第6章_放大电路中的反馈

1、第第6 6章章 放大电路中的反馈放大电路中的反馈 6.1 反馈的基本概念反馈的基本概念 6.1.1 6.1.1 什么是反馈什么是反馈 将电子电路输出量将电子电路输出量（电压或电流）（电压或电流）的一部分或的一部分或 全部通过一定的方式引回到输入回路，以影响输入全部通过一定的方式引回到输入回路，以影响输入 量量（电压或电流）的措施，称为反馈。电压或电流）的措施，称为反馈。 A F XiX i Xf Xo 闭环网络框图 输出量 Xo 输入量 Xi 净输入量 Xi 反馈量 Xf 注意各输入输出量之间 的关系： 6.1.2 6.1.2 反馈通道反馈通道- - 开环与闭环 - - 反馈有无 1.1.无反

2、馈通道-开环，如（A A） 2.2.有反馈通道-闭环，如（B B） 3.3.本级反馈与级间反馈 4.4.判断有无反馈：“找通道” 本级反馈： 本级输出反馈至本级输入。 级间反馈： 本级输出反馈至前级输入，如（C C）。）。 R 5 R1 R3 R2 R4 ui (C)(C) (A)(A) (B)(B) A1 A2 6.1.3 6.1.3 正反馈与负反馈正反馈与负反馈 - - 反馈性质 凡反馈的效果使放大电路净输入量凡反馈的效果使放大电路净输入量 减小的为负反馈；反之为正反馈。减小的为负反馈；反之为正反馈。 2.2.正反馈与负反馈判断方法正反馈与负反馈判断方法 瞬时极性法 一断：一断： 二跟：二

3、跟： 三判：三判： 将反馈通路在输入处断开；将反馈通路在输入处断开； 跟踪电路输入信号瞬时变化跟踪电路输入信号瞬时变化, , 直至到反馈电路断开处；直至到反馈电路断开处； 判断反馈信号极性与输入信号异同，判断反馈信号极性与输入信号异同， 相同为正反馈，相异为负反馈。相同为正反馈，相异为负反馈。 1.1.正反馈与负反馈定义正反馈与负反馈定义: : 正正/ /负反馈负反馈“判极性判极性” (负反馈) 注意：注意： 判反馈极性时，放判反馈极性时，放 大器的大器的净净输入输入电压指的电压指的 是集成运放两个输入端是集成运放两个输入端 的电位差，净输入电流的电位差，净输入电流 指的是同相输入端或反指的是

4、同相输入端或反 相输入端的电流。相输入端的电流。 （1 1）本级反馈 例 (各级与级间均为负反馈) (正反馈) R5 R1 R3 R2 R4 ui (负反馈) 对于运放：对于运放： 看反馈输入点： 反相端输入为负反馈； 同相端输入为正反馈。 （2 2）级间反馈 以瞬时极性法具体分析 例 对于分立元件电路：对于分立元件电路： 看反馈信号对输入级的作用效果： 使输入级净输入(变化量)减小为负反馈； 使输入级净输入(变化量)增加为正反馈。 如图， 第一级反馈通路：Re1 反馈极性：负反馈（若uBE1, 则uRe1 ，使 uBE1 ）； 第二级反馈通路：Re2 反馈极性：负反馈（若uBE2, 则uRe

5、2 ，使 uBE2 ）； 级间反馈通路 ： CF 、 RF 、Re1 反馈极性：负反馈（若uBE1( uC1 ，uC2 ) ,则uRe1 ， 使 uBE1 ） 6.1.4 6.1.4 直流反馈和交流反馈直流反馈和交流反馈 - - 反馈成份 2. 2. 交流反馈：交流反馈：反馈信号中只含有交流量，称反馈信号中只含有交流量，称交流反馈交流反馈. 1. 1. 直流反馈：直流反馈：反馈信号中只含有直流量，称反馈信号中只含有直流量，称直流反馈直流反馈. 反馈信号中兼有直流量与交流量。反馈信号中兼有直流量与交流量。 直流、交流反馈直流、交流反馈 3. 3. 交、支流反馈并存：交、支流反馈并存： 4. 4.

