第十讲 负反馈

1、1 反馈的基本概念及判断方法2 负反馈放大电路的一般表达式4 负反馈放大电路的计算3 负反馈对放大电路性能的影响5 负反馈放大电路的稳定性第十讲 放大电路的负反馈第十讲 教学基本要求要知道1. 反馈、反馈深度的概念；2. 负反馈放大电路增益的一般表达式；3. 负反馈对放大电路性能的影响。 会判断反馈类型、组态会计算深度负反馈放大电路电压放大倍数1、反馈的类型及判断o 主要内容n反馈的基本概念n反馈的分类与组态判别o 目的要求n理解反馈的概念n掌握反馈极性与组态的判别一、反馈的基本概念o反馈 是指将放大电路输出电量(输出电压或输出电流)的一部分 或全部，通过一定的方式，反送回输入回路中。接有发射

2、极电阻的单管放大电路静态工作点稳定 BEQBQCQUEQEQCQUIIUIITBQ一定 |)( 将输出电流 ICQ(IEQ) 反馈回输入回路，改变UBEQ，使 ICQ 稳定。I1I2ICQIBQUBQUEQo反馈放大电路的组成框图一、反馈的基本概念xI 反馈放大电路的输入信号xo输出信号xF 反馈信号xID 基本放大电路的净输入信号A基本放大电路的增益F 反馈网络的反馈系数 净输入量 反反馈馈放放大大电电路路的的一一般般框框图图 输入量 基基本本放放大大电电路路 反反馈馈网网络络 输出量 反馈量 判断电路是否存在反馈通路?反馈通路（本级）反馈通路（本级）反馈通路（级间）一、反馈的基本概念o 根

3、据反馈信号本身的交、直流性质n直流反馈n交流反馈o 根据反馈极性的不同n正反馈n负反馈o 根据反馈信号在放大电路输出端采样方式n电压反馈n电流反馈o 根据反馈信号与输入信号在输入端连接方式n串联反馈n并联反馈二、反馈的分类1、直流反馈和交流反馈o 直流反馈n反馈信号中只有直流成分；n作用稳定静态工作点。o 交流反馈n反馈信号中只有交流充分；n作用改善动态性能指标。o 交、直流反馈（学习重点）直流通路1、直流反馈和交流反馈判断RF 是直流反馈还是交流反馈？ 直流反馈电路图o 判断举例RF交流通路1、直流反馈和交流反馈判断RF 是直流反馈还是交流反馈？ 电路图无交流反馈直流反馈o 判断举例交流反馈

4、1、直流反馈和交流反馈判断RF 是直流反馈还是交流反馈？ o 判断举例 交交流流通通路路 RL - - + vI vO A A - - + vI vO RL R C 解：交流通路中不存在反馈通路，所以不存在交流反馈。 VI A - - + VO RL R VR VD 直直流流通通路路 直流通路中存在反馈通路（反馈电阻R ），所以存在直流反馈.1、直流反馈和交流反馈2、正反馈和负反馈o 从输入端看n正反馈引入反馈后，使净输入量变大了；n负反馈引入反馈后，使净输入量变小了。o 判别方法：瞬时极性法n首先假设输入信号为某一瞬时极性，用符号 或（-）表示；n确定放大电路中有关各点的相位关系，推出有关各

5、点的瞬时极性；n判断反馈信号是增强还是削弱了原来的输入信号。如果是增强就是正反馈，反之是负反馈。ube减小本级负反馈（+ +）（+ +）（+ +）2、正反馈和负反馈o 判断举例级间反馈通路净输入量减小级间负反馈（+ +）（+ +）（- -）（+ +）2、正反馈和负反馈Rf（+ +）净输入量增大正反馈反馈通路2、正反馈和负反馈o 判断举例3、电压反馈和电流反馈o 电压反馈n反馈信号取自输出电压；n反馈信号与输出电压成正比；n作用稳定输出电压。o 电流反馈n反馈信号取自输出电流；n反馈信号与输出电流成正比；n作用稳定输出电流。o 判断方法n负载瞬时短路法o若反馈信号Xf =0电压反馈o若反馈信号X

