第四章放大电路中的反馈

1、第四章第四章 放大电路中的反馈放大电路中的反馈4.1 4.1 基本概念基本概念4.2 4.2 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4.3 4.3 负反馈放大电路的计算负反馈放大电路的计算4.4 4.4 反馈放大电路工程应用技术反馈放大电路工程应用技术4.1.1、反馈的基本概念、反馈的基本概念输入量：输入量：u ui i、u ubebe、i ib b反馈反馈输出电压或电流（一部分或全部），通过一定的电路形式（反馈输出电压或电流（一部分或全部），通过一定的电路形式（反馈网络）引回到输入回路，对输入电压或电流产生影响的过程。网络）引回到输入回路，对输入电压或电流产生影响的过程。4.1

2、 基本概念基本概念输出量：输出量：u uo o、u ucece、i ic c正向传输正向传输信号从输入端到输出端的传输信号从输入端到输出端的传输TUBEICICUEIB+CTRb1CCRb1b2RVL+uoR-u+-ib2CcReCeIC稳定工作点电路：稳定工作点电路：UB一一定定4.1.2、反馈的分类、反馈的分类（1）正反馈与负反馈）正反馈与负反馈负反馈负反馈放大电路引入反馈后，反馈信号削弱了放大电路引入反馈后，反馈信号削弱了外加输入信号的作用，使放大倍数降低。（可外加输入信号的作用，使放大倍数降低。（可改改善电路性能指标）善电路性能指标）正反馈正反馈反馈信号增强了外加反馈信号增强了外加输入

3、信号的作用，输入信号的作用，使放大倍数有所提高。（可提高放大倍数）使放大倍数有所提高。（可提高放大倍数）直流反馈直流反馈若电路将直流量反馈到输入回路，则若电路将直流量反馈到输入回路，则称直流反馈。称直流反馈。（2）直流反馈与交流反馈）直流反馈与交流反馈 该电路引入直流反馈的目的，是为了稳定静态工该电路引入直流反馈的目的，是为了稳定静态工作点作点Q。交流反馈交流反馈若电路将若电路将交流量反馈到输入回路，交流量反馈到输入回路，则称交流反馈。则称交流反馈。（如去掉电容（如去掉电容Ce）交流反馈，影响电路的交流反馈，影响电路的交流工作性能交流工作性能。直流反馈直流反馈交流反馈交流反馈+CTRb1CCR

4、b1b2RVL+uoR-u+-ib2CcReCeICic（3）电压反馈和电流反馈）电压反馈和电流反馈电压反馈电压反馈反馈信号取自输出电压，即反馈信反馈信号取自输出电压，即反馈信号与输出电压成正比。号与输出电压成正比。电流反馈电流反馈反馈信号取自输出电流，即反馈信反馈信号取自输出电流，即反馈信号与输出电流成正比。号与输出电流成正比。串联反馈串联反馈放大电路的输入回路中，反馈信号与放大电路的输入回路中，反馈信号与 外加输入信号以电压形式相叠加，即二者串联外加输入信号以电压形式相叠加，即二者串联并联反馈并联反馈放大电路的输入回路中，反馈信号与放大电路的输入回路中，反馈信号与 外加输入信号以电流形式相

5、叠加，即二者并联外加输入信号以电流形式相叠加，即二者并联. .（4）串联反馈和并联反馈）串联反馈和并联反馈负反馈放大器的四种类型负反馈放大器的四种类型负反馈类型有四种组态负反馈类型有四种组态: : 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4.1.3、反馈的判别、反馈的判别（1）识别放大电路中有无反馈的方法）识别放大电路中有无反馈的方法看是否存在反馈通路。看是否存在反馈通路。电路中只有正向传输，没有反电路中只有正向传输，没有反向传输，称为向传输，称为开环状态。开环状态。正向传输正向传输信号从输入端到信号从输入端到输出端

