模拟电子技术第六章

1、第六章第六章 反馈放大电路反馈放大电路1 1 反馈的基本概念与分类反馈的基本概念与分类2 2 负反馈放大电路的四种组态负反馈放大电路的四种组态4 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5 5 深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈条件下的近似计算3 3 反馈的一般表达式反馈的一般表达式一、从一个例子说起一、从一个例子说起输入量：输入量：ui、ube、ib反馈反馈将电路的输出回路的电量（电压或电流），通过一定将电路的输出回路的电量（电压或电流），通过一定的元件的元件(反馈网络反馈网络),以一定的方式送回输入回路的过程。以一定的方式送回输入回路的过程。6.1 反馈的基本概念与分类反

2、馈的基本概念与分类输出量：输出量：uo、uce、ic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一一定定二二. 几个几个基本概念基本概念1. 开环与闭环开环与闭环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的传输输出端的传输反向传输反向传输信号从输信号从输出端到输入端的传输出端到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

3、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反馈传输反馈传输(通路通路)（反馈网络）（反馈网络）基本放大电路基本放大电路AidX oX 反馈网络反馈网络FfX 放大放大：oidXAX 迭加：迭加：idifXXX 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负反馈放大器负反馈放大器例例6.1 判断下图所示四个电路是否引入反馈？判断下图所示四个电路

4、是否引入反馈？ 本级反馈本级反馈反馈只存在于某一级放大器中反馈只存在于某一级放大器中 级间反馈级间反馈反馈存在于两级以上的放大器中反馈存在于两级以上的放大器中例例6.1.3 反馈的分类和判断反馈的分类和判断1.本级反馈与级间反馈本级反馈与级间反馈VVfL+VCC+TRbe+e2Rc2c1-O-uRfuRRCb1b1Rb2Cu+-2T1+iu-Re1级间反馈级间反馈本级反馈本级反馈本级反馈本级反馈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.按交直流性质分类按交直流性质分类直流反馈和交流反馈直流反馈和交流反馈 该电路引入直流反馈的目的

5、，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+CTRb1CCRb1b2RVL+uoR-u+-ib2CcReCeICic 解：根据反馈到输入端的信号是交流还是直流还是同时解：根据反馈到输入端的信号是交流还是直流还是同时存在，来进行判别。存在，来进行判别。例：判断下图中有哪些反馈回路，是交流反馈还是直流反馈。例：判断下图中有哪些反馈回路，是交

6、流反馈还是直流反馈。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”作用！作用！直流反馈直流反馈交流反馈交流反馈交、直流反交、直流反馈馈直直交交交、直流反交、直流反馈馈3. 电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈根据输出端取样方式根据输出端取样方式电流反馈：电流反馈：反馈信号的大反馈信号的大小与输出电流成比小与输出电流成比 例。例。电压反馈：电压反馈：反馈信号的大小反馈信号的大小与输出电压成比与输出电压成比 例。例。 假设输出端交流短路（假设输出端交流短路（RL=0），即），即vo=0，若，若反馈信号消失了，则为电压反馈；若反馈

7、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。判断方法判断方法输出短路法：输出短路法：在实际电路中还可根据反馈电路与输出信号的连接方式直观在实际电路中还可根据反馈电路与输出信号的连接方式直观地判断地判断:反馈网络与输出端直接相连的是电压反馈，否则是电流反馈。反馈网络与输出端直接相连的是电压反馈，否则是电流反馈。例题例题:试判断下列电路中引入的反馈是电压试判断下列电路中引入的反馈是电压反馈还是电流反馈。反馈还是电流反馈。+CTRb1CCRb1b2RVL+uoR-u+-ib2CcReic+u-f+R1bCCTCRVRu+-Lo-+uieC2Su+-RS

8、f-u+电流反馈电流反馈电压反馈电压反馈电压反馈电压反馈电流反馈电流反馈电压反馈电压反馈电流反馈电流反馈反馈反馈网络基本放大电路基本放大电路反馈网络R1R2RAviRLvovovfvidR1RAviRLvovfvidio+VCCviT1Rb1Rb2C1T2Rc1Rc2Re1Re2RfRLC2vovf反馈+VCCviT1Rb1Rb2C1T2Rc1Rc2Re1Re2RfRLC2voif()(a)(b)(c)(d)RL vO vf vO 引入电压负反馈的目的引入电压负反馈的目的稳定输出电压稳定输出电压稳定过程：稳定过程：vid= vivf (净输入净输入) 引入电流负反馈的目的引入电流负反馈的目的稳