6、f0电流反馈n节点法o反馈取自输出端或输出分压端为电压反馈，o反馈取自非输出端为电流反馈。电压反馈反馈通路3、电压反馈和电流反馈o 判断举例电压反馈电流反馈反馈通路反馈通路3、电压反馈和电流反馈虚短虚断o 判断举例RL vo xf xid vo 电压负反馈稳定输出电压xf=Fvo ， xid= xixf3、电压反馈和电流反馈o 电压负反馈作用RL io xf xid io 电流负反馈稳定输出电流xf=Fio ， xid= xixfo 电流负反馈作用3、电压反馈和电流反馈4、串联反馈和并联反馈o 串联反馈n反馈信号与输入信号在输入回路以电压形式求和；n uid=ui-ufo 并联反馈n反馈信号与

7、输入信号在输入端节点以电流形式求和；n iid=ii-ifo 判断方法n反馈信号与输入信号在不同节点为串联反馈；n反馈信号与输入信号在同一个节点为并联反馈。判断电路中的级间交流反馈是串联反馈还是并联反馈？并联反馈级间反馈通路xf (if)输入端节点4、串联反馈和并联反馈o 判断举例判断电路中的级间交流反馈是串联反馈还是并联反馈串联反馈级间反馈通路xf(vf)4、串联反馈和并联反馈o 判断举例(+)(-)(+)级间电压串联负反馈(+)三、反馈组态判别实例(+)电压并联负反馈三、反馈组态判别实例Rf(+)(+)(-)(+)(+)(+)电流串联负反馈三、反馈组态判别实例n 电压反馈：反馈取自输出端或

8、输出分压端为电压反馈，n 电流反馈：反馈取自非输出端为电流反馈。判别方法n 串联反馈：反馈信号与输入信号在不同节点为串联反馈；n 并联反馈：反馈信号与输入信号在同一个节点为并联反馈。n 负反馈：引入反馈，使净输入量变小为负反馈 ；n 正反馈：引入反馈，使净输入量变大为正反馈 。电压串联交、直流负反馈电流串联直流负反馈电压并联正反馈习题R3 ：RE ： A2 ：电压串联负反馈R2 ：电压并联负反馈R3 ：电压并联交直流负反馈R7 ：电压串联交直流负反馈 R2 ：电压串联交流负反馈R4 ：级间电压并联交流负反馈习题习题 2习题 .21 反馈的基本概念及判断方法2 负反馈放大电路的一般表达式3 负反

9、馈放大电路的计算4 负反馈对放大电路性能的影响5 负反馈放大电路的稳定性6 反馈放大器计算举例第十讲 放大电路的负反馈断开反馈，且断开反馈，且考虑反馈网络考虑反馈网络的负载效应的负载效应决定反馈量和输出量关系决定反馈量和输出量关系的所有元件所组成的网络的所有元件所组成的网络负反馈放大电路负反馈放大电路的基本放大电路的基本放大电路反馈网络反馈网络方框图中信号是单向流通的。方框图中信号是单向流通的。ioXXA基本放大电路的放大倍数基本放大电路的放大倍数反馈系数反馈系数ofXXF反馈放大电路的放大倍数反馈放大电路的放大倍数iofXXA二、负反馈放大电路增益的一般表达式1. 闭环增益的一般表达式开环增

10、益idoxxA ofxxF 反馈系数iofxxA 闭环增益因为fiidxxx 所以iofxxA fidoxxx FxAxxooo/ 已知AFA 1fidixxx 闭环增益的一般表达式即AFAA 1f二、负反馈放大电路增益的一般表达式ioXXAofXXFiofXXAiiioiifiif XFAXXAXFXXAXXXAA反馈组态反馈组态功能功能电压串联电压串联电压控制电压电压控制电压电压并联电压并联电流控制电压电流控制电压电流串联电流串联电压控制电流电压控制电流电流并联电流并联电流控制电流电流控制电流AFfAioUUofUUioUUioIUofUIioIUioIIofIIioIIioUIofIUi