6、的传输输出端的传输反向传输反向传输信号从输出端到信号从输出端到输入端的传输输入端的传输既有正向传输，又有反馈既有正向传输，又有反馈 称为称为闭环状态闭环状态。uu+f1oi+RRuuo+i信号的正向传输信号的正向传输信号的正向传输信号的正向传输（2）判别交直流反馈的方法）判别交直流反馈的方法 反馈通路存在于直流通路中，则为直流反馈；反馈通反馈通路存在于直流通路中，则为直流反馈；反馈通路存在于交流通路中，则为交流反馈。路存在于交流通路中，则为交流反馈。uu+1A+RfRoiC22R1C交、直流反馈交、直流反馈交流反馈交流反馈注意电容的注意电容的“隔直通交隔直通交”作作用！用！（3）判别串、并联反

7、馈的方法）判别串、并联反馈的方法串联反馈：串联反馈：反馈信号与输入信号加在放大电路输反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的两个电极。有：入回路的两个电极。有：ud = ui -uf 并联反馈：并联反馈：反馈信号与输入信号加在放大电路输反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的同一个电极。有：入回路的同一个电极。有：id = ii -if 此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。此时反馈信号与输入信号是电流相加减的关系。此时反馈信号与输入信号是电流相加减的关系。 对于三极管电路：对于三极管电路：T输入量反馈量输入量反馈量T 若反馈信号与输入信号同时加在

8、三极管的基极或发射若反馈信号与输入信号同时加在三极管的基极或发射极，则为并联反馈。极，则为并联反馈。 若反馈信号与输入信号一个加在基极一个加在发射极若反馈信号与输入信号一个加在基极一个加在发射极则为串联反馈。则为串联反馈。T输入量反馈量T输入量反馈量 对于运放电路：对于运放电路： 若反馈信号与输入信号同时加在同相端或反相端为并若反馈信号与输入信号同时加在同相端或反相端为并联反馈。联反馈。 若反馈信号与输入信号一个加在同相端一个加在反相若反馈信号与输入信号一个加在同相端一个加在反相端则为串联反馈。端则为串联反馈。反馈量+u+uA输入量反馈量u+输入量u+A输入量+A+u反馈量u+uA+u输入量反

9、馈量例题例题4:试判断下列电路中引入的反馈是串联反馈试判断下列电路中引入的反馈是串联反馈还是并联反馈。还是并联反馈。VV+A+uOiu1RR2CC+V3R+V-+_+ccuOui1RR23R4RVVA+2A1uiOu1RR2R3R45RR6U+VUcc2RR1Ouiu（4）判别电压反馈与电流反馈）判别电压反馈与电流反馈 假设输出端交流短路（假设输出端交流短路（RL=0），即），即uo=0，若，若反馈信号消失了，则为电压反馈；若反馈信号仍反馈信号消失了，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。电压反馈：电压反馈：反馈信号的大小与输出电压成比反馈信号的大小与输出电压成

10、比 例。例。判断方法判断方法输出短路法：输出短路法：电流反馈：电流反馈：反馈信号的大小与输出电流成比反馈信号的大小与输出电流成比 例。例。例题例题3:试判断下列电路中引入的反馈是电试判断下列电路中引入的反馈是电压反馈还是电流反馈。压反馈还是电流反馈。+CTRb1CCRb1b2RVL+uoR-u+-ib2CcReic+u-f+R1bCCTCRVRu+-Lo-+uieC2Su+-RSf-u+VVA+2A1uiOu1RR2R3R45RR6+_+V-+cciuuO1RR23RR4R56Ru-uR+1f-o+LRR+iA+-du+-fuoi（5 5）反馈极性的判别）反馈极性的判别正负反馈正负反馈判定方法

11、判定方法“瞬时极性法瞬时极性法”例题例题:试判断下列电路中反馈支路的反馈极性。试判断下列电路中反馈支路的反馈极性。对于串联反馈：对于串联反馈：输入量与反馈量作用在不同的两点上，若输入量与输入量与反馈量作用在不同的两点上，若输入量与反馈量的瞬时极性相同为负反馈，瞬时极性相反为正反馈。反馈量的瞬时极性相同为负反馈，瞬时极性相反为正反馈。对于并联反馈：对于并联反馈：输入量与反馈量作用在同一点上，若反馈元件两端输入量与反馈量作用在同一点上，若反馈元件两端瞬时极性相反为负反馈，瞬时极性相同为正反馈。瞬时极性相反为负反馈，瞬时极性相同为正反馈。+V+_-+1R5R6RccRO2u4uRi3R7R3CC1C

