模拟电路 单元四　放大电路中的反馈

1、单元四单元四放大电路中的反馈放大电路中的反馈 4.1反馈的基本概念反馈的基本概念及及判断方法判断方法 4.2负反馈放大电路负反馈放大电路的四种的四种基本组态基本组态 4.4深度负反馈放大电路放大倍数分析深度负反馈放大电路放大倍数分析 4.6负反馈放大电路的负反馈放大电路的稳定性稳定性 4.3负反馈对放大负反馈对放大电路的方框图电路的方框图 4.5负反馈对放大电路负反馈对放大电路性能的影响性能的影响 童童 诗诗 白白 第第 三三 版版 童童 诗诗 白白 第第 三三 版版 本章本章重点和考点：重点和考点： 1.负反馈组态的正确判断负反馈组态的正确判断 2.深度负反馈放大电路放大倍数的计算深度负反馈

2、放大电路放大倍数的计算 3.负反馈的作用负反馈的作用 本章教学时数：本章教学时数：8学时学时 童童 诗诗 白白 第第 三三 版版 本章讨论的问题：本章讨论的问题： 1.什么是反馈？什么是直流反馈和交流反馈？什么是正什么是反馈？什么是直流反馈和交流反馈？什么是正 反馈和负反馈？为什么要引入反馈？反馈和负反馈？为什么要引入反馈？ 2.如何判断电路中有无引入反馈？引入的是直流反馈还如何判断电路中有无引入反馈？引入的是直流反馈还 是交流反馈？是正反馈还是负反馈？是交流反馈？是正反馈还是负反馈？ 3.交流负反馈有哪四种组态？如何判断？交流负反馈有哪四种组态？如何判断？ 4.交流负反馈放大电路的一般表达式

3、是什么？交流负反馈放大电路的一般表达式是什么？ 童童 诗诗 白白 第第 三三 版版 本章讨论的问题：本章讨论的问题： 5.放大电路中引入不同组态的负反馈后，将对性能分别放大电路中引入不同组态的负反馈后，将对性能分别 产生什么样的影响？产生什么样的影响？ 6.什么是深度负反馈？在深度负反馈下，如何估算反馈什么是深度负反馈？在深度负反馈下，如何估算反馈 系数和放大倍数？系数和放大倍数？ 7.为什么放大电路以三级为最常见？为什么放大电路以三级为最常见？ 8.负反馈愈深愈好吗？什么是自激振荡？什么样的负负反馈愈深愈好吗？什么是自激振荡？什么样的负 反馈容易产生自激振荡？如何消除自激振荡？反馈容易产生自

4、激振荡？如何消除自激振荡？ 4.1反馈的基本概念反馈的基本概念及及判断方法判断方法 4.1.1反馈的基本概念反馈的基本概念 一、什么是反馈一、什么是反馈 在电子设备中经常采用反馈的在电子设备中经常采用反馈的 方法来改善电路的性能，以达方法来改善电路的性能，以达 到预定的指标。到预定的指标。 放大电路中的放大电路中的反馈反馈，是指将放大电路输，是指将放大电路输 出电量出电量( (输出电压或输出电流输出电压或输出电流) )的一部分的一部分 或全部，或全部，通过一定的反馈网络，引回到放通过一定的反馈网络，引回到放 大器的输入端，与原输入信号叠加后作为大器的输入端，与原输入信号叠加后作为 输入信号去控

5、制输出，从而使放大器的某输入信号去控制输出，从而使放大器的某 些性能获得有效改善的过程。些性能获得有效改善的过程。 。 xi为输入信号为输入信号 xf为为反馈信号反馈信号 xid为净输入信号为净输入信号 反馈放大电路的方框图反馈放大电路的方框图 id o x x a o f x x f fa a a f 1 x . x . i x id f 基本放大电路 a 正向传输 反向传输 + x . o 反馈网络 f 是放大器的开环放大倍数是放大器的开环放大倍数 a id x i x f x =- 是反馈网络的反馈系数是反馈网络的反馈系数 f 为该放大器的闭环放大倍数为该放大器的闭环放大倍数 f a 二

6、、正反馈和负反馈二、正反馈和负反馈 反馈信号增强了外加净输入反馈信号增强了外加净输入 信号，使放大电路的放大倍数提信号，使放大电路的放大倍数提 高高 正正反馈反馈 反馈信号削弱了外加净输入信号，使放大电路的反馈信号削弱了外加净输入信号，使放大电路的 放大倍数降低放大倍数降低 负反馈负反馈 负反馈负反馈 稳定静态工作点稳定静态工作点 正反馈多用于振荡电路和脉冲电路中。正反馈多用于振荡电路和脉冲电路中。 负反馈多用于改善放大电路的性能。负反馈多用于改善放大电路的性能。 三、直流反馈和交流反馈三、直流反馈和交流反馈 ( (a) )直流负反馈直流负反馈( (b) )交流负反馈交流负反馈 交流反馈：反馈

7、信号中仅有交流成分，仅对输入回路中交流反馈：反馈信号中仅有交流成分，仅对输入回路中 的交流成分有影响的交流成分有影响.交流反馈用以改善放大电路的性能。交流反馈用以改善放大电路的性能。 直流反馈：反馈信号中仅有直流成分，仅对输入回路中的直直流反馈：反馈信号中仅有直流成分，仅对输入回路中的直 流成分有影响流成分有影响.直流反馈可稳定静态工作点。直流反馈可稳定静态工作点。 4.1.2反馈的判断反馈的判断 一、有无反馈的判断一、有无反馈的判断 是否有联系输入、输出回路的反馈通路；是否有联系输入、输出回路的反馈通路； 是否影响放大电路的净输入。是否影响放大电路的净输入。 (a)没引入反馈的放大电路没引入

