第七章反饋放大電路

第七章反饋放大電路7.1反饋的基本概念與分類7.2負反饋放大電路的四種組態(tài)7.3負反饋放大電路增益的一般表達式7.4負反饋對放大電路性能的影響7.5深度負反饋條件下的近似計算7.6負反饋放大電路的穩(wěn)定性7.1反饋的基本概念與分類7.1.1什么是反饋1.反饋反饋是指將輸出量的一部分或全部，按一定的方式送回到輸入回路，來影響輸入量（電壓或電流）的一種連接方式放大電路×反饋網(wǎng)絡(luò)混合取樣凈輸入量總輸入量反饋信號輸出信號開環(huán)增益閉環(huán)增益反饋系數(shù)共有四種不同的單位2.反饋與反饋通路我們判斷一個電路是否有反饋，是通過分析它是否存在反饋通路而進行的，而反饋通路是跨接在輸出和輸入間的網(wǎng)絡(luò)。（1）若電路中不存在反饋——開環(huán)反饋通路（反饋網(wǎng)絡(luò)）信號的正向傳輸（2）若電路中存在反饋——閉環(huán)-+vivoRL+-voRLR2R1hfeIbicvceIbvbehrevcehiehoe內(nèi)部反饋外部反饋3.內(nèi)部反饋與外部反饋4.本級反饋與級間反饋

本級反饋本級反饋級間反饋Rb1VCCRcCb1Cb2Rb2ReRLvivo-+-+++bcei1iBiCiE≈iB+iC(+)(+)(+)(+)交、直流反饋(+)交流反饋7.1.2直流反饋與交流反饋1.交流反饋與直流反饋若反饋信號中只包含直流成份——直流反饋若反饋信號中只包含交流成份——交流反饋增加隔直電容C后，Rf只對交流起反饋作用。注：本電路中C1、C2也起到隔直作用。+–C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2CEC3C2+VCCvovi+–T1T2RfRE1C增加旁路電容C后，Rf只對直流起反饋作用。C+–C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2CEC3C2+VCCvovi+–T1T2RfRE1

判斷電路中反饋的正、負極性用瞬時極性法：（1）按中頻段考慮，即不考慮電路中所有的電容對相位的影響。（2）用正、負號（+、-）或箭頭（↑、↓）表示電路中各關(guān)鍵點對“地”的電位的瞬時極性（或瞬時變化），這種表示要符合放大器的基本原理。

共射極放大器：集電極與基極電位反相；共基極放大器：集電極與發(fā)射極電位同相；共集極放大器：發(fā)射極與基極電位同相；集成運放電路：看xf是加在同相端還是反相端（3）要逐級進行。最后看反饋到輸入端的信號的瞬時極性，若與原輸入信號的位相相同，則為正反饋，若與原輸入信號的位相相反，則為負反饋。1.正反饋與負反饋——正反饋，使加強，使放大倍數(shù)增加——負反饋，使減小，使放大倍數(shù)降低7.1.3正反饋與負反饋正反饋與負反饋判斷(+)(+)(-)(-)(-)反饋通路負反饋負反饋(+)(+)(-)(-)(-)凈輸入量反饋通路(+)(+)(-)(-)凈輸入量正反饋反饋通路級間反饋通路(+)(+)(+)(+)(-)(-)凈輸入量級間負反饋反饋通路本級反饋通路正反饋與負反饋判斷負反饋對放大器性能的影響同反饋的類型有關(guān)，當(dāng)考慮到信號源和負載時，負反饋放大器包含四個部分：信號源Vg基本放大器A反饋網(wǎng)絡(luò)F根據(jù)四個部分連接方式的不同，反饋可以分為四種類型電壓并聯(lián)反饋電流串聯(lián)反饋電流并聯(lián)反饋電壓串聯(lián)反饋輸入端：反饋信號在輸入端的聯(lián)接方式分為輸出端：反饋信號在輸出端分為取7.1.4電路的基本反饋形式串聯(lián)并聯(lián)電壓電流電壓反饋和電流反饋