12、2C4uu+RofA+i1RVVA+2A1uiOu1RR2R3R45RR6VV+A+uOiu1RR2CC+V3RU+VUcc2RR1Ouiu基本放大电路基本放大电路AdX oX 反馈网络反馈网络FfX 放大放大：doXXA 迭加：迭加：fidXXX 1.方框图：方框图：A称为开环称为开环放大倍数放大倍数iX + 反馈反馈：ofXXF AF称为闭环放大倍数称为闭环放大倍数AF=Xo / Xi输出信号输出信号输入信号输入信号反馈信号反馈信号净输入信号净输入信号F称为反馈系数称为反馈系数设设Xf与与Xi同相同相4.1.4. 反馈的一般表示法反馈的一般表示法负反馈放大器负反馈放大器（二）反馈的基本关系

13、式（二）反馈的基本关系式闭环放大倍数：闭环放大倍数：开环放大倍数开环放大倍数：doXXA 反馈系数反馈系数：ofXXF 输入信号迭加：输入信号迭加：fidXXX AF=Xo / Xi =Xo / (Xd+ Xf)= Xo / ( + XoF) =XoA11A+F=A1+AF关于反馈深度的讨论关于反馈深度的讨论一般负反馈一般负反馈称为反馈深度称为反馈深度FA 1FAAA 1F时，时， 11 )1( FA， FAA 时，时， 11 )2( FA深度负反馈深度负反馈正反馈正反馈时，时， 11 )3( FA， FAA 自激振荡自激振荡时，时， 01 )4( FA， F A4.2 负反馈对放大电路性能的

14、影响负反馈对放大电路性能的影响 提高增益的稳定性提高增益的稳定性 减少非线性失真减少非线性失真 扩展频带扩展频带 改变输入电阻和输出电阻改变输入电阻和输出电阻 在在放大器放大器中引中引入负反馈入负反馈 降低了放大倍数降低了放大倍数 使放大器的性能得以改善：使放大器的性能得以改善：4.2.1 降低放大倍数降低放大倍数根据以上公式，可知闭环放大倍根据以上公式，可知闭环放大倍数减小为开环放大倍数的数减小为开环放大倍数的FA11FAAA 1F4.2.2. 提高放大倍数的稳定性提高放大倍数的稳定性闭环时闭环时FAAA 1F则则2F)1(1AFdAdA 只考虑幅值有只考虑幅值有AFAA 1FAdAAFAd

15、A 11FF另一方面，另一方面， 在深度负反馈条件下在深度负反馈条件下FA1F 即闭环增益只取决于反馈网络。当反馈网络由稳定的即闭环增益只取决于反馈网络。当反馈网络由稳定的线性元件组成时，闭环增益将有很高的稳定性。线性元件组成时，闭环增益将有很高的稳定性。即闭环放大倍数的相对变化量，只有其开环相对变即闭环放大倍数的相对变化量，只有其开环相对变化量的化量的 即放大倍数的稳定性提高了即放大倍数的稳定性提高了1+AF倍倍FA114.2.3. 减小非线性失真以及抑制干扰和噪声减小非线性失真以及抑制干扰和噪声Auiufuiuoud加反馈前加反馈前加反馈后加反馈后AF+ 失真失真改善改善uouo动画演示动

