所以 7.2.5(a)所示电路只引入了直流反馈，没引入交流反馈。如图 7.2.5(e)所示电路，R2在直流通路和交流通路中均将输出回路与输入回路连接起来，故该电路即引入了直流反馈，也引入了交流反馈。(a)(b)(c)(d)第七章 负反馈放大电路 276 (e)图 7.2.5 集成运放交流与直流负反馈的判别 由分立元件所组成的放大电路如图7.2.6所示，R4和C把输出与输入连接起来，引入了级间反馈。断开电容可得到直流通路，将电容短路得到交流通路，在交流通路中，存在级间反馈通路，在直流通路中，不存在级间反馈通路，故电路引入了交流反馈，没引入直流反馈。图 7.2.6 分立元件交流与直流负反馈的判别 在前面分析的图 7.2.1 中，图(b)、图(c)、图(d)均引入直流反馈和交流反馈。在图 7.2.1(c)中，直流负反馈的作用可以表述如下，当温度升高使IC增加时，则发射极电流IE也随着增加，于是，电阻RE两端的电压URE也增加，使得三极管输入回路中的基极与发射极的电压UBE减小，从而使IB减小，IC也减小，最后牵制了IC的增加，并趋于基本不变。因此，直流负反馈的作用是用来稳定放大电路的静态工作点的,而对放大电路的各项动态指标没有影响。通常，引入了交流负反馈的放大电路称为负反馈放大电路，交流负反馈可以改善放大电路的诸多性能，也是本章所要讨论的主要内容，以下所介绍的是交流负反馈的四种基本组态及判别方法。第七章 负反馈放大电路 277 7.2.4 串联反馈和并联反馈判别串联反馈和并联反馈判别 按照基本放大电路和反馈电路在输入端的连接方式，或者说是反馈信号在输入端的连接方式分为串联反馈和并联反馈。反馈信号在输入端如果是以电压Fu的形式出现，与输入电压信号iu和净输入电压信号iu串联于一个回路，三者相加减，即Fiiuuu，如图 7.2.7（a）所示，称为串联反馈串联反馈。否则，反馈信号在输入端如果是以电流Fi的形式出现，与输入电流信号ii和净输入电流信号ii接于一个节点，三者相加减，即Fiiiii，如图 7.2.7（b）所示，就称为并联反馈并联反馈。（a）串联型 （b）并联型 图 7.2.7 串联反馈和并联反馈示意框图 串联反馈和并联反馈的判断方法-输入端观察法：在输入端，如果观察到反馈电压信号Fu、输入电压信号iu和净输入电压信号iu是串联于一个回路，则为串联反馈。否则，如果是反馈电流信号Fi、输入电流信号ii和净输入电流信号ii汇集于一个节点，则为并联反馈。串联反馈和并联反馈的示例如图 7.2.8 所示。该电路输入级为共射放大电路（偏置电路未画），输出电路未画出。输出信号如果通过反馈电阻2FR接到发射极，其发射极电阻eR上的电压即为反馈电压信号Fu，且与输入电压信号iu和净输入电压 第七章 负反馈放大电路 278 信号BEiuu 串联于一个回路，所以，引入了串联反馈。输出信号如果通过反馈电阻1FR接到基极，则反馈信号以电流Fi的形式出现在输入端，与输入电流信号ii和净输入电流信号ii(Bi)接于一个节点-基极，所以电阻1FR引入了并联反馈。图 7.2.8 串联反馈和并联反馈 7.2.5 电压反馈和电流反馈电压反馈和电流反馈 按照输出端的取样方式，可分为电压反馈和电流反馈。若反馈信号Fx是取样于输出电压ou，反馈信号Fx（电压Fu或电流Fi）正比于输出电压ou，即oFkux，则称为电压反馈电压反馈，否则，若反馈信号Fx是取样于输出电流oi，反馈电压Fu（或电流Fi）正比于输出电流oi，即oFkix，则称为电流反馈电流反馈。电压和电流反馈的示意框图如图 7.2.9 所示。第七章 负反馈放大电路 279 （a）电压反馈 （b）电流反馈 图 7.2.9 电压反馈和电流反馈示意框图 电压和电流反馈示例如图 7.2.10 所示。在图 7.2.10（a）所示的共射放大电路中，由输出端集电极引反馈电路至输入网络时，为电压反馈；而由发射极引至输入网络时，为电流反馈。