第四章：負(fù)反饋放大電路

第四章放大電路中的負(fù)反饋§4.1負(fù)反饋的概念§4.2負(fù)反饋的類型及分析方法§4.3負(fù)反饋對放大電路的影響§4.4

深度負(fù)反饋的計算§4.1負(fù)反饋的概念

定義：在放大電路中，將輸出信號通過取樣，再送到輸入端，并參與對放大的控制過程叫作反饋。（p131）反饋的結(jié)果使系統(tǒng)的增益降低，就稱為負(fù)反饋。反饋的結(jié)果使系統(tǒng)的增益提高，就稱為正反饋。根據(jù)P131圖4-1-1和p132圖4-1-2分析。負(fù)反饋的好處：由于輸出參與控制，能使信號的失真從輸出中取樣回來進(jìn)行比較，把失真和不穩(wěn)定性克服掉，使放大器工作在最佳狀態(tài)。（具體見4.3節(jié)分析）正反饋系統(tǒng)的增益比開環(huán)還要大！系統(tǒng)性能變得很不穩(wěn)定，所以放放大器中很少引用正反饋。XoXiXidXfA

B-+比較環(huán)節(jié)凈輸入信號（偏差信號）

基本放大器輸入信號

反饋信號

輸出信號

反饋網(wǎng)絡(luò)反饋放大器方框圖

反饋框圖：反饋電路的三個環(huán)節(jié)：疊加：負(fù)反饋框圖：基本放大電路A反饋回路B

+–輸出信號輸入信號反饋信號差值信號——開環(huán)放大倍數(shù)（基本放大器增益）——反饋系數(shù)——閉環(huán)放大倍數(shù)iXidXfXoXoXoidXAX=foXBX=ofiXAX=P132圖4-1-3負(fù)反饋以后的放大量：基本放大電路A反饋回路B

+–A向右傳輸；B向左傳輸；負(fù)反饋放大器的閉環(huán)放大倍數(shù)fXiXidXoX1AAB=+當(dāng)

1+AB>>1時，為深度負(fù)反饋（強(qiáng)負(fù)反饋）結(jié)論：當(dāng)

1+AB>>1

很大時，負(fù)反饋放大器的閉環(huán)放大倍數(shù)與晶體管無關(guān)，只與反饋網(wǎng)絡(luò)有關(guān)。即負(fù)反饋可以穩(wěn)定放大倍數(shù)；判斷：1＋AB>1負(fù)反饋1＋AB<1正反饋1＋AB=1形成振蕩器，自激振蕩反饋深度定義：本章學(xué)習(xí)，基本上考察的都是深度負(fù)反饋。對于深度深度負(fù)反饋，我們知道得即：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(fù)反饋條件下，基本放大電路“虛短”、“虛斷”的概念或牢記：深度負(fù)反饋條件下：Xid=Xi-Xf≈0(1)“虛短”——uid≈0(2)“虛斷”——iid≈0“虛短”與“虛斷”ui≈ufii≈if-u-R++fuR-u1fid+i＋－A

uifRiifiiid＋－A

理想運放情況下，負(fù)反饋放大電路的估算

理想運放：Aod＝∞，rid＝∞，ro＝0。

設(shè)反饋網(wǎng)絡(luò)為無源網(wǎng)絡(luò)，電路特點如圖。Aod（uP-uN）=uO

因為uO為有限值，Aod＝∞，所以uN－uP＝0，即

uN＝uP…………虛短路因為rid＝∞，所以

iN＝iP＝0………虛斷路

凡是連接輸入端口和輸出端口的元件是反饋元件凡是輸入回路和輸出回路的所共有的元件是反饋元件。凡是連接輸入回路中某一節(jié)點和輸出回路某一節(jié)點間元件(除地以外)是反饋元件。注意：1.反饋元件可以是無源的，也可以是有源的。

2.BJT的輸入端口是基極、射極；FET的輸入端口是柵極、源極；運放的輸入端口是同相端和反相端；差放的輸入端口是其兩個輸入端。有、無反饋的判別

關(guān)鍵是尋找反饋元件RUiUoA2A1R例例RE例例

負(fù)反饋的類型及分析方法負(fù)反饋的類型1、根據(jù)反饋所采樣的信號來分：電壓反饋：反饋的量（U，I）與輸出電壓成正比。

(反饋信號取自輸出電壓信號)電壓負(fù)反饋：為了穩(wěn)定輸出電壓、可以減小輸出電阻。電流負(fù)反饋：為了穩(wěn)定輸出電流、可以增大輸出電阻。根據(jù)反饋所采樣的信號不同，可以分為電壓反饋和電流反饋。電流反饋：反饋的量（U，I）與輸出電流成正比。