11、oUIFAAA1f二、负反馈放大电路增益的一般表达式2. 反馈深度讨论一般负反馈称为反馈深度)1(FA 时，时， 11 )1( FA， FAA 时，时， 11 )2( FA深度负反馈正反馈时，时， 11 )3( FA， FAA 自激振荡时，时， 01 )4( FA， F A 一般情况下，A和F 都是频率的函数，当考虑信号频率的影响时，Af、A和F分别用 、 和 表示。 fAAF即FAAA 1f三、负反馈对放大电路性能的影响o 提高增益的稳定性o 展宽频带o 减小非线性失真o 对输入电阻和输出电阻的影响三、负反馈对放大电路性能的影响o 影响1提高增益的稳定性闭环时FAAAF1只考虑幅值有对A求导

12、得即深度负反馈时结论：引入负反馈后，闭环增益降低了。三、负反馈对放大电路性能的影响o 影响1提高增益的稳定性n闭环增益的相对变化量为开环增益相对变化量的n深度负反馈条件下的闭环增益只取决于反馈网络。n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。n负反馈组态不同，稳定的增益不同（Avf 、Arf 、Agf 、Aif）深度负反馈时11AFf A(f) O Am0.707AmfLfHfBWAf(f) Amf0.707AmffLffHffBWf一般负反馈 11 AF 时， FAA 三、负反馈对放大电路性能的影响o 影响2展宽通频带uf 加入加入 负反馈负反馈无负反馈无负反馈F uf A

13、 ui uo + uid uo 大大小小ui A 接近正弦波接近正弦波改善了波形失真改善了波形失真三、负反馈对放大电路性能的影响o 影响3减小非线性失真1开环特性2闭环特性 三、负反馈对放大电路性能的影响o 影响3减小非线性失真n闭环时增益减小，但线性度变好；n只能减少环内放大电路产生的失真，如果输入波形本身就是失真的，即使引入负反馈，也无济于事。 开环输入电阻 因为闭环输入电阻 所以 闭环输入电阻结论：引入串联负反馈后，闭环输入电阻是开环输入电阻的（1+AF）倍。三、负反馈对放大电路性能的影响o 影响4对输入电阻的影响n串联负反馈iidiivR iiifivR idfvAxxFv 00idf

14、idivAFvvv )1(RiRif闭环输入电阻结论：引入并联负反馈后，输入电阻减小了。闭环输入电阻是开环输入电阻的1（1+AF）倍。 三、负反馈对放大电路性能的影响o 影响4对输入电阻的影响n并联负反馈RiRif图中R1不在环内AFRR 1iif而当R1Rif 时，反馈对Rif几乎没有影响。三、负反馈对放大电路性能的影响o 反馈对输入电阻的影响仅限于环内，对环外不产生影响。三、负反馈对放大电路性能的影响o 影响5对输出电阻的影响n电压反馈闭环输出电阻TTofiRv 忽略反馈网络对iT的分流而 Xid= - Xf= - FvT idooTTXARi vTooTTvvFARi 所以 引入电压负反

15、馈后，输出电阻减小了。闭环输出电阻oTTof)1(RFAiRs v注意: 反馈对输出电阻的影响仅限于环内，对环外不产生影响。三、负反馈对放大电路性能的影响o 影响5对输出电阻的影响n电流反馈 引入电流负反馈后，输出电阻增大了。 负反馈对放大电路性能的改善，是以牺牲增益为代价的，且仅对环内的性能产生影响。串联负反馈 并联负反馈 电压负反馈 电流负反馈 增大输入电阻；减小输入电阻；减小输出电阻，稳定输出电压；增大输出电阻，稳定输出电流；三、负反馈对放大电路性能的影响放大电路引入负反馈的一般原则一、欲稳定某个量，则引该量的负反馈稳定直流，引直流反馈；稳定交流，引交流反馈；稳定输出电压， 引电压反馈；