8、反馈的放大电路(b)引入反馈的放大电路引入反馈的放大电路(c) r的接入没引入反馈的接入没引入反馈 反馈极性的判断方法：反馈极性的判断方法：瞬时极性法。瞬时极性法。 先假定某一瞬间输入信号的极性，然后按信号先假定某一瞬间输入信号的极性，然后按信号 的放大过程，逐级推出输出信号的瞬时极性，最后的放大过程，逐级推出输出信号的瞬时极性，最后 根据反馈回输入端的信号对原输入信号的作用，判根据反馈回输入端的信号对原输入信号的作用，判 断出反馈的极性。断出反馈的极性。 二、反馈极性的判断二、反馈极性的判断 对分立元件而言，对分立元件而言，c与与b极性相反，极性相反，e与与b极性相同。极性相同。 对集成运放

9、而言，对集成运放而言， uo与与un极性相反，极性相反， uo与与up极性相同。极性相同。 (动画动画avi9-2.avi) 2、判定方法：、判定方法： （1）先假定外加输入）先假定外加输入 信号电压信号电压ui处于某一瞬处于某一瞬 时极性。如用时极性。如用“”号。号。 （2）按照信号单向）按照信号单向 传输的方向，同时传输的方向，同时 根据放大电路基射根据放大电路基射 同相，基集反相的同相，基集反相的 原则，判断出反馈原则，判断出反馈 信号信号uf的瞬时极性。的瞬时极性。 （3）当输入信号）当输入信号ui 和反馈信号和反馈信号uf在相同在相同 端点时，两者为同极端点时，两者为同极 性，为正反

10、馈；二者性，为正反馈；二者 极性相反，为负反馈。极性相反，为负反馈。 （4）当输入信号）当输入信号ui和反馈信号和反馈信号uf不在相同端点，不在相同端点， 两者同极性，为负反馈；二者极性相反，为正反馈。两者同极性，为负反馈；二者极性相反，为正反馈。 电压瞬时极性法电压瞬时极性法 图图4.2 反馈极性的判断反馈极性的判断 反馈放大电路由单级运算放大器构成时，反馈放大电路由单级运算放大器构成时， 反馈信号送回到反相输入端的，为反馈信号送回到反相输入端的，为负反馈；负反馈； 反馈信号送回到同相输入端的，为反馈信号送回到同相输入端的，为正反馈。正反馈。 图图4.2 反馈极性的判断反馈极性的判断 瞬时极

11、性法瞬时极性法 返回 在放大电路的输入端，假设一个输入信号对地在放大电路的输入端，假设一个输入信号对地 的极性，可用的极性，可用“+”+”、“-”-”或或“”、“” 表示。按信号传输方向依次判断相关点的瞬时表示。按信号传输方向依次判断相关点的瞬时 极性，直至判断出反馈信号的瞬时极性。如果极性，直至判断出反馈信号的瞬时极性。如果 反馈信号的瞬时极性使净输入减小，则为负反反馈信号的瞬时极性使净输入减小，则为负反 馈；反之为正反馈。馈；反之为正反馈。 例例1 1负反馈负反馈 返回 瞬时极性法瞬时极性法 例例2 2 负反馈负反馈 例例3 3 负反馈负反馈 例例4 4 正正反馈反馈 例：用瞬时极性法判断

12、电路中的反馈极性。例：用瞬时极性法判断电路中的反馈极性。 - - 因为因为差差模模输入电压等输入电压等 于于输入输入电压与电压与反馈反馈电压之电压之 差，反馈增强了输入电压，差，反馈增强了输入电压， 所以为所以为正反馈正反馈。 - 反馈信号削弱了输入反馈信号削弱了输入 信号，因此为信号，因此为负反馈负反馈。 图图 6.1.3 ( (a) )正反馈正反馈 ( (b) )负反馈负反馈 例例 vi vo - - + rl r2 r1 (+)(+) (-) (-) 净输入量减小净输入量减小 vi vo - - + rl r2 r1 (+)(+) (-) (-) 净输入量增加净输入量增加 a a负反馈负

13、反馈 b b正反馈正反馈 vo - - + r4 r5 r3 - - + vi r1 r2 反馈通路反馈通路 反馈通路反馈通路 级间反馈通路级间反馈通路 (+)(+) (+) (+) (-) 净输入量减小净输入量减小 c c级间负反馈级间负反馈 反馈通路反馈通路本级反馈通路本级反馈通路 分立元件电路反馈极性的判断分立元件电路反馈极性的判断 图图6.1.4分立元件放大电路反馈极性的判断分立元件放大电路反馈极性的判断 反馈通路反馈通路 净输入量减小净输入量减小 负反馈负反馈 原则：对分立元件而言，原则：对分立元件而言，c与与b极性极性相反相反，e与与b极性极性相同相同。 三、交流反馈和直流反馈三、

14、交流反馈和直流反馈 1、定义、定义 （1）直流反馈）直流反馈 反馈信号中只包含直流成分。反馈信号中只包含直流成分。 直流负反馈稳定直流负反馈稳定q点，动态参数无影响。点，动态参数无影响。 （2）交流反馈）交流反馈 反馈信号中只包含交流成分。反馈信号中只包含交流成分。 交流负反馈改善动态参数，不影响交流负反馈改善动态参数，不影响q点。点。 （3）交直流反馈）交直流反馈 既有直流量又有既有直流量又有交流交流量。量。 交直流负反馈既可稳定交直流负反馈既可稳定q点又可改善动态参数点又可改善动态参数 2、判定方法、判定方法 直流通路中，如果反馈回路存在，即为直流反馈。直流通路中，如果反馈回路存在，即为直