9、定输出电流稳定输出电流稳定过程：稳定过程：RL io vf vid io 4. 串联反馈和并联反馈串联反馈和并联反馈根据输入端连接方式判定根据输入端连接方式判定串联反馈：串联反馈：反馈信号与输反馈信号与输入信号加在放大电路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：vid = vi -vf 并联反馈：并联反馈：反馈信号与输反馈信号与输入信号加在放大电路输入信号加在放大电路输入回路的同一个电极。入回路的同一个电极。有：有：iid = ii -if 此时反馈信号与输入信此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。号是电压相加减的关系。此时反馈信号与输入信号此时反馈信号与输入信号

10、是电流相加减的关系。是电流相加减的关系。串联反馈和并联反馈可以通过反串联反馈和并联反馈可以通过反馈信号与输入信号的连接方式上馈信号与输入信号的连接方式上直观地判断：直观地判断：若反馈信号与输入信号在不同若反馈信号与输入信号在不同点叠加，以形成输入端电压加减点叠加，以形成输入端电压加减关系，则是串联反馈；关系，则是串联反馈；若反馈信号与输入信号在同一若反馈信号与输入信号在同一点叠加，以形成输入端电流加减点叠加，以形成输入端电流加减关系，则是并联反馈。关系，则是并联反馈。 对于运放电路：对于运放电路： 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

11、为串联反馈。端则为串联反馈。反馈量u+输入量u+A输入量+A+u反馈量u 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。反馈量+u+uA输入量+uA+u输入量反馈量 对于三极管电路：对于三极管电路： 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。此时反馈信号与输入信号是电压相加减的此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。关系。T输入量反馈量T输入量反馈量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三极管的基极或发射若反馈信号与输入信号同时加在三

12、极管的基极或发射极，则为并联反馈。极，则为并联反馈。此时反馈信号与输入信号是电流相加此时反馈信号与输入信号是电流相加减的关系。减的关系。例题例题:试判断下列电路中引入的反馈是串联反馈还试判断下列电路中引入的反馈是串联反馈还是并联反馈。是并联反馈。VV+A+uOiu1RR2CC+V3R+V-+_+ccuOui1RR23R4R并联反馈并联反馈串联反馈串联反馈VVA+2A1uiOu1RR2R3R45RR6U+VUcc2RR1Ouiu并联反馈并联反馈并并并并串联反馈串联反馈例：基本放大器，无反馈，净输例：基本放大器，无反馈，净输入量入量ube=ui，电压放大倍数为：，电压放大倍数为：5.负反馈与正反馈

13、负反馈与正反馈根据反馈极性根据反馈极性负反馈负反馈输入量不变时，引入反馈后使净输入量减小，输入量不变时，引入反馈后使净输入量减小，放大倍数减小。放大倍数减小。引入反馈后，净输入量引入反馈后，净输入量ube =ui- uf ，电压放大倍数为：电压放大倍数为：可见，净输入量减小，放大倍数减小，所以是负反馈。可见，净输入量减小，放大倍数减小，所以是负反馈。正反馈正反馈输入量不变时，引入反馈后使净输入量增加，输入量不变时，引入反馈后使净输入量增加，放大倍数增加。放大倍数增加。+u-TRuLcCCob1+.RCb2Cb1+ViR-beu+-ebeLv)(1RrRA beLvrRA +CTRb1CCRb1

14、b2RVL+uoR-u+-ib2CcReic+u-fbeu+-判定方法判定方法“瞬时极性法瞬时极性法”对于串联反馈：对于串联反馈：输入量与输入量与反馈量作用在不同的两点反馈量作用在不同的两点上，若输入量与反馈量的上，若输入量与反馈量的瞬时极性相同为负反馈，瞬时极性相同为负反馈，瞬时极性相反为正反馈。瞬时极性相反为正反馈。对于并联反馈：对于并联反馈：输入量与反输入量与反馈量作用在同一点上，若反馈量作用在同一点上，若反馈元件两端瞬时极性相反为馈元件两端瞬时极性相反为负反馈，瞬时极性相同为正负反馈，瞬时极性相同为正反馈。反馈。基极b()集电极c()发射极e() 注意元器件输入输出极性的判断方法。注意