(反饋信號取自輸出電流信號)AB＋－RLuo電壓反饋反饋量和輸出電壓成正比RLuoRLuo電壓反饋采樣的兩種形式：采樣點是輸出端的話，一定是電壓反饋取樣點取樣點AB＋－RLuo電流反饋IoIo反饋量和輸出電流成正比電流反饋采樣的兩種形式：RLioiERLioiERf取樣點取樣點RLioiE取樣點AB＋－XiXid

反饋網(wǎng)絡(luò)的輸出端口、信號源端口、A的輸入端口相串聯(lián)叫串聯(lián)反饋ABIiIf

反饋網(wǎng)絡(luò)的輸出端口、信號源端口、A的輸入端口相并聯(lián)叫并聯(lián)反饋2、根據(jù)反饋信號在輸入端與輸入信號疊加方式來分：串聯(lián)反饋：在輸入端口進(jìn)行電壓求和并聯(lián)反饋：在輸入端口進(jìn)行電流求和iifibib=i-if并聯(lián)反饋ufuiubeube=ui-uf串聯(lián)反饋求和點求和點求和點是輸入端的話，一定是并聯(lián)反饋求和點不是輸入端的話，一定是串聯(lián)反饋總結(jié)：1、采樣點是輸出端的話，一定是電壓反饋2、求和點是輸入端的話，一定是并聯(lián)反饋3、求和點不是輸入端的話，一定是串聯(lián)反饋以p137圖4-1-7分析交流反饋與直流反饋交流反饋：反饋只對交流信號起作用。直流反饋：反饋只對直流起作用。若在反饋網(wǎng)絡(luò)中串接隔直電容，則可以隔斷直流，此時反饋只對交流起作用。在起反饋作用的電阻兩端并聯(lián)旁路電容，可以使其只對直流起作用。有的反饋只對交流信號起作用；有的反饋只對直流信號起作用；有的反饋對交、直流信號均起作用。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+ECuoui+–T1T2RfRE1C增加旁路電容C后，Rf只對直流起反饋作用。C+–C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2CEC3C2+ECuoui+–T1T2RfRE1

利用瞬時極性法來判斷正、負(fù)反饋。判斷中要注意信號的走向：①由放大器的輸入端開始，②基本放大器到輸出端，③經(jīng)過反饋網(wǎng)絡(luò)回到輸入端，④在輸入端將輸入量與反饋量進(jìn)行比較。若為串聯(lián)反饋，即進(jìn)行電壓比較；若為并聯(lián)反饋，即進(jìn)行電流比較。另外，在基本放大器的瞬時極性的判別中，若基本放大器是由各種組態(tài)的分立電路構(gòu)成，則要注意各種組態(tài)放大器的相位關(guān)系（共射：輸入與輸出反相，共基：輸入與輸出同相，共集：輸入與輸出同相）；若放大器是由集成運放構(gòu)成，則要注意運放的相位關(guān)系（反相輸入端與輸出反相，同相輸入端與輸出同相）。

判斷負(fù)反饋的方法——瞬時極性法瞬時極性法判別正、負(fù)反饋1、對并聯(lián)反饋：如果輸入信號與反饋信號反相的是負(fù)反饋如果輸入信號與反饋信號同相的是正反饋。2.對串聯(lián)反饋：如果輸入信號與反饋信號同相的是負(fù)反饋如果輸入信號與反饋信號反相的是正反饋。串聯(lián)同相負(fù)反饋，并聯(lián)反相負(fù)反饋1、找到任意一個反饋環(huán)路；環(huán)路極性法步驟：2、在任意一點將環(huán)路打開；3、假設(shè)在該點輸入任意極性的瞬時信號＋(或－)，然后繞環(huán)路一周，回到起始點，看回來的信號極性和假設(shè)的信號極性是否相反，相同就是正反饋，相反就是負(fù)反饋。以p137圖4-1-7分析負(fù)反饋的分析方法分析步驟：3.是否負(fù)反饋？4.是負(fù)反饋！那么是何種類型的負(fù)反饋？（判斷反饋的組態(tài)）1.找出反饋網(wǎng)絡(luò)（電阻）。2.是交流反饋還是直流反饋？一、反饋類型的判斷例并聯(lián)電壓負(fù)反饋例串聯(lián)電壓負(fù)反饋例并聯(lián)電壓負(fù)反饋例Rf的作用：1.提供靜態(tài)工作點。2.直流負(fù)反饋，穩(wěn)定靜態(tài)工作點。3.交流負(fù)反饋，穩(wěn)定放大倍數(shù)。串聯(lián)電壓負(fù)反饋例+VCCRC1T1RB1RC2T2IouiR1R2R3T3Re2RB2T4-VCCRC3RC4RRe4串聯(lián)電流負(fù)反饋例例+VCCT1R1T2R1Reuiuo并聯(lián)電流負(fù)反饋R