15、流反馈。 在交流通路中，如果反馈回路存在，即为交流反馈。在交流通路中，如果反馈回路存在，即为交流反馈。 如果在直、交流通路中，反馈回路都存在，即为交、直如果在直、交流通路中，反馈回路都存在，即为交、直 流反馈。流反馈。 rf、re2直流负反馈直流负反馈 rf、re2交流负反馈交流负反馈 图图4.3 直流直流反馈和交流反馈反馈和交流反馈 直流反馈与交流反馈的判断直流反馈与交流反馈的判断 图图6.1.5直流反馈与交流反馈的判断（一）直流反馈与交流反馈的判断（一） (a)电路电路(b)直流通路直流通路(c)交流通路交流通路 直流反馈直流反馈无交流反馈无交流反馈 返回 输入输入 端引端引 入反入反 馈

16、的馈的 方式方式 并联反馈：并联反馈：反馈信号与输入信号加在反馈信号与输入信号加在 放大电路输入回路的同一输入端放大电路输入回路的同一输入端 串联反馈：串联反馈：反馈信号和输入信号加在反馈信号和输入信号加在 放大电路输入回路的两个不同输入端放大电路输入回路的两个不同输入端 反馈信号与输入信号以反馈信号与输入信号以 电流的形式进行比较电流的形式进行比较 反馈信号与输入信号以反馈信号与输入信号以 电压的形式进行比较电压的形式进行比较 四、并联反馈与串联反馈的判断四、并联反馈与串联反馈的判断 判断方法：判断方法：将输入回路的反馈节点对地短将输入回路的反馈节点对地短 路，若输入信号仍能送入到放大电路中

17、，路，若输入信号仍能送入到放大电路中， 则为串联反馈；若输入信号不能再送入到则为串联反馈；若输入信号不能再送入到 放大电路中，则为并联反馈。放大电路中，则为并联反馈。 返回 例例 题题 串联反馈串联反馈并联反馈并联反馈 例例1 1例例2 2例例3 3 串联反馈串联反馈 例例4 4 并联反馈并联反馈 1.1.串联反馈的特点：串联反馈的特点： 以电压求和方式反映以电压求和方式反映 反馈对输入的影响；反馈对输入的影响； 如果信号源是一个恒压源（如果信号源是一个恒压源（vi一定），一定），vf 越大，放越大，放 大电路得到的输入电压越小，反馈效果越强。如果信号大电路得到的输入电压越小，反馈效果越强。如

18、果信号 源是一个恒流源，则源是一个恒流源，则vd与与vf 无关，反馈将不起作用。无关，反馈将不起作用。 vd =vi - vf 说明：说明： 串联反馈信号源内阻越小越好。串联反馈信号源内阻越小越好。 ii + - vd + - vi + - vf a f rl + - vo 2.2.并联反馈的特点：并联反馈的特点： 并联反馈信号源内阻越大越好。并联反馈信号源内阻越大越好。 以电流求和方以电流求和方 式反映反馈对式反映反馈对 输入的影响；输入的影响； 如果信号源是一个恒压源，则如果信号源是一个恒压源，则id与与if 无关，反馈将不无关，反馈将不 起作用。起作用。 如果信号源是一个恒流源（如果信号

19、源是一个恒流源（ii一定），一定），if 越大，放越大，放 大电路得到的输入电流越小，反馈效果越强。大电路得到的输入电流越小，反馈效果越强。 id =ii - if 说明：说明： + - vs if rs iiid rl + - vo a f 返回 输出输出 端获端获 取反取反 馈的馈的 方式方式 电压反馈：电压反馈： 反馈信号的取样对象是输出反馈信号的取样对象是输出 电压，称为电压反馈。电压，称为电压反馈。 电流反馈：电流反馈： 反馈信号的取样对象是输出反馈信号的取样对象是输出 电流，称为电流反馈。电流，称为电流反馈。 判别方法判别方法 将输出端交流短路，若反馈信号消将输出端交流短路，若反馈

20、信号消 失，则为电压反馈；若反馈信号仍失，则为电压反馈；若反馈信号仍 然存在，则为电流反馈。然存在，则为电流反馈。 可以稳定输出电压可以稳定输出电压 可以稳定输出电流可以稳定输出电流 五、电压反馈与电流反馈五、电压反馈与电流反馈 电压反馈电压反馈 反馈信号从输出电压反馈信号从输出电压uo采样。采样。 电流反馈电流反馈 反馈信号从输出电流反馈信号从输出电流io采样。采样。 图图4.3 电压电压反馈和电流反馈反馈和电流反馈 判定方法判定方法 反馈信号采样点与输出电压在相同端点的是电压反馈。反馈信号采样点与输出电压在相同端点的是电压反馈。 反馈信号采样点与输出电压在不同端点的是电流反馈。反馈信号采样

21、点与输出电压在不同端点的是电流反馈。 图图4.4 电压电压与电流反馈的判断与电流反馈的判断 返回 例例 题题 例例1 1 电压反馈电压反馈 例例2 2 电流反馈电流反馈 例例3 3 电流反馈电流反馈 六：反馈的四种基本组态六：反馈的四种基本组态 一、电压串联负反馈一、电压串联负反馈 图图 6.2.2电压串联负反馈电路电压串联负反馈电路 反馈信号与输出电压成反馈信号与输出电压成 正比，集成运放的净输入电正比，集成运放的净输入电 压等于输入电压与反馈电压压等于输入电压与反馈电压 之差，之差， . f i . i uuu . o f1 1 f . u rr r u 电压串联、电压并联、电流串联、电流

