《模擬電子技術(shù)》課件ch4 負(fù)反饋放大器

模塊4負(fù)反饋放大器

［教學(xué)目的］1.掌握反饋的基本概念和類型，判斷放大電路中是否存在反饋，反饋的類型以及它們在電路中的作用。2.理解多種負(fù)反饋對放大電路性能的影響，會根據(jù)實(shí)際要求在電路中引入適當(dāng)?shù)姆答?.掌握負(fù)反饋的一般表達(dá)式，會計算深度負(fù)反饋條件下的電壓放大倍數(shù)。4.了解負(fù)反饋放大電路產(chǎn)生自激振蕩的條件，會在放大電路中接入校正環(huán)節(jié)以消除振蕩。［教學(xué)重點(diǎn)］1.反饋的概念、分類及反饋組態(tài)的判斷。2.負(fù)反饋對放大器性能的影響。3.深度負(fù)反饋條件下電壓放大倍數(shù)的計算。4.負(fù)反饋放大電路自激振蕩的判斷及消除。［教學(xué)難點(diǎn)］：1.反饋類型的判別。2.負(fù)反饋放大器的組態(tài)分析與計算。3.負(fù)反饋對放大器性能的影響。第四章負(fù)反饋放大器4.1反饋的概念4.2負(fù)反饋放大電路的組態(tài)4.3負(fù)反饋對放大電路工作性能的影響4.4深度負(fù)反饋放大電路的分析計算4.5負(fù)反饋放大電路的自激振蕩和消除方法4.1反饋的概念4.1.1.反饋的基本概念4.1.2反饋的一般表達(dá)式

反饋在電子電路系統(tǒng)中得到了極其廣泛的應(yīng)用，通過引入反饋，可以改善放大電路的許多性能。把輸出的某個物理量的一部分或全部用一定的方法反送回輸入端的過程稱為反饋。

放大電路中的反饋就是將放大電路的輸出信號(電壓或電流)的一部分或全部通過一定形式的電路反送回輸入端并對輸入信號(電壓或電流)產(chǎn)生影響（增強(qiáng)或消弱）的過程。引入反饋的放大電路稱為反饋放大電路。4.1.1.反饋的基本概念

1.反饋概念的建立圖4-1分壓偏置式放大電路

圖4-1所示的分壓偏置式放大電路就是反饋放大電路的一個具體運(yùn)用，用來穩(wěn)定電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。例如，當(dāng)電路所處的溫度環(huán)境變化時：基本放大電路反饋網(wǎng)絡(luò)A.F.Xo.+XidXiXf...反饋信號輸入信號輸出信號凈輸入信號比較環(huán)節(jié)圖4-2反饋放大電路組成框圖閉合環(huán)路開環(huán)放大電路反饋網(wǎng)絡(luò)2、反饋的分類與判斷（1）正反饋和負(fù)反饋正反饋：反饋使凈輸入電量增加，從而使輸出量大。負(fù)反饋：反饋使凈輸入電量減小，從而使輸出量小。判斷法：瞬時極性法例4.1如圖4-3所示放大電路，試判斷該電路是否引入了反饋？引入的是正反饋還是負(fù)反饋？圖4-3共發(fā)射極放大電路解：電阻R連接在三極管的基射級之間構(gòu)成反饋元件，它削弱了原輸入信號，因而R引入的是負(fù)反饋。

（2）直流反饋和交流反饋直流反饋

—從輸出端反饋回的信號是直流信號

。交流反饋

—從輸出端反饋回的信號是交流信號

。例4.2判斷圖4-4放大電路中引入的反饋是直流還是交流反饋？圖4-4反饋放大電路解：該電路中的反饋網(wǎng)絡(luò)是由RF和CF組成的，所以反饋元件是RF和CF，因為電容的隔直作用，反饋信號中將只有交流成分，所以這個反饋是交流反饋。（3）電壓反饋和電流反饋電壓反饋

—

反饋信號取自輸出電壓的部分或全部。判別法：使uo=0(RL短路)電流反饋

—

反饋信號取自輸出電流。

圖4-5電壓反饋框圖圖4-6電流反饋框圖

若反饋信號依然存在則為電流反饋若反饋信號消失則為電壓反饋。（4）串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋串聯(lián)反饋：反饋信號和輸入信號在放大器輸入回路中以電壓形式相疊加。

并聯(lián)反饋：反饋信號和輸入信號在放大器輸入回路中以電流形式相疊加。圖4-8并聯(lián)反饋框圖

圖4-7串聯(lián)反饋框圖判別法：輸入回路反饋節(jié)點(diǎn)“短路法”判定：

若輸入信號依然能送入放大電路，則引入的是串聯(lián)反饋。

若輸入信號不能送入放大電路，則引入的反饋是并聯(lián)反饋。4.1.2反饋的一般表達(dá)式

xi—輸入信號(ii或ui)

xid—

凈輸入信號(iid或uid)

xo—輸出信號(io或uo)

xf—

反饋信號(if或uf)開環(huán)放大倍數(shù)反饋系數(shù)閉環(huán)放大倍數(shù)xid=xi-

xf1+AF—反饋深度。4.2負(fù)反饋放大電路的組態(tài)4.2.1電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路4.2.2電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路4.2.3電流串聯(lián)負(fù)反饋放大電路4.2.4電流并聯(lián)負(fù)反饋放大電路

