第6章負反饋放大電路

第6章負反饋放大電路6.1概述6.2負反饋放大電路的框圖和一般關(guān)系6.3負反饋對放大電路性能的影響6.4負反饋放大電路的穩(wěn)定性6.1.1反饋的基本概念6.1.2反饋的分類6.1.3負反饋的四種組態(tài)6.1概述6.1.1反饋的基本概念什么是反饋？首先看右圖:圖中Re兩端的電壓反映出輸出回路中的電流大小和變化ic↑→iE↑

→vE(=iERe)↑→

vBE(=vB-vE)↓→

iB↓→

ic(iE)↓↓

ic↓

ie由此得反饋的概念：在放大電路中信號的傳輸是從輸入端到輸出端，這個方向稱為正向傳輸。反饋就是將輸出信號取出一部分或全部送回到放大電路的輸入回路，與原輸入信號相加或相減后再作用到放大電路的輸入端。6.1.2反饋的分類和判斷正反饋:加入反饋后，凈輸入信號增大,輸出幅度增大，等效增益增大.負反饋:加入反饋后，凈輸入信號減小，輸出幅度減小，等效增益下降.判斷方法:根據(jù)反饋極性的不同:即先假定輸入信號為某一個瞬時極性，然后逐級推出電路其他有關(guān)各點瞬時信號的相位變化，最后判斷反饋到輸入端信號的瞬時極性是增強還是削弱了原來的輸入信號。1.正反饋和負反饋舉例:判斷下列圖(a)與(b)何為正反饋?何為負反饋?輸入電壓vI加在集成運放的反相端(-)且設瞬時極性為正(⊕，代表該點瞬時信號的變化為增大);則輸出電壓的瞬時極性為負(?，該點瞬時信號的變化為減小);而反饋電壓vF由輸出端通過電阻R1、R3分壓后得到，因此，反饋電壓增強了輸入電壓的作用，使放大倍數(shù)提高。

?⊕??輸入電壓vI加在集成運放的同相端(+)且設瞬時極性為正(⊕,代表該點瞬時信號的變化為增大);則輸出電壓的瞬時極性也為正(⊕,該點瞬時信號的變化為增大);而反饋電壓vF由輸出端通過電阻R3、R4分壓后得到，因此，反饋電壓消弱了輸入電壓的作用，使放大倍數(shù)提高降低。

⊕⊕⊕對分立元件而言，C與B極性相反，E與B極性相同。對集成運放而言，uO與uN極性相反，uO與uP極性相同。以電壓求和或以電流求和判斷凈輸入信號是增加或減小。判斷方法：根據(jù)反饋量本身的交、直流性質(zhì)。直流反饋：反饋量只包含直流量；交流反饋：反饋量中只有交流量；交直流反饋：如果反饋量既有直流量又有交流量。2.直流反饋與交流反饋舉例：判斷下列圖(a)與(b)何為直流反饋?何為交流反饋?在圖所示的運放電路中，Rf和Cf網(wǎng)絡是通高頻、阻低頻的網(wǎng)絡，網(wǎng)絡中R2上只有直流成分，因此是直流反饋。在圖所示的運放電路中，Rf和Cf只有交流成分通過，因此，這個反饋是交流反饋。

直流反饋的作用能穩(wěn)定靜態(tài)工作點，而對于放大電路的動態(tài)參數(shù)(如放大倍數(shù)、通頻帶、輸入及輸出電阻等)沒有影響；而交流負反饋對放大電路的動態(tài)參數(shù)會產(chǎn)生不同的影響，是改善電路技術(shù)指標的主要手段，也是本章要討論的主要內(nèi)容。3.電壓反饋和電流反饋電壓反饋：反饋信號的大小與輸出電壓成比例；電流反饋：反饋信號的大小與輸出電流成比例。電壓反饋與電流反饋的判斷：將輸出電壓‘短路’，若反饋信號為零，則為電壓反饋；若反饋信號仍然存在，則為電流反饋。舉例：判斷下列圖(a)與(b)何為電壓反饋?何為電流反饋?R1上的反饋電壓vF是運放的輸出電壓vo，經(jīng)R1、Rf、Cf網(wǎng)絡分壓得到，說明反饋量與取自輸出電壓vo，為電壓反饋?；蛘?，將輸出端短路，則vF=0，也就說反饋量不存在。Rf、Cf網(wǎng)絡中流過的電流iF=io，為電流反饋?；蛘撸瑢⑤敵龆硕搪?，反饋量仍存在，為電流反饋。一般來說：反饋元件直接接在輸出端為電壓反饋。反饋元件只要沒有直接接到輸出端，均為電流反饋。(特別注意：負載不屬于放大器，因此不能算作反饋元件。)電壓與電流反饋的簡易判斷方法4.串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋

并聯(lián)反饋:反饋信號與輸入信號加在放大電路輸入回路的同一個電極;串聯(lián)反饋:反饋信號與輸入信號加在放大電路輸入回路的兩個電極。對于三極管來說，反饋信號與輸入信號同時加在輸入三極管的基極或發(fā)射極，則為并聯(lián)反饋；一個加在基極一個加在發(fā)射極則為串聯(lián)反饋。

此時反饋信號與輸入信號是電流相加減的關(guān)系。

此時反饋信號與輸入信號是電壓相加減的關(guān)系。對于運算放大器來說，反饋信號與輸入信號同時加在同相輸入端或反相輸入端，則為并聯(lián)反饋；一個加在同相輸入端一個加在反相輸入端則為串聯(lián)反饋。

此時反饋信號與輸入信號是電壓相加減的關(guān)系。

此時反饋信號與輸入信號是電流相加減的關(guān)系。6.1.3負反饋的四種組態(tài)

對于負反饋來說，根據(jù)反饋信號在輸出端采樣方式以及在輸入回路中求和形式的不同，共有四種組態(tài)，它們分別是：電壓串聯(lián)負反饋電壓并聯(lián)負反饋電流串聯(lián)負反饋電流并聯(lián)負反饋。

下面通過例子來說明如何判斷?1.電壓串聯(lián)負反饋

R1上的壓降為零，電阻RF引入一個反饋，反饋電壓vF為輸出電壓vo在R2和RF上的分壓而得，屬電壓反饋；又集成運放的差模輸入電壓(凈輸入電壓)vid=vi-vf，反饋電壓削弱外加輸入電壓的作用，使放大倍數(shù)降低，為負反饋；vi與vf接在輸入回路不同端，為串聯(lián)反饋。所以該組態(tài)是電壓串聯(lián)負反饋。2.電流串聯(lián)負反饋反饋電壓vf=ioRf取自輸出電流,為電流反饋。又集成運放的差模輸入電壓(凈輸入電壓)為vid=vi-vf，為串聯(lián)反饋。由瞬時極性法知該反饋為負反饋?？梢?，所以該組態(tài)是電流串聯(lián)負反饋。3.電壓并聯(lián)負反饋反饋電流if取自輸出電壓v0,為電壓反饋。又凈輸入電流為iid=ii-if，為并聯(lián)反饋。由瞬時極性法知該反饋為負反饋?？梢姡栽摻M態(tài)是電壓并聯(lián)負反饋。4.電流并聯(lián)負反饋反饋電流if取自輸出電流i0,為電流反饋。又凈輸入電流為iid=ii-if，為并聯(lián)反饋。由瞬時極性法知該反饋為負反饋?？梢?，所以該組態(tài)是電流并聯(lián)負反饋。6.2負反饋放大電路的框圖與

一般關(guān)系式

6.2.1負反饋的方塊圖6.2.2負反饋放大電路增益6.2.3四種負反饋組態(tài)的方框圖6.2.4

負反饋電路放大倍數(shù)計算

6.2.1負反饋的方塊圖基本放大電路反饋網(wǎng)絡

以上幾個量都采用了復數(shù)表示，因為要考慮實際電路的相移。由于—輸入信號(ii或ui)—

凈輸入信號(iid或uid)—輸出信號(io或uo)—

反饋信號(if或uf)式中：稱為環(huán)路增益。基本放大電路反饋網(wǎng)絡閉環(huán)放大倍數(shù)凈輸入開環(huán)放大倍數(shù)反饋系數(shù)6.2.2負反饋放大電路增益它反映了反饋對放大電路影響的程度。

可分為下列三種情況(1)當＞1時，＜，相當于負反饋(2)當＜1時，＞，相當于正反饋(3)當=0時，=∞，相當于輸入為零時仍有輸出，故稱為“自激狀態(tài)”。稱為反饋深度1、討論

2.深度負反饋

環(huán)路增益是指放大電路和反饋網(wǎng)絡所形成環(huán)路的增益，當>>1時稱為深度負反饋，與1+>>1相當。于是閉環(huán)放大倍數(shù):也就是說在深度負反饋條件下，閉環(huán)放大倍數(shù)近似等于反饋系數(shù)的倒數(shù)，與有源器件的參數(shù)基本無關(guān)。一般反饋網(wǎng)絡是無源元件構(gòu)成的，其穩(wěn)定性優(yōu)于有源器件，因此深度負反饋時的放大倍數(shù)比較穩(wěn)定。由此可見：對于復雜的負反饋電路，增益的計算可簡化為反饋系數(shù)的計算。