22、并联电压串联、电压并联、电流串联、电流并联 二、电流串联负反馈二、电流串联负反馈 图图 6.2.3电流串联负反馈电路电流串联负反馈电路 反馈信号与输出电流成正比，反馈信号与输出电流成正比， 净输入电压等于外加输入信号净输入电压等于外加输入信号 与反馈信号之差与反馈信号之差 . f i . i uuu f o . f . riu （2）串联负反馈电路的输入电流很小，适用于输入信号为）串联负反馈电路的输入电流很小，适用于输入信号为 恒压源或近似恒压源的情况。恒压源或近似恒压源的情况。 （1）电压负反馈能够稳定输出电压，电流负反馈能够稳定）电压负反馈能够稳定输出电压，电流负反馈能够稳定 输出电流。输

23、出电流。 小结小结 三、电压并联负反馈三、电压并联负反馈 图图 6.2.4电压并联负反馈电路电压并联负反馈电路 反馈信号与输出电压成正比，净输入电流等于外加反馈信号与输出电压成正比，净输入电流等于外加 输入电流与反馈电流之差输入电流与反馈电流之差 . f . i . i iii f . o f . r u i 四、电流并联负反馈四、电流并联负反馈 图图 6.2.5电流并联负反馈电路电流并联负反馈电路 反馈信号与输出电反馈信号与输出电 流成正比，净输入电流流成正比，净输入电流 等于外加输入信号与反等于外加输入信号与反 馈信号之差：馈信号之差： . f . ii iii f3 3 o . f .

24、rr ri i 返回 例例 题题 例例1 1电压串联负反馈电压串联负反馈例例2 2电压并联负反馈电压并联负反馈例例3 3电流并联负反馈电流并联负反馈例例4 4电流串联负反馈电流串联负反馈 反馈阻态的判断反馈阻态的判断 i x 并联：反馈量并联：反馈量和和 f x 输入量输入量 接于同一输入端。接于同一输入端。 f x i x f x i x 接于不同的输入端。接于不同的输入端。 i x 串联：反馈量串联：反馈量和和 f x 输入量输入量 f x i x f x i x 电流：将电流：将负载负载短路，反馈量仍然存在。短路，反馈量仍然存在。 电压：将电压：将负载负载短路，反馈量为零。短路，反馈量为

25、零。 一、电压负反馈与电流负反馈的判断一、电压负反馈与电流负反馈的判断 令输出电压为零，反馈电流不存在，所以是令输出电压为零，反馈电流不存在，所以是 电压负反馈电压负反馈 令输出电压为零，反馈电流仍存在，所以是令输出电压为零，反馈电流仍存在，所以是 电流负反馈电流负反馈 二、串联反馈与并联反馈的判断（略）二、串联反馈与并联反馈的判断（略） 例例4.2.1判断反馈的组态。判断反馈的组态。 反馈通路：反馈通路：t、 r2与与r1 交、直流反馈交、直流反馈 瞬时极性法判断：瞬时极性法判断：负负反馈反馈 输出端看：输出端看：电流电流负反馈负反馈 输入端看：输入端看：串联串联负反馈负反馈 电路引入交、直

26、流电流串联负反馈电路引入交、直流电流串联负反馈 例例4.2.2判断反馈的组态。判断反馈的组态。 图图6.2.9例例6.2.2电路图电路图 反馈通路：反馈通路： t3 、 r4与与r2 交、直流反馈交、直流反馈 瞬时极性法判断：瞬时极性法判断：负负反馈反馈 输出端看：输出端看：电压电压负反馈负反馈 输入端看：输入端看：串联串联负反馈负反馈 电路引入交、直流电压串联负反馈电路引入交、直流电压串联负反馈 反馈类型判断反馈类型判断 上述电路为电压串联负反馈 上述电路为电压并联负反馈上述电路为电压并联负反馈 上述电路为电压串联负反馈上述电路为电压串联负反馈 上述电路为电压并联负反馈上述电路为电压并联负反

27、馈 指出图所示各放大电路中的反馈环节，判别其指出图所示各放大电路中的反馈环节，判别其 反馈极性和类型。反馈极性和类型。 (a) 电流串联负反馈电流串联负反馈 ；(b) 电压串联负反馈电压串联负反馈 - + + + uo - - + + ui r1 r2 r3 rl r4 (a) - + + + uo - - + + ui r1 r2 r3 rl r4 (b) 4.3.1负反馈放大电路的方框图表示法负反馈放大电路的方框图表示法 图图6.3.1反馈放大电路方框图反馈放大电路方框图 . f . o . i xxx，分 别分 别 为输入信号、输出信为输入信号、输出信 号和反馈信号；号和反馈信号； 开环

28、开环放大倍数放大倍数: . a 无反馈时放大网络的放大倍数；无反馈时放大网络的放大倍数； 因为：因为： i . o . x x a o . f . x x f . f . ii xxx 4.3负反馈放大电路的方框图及一般表达式负反馈放大电路的方框图及一般表达式 所以：所以： )()( . o . i . f . i . i . o xfxaxxaxax 闭环放大倍数：闭环放大倍数：: . f a fa a x x a 1 . i . o . f 电路的环路放大倍数：电路的环路放大倍数： i . f . x x fa o . f . x x f 反馈系数：反馈系数： . fa . f fa a

29、x x a 1 . i . o . f 若若11 fa ffa a fa a a 1 1 . . f 深度负反馈深度负反馈 结论：深度负反馈放大电路的放大倍数主要由反馈结论：深度负反馈放大电路的放大倍数主要由反馈 网络的反馈系数决定，能保持稳定。网络的反馈系数决定，能保持稳定。 若若 ， 01 fa 则则 f a 自激振荡自激振荡 4.3.2负反馈放大电路的一般表达式负反馈放大电路的一般表达式 闭环放大倍数：闭环放大倍数： af a a f 1 在中频段，在中频段，af、a和和f均为实数均为实数 返回 反馈深度反馈深度 1af 称称 为为 反反 馈馈 深深 度度 当当 1+af1时，时，afa