在图 7.2.10（b）所示的射极输出器中，由输出端发射极引反馈电路至输入网络时，为电压反馈；而由集电极引至输入网络时，则为电流反馈。（a）共射放大器 （b）射极输出器 图 7.2.10 电压和电流反馈 电压反馈和电流反馈的判断方法-输出端短路法：假设输出端短路（0LR），即0ou，如果反馈信号Fx消失为零，即反馈不 第七章 负反馈放大电路 280 存在了，则为电压反馈；如果反馈信号Fx不消失，反馈仍然存在，则为电流反馈。注意，输出端短路时，是将负载LR短路，不一定是对地短路。(a)电路 (b)输出电压 uo=0 电路 图 7.2.11 电压反馈与电流反馈的判别 电路如图 7.2.11(a)所示，令输出电压uo=0,即得到如图 7.2.11(b)所示电路，因输出电压uo=0,它在RF中产生的电流iF也为零,所以反馈信号消失，故为电压反馈。(a)电路 (b)输出电压 uo=0 电路 图 7.2.12 电压反馈与电流反馈的判别 电路如图 7.2.12(a)所示，令输出电压uo=0,即将RL短路，得到如图 7.2.12(b)所示电路，虽然uo=0,但输出电流io不等于 0，所以iF不等于 0，故反馈信号没有消失，为电流反馈。例 7.2.1 电路如图 7.2.3 所示，试判定级间反馈类型。解：由图 7.2.3(a)可知，R4把输出与输入连接起来，在交直流通路中，均存在反馈通路，所以电路既引入了交流反馈也引入了直流反馈。由前面的分析可知，第七章 负反馈放大电路 281 图 7.2.3(a)引入了负反馈，在输入端，反馈电压信号Fu、输入电压信号iu和净输入电压信号iu（BEu）是串联于一个回路，则为串联反馈。令输出电压uo=0 时，显然4R相当于一端接 VT1的射极，另一端接地，与第二级放大电路的输出回路毫无关系，即此时反馈电压Fu消失为 0，所以为电压反馈。所以该电路中引入了电压串联负反馈。由图 7.2.3(b)可知，R4把输出与输入连接起来，在交直流通路中，均存在反馈通路，所以电路既引入了交流反馈也引入了直流反馈。由前面的分析可知，图7.2.3(b)引入了负反馈，令输出电压uo=0 时，但输出回路的电流不为 0，即2VT的发射极电流仍存在，从而电阻4R上的反馈电流信号仍然存在，即为电流反馈。由输入回路观察到，电流ii、bi和Fi汇集在同一个节点即 VT1的基极，所以为并联反馈。所以，该电路引入了电流并联负反馈。例 7.2.2 放大电路如图 7.2.13 所示，试判定级间反馈类型。图 7.2.13 例 7.2.2 的图 解：由电路可知，FR和FC支路引入了交流级间反馈。设输入电压ui的瞬时极性为正，即1Bu极性为“+”，则1Cu也就是3Bu极性为 第七章 负反馈放大电路 282“-”3Cu也就是4Bu极性为“+”输出端4Eu极性为“+”，反馈到2VT基极电位2Bu为“+”，也就是反馈电压Fu极性为“+”。输入级为差动放大电路，两基极电位之差为差模输入信号iu，显然，对于差模输入信号iu而言，反馈信号Fu是削弱输入信号iu的，所以为负反馈。将输出端短路时，显然FR和FC支路右端对地短路，其支路电流与输出回路毫无关系，即此时反馈电压Fu消失为 0，所以为电压反馈。从输入回路观察到，输入信号iu、差模输入信号iu和反馈信号Fu是串联在一个回路中，所以为串联反馈。由上分析可知，该电路引入了交流电压串联级间负反馈。例 7.2.3 电路如图 7.2.14 所示，试判定级间反馈类型。解：图 7.2.14 例 7.2.3 图 RF在直流通路和交流通路中均将输出回路与输入回路连接起来，故该电路即引入了直流反馈，也引入了交流反馈。