15、元器件输入输出极性的判断方法。反相输入端反相输入端u-同相输入端同相输入端u+ uo集成运放集成运放三极管三极管:ui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。负反馈负反馈正反馈正反馈负负负负负反馈负反馈负反馈负反馈6.2 6.2 负反馈放大电路的四种类型负反馈放大电路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一一. . 电压串联负反馈电压串联负反馈vid = vi -vf反馈电压：反馈电压：1fo1fRvvRR这种组态下

16、的开环增益这种组态下的开环增益A称为开环电压增益称为开环电压增益Av ovidvAv反馈系数反馈系数F称为电压反馈系数称为电压反馈系数Fv f1vo1fvRFvRR闭环增益闭环增益Af称为闭环电压增益称为闭环电压增益Avf(无量纲无量纲) ovfivAvVVV-fARi+iduu-f-R+u1+uo作用等同于：作用等同于：二二. .电压并联负反馈电压并联负反馈iid = ii -if 反馈电流：反馈电流：oofvvviRR ff这种组态下的开环增益这种组态下的开环增益A称为开环互阻增益称为开环互阻增益Ar oridvAi反馈系数反馈系数F称为互导反馈系数称为互导反馈系数Fg fgof1iFvR

17、 闭环增益闭环增益Af称为闭环互阻增益称为闭环互阻增益Arf (量纲为欧姆量纲为欧姆)orfivAi三三. .电流并联负反馈电流并联负反馈 反馈电流：反馈电流：iid = ii -if1fo1RiiRRf这种组态下的开环增益这种组态下的开环增益A称为开环电流增益称为开环电流增益Ai oiidiAi反馈系数反馈系数F称为电流反馈系数称为电流反馈系数Fi f1io1fiRFiRR闭环增益闭环增益Af称为闭环电流增益称为闭环电流增益Aif (无量纲无量纲) oifiiAi 四四. .电流串联负反馈电流串联负反馈 反馈电压：反馈电压：vf=ioR1vid = vi -vf这种组态下的开环增益这种组态下

18、的开环增益A称为开环互导增益称为开环互导增益 ogidiAv反馈系数反馈系数F称为互阻反馈系数称为互阻反馈系数 fr1ovFRi闭环增益闭环增益Af称为闭环互导增益称为闭环互导增益Agf (量纲为西门子量纲为西门子) ogfiiAv例题例题:试判断下列电路中的反馈组态。试判断下列电路中的反馈组态。解解:电压串联负反馈。电压串联负反馈。_+VRCCVuTV+R2R2i1TEEIsf1uRRA+o12VVVfARi+uu-f-R+u1+Ro1解解:电压并联负反馈。电压并联负反馈。例题例题:试判断下列电路中的反馈组态。试判断下列电路中的反馈组态。+_V1fI12R12TiR2+uRTRRsR34RC

19、CVVEEuoT3VCC_CIRCLEVCC_CIRCLEuiuRf+Ao1R6.3. 反馈的一般表达式反馈的一般表达式闭环放大倍数：闭环放大倍数：放大放大：doXXA 反馈反馈：ofXXF 迭加：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称为反馈深度反馈深度FA 1FAAA 1F时，时， 11 )1( FA， FAA FA深度负反馈深度负反馈正反馈正反馈时，时， 11 )3( 自激振荡自激振荡时，时， 01 )4( FA， F A6.4 负反馈

20、对放大电路性能的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 抑制反馈环内噪声抑制反馈环内噪声 在放大器中引在放大器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： 改变输入电阻和输出电阻改变输入电阻和输出电阻1. 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AdAAFAdA 11FF即闭环增益相对变化量比开环减小了即闭环增益相对变化量比开环减小了1+AF倍倍另一方面另一方面: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

21、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。2F)1(（1+AF）-AFAFdAdA 2)1(AF 1用用 dA /A、dAf /Af分别表示开环、闭环增益的相对变化量分别表示开环、闭环增益的相对变化量2. 改善放大器的非线性失真改善放大器的非线性失真Auiufuiuo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uououd3. 3. 抑制反馈环内噪声抑制反馈环内噪声SN|VSNV通常要求通常要求S10N。信噪比越大，则噪声影响越小。如果信。信噪比越大，则噪声影响越小。如果信噪比太小，则输出端的信