30、，相当于负反馈相当于负反馈 当当 1+af 1时，时，afa，相当于正反馈相当于正反馈 当当 1+af 1时，称为深度负反馈时，称为深度负反馈 fa a x x a 1 . i . o . f 若若 ， 01 fa 则则 f a 自激振荡自激振荡 4.4.1 深度负反馈的实质深度负反馈的实质 放大电路的闭环电压放大倍数：放大电路的闭环电压放大倍数： i o f x x a 深度负反馈放大电路的深度负反馈放大电路的 闭环电压放大倍数：闭环电压放大倍数： f a 1 f o f x x f 而而 f o i o x x x x 所以所以得得 fi xx 对于串联负反馈：对于串联负反馈：并联负反馈：

31、并联负反馈： fi uu fi ii 结论：结论：根据负反馈组态，选择适当的公式；再根据根据负反馈组态，选择适当的公式；再根据 放大电路的实际情况，列出关系式后，直接估算闭环电放大电路的实际情况，列出关系式后，直接估算闭环电 压放大倍数。压放大倍数。 4.4深度负反馈放大电路放大倍数的分析深度负反馈放大电路放大倍数的分析 净输入信号净输入信号 近似为零，即运算放大近似为零，即运算放大 器同相输入端与反相输入端的电位近似相器同相输入端与反相输入端的电位近似相 等，两输入端间似乎短路但并没有真正的等，两输入端间似乎短路但并没有真正的 短路，称为短路，称为“虚短虚短”。 闭环输入电阻闭环输入电阻 ，

32、即闭环放大电路的输，即闭环放大电路的输 入电流近似为零，入电流近似为零， ，两输入端似乎，两输入端似乎 开路但并没有真正的开路，称为开路但并没有真正的开路，称为“虚断虚断”。 id u if r 0 ii 0 fiid xxx 二二.深度负反馈放大电路性能深度负反馈放大电路性能 的估算的估算 例例1： 解：图解：图3-26属于电压串联负反馈电路，属于电压串联负反馈电路， 由于集成运放的开环增益很大，所以反馈为深由于集成运放的开环增益很大，所以反馈为深 度负反馈。因此有：度负反馈。因此有： 利用集成运放利用集成运放“虚断虚断”的特点有的特点有 反馈系数为：反馈系数为： 0 id u fi uu

33、o f f u rr r u 1 1 fo f rr r u u f 1 1 所以所以 电压串联负反馈闭环放大倍数就是闭环电压电压串联负反馈闭环放大倍数就是闭环电压 放大倍数，所以闭环电压放大倍数为：放大倍数，所以闭环电压放大倍数为： 因为深度串联负反馈，故有因为深度串联负反馈，故有 因为深度电压负反馈，故有因为深度电压负反馈，故有 11 1 1 1 r r r rr f a ff f 1 1 r r aa f fuf if r 0 o r 例例4.4.1 如图如图6.2.8，已知，已知r110k，r2100 k，r r3 32 2 k，r rl l5 5 k。求解在深度负反馈条件下的求解在深

34、度负反馈条件下的a auf uf. . 图图6.2.8例例6.4.1电路图电路图 解：解： 反馈通路反馈通路： t、 r3、 r2与与r1 电路引入电路引入电流串联负反馈电流串联负反馈 i rrr r i r 321 3 1 10 321 3 11 ri rrr r riu rf l f rrrr rr u u f )( 321 31 0 30 )(1 31 321 rr rrrr f a l uf 例例4.4.2在图在图6.2.9所示电路中，已知所示电路中，已知r210k， r4100 k，求解在深度负反馈条件下的求解在深度负反馈条件下的a auf uf 图图6.2.9例例6.4.2电路图电

35、路图 反馈通路反馈通路： t3 、 r4与与r2 电路引入电压串联负反馈电路引入电压串联负反馈 42 2 0 rr r u u f f uu 111 1 2 40 r r fu u a uui uuf 电压放大倍数电压放大倍数 例例4.4.3a 4.4.3a 估算深负反馈运放的闭环电压放大倍数。估算深负反馈运放的闭环电压放大倍数。 解：解： 该电路为该电路为电压并联电压并联 负反馈负反馈，在深度负反馈条件，在深度负反馈条件 下：下： fi ii ， 1 i i r u i f o f r u i 1 i f o r u r u 得得 则闭环则闭环电压放大倍数为：电压放大倍数为： 11. 0 2

36、0 2 . 2 1 f i o f r r u u a u 例例 6.4.3a电路电路图图 该电路为电压串联负反馈该电路为电压串联负反馈 o 32 3 f u rr r u 5 . 2 2 3 11 1 3 2 f r r f a u 32 3 o f rr r u u f 故 在在深度负反馈条件下深度负反馈条件下 例例 6.4.3 ( (b) )电路图电路图 例例4.4.3b4.4.3b： 例例 6.4.4 电路图电路图 该电路为电流并联负反馈，该电路为电流并联负反馈， 在深度负反馈条件下：在深度负反馈条件下： fi ii f3 3 l o f3 3o f rr r r u rr ri i

37、1 i i r u i 故：故： 1 i f3 3 l o r u rr r r u 闭环闭环电压放大倍数为：电压放大倍数为： 9 . 5 1 . 51 )101 . 5(2)( 31 f3l i o f rr rrr u u a u 例例4.4.44.4.4 4.5负反馈对放大电路性能的影响负反馈对放大电路性能的影响 4.5.1稳定放大倍数稳定放大倍数 引入负反馈后，在输入信号一定的情况下，当电路引入负反馈后，在输入信号一定的情况下，当电路 参数变化、电源电压波动或负载发生变化时，放大电路参数变化、电源电压波动或负载发生变化时，放大电路 输出信号的波动减小，即放大倍数的稳定性提高。输出信号的