電流并聯(lián)負(fù)反饋。對直流也起作用，可以穩(wěn)定靜態(tài)工作點。例R5串聯(lián)電流負(fù)反饋負(fù)反饋交流反饋直流反饋電壓串聯(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)反饋穩(wěn)定靜態(tài)工作點負(fù)反饋的分類小結(jié)電壓并聯(lián)負(fù)反饋例題:試判斷下列電路中的反饋類型。VCC_CIRCLE+_V1fI12R12TsR2+u－RTRRsR34RCCVVEEuoT3(+)(+)(-)VCC_CIRCLEusuRfo1R1R＋－A

綜合練習(xí)例題:試判斷下列電路中的反饋類型。電壓串聯(lián)正反饋＋－A

VVVfRiuu-f-R+u1+Ro1(+)(-)(-)(-)-uf+＋－A

_+RCCVuT-V+R2R2i1TEEIsf1uRRo12(+)(+)(+)(+)(-)(+)電壓串聯(lián)負(fù)反饋＋－A

VVVfRiuu-f-R+u1+Ro1(+)(-)(+)+uf-＋－A

_+RCCVuT-V+R2R2i1TEEIsf1uRRo12(+)(+)(-)(+)(+)(-)(-)4.2負(fù)反饋對放大電路性能的影響

提高增益的穩(wěn)定性

減少非線性失真

擴(kuò)展通頻帶

改變輸入電阻和輸出電阻

在放大器中引入交流負(fù)反饋

降低了放大倍數(shù)使放大器的交流性能得以改善：|uO|

|uf|

|ube|

|uO|

電壓負(fù)反饋的特性——穩(wěn)定輸出電壓穩(wěn)定過程：一.提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性Af=Xo/Xi定性：負(fù)反饋電流反饋并聯(lián)反饋iE2uFiFiBuC1uB2uC1uB2iB2iE2uouiiiBiFuFRE2RfRE1RC1RC2+UCCiE2電流負(fù)反饋的特性——穩(wěn)定輸出電流即閉環(huán)增益相對變化量是開環(huán)的1/(1+AB)，穩(wěn)定性提高了1+AB倍。定量：f1BAAA+=若A波動10％1＋AB＝100則Af波動0.1％設(shè)計一個負(fù)反饋放大器，要求閉環(huán)放大倍數(shù)Af=100,當(dāng)開環(huán)放大倍數(shù)A變化±10%時，Af的相對變化量在±0.5%以內(nèi)，試確定開環(huán)放大倍數(shù)A及反饋系數(shù)B值。因為：反饋深度必須滿足：又因為：因為：所以：二、對放大倍數(shù)的影響A基本放大倍數(shù)Af閉環(huán)放大倍數(shù)反饋深度定義：負(fù)反饋使放大倍數(shù)下降。若稱為深度負(fù)反饋，此時在深度負(fù)反饋的情況下，放大倍數(shù)只與反饋網(wǎng)絡(luò)有關(guān)。Aufuouiuiuouid負(fù)反饋減小了波形失真BA加入負(fù)反饋無負(fù)反饋+-三、改善波形的失真四、對輸入、輸出電阻的影響1.串聯(lián)負(fù)反饋使電路的輸入電阻增加：例如:射極輸出器理解：串聯(lián)負(fù)反饋相當(dāng)于在輸入回路中串聯(lián)了一個電阻，故輸入電阻增加。AB＋－UiUidUfRi＋－－＋2.并聯(lián)負(fù)反饋使電路的輸入電阻減?。豪斫猓翰⒙?lián)負(fù)反饋相當(dāng)于在輸入回路中并聯(lián)了一條支路，故輸入電阻減小。ABIiIfIidRiUi＋－3.電壓負(fù)反饋使電路的輸出電阻減小：理解：電壓負(fù)反饋目的是阻止