6、 判断直流反馈和交流反馈：查电容判断直流反馈和交流反馈：查电容 ui R1 R2 C uo 直流反馈直流反馈 （旁路电容）（旁路电容） ui R1 R2 uo 交流反馈交流反馈 （隔直电容）（隔直电容） ui R1 R2 C uo 交流反馈交流反馈 直流反馈直流反馈交、直流反馈并存交、直流反馈并存 5. 5. 反馈信号的影响规律反馈信号的影响规律 直流反馈影响直流直流反馈影响直流分量；分量； 交流反馈影响交流交流反馈影响交流分量。分量。 直流负反馈直流负反馈 稳定稳定 静态工作点静态工作点 交流负反馈交流负反馈 降低降低 交流增益交流增益 6.1.5 6.1.5 电压反馈和电流反馈电压反馈和电

7、流反馈 - -反馈采样内容 1.1.电压反馈电压反馈 2.2.电流反馈电流反馈 反馈信号与输出电压成正比反馈信号与输出电压成正比定义：定义： 联接：联接： 作用：作用： 降低放大电路的输出电阻降低放大电路的输出电阻注意：注意： 稳定输出电压稳定输出电压 取自输出端口的输出电压，取自输出端口的输出电压， 反馈信号与输出电流成正比反馈信号与输出电流成正比定义：定义： 联接：联接： 作用：作用： 提高放大电路的输出电阻提高放大电路的输出电阻注意：注意： 稳定输出电流稳定输出电流 取自输出端口的输出电流，取自输出端口的输出电流， 3. 3. 电压反馈和电流反馈的电压反馈和电流反馈的判断方法判断方法 （

8、1 1）对于运放）对于运放 （令（令uo=0） 若反馈信号也为零若反馈信号也为零 若反馈信号仍存在若反馈信号仍存在电流反馈电流反馈 电压反馈电压反馈 输出负载短路法输出负载短路法 判断电压判断电压/ /电流反馈电流反馈 “ “设交流短路设交流短路” 电压负反馈电压负反馈 + 电流负反馈电流负反馈 + 反馈采样点 与 的联接 输出信号端 输出信号 电流反馈。 电压反馈； （2）对于分立元件电路对于分立元件电路 反馈信号 若 由同一端引出 由不同端引出 输出信号 反馈信号 若 (级间)电流负反馈(级间)电压负反馈 6.1.6 6.1.6 串联反馈和并联反馈串联反馈和并联反馈 - - 反馈形式 反映

9、在输入端，反馈信号接入方式的不同。反映在输入端，反馈信号接入方式的不同。 2.2.并联反馈并联反馈 反馈信号与输入信号以电流方式求和，反馈信号与输入信号以电流方式求和， 即以并联方式互联。即以并联方式互联。 定义：定义： 特点：特点：反馈信号以电流形式并入输入回路。反馈信号以电流形式并入输入回路。 注意：注意： 并联反馈降低放大电路的输入电阻。并联反馈降低放大电路的输入电阻。 1.1.串联反馈串联反馈 反馈信号与输入信号以电压方式求和，反馈信号与输入信号以电压方式求和， 即以串联方式互联。即以串联方式互联。 定义：定义： 特点：特点： 反馈信号以电压形式串入输入回路。反馈信号以电压形式串入输入

10、回路。 注意：注意：串联反馈提高放大电路的输入电阻。串联反馈提高放大电路的输入电阻。 3.3.判断串判断串/ /并联反馈并联反馈 （1 1）对集成运放对集成运放 ： 串联反馈串联反馈并联反馈并联反馈 短路法短路法 若短路后若短路后 串联反馈串联反馈 输入信号作用消失输入信号作用消失并联反馈并联反馈 输入信号作用仍存在输入信号作用仍存在 ( (输入回路的反馈节点对地短路输入回路的反馈节点对地短路) ) （2 2）对分立元件电路）对分立元件电路 看联接看联接( (输入信号同反馈信号的联接方式输入信号同反馈信号的联接方式) ) 若：若： 反馈信号与反馈信号与输入信号接在同一端点上，则为并联反馈输入信

11、号接在同一端点上，则为并联反馈 反馈信号与反馈信号与输入信号接在不同端点上，则为串联反馈输入信号接在不同端点上，则为串联反馈 并联反馈并联反馈串联反馈串联反馈 分析顺序分析顺序 （1 1）判断反馈有无判断反馈有无 , , （5 5）判断回馈形式（串联）判断回馈形式（串联/ /并联）并联）, , （2 2）判断反馈性质（正）判断反馈性质（正/ /负）负）, , （4 4）判断采样内容（电压）判断采样内容（电压/ /电流）电流）, , “试瞬时极性试瞬时极性” “查电容连接查电容连接” “设输出短路设输出短路” 6.1.7 6.1.7 判反馈方式小结判反馈方式小结 “找反馈通路找反馈通路” （3