38、波动减小，即放大倍数的稳定性提高。 放大倍数稳定性提高的程度与反馈深度有关。放大倍数稳定性提高的程度与反馈深度有关。 fa a a 1 . . f 在在中频范围内，中频范围内， af a a 1 f a a afa ad 1 1d f f 放大倍数的相对变化量：放大倍数的相对变化量： 结论：引入负反馈后，放大倍数的稳定性提高了结论：引入负反馈后，放大倍数的稳定性提高了 (1 + af) 倍。倍。 例：例：在电压串联负反馈放大在电压串联负反馈放大 电路中，电路中， k18 k210 f 1 5 r ra， 估算反馈系数和反馈深度估算反馈系数和反馈深度f ；)1(fa 估算放大电路的闭环电压放大倍

39、数估算放大电路的闭环电压放大倍数； f a 如果开环差模电压放大倍数如果开环差模电压放大倍数 a 的相对变化量为的相对变化量为 10%，此时闭环电压放大倍数，此时闭环电压放大倍数 af 的相对变化量等于多的相对变化量等于多 少？少？ 解：解： 反馈系数反馈系数1 . 0 182 2 f1 1 o f rr r u u f 反馈深度反馈深度45 101 . 01011 fa 闭环闭环放大倍数放大倍数 10 10 10 1 4 5 . . f fa a a af 的的相对变化量相对变化量 %001. 0 10 %10d 1 1d 4 f f a a afa a 结论：当开环差模电压放大倍数变化结论

40、：当开环差模电压放大倍数变化 10% 时，时， 电压放大倍数的相对变化量只有电压放大倍数的相对变化量只有 0.000 1%，而稳，而稳 定性提高了一万倍。定性提高了一万倍。 返回 负负 反反 馈馈 的的 优优 点点 负反馈对输入电阻的影响与反馈加入的方式负反馈对输入电阻的影响与反馈加入的方式 有关有关，即与串联或并联反馈有关，而与电压即与串联或并联反馈有关，而与电压 或电流反馈无关。或电流反馈无关。 负反馈对输出电阻的影响与获取反馈信号的负反馈对输出电阻的影响与获取反馈信号的 方式有关方式有关，即与电压或电流反馈有关，而与即与电压或电流反馈有关，而与 串联或并联反馈无关。串联或并联反馈无关。

41、5.改变输入电阻和输出电阻改变输入电阻和输出电阻 不同类型的负反馈，对输入电阻、输出电阻的影响不同。不同类型的负反馈，对输入电阻、输出电阻的影响不同。 一、对输入电阻的影响一、对输入电阻的影响 1. 串联负反馈增大输入电阻串联负反馈增大输入电阻 i i i i u r i ii i fi i i if i ufau i uu i u r 得：得： iif )1(rfar 结论：引入结论：引入串联负反馈串联负反馈后，后，输入电阻增大输入电阻增大为无为无 反馈时的反馈时的 倍。倍。)1(fa 图图 6.5.1 2. 并联负反馈减小输入电阻并联负反馈减小输入电阻 . fii iii i i i i

42、u r ii i fi i i i if ifai u ii u i u r fa r r 1 i if 得：得： 结论：引入结论：引入并联负反馈并联负反馈后，后，输入电阻减小输入电阻减小为无负反为无负反 馈时的馈时的 1/ 。)1(fa 图图 6.5.3并联负反馈对并联负反馈对 ri 的影响的影响 二、负反馈对输出电阻的影响二、负反馈对输出电阻的影响 1. 电压负反馈减小输出电阻电压负反馈减小输出电阻 li ,0 o o of rx i u r offii ufxxxx 放大电路的输出电阻定义为：放大电路的输出电阻定义为： 时时当当0 i x oooioo ufarixariu 得：得： f

43、a r i u r 1 o o o of 结论：引入结论：引入电压负反馈电压负反馈后，放大电路的后，放大电路的输出电阻减小输出电阻减小 到无反馈时的。到无反馈时的。 )1( 1 fa 图图 6.5.4 fi xx rof 2. 电流负反馈增大输出电阻电流负反馈增大输出电阻 图图 6.5.5 of fii ifx xxx oo o o io o o o ifa r u xa r u i 结论：引入结论：引入电流负反馈电流负反馈后，放大电路的后，放大电路的输出电阻增输出电阻增 大大到无反馈时的到无反馈时的 倍。倍。)1( of a oof )1 (rfar 综上所述综上所述,可得如下结论：可得如下

44、结论： (1). 反馈信号与外加输入信号的求和方式只对放大反馈信号与外加输入信号的求和方式只对放大 电路的输入电阻有影响：串联负反馈使输入电阻增大；电路的输入电阻有影响：串联负反馈使输入电阻增大； 并联负反馈使输入电阻减小。并联负反馈使输入电阻减小。 (2). 反馈信号在输出端的采样方式只对放大电路的反馈信号在输出端的采样方式只对放大电路的 输出电阻有影响：电压负反馈使输出电阻减小；电流负输出电阻有影响：电压负反馈使输出电阻减小；电流负 反馈使输出电阻增大。反馈使输出电阻增大。 (3). 串联负反馈只增大反馈环路内的输入电阻；电串联负反馈只增大反馈环路内的输入电阻；电 流负反馈只增大反馈环路内

45、的输出电阻。流负反馈只增大反馈环路内的输出电阻。 (4). 负反馈对输入电阻和输出电阻的影响程度，与负反馈对输入电阻和输出电阻的影响程度，与 反馈深度有关。反馈深度有关。 4.5.3展宽频带展宽频带 由于负反馈可以提高放大倍数的稳定性，因而对于由于负反馈可以提高放大倍数的稳定性，因而对于 频率不同而引起的放大倍数下降，也可以改善。频率不同而引起的放大倍数下降，也可以改善。 设设无无反馈时放大电路在中、高频段的放大倍数分别反馈时放大电路在中、高频段的放大倍数分别 为为 ，上限频率为，上限频率为 f ； ； hm aa 和和 h m h j1 f f a a hf f m aa 和和 引入反馈系数