RLvoRLvo電壓反饋采樣的兩種形式：采樣電阻很大電流反饋采樣的兩種形式：RLioiERLioiERf采樣電阻很小串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋框圖

(a)串聯(lián)反饋；(b)并聯(lián)反饋

iifibib=i-if并聯(lián)反饋vfvivbevbe=vi-vf串聯(lián)反饋放大電路的兩個輸入端:運放差放三極管和場效應(yīng)管串Xf+-Xi并Xf+-XiXiT1T2Xf串XiT1T2Xf并XiXf串XiXf并四種典型的負反饋組態(tài)電路(a)串聯(lián)電壓負反饋；(b)串聯(lián)電流負反饋；(c)并聯(lián)電壓負反饋；(d)并聯(lián)電流負反饋

7.2.1電壓串聯(lián)負反饋

(+)(-)(+)(+)(-)RfRe1Re1RfAF特點：（1）該電路為電壓串聯(lián)負反饋若取樣為電壓，則以電壓的形式出現(xiàn)。若為串聯(lián)反饋，則、、以電壓的形式出現(xiàn)VfViV’iVo7.2負反饋放大電路中的四種組態(tài)電壓串聯(lián)負反饋(+)(-)(+)(+)(-)RfRe1特點：（1）該電路為電壓串聯(lián)負反饋若取樣為電壓，則以電壓的形式出現(xiàn)。若為串聯(lián)反饋，則、、以電壓的形式出現(xiàn)（2）反饋系數(shù)∴（3）電壓負反饋使輸出電壓穩(wěn)定→Vbe↑VO↑RL↓→VO↓→Vf↓電壓負反饋：穩(wěn)定輸出電壓vfvivo(+)串聯(lián)反饋：輸入端電壓求和（KVL）Vi=V’i+Vf輸入端有V’i=Vi-Vf即電壓串聯(lián)負反饋R1RfRL(+)(+)VfViV‘iVo7.2.2電壓并聯(lián)負反饋

(+)(-)RLRfVSRSVCCAF+-voRfRLRsAF電壓并聯(lián)負反饋反饋系數(shù)——負反饋電壓負反饋使輸出電壓穩(wěn)定(+)(-)RLRfVSRSVCC該電路為電壓并聯(lián)負反饋若取樣為電壓，則以電壓的形式出現(xiàn)。若為并聯(lián)反饋，則、、以電流的形式出現(xiàn)IfIbIi7.2.3電流串聯(lián)負反饋

(+)(+)(+)ViRLRfVSRSVCCAFV’iVOVf(+)(+)I0該電路為電流串聯(lián)負反饋取樣為電流，則以電流的形式出現(xiàn)。若為串聯(lián)反饋，則、、以電壓的形式出現(xiàn)電流串聯(lián)負反饋(+)(+)RLRfVSRSVCC反饋系數(shù)——負反饋電流負反饋使輸出電流穩(wěn)定β↑→IC↑→Vf↑→Vbe↓→Ib↓IC↓ievf7.2.4電流并聯(lián)負反饋

(+)(-)(-)AFRLAF該電路為電流并聯(lián)負反饋Re2RfRe1反饋系數(shù)——負反饋電流負反饋使輸出電流穩(wěn)定IfIbIiRe2RfRe1電流并聯(lián)負反饋ve2

物理量類型xs、xf、xIxoAAfF電壓取樣電壓求和反饋（電壓串聯(lián)反饋）電壓電壓電壓比電壓比電壓比電壓取樣電流求和反饋（電壓并聯(lián)反饋）電流電壓互阻互阻互導(dǎo)電流取樣電壓求和反饋（電流串聯(lián)反饋）電壓電流互導(dǎo)互導(dǎo)互阻電流取樣電流求和反饋（電流并聯(lián)反饋）電流電流電流比電流比電流比四種反饋類型各物理量的含義