设输入信号iu的瞬时极性为正，因输入电压加在集成运放的反相输入端，则集成运放 A1输出信号1ou的极性必为负，集成运放 A2的同相输入端u的极性为负，集成运放 A2输出信号ou的极性必为负，输入电流ii和反馈电流Fi的实际方向如图 第七章 负反馈放大电路 283 7.2.14 所示，因为差值电流（净输入电流）Fiiiiii，所以反馈电流Fi削弱了输入电流ii，使净输入电流ii减小，故电路引入了负反馈。令输出电压uo=0 时，显然FR相当于一端接集成运放 A1的反相输入端，另一端接地，与第二级放大电路的输出回路毫无关系，即此时反馈电压Fu消失为 0，所以为电压反馈。由输入回路观察到，电流ii、ii和fi接于同一个节点即集成运放 A1的反相输入端，所以为并联反馈。所以，该电路引入了电压并联负反馈。【练习与思考】【练习与思考】7.2.1 什么是正反馈和负反馈？如何判别正反馈和负反馈？7.2.2 什么是直流反馈和交流反馈？如何判别？7.2.3 电压反馈和电流反馈是依据什么来判定的？7.2.4 串联和并联反馈是依据什么区别的？如何判别？7.2.5 用瞬时极性法判别正反馈和负反馈时，假设输入端的极性后，推断相应点的极性时应该注意的信号传输途径是什么？7.3 负反馈放大电路的四种组态及反馈的一般表达式 反馈类型通常也叫做反馈组态，按照不同的输入和输出连接方式，交流负反馈放大电路有 4 种组态，即电压串联负反馈、电流串联负反馈、电压并联负反馈和电流并联负反馈。即电压串联负反馈、电流串联负反馈、电压并联负反馈和电流并联负反馈。下面结合具体电路逐一介绍。7.3.1 负反馈放大电路的方框图和反馈一般表达式负反馈放大电路的方框图和反馈一般表达式 负反馈放大电路都可以用如图 7.3.1 所示的方框图来表示。第七章 负反馈放大电路 284 图 7.3.1 反馈放大电路的方框图 图中iX为输入信号(电压或电流)，fX为反馈信号，iX为净输入信号（或驱动信号），oX为输出信号(电压或电流)。图中“+”号和“-”号表明了iX、iX、fX之间的关系为 fiiXXX （7.3.1）ioXXA （7.3.2）A称为无反馈时放大电路的放大倍数，又叫开环放大倍数开环放大倍数或称开环增益开环增益。iofXXA （7.3.3）fA称为闭环放大电路的放大倍数，又叫闭环放大倍数闭环放大倍数或称闭环增益闭环增益。ofXXF （7.3.4）F表示反馈网路的反馈系数反馈系数。根据式 7.3.2 和 7.3.4 可得 ifXXFA （7.3.5）FA称为电路的回路放大倍数，也称为电路的回路增益回路增益。对于负反馈的四种组态而言，其中基本放大电路的开环放大倍数、闭环放大倍数的物理意义和量纲各不相同，因此，统称为广义的放大倍数或广义的增益。反馈网络反馈系数物理意义和量纲也不相同。联立求解上面各式有 oioifiioXFAXAXFXAXXAXAX)()(整理上式可得 ioXFAAX1 第七章 负反馈放大电路 285 所以 FAAXXAiof1 （7.3.6）式 7.3.6 是闭环放大倍数与开环放大倍数、反馈系数之间的关系。式中FA1称为反馈深度反馈深度，是式 7.3.6 的分母，表示引入反馈后放大电路的放大倍数与无反馈时相比所变化的倍数。反馈深度的大小直接影响反馈电路的工作状况。FA1对反馈放大电路的影响讨论如下：若11FA，则AAf，即引入反馈后放大倍数下降了，这种反馈为负反馈。若11FA，则AAf，即引入反馈后放大倍数增大了，这种反馈为正反馈。尽管正反馈能增大放大倍数，但稳定性变差，所以在放大电路中较少使用。若01FA，则fA，这就是说，在没有输入信号时放大电路也有输出，这种情况叫做放大电路的自激振荡。放大电路一旦出现了自激振荡，将不能正常工作，所以应该避免，关于自激振荡后面章节将会介绍。在负反馈放大电路中，如果11FA，则FFAAAf11，这叫做深度负反馈。对于深度负反馈电路，其闭环放大倍数fA似乎与开环增益A无关，但这结论成立的前提是环路放大倍数1FA，其中主要是A很大。大多数实用负反馈电路都可以认为是深负反馈。下面分别来分析四种组态电路的方框图。