46、为的负反馈后，放大电路在中、引入反馈系数为的负反馈后，放大电路在中、 高频段的放大倍数分别为高频段的放大倍数分别为 ，上限频率为，上限频率为 fhf。 f hf mf hm m m h m m h m h m h h hf j1 )1( j1 1 j1 j1 1 j1 1 f f a ffa f fa a f f fa a f f f a f f a fa a a 所以：所以： fa a a m m mf 1 hmhf )1(ffaf 可见，引入负反馈后，放大电路的中频放大倍可见，引入负反馈后，放大电路的中频放大倍 数减小为无反馈时的数减小为无反馈时的1 /；而；而上限频率提上限频率提 高高到

47、无反馈时的倍。到无反馈时的倍。 )1( mf a )1(fa m 同理，可推导出引入负反馈后，放大电路的同理，可推导出引入负反馈后，放大电路的下下 限频率降低限频率降低为无反馈时的为无反馈时的 1 /。)1( mf a 结论：结论：引入负反馈后，放大电路的上限频率提高，引入负反馈后，放大电路的上限频率提高， 下限频率降低，因而下限频率降低，因而通频带展宽通频带展宽。 fbwf=fhf-flffhf fbw=fh-flfh 基本放大电路的基本放大电路的通频带通频带 反馈放大电路的反馈放大电路的通频带通频带 bwmbwf )1 (ffaf a lg20 m lg20a 3db mf lg20a 3

48、db flfh fbw flffhf fbwf 负反馈对通频带和放大倍数的影响负反馈对通频带和放大倍数的影响 f xf 负反馈负反馈减小了波形失真减小了波形失真 加入加入 负反馈负反馈 无负反馈无负反馈 f xf a xixo xo 大大 小小 xi a 接近正弦波接近正弦波 预预失真失真 + i x 4.5.4减小非线性失真和抑制干扰减小非线性失真和抑制干扰 同样道理，负反馈可抑制放大电路内部噪声。同样道理，负反馈可抑制放大电路内部噪声。 图图 6.5.7 4.5.5 放大电路中引入负反馈的一般原则放大电路中引入负反馈的一般原则 负反馈对放大电路性能方面的影响，均与反馈深负反馈对放大电路性能

49、方面的影响，均与反馈深 度有关。度有关。 负反馈放大电路的分析以定性分析为主，定量分负反馈放大电路的分析以定性分析为主，定量分 析为辅。析为辅。 电路设计时，引入负反馈的一般原则电路设计时，引入负反馈的一般原则 （1）为了稳定静态工作点，应引入）为了稳定静态工作点，应引入直流负反馈；直流负反馈； 为了改善电路的动态性能，应引入为了改善电路的动态性能，应引入交流负反馈。交流负反馈。 （3）根据负载对放大电路输出量的要求，即负载对其）根据负载对放大电路输出量的要求，即负载对其 信号源的要求，决定引入电压负反馈或电流负反馈。信号源的要求，决定引入电压负反馈或电流负反馈。 当负载需要稳定的电压信号时，

50、应引入当负载需要稳定的电压信号时，应引入电压负反馈；电压负反馈； 当负载需要稳定的电流信号时，应引入当负载需要稳定的电流信号时，应引入电流负反馈。电流负反馈。 （2）根据信号源的性质引入串联负反馈，或者并）根据信号源的性质引入串联负反馈，或者并 联负反馈联负反馈。 当信号源为恒压源或内阻较小的电压源时当信号源为恒压源或内阻较小的电压源时， 为增大放大电路的输入电阻，以减小信号源的输为增大放大电路的输入电阻，以减小信号源的输 出电流和内阻上的压降，应引入出电流和内阻上的压降，应引入串联负反馈串联负反馈。当当 信号源为恒流源或内阻较大的电压源时，信号源为恒流源或内阻较大的电压源时，为减小为减小 电

51、路的输入电阻，使电路获得更大的输入电流，电路的输入电阻，使电路获得更大的输入电流， 应引入应引入并联负反馈。并联负反馈。 例例5 负反馈综合例题负反馈综合例题 如图所示电路：如图所示电路： （1）要提高输入电阻，）要提高输入电阻， 减小输出电阻，反馈应减小输出电阻，反馈应 如何接入如何接入?确定运放输确定运放输 入端的极性并计算引入入端的极性并计算引入 深度负反馈后的闭环电深度负反馈后的闭环电 压放大倍数压放大倍数avf。 （2）要减小输入电阻，要减小输入电阻， 稳定输出电压，反馈应稳定输出电压，反馈应 如何接入如何接入?确定运放输确定运放输 入端的极性并计算引入入端的极性并计算引入 深度负反

52、馈后的闭环电深度负反馈后的闭环电 压放大倍数压放大倍数avf 。 例5(1) 2 1 b f i o vf r r v v a + - vi vo rb1 rf rb2 等效电路：等效电路： 例5(2) 1b f i o vf r r v v a - + vi vo rb1 rf rb2 等效电路：等效电路： 例例 电路如图电路如图6.5.8所示，为了达到下列目的，分别说明应所示，为了达到下列目的，分别说明应 引入哪种组态的负反馈以及电路如何连接。引入哪种组态的负反馈以及电路如何连接。 （3）将输入电流）将输入电流ii转换成稳定的输出电压转换成稳定的输出电压uo。 （1）减小放大电路从信号源索