說明（1）放大倍數(shù)和反饋系數(shù)均為廣義的。（2）反饋信號與輸出電壓成正比——電壓反饋；反饋信號與輸出電流成正比——電流反饋；（3）反饋信號與輸入信號串聯(lián)——串聯(lián)反饋；在輸入端以電壓的形式相加減。反饋信號與輸入信號并聯(lián)——并聯(lián)反饋；在輸入端以電流的形式相加減。（4）電壓負反饋使輸出電壓穩(wěn)定；電流負反饋使輸出電流穩(wěn)定；（5）取樣方式的判斷——輸出短路法將放大器輸出端短路，看反饋信號是否存在

若存在——電流反饋不存在——電壓反饋（6）混合方式的判斷——輸入短路法將放大器輸入端短路，看反饋信號是否存在

若存在——串聯(lián)反饋不存在——并聯(lián)反饋并聯(lián)：反饋量輸入量接于同一輸入端。接于不同的輸入端。串聯(lián)：反饋量輸入量串聯(lián)反饋信號源對反饋效果的影響vID=vI-vF

則vI最好為恒壓源，即信號源內(nèi)阻RS越小越好。

要想反饋效果明顯，就要求vF變化能有效引起vID的變化。-+voR2RLRsAFvsR1vFvIDvI(+)(+)(+)(+)電壓串聯(lián)負反饋電路VID=VI-VF+-voRfRL(-)(-)iIiIDiF并聯(lián)反饋iID=iI-iF

則iI最好為恒流源，即信號源內(nèi)阻RS越大越好。

要想反饋效果明顯，就要求iF變化能有效引起iID的變化。(+)RsiSRsvs+-反饋類型的判別步驟1.有無反饋是否存在把輸出回路和輸入回路連接起來的支路。2.交流反饋與直流反饋反饋存在于直流或交流或交直流通路中。3.正反饋與負反饋 瞬時極性法。4.

反饋的組態(tài)輸出端：并聯(lián)取電壓；串連取電流。輸入端：串聯(lián)分壓 ；并聯(lián)分流。綜合：反饋放大器類型描述：類型=（交、直流）+輸出

+輸入+極性交流反饋直流反饋電壓反饋電流反饋串聯(lián)反饋并聯(lián)反饋負反饋正反饋例如：交流電壓串聯(lián)負反饋四種交流負反饋放大器：電壓反饋電流反饋串聯(lián)反饋并聯(lián)反饋有反饋？abcda串聯(lián)電壓b并聯(lián)電壓c串聯(lián)電流d并聯(lián)電流例題7.1:試判斷圖示電路R1、Rf各引入何種反饋？解:引入交流電壓串聯(lián)負反饋引入直流電流并聯(lián)負反饋1、R1加在B1上：2、Rf加在E1上：例題7.2:試判斷圖示電路的反饋組態(tài)(反饋類型)?結(jié)論：交直流電壓串聯(lián)負反饋+-vi+-voR4R1R2R5R3R6A1A2vf++(+)--+VccR2T1T2-Vcc+-vivoR1AR3R4R5D1D2(a)vI+voRb2Rb3-VCC+T1T2T3CRC1RC2RC3Rf1Rf2Re1Re2(b)Re2RfRe1T1T2Rc1Rc2RsCb1Cb2++++--vovsVCC(C)VccR2T+-viR1R3vo+-vivoRLR1R3A1+-A2R2A2A1+-vi+-R4R1R2R3R5R6RLicVccR2T+-viR1R3vo+-vivoRLR1R3A1+-A2R2(d)(f)(e)7.3負反饋放大電路增益的一般表達式一、反饋的表示方法（一）方框圖信號源輸出信號反饋放大電路的輸入信號反饋信號基本放大電路的輸入信號（凈輸入信號）信號的正向傳輸信號的反向傳輸信號在反饋網(wǎng)絡(luò)中的正向傳輸信號在基本放大電路中的反向傳輸單向化信號的正向傳輸信號的反向傳輸三個假定1、與流經(jīng)基本放大器的正向傳輸信號相比，通過反饋網(wǎng)絡(luò)的正向傳輸信號（直接傳輸），可以忽略不計。2、與反饋網(wǎng)絡(luò)的反向傳輸信號相比，通過基本放大器的反向傳輸信號（內(nèi)部反饋）可以忽略不計。3、反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù)F與信號源內(nèi)阻Rs及負載電阻RL無關(guān)。開環(huán)時反饋網(wǎng)絡(luò)的負載效應(yīng)對輸入口的影響對輸出口的影響2、閉環(huán)增益的一般表達式即又因為所以對信號源的增益一、反饋的表示方法（二）表達式推導(dǎo)1、正反饋：負反饋：3、反饋深度的討論一般負反饋稱為反饋深度正反饋自激振蕩深度負反饋7.4.1提高增益的穩(wěn)定性閉環(huán)時則只考慮幅值有即閉環(huán)增益相對變化量比開環(huán)減小了1+AF倍另一方面在深度負反饋條件下