16、 稳定输出电流， 引电流反馈。二、根据对输入、输出电阻的要求选择反馈类型欲提高输入电阻，采用串联反馈；欲降低输入电阻，采用并联反馈；要求高内阻输出，采用电流反馈；要求低内阻输出，采用电压反馈。三、为使反馈效果强，根据信号源及负载确定反馈类型信号源为恒压源，采用串联反馈；信号源为恒流源，采用并联反馈；要求负载能力强，采用电压反馈；要求恒流源输出，采用电流反馈。放大电路引入负反馈的一般原则 负反馈放大电路应用举例 音调控制电路 源级跟随器 Ri高达1M Ro低负反馈式音调控制高低音提升、衰减输入输入电压并联负反馈电压并联负反馈 负反馈放大电路应用举例 音调控制电路 对高频短路对低频开路提升低音衰减

17、低音提升高音衰减高音音量调节去耦电路练习二、已知交流负反馈有四种组态：二、已知交流负反馈有四种组态： A电压串联负反馈电压串联负反馈 B电压并联负反馈电压并联负反馈 C电流串联负反馈电流串联负反馈 D电流并联负反馈电流并联负反馈 选择合适的答案填入下列空格内，只填入选择合适的答案填入下列空格内，只填入A、B、C或或D。 （1）欲得到电流电压转换电路，应在放大电路中引入）欲得到电流电压转换电路，应在放大电路中引入 ； （2）欲将电压信号转换成与之成比例的电流信号，应在放大电路中引入）欲将电压信号转换成与之成比例的电流信号，应在放大电路中引入 ； （3）欲减小电路从信号源索取的电流，增大带负载能力

18、，应在放大电路中引入）欲减小电路从信号源索取的电流，增大带负载能力，应在放大电路中引入 ； （4）欲从信号源获得更大的电流，并稳定输出电流，应在放大电路中引入）欲从信号源获得更大的电流，并稳定输出电流，应在放大电路中引入 。 o深度负反馈放大电路特点o深度负反馈放大电路近似计算四、负反馈放大电路的分析计算1. 深度负反馈的特点即，深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈网络有关 11 FA由于FAAA 1f则FFAA1 又因为iofXXA ofXXF 代入上式ifXX 得（也常写为 xf xi）0fiid XXX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“两虚”的概念反馈量近似等于输入

19、量（xid 0 ）串联负反馈，输入端电压求和0iidid riv深度负反馈条件下 xid= xi - xf 0 虚短虚断虚短虚断并联负反馈，输入端电流求和vid= vi - vf 0iid= ii - if 0vid= iid ri 01. 深度负反馈的特点基于理想运放的电压放大倍数的计算方法基于理想运放的电压放大倍数的计算方法1. 理想运放参数特点：Aod，rid， ro0，fH ，所有失调因素、温漂、噪声均为零。所有失调因素、温漂、噪声均为零。2. 理想运放工作在线性区的电路特征：引入交、直流负：引入交、直流负反馈反馈因为因为uO为有限值，为有限值， Aod，所以，所以 uNuP0，即，即

20、uNuP虚短路虚短路因为因为r ridid，所以，所以 iNiP0 0虚断路虚断路求解放大倍数求解放大倍数的基本出发点的基本出发点无源网络无源网络3. 理想运放工作在线性区的特点n步骤 （1）确定反馈类型 （2）确定净输入信号和类型 （3）计算n 计算2深度负反馈放大电路的近似计算例1、假设如图所示各电路均满足深度负反馈条件，试估算深负反馈运放的闭环电压放大倍数。+ +- -+ +- -R1RFR220k2.2k2k举 例解：电压并联负反馈fiII ， 1iiRUI FofRUI 1iFoRURU 即则闭环电压放大倍数为oFi1uURAUR 在深度负反馈条件下解：电压串联负反馈o323fURR