53、取的电流并增强带负载能力。）减小放大电路从信号源索取的电流并增强带负载能力。 （2）将输入电流）将输入电流i1转换成与之成稳定线性关系的输出电流转换成与之成稳定线性关系的输出电流io。 (2)应引入电流并联负反馈。应引入电流并联负反馈。 电路中将与、与、与分别连接。电路中将与、与、与分别连接。 (3)应引入电压并联负反馈。应引入电压并联负反馈。 电路中应将与、与、与分别连接。电路中应将与、与、与分别连接。 (1)应引入电压串联负反馈。应引入电压串联负反馈。 电路中将与、与、与分别连接。电路中将与、与、与分别连接。 5.1集成运算放大电路概述集成运算放大电路概述 集成电路简称集成电路简称 ic

54、( (integrated circuit) ) 集成电路按集成电路按 其功能分其功能分 数字集成电路数字集成电路 模拟集成电路模拟集成电路 模拟集成模拟集成 电路类型电路类型 集成运算放大器；集成运算放大器；集成功率放大器；集成功率放大器； 集成高频放大器集成高频放大器；集成中频放大器；集成中频放大器； 集成比较器集成比较器；集成乘法器；集成乘法器；集成稳压集成稳压 器器；集成数；集成数/模或模模或模/数转换器等。数转换器等。 单元五单元五 集成运算放大器的应用集成运算放大器的应用 集成电路的外形集成电路的外形 集成电路的外形集成电路的外形 ( (a) )双列直插式双列直插式( (b) )圆

55、壳式圆壳式 ( (c) )扁平式扁平式 5.2集成运放的电路结构特点集成运放的电路结构特点 一一. 对称性好，适用于构成差分放大电路。对称性好，适用于构成差分放大电路。 二二. 集成电路中电阻，其阻值范围一般在几十欧到几集成电路中电阻，其阻值范围一般在几十欧到几 十千欧之间，如需高阻值电阻时，要在电路上另想办法。十千欧之间，如需高阻值电阻时，要在电路上另想办法。 三三. 在芯片上制作三极管比较方便，常常用三极管在芯片上制作三极管比较方便，常常用三极管 代替代替电阻电阻( (特别是大电阻特别是大电阻) )。 四四. 在芯片上制作比较大的电容和电感非常困难，在芯片上制作比较大的电容和电感非常困难，

56、 电路通常采用直接耦合电路方式。电路通常采用直接耦合电路方式。 五五. 集成电路中的集成电路中的 npn 、 pnp管的管的 值差别较大，值差别较大， 通常通常 pnp 的的 10 。常采用复合管的形式。常采用复合管的形式。 一、输入级一、输入级 差分电路，大大减少温漂。差分电路，大大减少温漂。 二、中间级二、中间级采用采用有源负载的共发射极电路，增益大。有源负载的共发射极电路，增益大。 三、输出级三、输出级 互补对称互补对称 电路，带负载能力强电路，带负载能力强 四、偏置电路四、偏置电路 电流源电路，为各级提供合适的静态工作点。电流源电路，为各级提供合适的静态工作点。 输入级输入级 偏置电路

57、偏置电路 中间级中间级输出级输出级 + uo uid 5.3集成运放电路的组成及其各部分的作用集成运放电路的组成及其各部分的作用 实质上是一个具有高放大倍数的多级直接耦合放大电路。实质上是一个具有高放大倍数的多级直接耦合放大电路。 图图 4.1.1集成运算的基本组成集成运算的基本组成 5.4集成运放的电压传输特性集成运放的电压传输特性 图 4.1.2集成运放的符号和电压传输特性 uo=f(up-un) + aod up un uo uo up-un 集成运放的两个输入端分别为同相输入端集成运放的两个输入端分别为同相输入端u up p和反向输入端和反向输入端u un n。 电压传输特性电压传输特

58、性 输出电压与其两个输入端的电压输出电压与其两个输入端的电压 之间存在线性放大关系，即之间存在线性放大关系，即 )( od o np uuau 集成运放的工作区域集成运放的工作区域 线性区域：线性区域：运放加入深度负反馈运放加入深度负反馈 aod为差模开环放大倍数为差模开环放大倍数 非线性区域：非线性区域：运放常处于开环状态或加入正反馈运放常处于开环状态或加入正反馈 输出电压只有两种可能的情况：输出电压只有两种可能的情况：+uom或 或-uom uom为输出电压的饱和电压。为输出电压的饱和电压。 uo up-un +uom -uom 5.5 5.5 集成运放的线性应用集成运放的线性应用 1.基

59、本运算电路：基本运算电路： 常见的基本运算电路有比例运算、加常见的基本运算电路有比例运算、加 法、减法、微积分和乘法运算等法、减法、微积分和乘法运算等 * r2 = r1 / rf 由于由于“虚断虚断”，i+= 0，u+ = 0； 由于由于“虚短虚短”， u = u+ = 0 “虚地虚地” 由由 ii = if ，得得 f o 1 i r uu r uu i f i o f r r u u au 反相输入端反相输入端“虚地虚地”，电路的输入电阻为，电路的输入电阻为rif = r1 图图 7.2.1 1.基本电路基本电路(电压并联负反馈电压并联负反馈) 一、反相比例运算电路一、反相比例运算电路

60、i i f o u r r u 引入引入深度电压并联负反馈深度电压并联负反馈，电路的输出电阻为，电路的输出电阻为r0f =0 2.t型网络反相比例运算电路型网络反相比例运算电路 图图7.2.2 t型网络反相比例运算电路型网络反相比例运算电路 电阻电阻r2 、 r3和和r4构成构成 t形网络电路形网络电路 节点节点n的电流方程为的电流方程为 2 2 m 1 i i r u r u i 31 2 3 m 3 u rr r r u i i4 = i2 + i3输出电压输出电压 u0= -i2 r2 i4 r4 所以所以 将将各电流代入上式各电流代入上式 i 3 42 i 42 o ) / 1 (u