7.3.2 电压串联负反馈电压串联负反馈 在如图7.3.2所示电路中，反馈电阻2R由输出端引到集成运放同相输入端，如图所示极性可以判定为负反馈；电阻1R上的电压为反馈电压fU，fU等于输出电压在电阻R1和R2上分压得到的结果，因此假设输出端短路0oU时，fU为0，电 第七章 负反馈放大电路 286 路引入了电压反馈；在放大电路的输入回路中，输入电压iU、反馈电压fU和净输入电压iU串联在一个回路中，说明引入了串联反馈；所以该放大电路引入了电压串联负反馈。图 7.3.2 电压串联负反馈电路 电压串联负反馈组态的方框图表示如图7.3.3所示，由于基本放大电路的输入信号是净输入信号iX=iU，输出信号oX=oU，二者都是电压信号，故其开环放大倍数用uuA表示，称为开环电压放大倍数。ioiouuUUXXA （7.3.7）反馈网络的输入信号是放大电路的输出电压信号oX=oU，而反馈网络的输出信号是反馈电压信号fX=fU，故反馈网络的反馈系数用符号uuF表示，可得 ofofuuUUXXF （7.3.8）同理，反馈放大电路的输入信号是iX=iU，输出信号oX=oU，闭环放大倍数用uufA表示。ioiouufUUXXA.（7.3.9）第七章 负反馈放大电路 287 图 7.3.3 电压串联负反馈的方框图 7.3.3 电流串联负反馈电流串联负反馈 如图7.3.4所示电路，为无旁路电容的分压式工作点稳定电路。设输入信号的瞬时极性“+”，则基极电位极性为“+”，发射极电位极性也为“+”，RE两端的电压是反馈电压，如图7.3.4所示，所以对净输入信号beU而言，反馈信号是削弱输入信号的，为负反馈。假设输出端短路，使得输出电压oU为0，但输出回路电流不为0，电阻eR上的反馈电压不为0，所以为电流型反馈。由输入回路可以看出，输入信号iU、净输入信号beU和反馈信号fU串联在一个回路中，所以为串联型反馈。因此，电阻eR引入了电流串联负反馈。图 7.3.4 电流串联负反馈电路 电流串联负反馈组态的方框图表示如图7.3.5 所示。由框图可以看出，输入侧 第七章 负反馈放大电路 288 用电压量表示，而输出侧用电流量表示，反馈电压取自输出电流，然后在输入回路与外加的输入电压相减后得到净输入电压。由于基本放大电路的输入信号是净输入信号iX=iU，输出信号oX=oI，故其放大倍数用iuA表示，即 ioiuUIA （7.3.10）iuA的量纲是电导，故称iuA为基本放大电路的转移电导。反馈网络的输入信号是放大电路的输出电流信号oI，而反馈网络的输出信号是反馈电压信号fX=fU，故反馈网络的反馈系数用符号uiF表示，它的量纲是电阻，可表示为 ofuiIUF （7.3.11）图 7.3.5 电流串联负反馈的方框图 同理，闭环放大倍数用iufA表示，它的量纲是电导。ioioiufUIXXA.（7.3.12）7.3.4 电压并联负反馈电压并联负反馈 如图7.3.6所示电路中，反馈电阻3R由输出端引到集成运放反向输入端，如图 第七章 负反馈放大电路 289 所示极性可以判定为负反馈；又因为输入电流iI.、反馈电流fI.和净输入电流.iI并于反相输入端，所以该放大电路引入了并联反馈；设oU=0，电阻3R一端接集成运放的反相输入端，另一端接地，所以，反馈信号fI.=0，故电路引入电压负反馈，所以该放大电路引入了电压并联负反馈。图 7.3.6 电压并联负反馈电路 电压并联负反馈组态的方框图表示如图7.3.7所示。由框图可以看出，输入侧用电流量表示，而输出侧用电压量表示，反馈电流fI取自于输出电压oU，然后在输入侧与外加的输入电流iI相减后得到净输入电流.iI。由于基本放大电路的输入信号是净输入信号iX=.iI，输出信号oX=oU，故其放大倍数用uiA表示，即 .ioiouiIUXXA （7.3.13）uiA的量纲是电阻，称uiA为基本放大电路的转移电阻。