uo的變化，穩(wěn)定輸出電壓。輸出電阻越小，輸出電壓越穩(wěn)定，反之亦然。AB＋－RoUo

-ABUo＋－IoXf=BUoXo=0Xi=-Xf理解：電流負(fù)反饋目的是阻止

io的變化，穩(wěn)定輸出電流。輸出電阻越大，輸出電流越穩(wěn)定，反之亦然。4.電流負(fù)反饋使電路的輸出電阻增加：AB＋－RoUo

-ABIoIoXf=BIoXo=0Xi=-Xf表交流負(fù)反饋對輸入電阻輸出電阻的影響反饋組態(tài)電壓串聯(lián)電流串聯(lián)電壓并聯(lián)電流并聯(lián)增大（∞）減小（0）增大（∞）增大（∞）增大（∞）減?。?）減?。?）減?。?）XiXfXo反饋公式串、壓UiUfUoBu=Uf/UoAuf=Au/(1+AuBu)并、壓IiIfUoBg=If/UoARf=AR/(1+AuBg)串、流UiUfIoBR=Uf/IoAgf=Ag/(1+AgBR)并、流IiIfIoBi=If/IoAif=Ai/(1+AiBi)五、對通頻帶的影響引入負(fù)反饋使電路的通頻帶寬度增加：擴(kuò)展放大器的帶寬設(shè)放大電路的高頻響應(yīng)可用單極點函數(shù)表示：加負(fù)反饋后，在B為實數(shù)情況下，閉環(huán)增益函數(shù)為其中

集成運放為LM741，開環(huán)差模增益為2×105，上限頻率fH為7Hz，試估算反饋深度、通頻帶BWf＋－A

VVViu-u+Ro1反饋系數(shù)：反饋深度：通頻帶：抑制反饋環(huán)內(nèi)的干擾和噪聲tuo0無反饋時信號與噪聲的輸出波形t0uo提高輸入信號幅度后的輸出波形t0uo有反饋時信號與噪聲的輸出波形為改善性能引入負(fù)反饋的一般原則：

要穩(wěn)定直流工作點——引直流負(fù)反饋

要改善交流性能——引交流負(fù)反饋

要穩(wěn)定輸出電壓，減小輸出電阻——

引電壓負(fù)反饋

要穩(wěn)定輸出電流，增大輸出電阻——

引電流負(fù)反饋要增大輸入電阻——

引串聯(lián)負(fù)反饋要減小輸入電阻——

引并聯(lián)負(fù)反饋4.3負(fù)反饋放大電路的計算

本節(jié)重點討論深度負(fù)反饋條件下的近似計算1.估算的依據(jù)

深度負(fù)反饋：即，深度負(fù)反饋條件下，閉環(huán)增益只與反饋系數(shù)有關(guān)。由得

方法一：一.估算反饋放大倍數(shù)A+–×B

方法二：根據(jù)又知代入上式得即：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(fù)反饋條件下，基本放大電路“虛短”、“虛斷”的概念或A+–×B深度負(fù)反饋條件下：Xid=Xi-Xf≈0(1)“虛短”——uid≈0(2)“虛斷”——iid≈0“虛短”與“虛斷”ui≈ufii≈if-u-R++fuR-u1fid+i＋－A

uifRiifiiid＋－A

（1）電壓串聯(lián)負(fù)反饋

例1.分立電路電壓串聯(lián)負(fù)反饋2.舉例(交流負(fù)反饋)

解：用方法一

求反饋系數(shù)：

求閉環(huán)電壓放大倍數(shù)：例2.運放組成的電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路

解：用方法二

利用虛短的概念得知電壓增益則

又虛斷（運放的Ri很大）VVV++-1RfuiuuRf+id-uo-+-R＋－A

閉環(huán)增益電壓增益例1.分立元件組成的電流串聯(lián)負(fù)反饋

解：用方法一反饋系數(shù):由第二章知，該電路閉環(huán)電壓增益:（2）電流串聯(lián)負(fù)反饋++++-b2TRcVi-Cb2b1+uouRCCf-RC+Lb1RuioRe例2.運放組成的電流串聯(lián)負(fù)反饋電壓增益:利用虛短可知:

解：用方法二閉環(huán)增益VVO+fuR-1RL-R++oiuu-i＋－A

（