16、画演示4.2.4. 4.2.4. 展宽频带展宽频带 放大电路加入负反馈后，增益下降，但通频带却加宽了。放大电路加入负反馈后，增益下降，但通频带却加宽了。 无反馈时放大器的通频带：无反馈时放大器的通频带： fbw= f HfL f H 有反馈时放大器的通频带：有反馈时放大器的通频带： fbwf= f HffLf f Hf可以证明：可以证明：fbwf = (1+AF) fbw放大器的一个重要特性：放大器的一个重要特性：增益与通频带之积为常数。增益与通频带之积为常数。 即：即： Amf fbwf= Am fbw020lg|A|（dB）F（Hz） Am fL fH fLf fHf Amf4.2.5.4

17、.2.5.改变输入、输出电阻改变输入、输出电阻 (1) (1) 串联负反馈使输入电阻增加串联负反馈使输入电阻增加 无无反馈时：反馈时： 有有反馈时：反馈时：idiii=iuiuR )(1iAFR iiif=iuRifd=iuu iod=iFuu idd=iAFuu id)1(=iAFu +RiuooR-Riu+-+duii+o-uLRAi+Ro+oLiuiA+ouRu-dRiu+-RRfu-f+R1ifi1 1、对输入电阻的影响、对输入电阻的影响(2)(2)并联负反馈使输入电阻减小并联负反馈使输入电阻减小 无无反馈时：反馈时： 有有反馈时：反馈时：diiii=iuiuR iiif=iuRfdi

18、=iiu Fiiuodi=AFiiuddi= )1(=diAFiu AFR 1=i+ARu-Li+uoRiR-Rd+-+diuoifouiRffii+uoLiRu-uiuAo+Rid-R+-oi+Rdii2. 2. 对输出电阻的影响对输出电阻的影响 电压负反馈电压负反馈稳定输出电压（当负载变化时）稳定输出电压（当负载变化时）恒压源恒压源输出电阻小。输出电阻小。(1) (1) 电压负反馈使输出电阻减小电压负反馈使输出电阻减小 电流负反馈电流负反馈稳定输出电流（当负载变化时）稳定输出电流（当负载变化时）恒流源恒流源输出电阻大。输出电阻大。(2) (2) 电流负反馈使输出电阻提高电流负反馈使输出电阻

19、提高（一）信号源内阻与负反馈效果的关系（一）信号源内阻与负反馈效果的关系 4.2.6.4.2.6.反馈效果反馈效果与与信号源信号源和负载的关系和负载的关系ud = ui -uf 所以串联负反馈适用于所以串联负反馈适用于RS 小的场合。小的场合。 要想反馈效果要想反馈效果明显，就要求明显，就要求uf变化能有效引起变化能有效引起ud的变化的变化。uu-+uf-1R+uLd-R+o+AfR-u+S-i+uRs串联负反馈串联负反馈id = ii -if所以并联负反馈适用于所以并联负反馈适用于RS 大大的场合。的场合。 要想反馈效果明显，就要求要想反馈效果明显，就要求if变化能有效引起变化能有效引起id

20、的变化。的变化。uuAs-R+oRR+Lf+isiidifi并联负反馈并联负反馈（二）负载电阻与负反馈的（二）负载电阻与负反馈的关系关系电压负反馈适用于负载电阻大的场合。电压负反馈适用于负载电阻大的场合。电流负反馈适用于负载电阻小大的场合。电流负反馈适用于负载电阻小大的场合。4.3 负反馈放大电路的计算负反馈放大电路的计算 本节本节重点讨论深度负反馈条件下的近似计算重点讨论深度负反馈条件下的近似计算1. 估算的依据估算的依据 深度负反馈：深度负反馈：即，深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈系数即，深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈系数有关。有关。 11 FA由由FAAA 1F得得FFAA1 11

21、 FA 方法一：方法一：4.3.1. 估算电压增益估算电压增益 方法二：方法二：FAAA 1F根据根据FFAA1 将将ioFXXA ofXXF 代入上式代入上式得得即：输入量近似等于反馈量即：输入量近似等于反馈量净输入量近似等于零净输入量近似等于零 由此可得深度负反馈条件下，基本放大电路由此可得深度负反馈条件下，基本放大电路“虚短虚短”、“虚断虚断”的概念的概念或或ifXX 0fid XXX深度负反馈条件下：深度负反馈条件下：Xd=Xi-Xf0u+=u-（运放电路）（运放电路）ue=ub（三极管电路）（三极管电路）(1)“虚短虚短”ud0(2)“虚断虚断”id0ii+=ii-=0 （运放电路）