根據(jù)反饋信號輸出端采樣方式和輸入端連接方式的不同，負(fù)反饋放大電路可分為四種組態(tài)：

電壓串聯(lián)負(fù)反饋

電壓并聯(lián)負(fù)反饋

電流串聯(lián)負(fù)反饋

電流并聯(lián)負(fù)反饋四種基本反饋類型(a)電壓串聯(lián)負(fù)反饋(b)電壓并聯(lián)負(fù)反饋

(c)電流串聯(lián)負(fù)反饋(d)電流并聯(lián)負(fù)反饋4.2.1電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路

開環(huán)電壓增益

(4-7)閉環(huán)電壓增益

(4-8)反饋系數(shù)

(4-9)

例4.3試對圖4-11所示電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路進(jìn)行分析。

圖4-11電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路解：1.電阻Re是反饋元件，該電路是反饋放大電路。2.用瞬時極性法可知，凈輸入電壓減小，故電路為負(fù)反饋電路。3.輸入回路反饋節(jié)點(diǎn)對地短接，輸入信號仍然能送入放大電路起作用，所以是串聯(lián)反饋；輸出回路負(fù)載對地短接反饋信號消失，可斷定是電壓反饋。

總之，以上分析說明，圖4-11電路中引入的反饋是電壓串聯(lián)負(fù)反饋。因為是電壓負(fù)反饋，所以仍有穩(wěn)定輸出電壓的作用。例如，當(dāng)ui一定時，若負(fù)載電阻RL減小導(dǎo)致輸出電壓uo下降時，電路將自動出現(xiàn)如下穩(wěn)定過程：

RL↓→uo↓→uf↓→uid↑uo↑可見，反饋的結(jié)果牽制了uo的下降，從而使uo基本維持恒定。4.2.2電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路

開環(huán)互阻增益（4-10)閉環(huán)互阻增益

(4-12)反饋系數(shù)

(4-11)

例4.4試對圖4-12所示電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路進(jìn)行分析。圖4-12電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路解：1.電阻R是反饋元件，故電路是反饋放大電路。2.根據(jù)瞬時極性法，流過電阻R的反饋電流將增大，但這個反饋電流使凈輸入電流減小,所以是負(fù)反饋電路。3.輸入回路反饋節(jié)點(diǎn)對地短接，輸入信號被短接，不能送入放大電路起作用，所以是并聯(lián)反饋；負(fù)載對地短接反饋信號消失，可斷定是電壓反饋。總之，以上分析說明，圖4-12電路中引入的反饋是電壓并聯(lián)負(fù)反饋。

電壓負(fù)反饋能穩(wěn)定輸出電壓，是因為反饋元件在輸出回路取樣的信號類型是電壓信號，而與反饋信號在輸入端疊加時的連接方式無關(guān)。反饋元件利用輸出電壓自身的變化對放大器進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，起到穩(wěn)定輸出電壓的作用。

4.2.3電流串聯(lián)負(fù)反饋放大電路

開環(huán)增益

互導(dǎo)增益

(4-13)閉環(huán)增益

(4-15)反饋系數(shù)

（4-14)

例4.5試對圖4-13所示電流串聯(lián)負(fù)反饋放大電路進(jìn)行分析。

圖4-13電流串聯(lián)負(fù)反饋放大電路解：1.電阻R4是輸入回路和輸出回路的公共元件，故電路是反饋放大電路。2.根據(jù)瞬時極性法，則凈輸入信號減小，所以判定是負(fù)反饋電路3.輸入回路反饋節(jié)點(diǎn)對地短接，輸入信號仍然能送入放大電路起作用，所以是串聯(lián)反饋;負(fù)載對地短接反饋信號依然存在，可斷定是電流反饋?？傊陨戏治稣f明，圖4-13電路中引入的反饋是電流串聯(lián)負(fù)反饋。

電流負(fù)反饋具有穩(wěn)定輸出電流的作用，例如，當(dāng)負(fù)載RL減小導(dǎo)致輸出電流增大時，電路將自動出現(xiàn)如下穩(wěn)定過程：

RL↓→io↑→uf↑→ube↓→ib↓io↓

可見，反饋的結(jié)果牽制了io的增大，從而使io基本維持恒定。4.2.4電流并聯(lián)負(fù)反饋放大電路

開環(huán)電流增益

(4-16)閉環(huán)電流增益

(4-18)反饋系數(shù)

(4-17)例4.6試對圖4-14所示電流并聯(lián)負(fù)反饋放大電路進(jìn)行分析。圖4-14電流并聯(lián)負(fù)反饋放大電路。圖4-14電流并聯(lián)負(fù)反饋放大電路