21、RU 231oouifRUUARUUifUU 闭环电压放大倍数+ +- -+ +- -R1R2A1.2k2kR33k+ +- -根据虚短，有根据虚断，有举 例电流并联负反馈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fiII F33LoF33ofRRRRURRRII 1iiRUI 故1iF33LoRURRRRU 闭环电压放大倍数为9 . 51 . 51)101 . 5(2)(1 3F3LiofRRRRRUUAuu举 例该电路为电流串联负反馈，该电路为电流串联负反馈，在深度负反馈条件下在深度负反馈条件下fiUU iFofURIU LooRIU 34. 0151 . 5FLiof RRUUA

22、uu举 例所以所以举例 电压串联负反馈设电路满足深度负反馈条件，试写出该电路的闭环电压增益表达式。 解：解： 根据虚短、虚断闭环增益（就是闭环电压增益）iofvvv A1f1RR ifvv of11fvvRRR（+）（+）（+）ofb2b2fvvRRR （+ +）（- -）（+ +）（+ +）（+ +）（+ +）举例 电压串联负反馈设电路满足深度负反馈条件，试写出该电路的闭环电压增益表达式。 解：解： 根据虚短、虚断闭环电压增益iofvvv Ab2f1RR ifvv IIui+VCCuoRE8R1RfRIF1ifiRuII 1fif foRRuRIu 1ffRRAu 电压并联负反馈电压并联负反

23、馈举例o 设计负反馈放大电路的一般步骤o 设计举例负反馈放大电路设计设计负反馈放大电路的一般步骤o 选定需要的反馈类型n根据信号源的性质选择串联负反馈或并联负反馈；n根据对放大电路输出信号的要求，选择电压反馈或电流反馈；n根据对信号变换的要求，选择合适的反馈组态；o确定反馈系数的大小；o适当选择反馈网络中的电阻值；o仿真分析课堂练习o现有反馈如下，选择正确的答案填空： A、电压串联负反馈 B、电压并联负反馈 C、电流串联负反馈 D、电流并联负反馈（1） 为了将电压信号转换成与之成比例的电流信号，应引入 。（2） 为了实现电流电压转换，应引入 。（3） 为了减小从电压信号源索取的电流并增大带负载

24、的能力，应引入 。如何引反馈？如何引反馈？讨论一讨论一试在图示电路中分别引入四种不同组态的交流负反馈。试在图示电路中分别引入四种不同组态的交流负反馈。电流反馈电流反馈电压反馈电压反馈串联反馈串联反馈并联反馈并联反馈Fu 在图示电路中能够引入哪些组态的交流负反馈？只可能引入电压并联或电流串联两种组态的交流负反馈。只可能引入电压并联或电流串联两种组态的交流负反馈。如何引反馈？如何引反馈？讨论二讨论二o 自激振荡现象 在不加任何输入信号的情况下，放大电路仍会产生一定频率的信号输出。五、负反馈放大电路的自激振荡对于多级放大电路，如果引入过深的负反馈，可能引起自激振荡。ui = 0AuouiAuo当 时

25、说明，此时放大电路没有输入信号，但仍有一定的输出信号，因此产生了自激振荡。五、负反馈放大电路的自激振荡1、产生自激振荡原因放大电路的闭环放大倍数为：FAAA 1f在中频段，11 FAAF 在高、低频段，放大倍数和反馈系数 的模和相角都随频率变化，使 。11AF (1) 自激振荡的幅度条件和相位条件01 FAfA 01 FA所以，负反馈放大电路产生自激振荡的条件是：所以，负反馈放大电路产生自激振荡的条件是：即：即：1 FA幅度条件幅度条件相位条件相位条件例：由单管阻容耦合共射放大电路的频率响应例：由单管阻容耦合共射放大电路的频率响应 270ouA0.707AumAumfLfHBWffOO 90o