12、3）判断反馈成分（交流）判断反馈成分（交流/ /直流）直流）, , “设输入短路设输入短路” A F XiX i Xf Xo 6.2 6.2 负反馈放大电路的组态负反馈放大电路的组态 6.2.1 6.2.1 组态组态 四种类型四种类型 电压串联负反馈电压串联负反馈 电压并联负反馈电压并联负反馈 电流串联负反馈电流串联负反馈 电流并联负反馈电流并联负反馈 电压采样，电压求和电压采样，电压求和 电压采样，电流求和电压采样，电流求和 电流采样，电压求和电流采样，电压求和 电流采样，电流求和电流采样，电流求和 电压采样， 电流求和 电压采样， 电压求和 电压串联负反馈电流串联负反馈 电压并联负反馈 电

13、流并联负反馈 电流采样， 电压求和 电流采样， 电流求和 电压采样， 电压求和 6.2.3 6.2.3 各组态的参量各组态的参量 （）（） 电压串联负反馈电压串联负反馈 方框图 电路图 Rf uI 按定义：按定义： , i o uu U U A= = uu U U = = 由电路：由电路： f uu RR R F + + = = 1 1 得：得： o f f U RR R U + + = = 1 1 fii UUU- -= = , 例 无量纲 uu F 故：故： （）（） 电压并联负反馈电压并联负反馈 按定义：按定义： 例 , i o U A = = i u U I = = i ； 由电路：由

14、电路： fi i III- -= = f f R U I o 得：得： - - = = f R U o - - - - U - Uo U- u U I = = i f R Uo - - = = Uo = =- - R 1 单位:电导 iu F 故：故： 电压采样， 电流求和 方框图 f 电路图 Rf Ii （3 3） 电流串联负反馈电流串联负反馈 按定义：按定义： f U 得：得： = = f R u RF i f I Io f R I- 极小 , i o U A = = i O f u U I F= i f 例 单位:电阻 ui F 故：故： 电流采样， 电压求和 方框图 电路图 RfIf

15、ui 由电路：由电路： f i UUU- -= = i （4 4） 电流并联负反馈电流并联负反馈 按定义：按定义： 得：得： 方框图 电路图 33 RIRIRI foff + + - - f o RR R I I + + - -= = 3 3 f 3 0 3 )()( R RII R URII I f fo U f fo f - + + - -+ + = =- - - - f RR R F + + - -= = 3 3 ii 即：即： 得：得： , i o i I A = = i i I I = = i Rf R3 例例 电流采样， 电流求和 由电路：由电路： 无量纲 uu F 故：故： U-

16、 Ii 四种组态负反馈放大电路的比较四种组态负反馈放大电路的比较 6.3 6.3 反馈基本关系式反馈基本关系式 6.3.1 6.3.1 反馈环方框图反馈环方框图 闭环回路方框图闭环回路方框图 o f i i X X X X : :闭环反馈放大器的输入信号闭环反馈放大器的输入信号 : :闭环反馈放大器的输出信号闭环反馈放大器的输出信号 : :闭环反馈放大器的反馈信号闭环反馈放大器的反馈信号 : :基本放大器的净输入信号基本放大器的净输入信号 : :比较环节比较环节 : :信号流通方向信号流通方向 注意注意 : : 1.1.X X 所表示的物理量可所表示的物理量可 以是电压以是电压, ,或是电流或

17、是电流; ; 2.2.信号在放大网络中为信号在放大网络中为 正向传送正向传送, , 在反馈网在反馈网 络中为反向传送络中为反向传送 由方框图由方框图, ,得得: : 开环放大系数；开环放大系数； 反馈系数；反馈系数； 闭环放大系数；闭环放大系数； 环路放大系数。环路放大系数。AF 6.3.2 6.3.2 反馈基本关系式反馈基本关系式 由由(2)(2)和和(1)(1)： 即：即： - 反馈基本关系式 FA A Af + + = = 1 则：则： XFAX X XX X X X A ii o fi o i o f = = + + = = + + = = = FA A FAX X i o + + =

18、 = + + 11 1 = = A F f A (2)(2) 即即: : f X o X= = F o X = =F f X (3)(3)定义 定义: : o X = = f A i X (4)(4)可得可得: := =AF i X f X o X = = i X A i o X = = X A(1)(1) , ,即即: : i XFX o f = = = X XF o i X XFA i = = i X X F o i X = = 牢记牢记! 6.3.3. 6.3.3. 讨论讨论 （1 1）闭、开环放大系数的互算）闭、开环放大系数的互算 闭、开环放大系数之间以闭、开环放大系数之间以 FA 1

19、 + +1 为系数；为系数； （2 2）反馈深度）反馈深度 定义定义FA+ +1 为反馈深度；为反馈深度； FA+ +1 A Af = = FA A Af + + = = 1 FA A Af + + = = 1 （3 3）利用反馈深度判断反馈分类）利用反馈深度判断反馈分类 当当FA+ +1 1 时，时，AfA 正反馈；正反馈； 1 时，时， AfA 负反馈；负反馈； 0 时，时， Af= 自激振荡自激振荡 （ AF = -1 ） 当当FA+ +11 时，时， AfA 负反馈；负反馈； 特别地，当特别地，当 这时有：这时有：FA1 （4 4）深度负反馈）深度负反馈 （称深度负反馈）（称深度负反馈