解：1.電阻R3是輸入回路和輸出回路的公共元件，即反饋元件，故電路是反饋放大電路。2.根據(jù)瞬時極性法，設(shè)輸入電壓ui的瞬時極性為正，則經(jīng)過兩級放大電路VT2的射級瞬時極性為負(fù)，則反饋信號if增大，，則凈輸入信號減小，所以判定是負(fù)反饋電路3.輸入回路反饋節(jié)點(diǎn)對地短接，輸入信號對地短接，不能送入放大電路起作用，所以是并聯(lián)反饋；負(fù)載對地短接反饋信號依然存在，可斷定是電流反饋?？傊?，以上分析說明，圖4-14電路中引入的反饋是電流并聯(lián)負(fù)反饋，同樣具有穩(wěn)定輸出電流的作用。4.3

負(fù)反饋對放大電路工作性能的影響

4.3.1提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性

4.3.2減少非線性失真

4.3.4改變輸入電阻和輸出電阻

4.3.3拓寬頻帶4.3.1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4.3.2減少非線性失真uf加入負(fù)反饋無負(fù)反饋FufAuiuo+–uiduo大小略大略小略小略大uiA接近正弦波改善了波形失真

4.3.3拓寬頻帶

由于三極管的某些參數(shù)隨頻率而變化，電路中又不可避免地存在電抗性元件，使得放大倍數(shù)隨頻率的變化而變化，中頻段放大倍數(shù)較大，高頻段和低頻段放大倍數(shù)隨頻率的升高和降低而減小，放大電路的通頻帶也因此而變窄。在放大電路中引進(jìn)負(fù)反饋，將有利于頻帶的展寬。在中頻段由于放大倍數(shù)大，輸出信號大，反饋信號也大，使得凈輸入信號減小的多，故中頻段放大倍數(shù)又明顯的降低。而在高頻段和低頻段，放大倍數(shù)較小，輸出信號小，反饋信號也小，使得凈輸入信號減小的程度比中頻段小，故高頻段和低頻段放大倍數(shù)較低較少。如圖4-16，放大電路的幅頻特性變得平坦，上限頻率升高，下限頻率下降，通頻帶展寬。

圖4-16負(fù)反饋展寬通頻帶4.3.4

改變輸入電阻和輸出電阻一、對輸入電阻的影響1.串聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻增大2.并聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻減小二、對輸出電阻的影響1.電壓負(fù)反饋使輸出電阻減小。由上式可知，引入電壓負(fù)反饋，放大電路閉環(huán)輸出電阻減小到開環(huán)輸出電阻的。第4章負(fù)反饋放大電路與基本運(yùn)算電路的應(yīng)用2.電流負(fù)反饋使輸出電阻增大

引入電流負(fù)反饋，放大電路的閉環(huán)輸出電阻增大到開環(huán)輸出電阻的4.4深度負(fù)反饋放大電路的分析計算

4.4.1利用關(guān)系式Af≈1/F估算反饋放大電路的電壓

放大倍數(shù)

4.4.2利用關(guān)系式Xi≈Xf估算反饋放大電路的電壓

放大倍數(shù)

4.4.3深度負(fù)反饋放大電路計算舉例

所謂深度負(fù)反饋，是指時的反饋。在實(shí)際的反饋放大電路中，只要

，便可認(rèn)為是深度負(fù)反饋。

在反饋放大電路中，反饋形式各種各樣，這給電路的分析造成了一定的困難，由于大多數(shù)負(fù)反饋放大電路一般情況下都比較容易滿足深度負(fù)反饋的條件，所以工程上常用深度負(fù)反饋的方法計算。4.4.1利用關(guān)系式Af≈1/F估算反饋放大電路的電壓放大倍數(shù)

該式子表明，深度負(fù)反饋時，放大電路的放大倍數(shù)僅由反饋系數(shù)決定，幾乎與放大電路的參數(shù)無關(guān)。因此，只需求出反饋系數(shù)，即可求出放大倍數(shù)。在深度負(fù)反饋下，因,所以閉環(huán)放大電路的放大倍數(shù)為：

（4－31）4.4.2利用關(guān)系式Xi≈Xf估算反饋放大電路的電壓放大倍數(shù)反饋系數(shù)閉環(huán)放大倍數(shù)深度負(fù)反饋時

對于任何組態(tài)的負(fù)反饋放大電路，只要滿足深負(fù)反饋的條件，都可以利用的特點(diǎn)，直接估算閉環(huán)電壓放大倍數(shù)。串聯(lián)負(fù)反饋并聯(lián)負(fù)反饋4.4.3深度負(fù)反饋放大電路計算舉例例4.7計算如圖4-21所示電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路的電壓放大倍數(shù)。圖4-21電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路例4.8計算如圖4-22所示電流串聯(lián)負(fù)反饋電路的電壓放大倍數(shù)。圖4-22電流串聯(lián)負(fù)反饋電路解：設(shè)輸出電流為三極管集電極電流，且流出為正，則有

Uo=(Rc//RL)

由于是串聯(lián)負(fù)反饋,Ui≈Uf=-Re1，所以例4.9求圖4-23所示的電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路的源電壓閉環(huán)增益Ausf=Uo/Us。

圖4-23電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路例4.10求圖