反馈网络的输入信号是放大电路的输出电压信号oU，而反馈网络的输出信号是反馈信号，fX=fI，故反馈网络的反馈系数用符号iuF表示，它的量纲是电导。可表示为 第七章 负反馈放大电路 290 ofofiuUIXXF （7.3.14）同理，闭环放大倍数用uifA表示，它的量纲是电阻。ioiouifIUXXA.（7.3.15）图 7.3.7 电压并联负反馈的方框图 7.3.5 电流并联负反馈电流并联负反馈 如图7.3.8所示电路中，反馈电阻3R由输出侧引到集成运放反向输入端，如图所示极性可以判定为负反馈；又因为输入电流iI.、反馈电流fI.和净输入电流.iI接于反相输入端，所以该放大电路引入了并联反馈；假设输出端oU短路，即电阻LR两端短路，可见电流fI.仍存在，说明为电流反馈。总之，该电路为电流并联负反馈。第七章 负反馈放大电路 291 图 7.3.8 电流并联负反馈电路 电流并联负反馈组态的方框图表示如图7.3.9所示。由框图可以看出，输入、输出都用电流量表示，反馈电流fI取自输出电流oI，然后在输入端与外加的输入电流iI相减后得到净输入电流iI。由于基本放大电路的输入信号是净输入电流信号iX=.iI，输出信号oX=oI，故其放大倍数用iiA表示，即 .ioiiIIA （7.3.16）称iiA为基本放大电路的电流放大倍数。反馈网络的输入信号是放大电路的输出电流oI，而反馈网络的输出信号fX=fI，故反馈网络的反馈系数用符号iiF表示，可得 ofiiIIF （7.3.17）同理，闭环放大倍数用iifA表示 ioioiifIIXXA.（7.3.18）第七章 负反馈放大电路 292 图 7.3.9 电流并联负反馈的方框图 四种组态负反馈放大电路的比较如表7.3.1所示。表 7.3.1 四种组态负反馈放大电路的比较 负反馈组态 输出 信号 输 入、净 输入、反馈信号 开环放大倍数 反馈系数 闭环放大倍数 电压串联 oU iUiUfU iouuUUA ofofuuUUXXF iouufUUA.电压并联式 oU iI.iIfI.iouiIUA ofiuUIF iouifIUA.电流串联式 oI iUiUfU ioiuUIA ofuiIUF ioiufUIA.电流并联式 oI iI.iIfI.ioiiIIA ofiiIIF ioiifIIA.【练习与思考】【练习与思考】7.3.1 交流负反馈的四种组态分别是什么？7.3.2 在电压串联负反馈放大电路中，公式FAAAf1中的fA、A和F各量的物理意义是什么？7.3.3 在电流串联负反馈放大电路中，公式FAAAf1中的fA、A和F各量的物理意义是什么？第七章 负反馈放大电路 293 7.3.4 何为反馈深度？它的大小对放大电路的性能有何影响？第七章 负反馈放大电路 294 山山 东东 理理 工工 大大 学学 教教 案案 第 十七 次课 教学课型：理论课 实验课 习题课 实践课 技能课 其它主要教学内容（注明：*重点#难点）：7.4 负反馈对放大电路性能的影响 7.4.1 提高放大倍数的稳定性 7.4.2 减小非线性失真和抑制干扰 7.4.3 扩展放大电路的通频带 7.4.4 对输入电阻的影响 7.4.5 负反馈对输出电阻的影响 7.4.6 放大电路中引入负反馈的一般原则 重点：1.负反馈对放大电路性能的影响 2.放大电路中引入负反馈的一般原则 难点：负反馈对输入电阻和输出电阻的影响 教学目的要求：1.熟悉负反馈对放大电路性能的影响 2.熟悉放大电路中引入负反馈的一般原则 教学方法和教学手段：板书和多媒体教学相结合，以教师讲授为主，结合学生的课堂练习和讨论。讨论、思考题、1.电压负反馈和电流负反馈各稳定放大电路的哪个输出量？2.增大输入电阻，减小输出电阻，应引入何种类型的反馈？