在此還要注意的是

、

和

可以是電壓信號，也可以是電流信號。

(1)當它們都是電壓信號時，

、

、

無量綱，

和是電壓放大倍數(shù)。(2)當它們都是電流信號時，

、

、

無量綱，

和是電流放大倍數(shù)。(3)當它們既有電壓信號也有電流信號時，、

、

有量綱，

和

也有專門的放大倍數(shù)的稱謂。3、需說明：6.2.3四種反饋組態(tài)電路的方框圖對于不同組態(tài)的負反饋放大電路來說，其中開環(huán)放大倍數(shù)和反饋網(wǎng)絡的反饋系數(shù)物理意義和量綱都各不相同，因此，統(tǒng)稱之為廣義的放大倍數(shù)和廣義的反饋系數(shù)。6.2.4

負反饋放大電路的分析計算簡單的負反饋放大電路，利用微變等效電路法進行分析計算；對于深度負反饋放大電路，采用估算方法。6.2.4.1利用關(guān)系式估算閉環(huán)電壓放大倍數(shù)對于電壓串聯(lián)負反饋，中的代表閉環(huán)電壓放大倍數(shù)，因而可直接估算出負反饋放大電路的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)。因而：6.2.4.2利用關(guān)系式估算閉環(huán)電壓放大倍數(shù)放大電路的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)：深度負反饋放大電路的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)：對于串聯(lián)負反饋：并聯(lián)負反饋：

結(jié)論：根據(jù)負反饋組態(tài)，選擇適當?shù)墓?；再根?jù)放大電路的實際情況，列出關(guān)系式后，直接估算閉環(huán)電壓放大倍數(shù)。例a：估算深負反饋運放的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)。解：該電路為電壓并聯(lián)負反饋，在深度負反饋條件下：則閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為：圖5.3.2例5.3.1電路(a)該電路為電壓串聯(lián)負反饋在深度負反饋條件下圖5.3.2例5.3.1電路(b)例b：RL圖5.3.2例5.3.1電路(c)該電路為電流并聯(lián)負反饋，在深度負反饋條件下：故：閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為：例c：圖5.3.2例5.3.1電路(d)該電路為電流串聯(lián)負反饋，在深度負反饋條件下：例d：6.3負反饋對放大電路性能影響6.3.1提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性6.3.2減小非線性失真和抑制干擾6.3.3提高反饋環(huán)內(nèi)信噪比6.3.4改善放大電路的頻率特性6.3.1提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性Af的相對變化量A的相對變化量放大倍數(shù)穩(wěn)定性提高例6.12

A

=

103，負反饋使放大倍數(shù)穩(wěn)定性提高

100

倍，求F、Af、A變化

10%時的

Af

，以及dAf/Af。解：

(1)1+AF=100，則F=(100–1)/

A=0.099(2)=103/

100=10(3)此時的Af=負反饋以犧牲放大倍數(shù)，換取了放大倍數(shù)穩(wěn)定性的提高。6.3.2減小非線性失真vf加入負反饋無負反饋FvfAvivo+–vidvo大小略大略小略小略大viA接近正弦波改善了波形失真減小失真動畫演示6.3.3改善放大電路的頻率特性無反饋時：BW=fH

fL

fH引入反饋后，fA(f)OAm0.707AmfLfHBWAf(f)Amf0.707AmffLffHfBWf可證明：fHf=(1+AF)fHfLf=fL

/

(1+AF)=(1+AF)fH=(1+AF)BW

fHf

BWf=fHf

fLf例已知集成運放中頻開環(huán)差模放大倍數(shù)Am=104，上限頻率fH=10Hz，下限頻率fL=1Hz。引入負反饋后，閉環(huán)電壓放大倍數(shù)Amf=10，試問反饋深度等于多少？此時負反饋放大電路的通頻帶等于多少？增益帶寬積又為多少？解：因為所以反饋深度:又所以通頻帶寬:頻帶增益積:6.3.5

改變放大電路的輸入和輸出電阻1、對輸入電阻的影響(1)串聯(lián)負反饋使輸入電阻增大深度負反饋：Rif

A

FRi理解：串聯(lián)負反饋相當于在輸入回路中串聯(lián)了一個電阻，故輸入電阻增加。(2)并聯(lián)負反饋使輸入電阻減小深度負反饋：Rif

A

FRi理解：并聯(lián)負反饋相當于在輸入回路中并聯(lián)了一條支路，故輸入電阻減小。2、對輸出電阻的影響(1)電壓負反饋F與A并聯(lián)，使輸出電阻減小。AFRoRofA

為負載開路時的源電壓放大倍數(shù)。深度負反饋：理解：電壓負反饋目的是阻止vo的變化，