26、 180ofLfH自激振荡的幅度条件和相位条件例：由单管阻容耦合共射放大电路的频率响应0.707Aum 270ouAAumfLfHBWffOO 90o 180ofLfH在低、高频段，放大电路分别产生了 0 + 90 和 0 - -90 的附加相移。两级放大电路将产生 0 180 附加相移；三级放大电路将产生 0 270 附加相移。对于多级放大电路，若某个频率的信号产生的附加相移为 180o，而反馈网络为纯电阻，则： 180argFA满足自激振荡的相位条件。若同时满足幅度条件，电路将自激振荡。五、负反馈放大电路的自激振荡o单级放大电路不会产生自激振荡；o两级放大电路,当频率趋于无穷大或趋于零时，

27、虽然满足相位条件，但不满足幅度条件，所以也不会产生自激振荡；o三级放大电路，在深度负反馈条件下，对于某个频率的信号，既满足相位条件，也满足幅度条件，可以产生自激振荡。(2)产生自激振荡原因什么样的放大电路引入负反馈后容易产生什么样的放大电路引入负反馈后容易产生自激振荡？自激振荡？ 三级或三级以上放大电路引入负反馈后有可能三级或三级以上放大电路引入负反馈后有可能产生高频振荡；同理，耦合电容、旁路电容等为三产生高频振荡；同理，耦合电容、旁路电容等为三个或三个以上的放大电路，引入负反馈后有可能产个或三个以上的放大电路，引入负反馈后有可能产生低频振荡。生低频振荡。 放大电路的级数越多，耦合电容、旁路电

28、放大电路的级数越多，耦合电容、旁路电容越多，引入的负反馈越深，产生自激振荡容越多，引入的负反馈越深，产生自激振荡的可能性越大。的可能性越大。 环路放大倍数环路放大倍数AF越大，越容易满足起振条件，闭越大，越容易满足起振条件，闭环后越容易产生自激振荡。环后越容易产生自激振荡。负反馈放大电路稳定性的判断负反馈放大电路稳定性的判断已知环路增益的频率特性来判断闭环后电路的稳定性。已知环路增益的频率特性来判断闭环后电路的稳定性。使环路增益下降到使环路增益下降到0dB的频率，记作的频率，记作fc；使使AF(2n1) 的频率，记作的频率，记作f0。fcf0fcf0稳定性的判断稳定性的判断fcf0满足起满足起

29、振条件振条件电路不稳定电路不稳定电路稳定电路稳定 f0 fc，电路不稳定，会产生自激振荡；，电路不稳定，会产生自激振荡； f0 fc，电路稳定，不会产生自激振荡。电路稳定，不会产生自激振荡。fcf0Gm幅值幅值裕度裕度m相位裕度相位裕度电路稳定电路稳定当当Gm10dB且且m45，才，才具有可靠的稳定性。具有可靠的稳定性。不满足不满足起振条件起振条件2、常用的校正措施为保证放大电路稳定工作，对于三级或三级以上的负反馈放大电路，需采取适当措施破坏自激振荡的幅度条件和相位条件。最简单的方法是减小反馈系数或反馈深度，使得在满足相位条件时不满足幅度条件。但是，由于反馈深度下降，不利于放大电路其他性能的改

30、善，因此通常采用接入电容或 RC 元件组成校正网络，以消除自激振荡。(1)电容校正电容校正 比较简单的消振措施是在负反馈放大电路的适当地方接入一个电容。比较简单的消振措施是在负反馈放大电路的适当地方接入一个电容。 接入的电容相当于并联在前一级的负载上，在中、低频时，容抗很大，接入的电容相当于并联在前一级的负载上，在中、低频时，容抗很大，所以这个电容基本不起作用。所以这个电容基本不起作用。 高频时，容抗减小，使前一级的放大倍数降低，从而破坏自激振荡的条件，高频时，容抗减小，使前一级的放大倍数降低，从而破坏自激振荡的条件，使电路稳定工作。使电路稳定工作。)j(1)j(1)j(1H3H2H1mmffffffFAFA20dB/十倍频40dB/十倍频60dB/十倍频fH1fH2fH3fO20lgAF