作业：7.6 参考资料：童诗白主编 模拟电子技术基础 北京高等教育出版社 康华光主编电子技术基础模拟部分 北京高等教育出版社 第七章 负反馈放大电路 295 7.4 负反馈对放大电路性能的影响 负反馈是改善放大电路性能的重要技术措施，广泛应用于放大电路和反馈控制系统之中。反馈类型不同，对放大电路的影响也不同，即有不同的作用,对于直流负反馈，能够稳定静态工作点。如果引入交流负反馈，放大电路的性能会得到多方面的改善，如提高放大倍数的稳定性，减小非线性失真和抑制干扰，展宽频带，改变输入电阻和输出电阻等，下面将分别进行介绍。7.4.1 提高放大倍数的稳定性提高放大倍数的稳定性 放大电路的放大倍数有足够的稳定性，才能使之成为实用电路，但当环境温度、电源电压、电路元器件参数发生变化时，都会引起放大倍数的波动。放大电路引入负反馈后，将大大减小各种因素对放大倍数的影响，从而使放大倍数得到稳定。放大倍数的稳定性通常用放大倍数的相对变化量来衡量，在中频段，且反馈网络为纯阻性，.fA、.A、.F均为实数，Af的表达式可写成 AFAAf1 (7.4.1)将上式对变量A求导数，可得 22f)1(1)1()1(ddAFAFAFAFAA (7.4.2)或 2f)1(ddAFAA (7.4.3)将(7.4.3)式的两边同除以Af，可得 AAAFAAAAFAFAAAFAAAd11d)1)(1()1(ddff2ff (7.4.4)式7.4.4表明，闭环放大倍数Af的相对变化量dAf/Af只是开环放大倍数A的相 第七章 负反馈放大电路 296 对变化量dA/A的1/(1+AF)，也就是说，引入负反馈后，放大倍数的稳定性提高了（1+AF）倍。例4.3.1 某负反馈放大器，其A=104,反馈系数F=0.01，由于外部条件变化使A变化了10%，求Af的相对变化量。解：根据式 7.4.4得%1.0%)10(01.01011d11d4ffAAAFAA 结果表明，当开环放大倍数A的相对变化量是10%时，闭环放大倍数Af的相对变化量只有0.1%，即百分之一。应当指出，负反馈放大电路是以牺牲放大倍数来换取其稳定性的，即放大倍数减小到原来的1(1十AF)，稳定性提高到原来的(1十AF)倍。7.4.2 减小非线性失真和抑制干扰减小非线性失真和抑制干扰 由于组成放大电路的半导体器件具有非线性特性，放大电路在工作中往往会产生非线性失真，引入负反馈可以改善非线性失真，可通过如图7.4.1所示波形来加以说明。如果输入信号xi为正负对称、不失真的正弦波，经过放大后产生的失真波形xo为正半周大，负半周小，如图7.4.1(a)所示。加入负反馈后，反馈网络内不含非线性元件，可将输出端的失真波形反馈到输入端，由于反馈信号xf正比于输出信号xo，因此xf的波形也是正半周大，负半周小，但它和输入信号xi相减后得到的净输入信号xi，成为正半周小、负半周大的失真波形，此波形经放大后，使得输出端正、负半周波形之间的差异减小，从而减小了输出波形的非线性失真，如图7.4.1(b)所示。就本质而言，负反馈是利用失真了的输出波形来改善输出波形的失真(也是负反馈自动调整输出信号的作用)。为此，波形的失真只能改善，不能消除。如果信号源本身就是失真的波形，负反馈放大电路不可能使其得到改善。还须指出：波形失真的改善程度与反馈深度有关，反馈愈深，效果愈好；可以证明，加入负反馈后，放大器的非线性失真可以减小到原来的1(1十AF)。同 第七章 负反馈放大电路 297 样，加入负反馈后，也可以抑制放大器自身的噪声，使放大器的噪声系数减小到原来的1(1十AF)。（a）无反馈 (b)引入负反馈 图 7.4.1 负反馈减小非线性失真的示意图 7.4.3 扩展放大电路的通频带扩展放大电路的通频带 通频带是放大电路重要的性能指标之一，在某些场合，往往要求有较宽的通频带。开环放大器的通频带是有限的，引入负反馈是扩展通频带的有效措施之一。假设基本放大电路的中频放大倍数为mA.，上限频率为fH，下限频率为fL，在高频段的放大倍数为 H.j1ffAAmH (7.4