22、（运放电路）ib=0（三极管电路）（三极管电路）“虚短虚短”与与“虚断虚断”-u-R+fu+R-u+1fAd+i+-u+fui+-TfR+u-du+A+ifRiifiii+i-i+T-i+ufRiiibif4.4 反馈放大电路工程应用反馈放大电路工程应用4.4.1、负反馈的合理引入、负反馈的合理引入（一）取样对象和接入方式的选择（一）取样对象和接入方式的选择 要稳定直流量要稳定直流量引直流负反馈引直流负反馈 要稳定交流量要稳定交流量引交流负反馈引交流负反馈 要稳定输出电压要稳定输出电压 引电压负反馈引电压负反馈 要稳定输出电流要稳定输出电流 引电流负反馈引电流负反馈 要增大输入电阻要增大输入电

23、阻 引串联负反馈引串联负反馈 要减小输入电阻要减小输入电阻 引并联负反馈引并联负反馈一 般 原 则（二）反馈组态的选择（二）反馈组态的选择目的目的反馈组态选择反馈组态选择得到电压控制的电压源得到电压控制的电压源电压串联负反馈电压串联负反馈得到电流控制的电流源得到电流控制的电流源电流并联负反馈电流并联负反馈将电压转换为稳定电流将电压转换为稳定电流电流串联负反馈电流串联负反馈将电流转换为稳定电压将电流转换为稳定电压电压并联负反馈电压并联负反馈1. 自激振荡现象自激振荡现象 在不加输入信号的情况下，放大电路仍会产在不加输入信号的情况下，放大电路仍会产生一定频率的信号输出。生一定频率的信号输出。（一）

24、自激的产生（一）自激的产生+iL+u-+u放大器放大器-oR 4.4.2、负反馈放大电路的稳定性问题、负反馈放大电路的稳定性问题fidXXX 基本放大电路基本放大电路AdX oX 反馈网络反馈网络FfX iX + 产生自激振荡的原因产生自激振荡的原因 中频时：中频时： |idXX 高频或低频时，放大器产生的附加相移达到高频或低频时，放大器产生的附加相移达到180时。时。为负反馈。为负反馈。 |idXX 变为正反馈。变为正反馈。 此时，若满足此时，若满足|dfXX 则则Xi=0，仍会有输出信号。，仍会有输出信号。 （二）自激的条件（二）自激的条件1FA幅值条件幅值条件180) 12(fan相位条

25、件相位条件（附加相移）（附加相移）基本放大电路基本放大电路AdX oX 反馈网络反馈网络FfX iX + fdXX 0ddXFAX 自激振荡条件：自激振荡条件：1 FA分解为幅值条件与相位条件：分解为幅值条件与相位条件：由以上分析知：由以上分析知：（三）自激的防止（三）自激的防止使电路不易同时满足自使电路不易同时满足自激振荡的相位条件和幅度条件激振荡的相位条件和幅度条件 环路内包含的放大电路最好小于三环路内包含的放大电路最好小于三级级 尽可能使各级电路参数分散尽可能使各级电路参数分散 减小反馈系数或反馈深度。减小反馈系数或反馈深度。（四）自激的消除（四）自激的消除 电容补偿法电容补偿法 同前例，为了对它进行频率补偿，在产生主极点的电容同前例，为了对它进行频率补偿，在产生主极点的电容旁边并联电容旁边并联电容C P，这样使，这样使fp1发生了改变，令发生了改变，令 f p2 、fp3不变。不变。Z2PH105)(21CCRf1p10+1C3A2A1A1R2RR3C23CSuuoPCCP五、放大电路中的寄生反馈五、放大电路中的寄生反馈 寄生反馈寄生反馈无意之中存在的反馈现象无意之中存在的反馈现象（一）公共电