20、） 对于中频段：对于中频段： FA A Af + + = = 1 FA + + 1 1FA A F 1 F 1 Af （引入深度负反馈时，闭环放大倍数仅与反馈网络有关！）（引入深度负反馈时，闭环放大倍数仅与反馈网络有关！） 因此：因此： FA+ +1 1 时，时， 牢记牢记! 6.4 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 AF A Af + = 1 6.4.1 6.4.1 提高放大倍数的稳定性提高放大倍数的稳定性 求证：求证：A Af f A Af f A A A A 证：证： 由由 设设: : 闭环放大倍数闭环放大倍数 Af 的变化为的变化为Af ，相对变化量为，相对变化量为

21、:Af / Af 。 相对变化量为相对变化量为: :A/A A/A ；开环放大倍数开环放大倍数 A A 的变化为的变化为AA, , 2 22 )1( )1( 1 )1( )1( AF dA dA AFAF AFAF dA dA f f + = + = + -+ = 2 22 )1( )1( 1 )1( )1( AF dA dA AFAF AFAF dA dA f f + = + = + -+ = 对对A A求导：求导： 即：即： 上式两边分别除以上式两边分别除以 Af ： AF A Af + = 1 可得：可得： 可得：可得： Af取取、A代替代替 dAf、dA ， 对于负反馈，有：对于负反馈

22、，有： A Af f A Af f A A A A AF A A f + = 1 1 1 证毕。证毕。 A dA AFA dA f f + = 1 1 Af dA AF)A dA f f + = (1 1 2 右边代入右边代入: A dA AFA dA f f + = 1 1 开环时：开环时： 6.4.2 6.4.2 减小非线性失真减小非线性失真 1.1.现象现象 闭环时：闭环时： x i x o x i 大 小 小 小 小 大 大 大 A A i x x o x f (a) (b ) F A F x i x o x i 大 小 小 小 小 大 大 大 A A i x x o x f ( a

23、) ( b) F A 2. 2. 推导证明推导证明： ( () )( () ) 。 中，失真成分减小为中，失真成分减小为开开环的环的 闭环闭环 闭环闭环 开环开环 闭环闭环 开环开环 X XA AF AXX XA AF AX AF XAAX AF X AF X XAAXX o i o i i o o io + + + += = + + + + + + = = + + + + = = + + = = + += = AF+ +1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 A 开环放大倍数中造成非线性失真开环放大倍数中造成非线性失真 的放大成份的放大成份 X非线性失真的有效信号成份非线性失真的有效

24、信号成份 为取得原放大效果，将为取得原放大效果，将Xi提高提高1+AF倍，即：倍，即： 设设 ： 6.4.3 6.4.3 抑制干扰噪声抑制干扰噪声 1. 1. 指指内部内部干扰与噪声，如热运动噪声，电运动噪声。干扰与噪声，如热运动噪声，电运动噪声。 2. 2. 信噪比：信号功率与噪声功率的比值，称信号噪声比，信噪比：信号功率与噪声功率的比值，称信号噪声比， 简称信噪比。记为：简称信噪比。记为：S / N 3. 3. 引入负反馈后：引入负反馈后： + + = = N S AFN S f 1 1 信号与噪声同时减小了信号与噪声同时减小了1+AF倍。倍。 此时，提高信号此时，提高信号1+AF 倍，则

25、有效抑制了干扰倍，则有效抑制了干扰噪声。噪声。 （1 1）减小非线性失真以及减小非线性失真以及抑制抑制干干扰扰噪声，噪声， 都需要一个条件：增大输入信号。都需要一个条件：增大输入信号。 因此要求输入信号幅值有增大的余地；因此要求输入信号幅值有增大的余地； 4. 关于负反馈放大电路可减小非线性失真以及 抑制干干扰噪声的性能，应注意： （2 2）负反馈放大电路不能改善输入信号本身的）负反馈放大电路不能改善输入信号本身的失真；失真； （3 3）对于混杂于信号的外部干扰，需通过其它方法解决。）对于混杂于信号的外部干扰，需通过其它方法解决。 6.4.4. 6.4.4. 展宽通频带展宽通频带 可以证明：可以证明： BWBWf f ff AA fc 的条件下：的条件下： f = f0 (即即A+F = -180)时所对时所对 应的应的F |的的值，值