即閉環(huán)增益只取決于反饋網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)反饋網(wǎng)絡(luò)由穩(wěn)定的線性元件組成時，閉環(huán)增益將有很高的穩(wěn)定性。7.4負反饋對放大電路性能的影響例：1+AF=100時，A=1000±10%即dA/A=10%

則Af=10±0.1%增益靈敏度7.4.2減少非線性失真AAF大小大小大小大小若輸入信號本身就是失真波形，是不能靠引入負反饋來改善的。只有放大器內(nèi)部所產(chǎn)生的非線性失真用負反饋改善才有效。7.4.2抑制反饋環(huán)內(nèi)噪聲

負反饋能將噪聲和干擾抑制D倍注意：

1、放大電路引入負反饋后，信噪比并沒有提高

2、若干擾或噪聲與輸入信號同時由外界引入，靠負反饋無濟于事。開環(huán)幅頻響應(yīng)上限頻率擴展1+AF倍下限頻率降低1+AF倍閉環(huán)幅頻響應(yīng)（四）擴展頻帶二、負反饋對放大器性能的改善因為Af=A/D，成比例減少引入負反饋后使通頻帶擴展了D倍7.4.4對輸入電阻和輸出電阻的影響1、混合對輸入電阻的影響（1）串聯(lián)負反饋使輸入電阻增加Rifvi'Ri

vivf(+)(-)(+)(-)ii無反饋時：∴引入串聯(lián)負反饋后：∴若取樣是電壓：則若取樣是電流：則結(jié)論：1、混合對輸入電阻的影響（2）并聯(lián)負反饋使輸入電阻減小Rifvi'Ri

viIi無反饋時：∴引入并聯(lián)負反饋后：∴若取樣是電壓：則若取樣是電流：則結(jié)論：2、取樣對輸出電阻的影響（1）電壓負反饋使輸出電阻減小電壓串聯(lián)負反饋的情況Io此時：Avv0為不考慮RL時基本放大器的電壓增益在不考慮F對I0的分流的情況下：vi'Ro

vf(+)(-)(+)(-)Avvov’ivo電壓并聯(lián)負反饋的情況Io此時：Aui0為不考慮RL時基本放大器的電壓增益在不考慮F對I0的分流的情況下：結(jié)論：Ro

voAvioii‘（2）電流負反饋使輸出電阻增大電流串聯(lián)負反饋的情況Io此時：Aiv0為不考慮RL時基本放大器的電壓增益vi'Ro

uf(+)(-)(+)(-)voAivovi‘在忽略反饋網(wǎng)絡(luò)上的壓降的情況下：即∴電流并聯(lián)負反饋的情況Io此時：Aii0為不考慮RL時基本放大器的電壓增益結(jié)論：Ro

voAiioii‘在忽略反饋網(wǎng)絡(luò)上的壓降的情況下：即∴為改善性能引入負反饋的一般原則

要穩(wěn)定直流量——引直流負反饋

要穩(wěn)定交流量——引交流負反饋

要穩(wěn)定輸出電壓——引電壓負反饋

要穩(wěn)定輸出電流——引電流負反饋

要增大輸入電阻——引串聯(lián)負反饋

要減小輸入電阻——引并聯(lián)負反饋說明：引入負反饋雖然可以改善電路的性能，然而，若處理不當(dāng)，則電路將產(chǎn)生自激振蕩，使改善性能的愿望落空。一、深度負反饋條件下的近似計算1.深度負反饋的特點即，深度負反饋條件下，閉環(huán)增益只與反饋網(wǎng)絡(luò)有關(guān)由于則又因為代入上式得輸入量近似等于反饋量凈輸入量近似等于零由此可得深度負反饋條件下，基本放大電路“兩虛”的概念7.5負反饋放大電路的分析方法串聯(lián)負反饋，輸入端電壓求和。深度負反饋條件下虛短虛斷虛短虛斷并聯(lián)負反饋，輸入端電流求和。+--++-+-2.

各種反饋阻態(tài)的近似計算（1）電壓串聯(lián)負反饋RfRe110k100∴2.

各種反饋阻態(tài)的近似計算（2）電流串聯(lián)負反饋RLReVSRS+RC

（1）∴而由h參數(shù)等效電路法得（2）icio2.

各種反饋阻態(tài)的近似計算（3）電壓并聯(lián)負反饋RLRfVSRS+Vcc（1）∴iiifib2.

各種反饋阻態(tài)的近似計算（4）電流并聯(lián)負反饋Re2RfRe1iiifie2io例求：(1)大環(huán)組態(tài)；(2)二、三級局部組態(tài)；閉環(huán)增益閉環(huán)電壓增益在深度負反饋條件下，利用虛短和虛斷可知解：(1)電壓并聯(lián)負反饋則反饋系數(shù)為(3)深度負反饋下大環(huán)的閉環(huán)電壓增益。(2)T2電流串聯(lián)負反饋T3電流串聯(lián)負反饋T2和T3級間電流串聯(lián)正反饋(3)一、深度負反饋條件下的近似計算RfT1T2Rc1Rc2RsRc3T3R1R2RL28VVI=0~2.5V7VT1T2mAT3T4T50~1.5k5020027k27k4.7k47012k16k0.4μ0~10mA電壓電流變換器電路2.

各種反饋阻態(tài)的近似計算一、深度負反饋條件下的近似計算小結(jié)：（1）引入深度電壓負反饋后：Avvf與管子的參數(shù)無關(guān)，與RL無關(guān)。引入深度電流負反饋后：Avvf與管子的參數(shù)無關(guān)，與RL有關(guān)。7.4負反饋放大電路的穩(wěn)定問題一、自激及穩(wěn)定工作條件1.自激振蕩現(xiàn)象

在不加任何輸入信號的情況下，放大電路仍會產(chǎn)生一定頻率的信號輸出。2.產(chǎn)生原因

在高頻區(qū)或低頻區(qū)產(chǎn)生的附加相移達到180，使中頻區(qū)的負反饋在高頻區(qū)或低頻區(qū)變成了正反饋，當(dāng)滿足了一定的幅值條件時，便產(chǎn)生自激振蕩。3.自激振蕩條件自激振蕩反饋深度即又得自激振蕩條件幅值條件相位條件（附加相移）注：輸入端求和的相位（-1）不包含在內(nèi)閉環(huán)增益3.自激振蕩條件得自激振蕩條件說明：（1）一級或兩級負反饋放大電路是穩(wěn)定的，三級或三級以上的負反饋電路，在深度負反饋的條件下，由可能產(chǎn)生自激振蕩。（2）為使負反饋放大器能夠穩(wěn)定地工作，必須設(shè)法破壞自激振蕩的條件在時在時使使4.穩(wěn)定工作條件破壞自激振蕩條件或或?qū)憺槠渲蠫m——幅值裕度，一般要求Gm-10dBm——相位裕度，一般要求m45保證可靠穩(wěn)定，留有余地。ω180ω0φm相位裕度Gm增益裕度5.負反饋放大電路穩(wěn)定性分析環(huán)路增益的幅頻響應(yīng)寫為一般與頻率無關(guān)，則的幅頻響應(yīng)是一條水平線利用波特圖分析