22、号和噪声将难于区分。噪比太小，则输出端的信号和噪声将难于区分。 实际上引入负反馈之后，对输入信号和内部噪声同时减小实际上引入负反馈之后，对输入信号和内部噪声同时减小.但是，信号的减小可以通过提高输入信号的幅度来弥补，而但是，信号的减小可以通过提高输入信号的幅度来弥补，而内部噪声则是固定的，这样就可以提高信噪比了。内部噪声则是固定的，这样就可以提高信噪比了。 需要指出，负反馈只能减小闭环以内的干扰和噪声，对于外需要指出，负反馈只能减小闭环以内的干扰和噪声，对于外部的干扰，以及与信号同时混入的噪声，采用负反馈的办法部的干扰，以及与信号同时混入的噪声，采用负反馈的办法是无济于事的。是无济于事的。 4

23、. 4. 负反馈对输入电阻和输出电阻的影响负反馈对输入电阻和输出电阻的影响 (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(1+AF)(1+AF)倍倍 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+R1ifi(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(1+AF)(1+AF)倍倍 无无反馈时：反馈时： 有有反馈时：反馈时：di

24、iii=iuiuR iiif=iuRfdi=iiu Fuiuodi= AFiiuddi= )1(=diAFiu AFR 1=i+ARu-Li+uoRiR-Rd+-+diuoifouiRffii+uoLiRu-uiuAo+Rid-R+-oi+Rdii(3) (3) 电压负反馈使输出电阻减小电压负反馈使输出电阻减小(1+AF)(1+AF)倍倍(4) (4) 电流负反馈使输出电阻提高电流负反馈使输出电阻提高(1+AF)(1+AF)倍倍为改善性能引入负反馈的一般原则为改善性能引入负反馈的一般原则 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

25、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阻 引串联负反馈引串联负反馈 要减小输出电阻要减小输出电阻 引电压负反馈引电压负反馈举例：举例：在下面的放大器中按要求引入适当的反馈。在下面的放大器中按要求引入适当的反馈。（1）希望加入信号后，）希望加入信号后，ic3的数值基本不受的数值基本不受R6改变的影响。改变的影响。VVVV1512T2TR3RC34+VRCCRT1RR76R-u+iuo+-f1R（2）希望接入负载后，输出电压）希望接入负载后，输出电压UO基本稳定。基本稳定。VVVV1512T2TR3RC3

26、4+VRCCRT1RR76R-u+iuo+-f2R（3）希望输入端向信号源索取的电流小）希望输入端向信号源索取的电流小。VVVV1512T2TR3RC34+VRCCRT1RR76R-u+iuo+-f2R6.5 深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈条件下的近似计算 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 FA一一. 估算电压增益估算电压增益FAAA 1F根据根据F

27、FAA1 将将ioFXXA ofXXF 代入上式代入上式 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”的概念的概念得得即：输入量近似等于反馈量即：输入量近似等于反馈量ifXX净输入量近似等于零净输入量近似等于零或或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）（运放电路）ib ie 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+1

28、fAd+i+-u+fui+-TfR+u-du+A+ifRiifiii+i-i+T-i+ufRiiibif二二. 估算输入输出电阻估算输入输出电阻在深度负反馈条件下：在深度负反馈条件下：注：表中的输入、输出电阻均指注：表中的输入、输出电阻均指反馈环反馈环中的输入、输出电阻。中的输入、输出电阻。 利用利用虚短虚短和和虚断虚断的概念得知的概念得知闭环电压增益闭环电压增益00id iu11foioUFRRRuuuuAf 则则fOfiRRRuuu11VVV+A+-R1RfuiuuRf+d-uo-（1） 电压串联负反馈电压串联负反馈三三.深度负反馈下的近似计算深度负反馈下的近似计算 Ri Ro0 例例 分

29、立电路电压串联负反馈分立电路电压串联负反馈 解：解： 求反馈系数：求反馈系数： 求闭环电压放大倍数：求闭环电压放大倍数：11fevoefuRFuRR 1oufive1fe1uAuFRRR VVfL+VCC+TRbe+e2Rc2c1-O-uRfuRRCb1b1Rb2Cu+-2T1+iu-Re1VVV+A+-R1RfuiuuRf+d-uo-闭环增益：闭环增益：利用利用虚短虚短和和虚断虚断可知可知ofiRRRif RRRf ioifiiA u-uR+1f-ofo+LiRRRi+idAiii闭环电压增益闭环电压增益i io ovfvfuuA i io oi-iL LR1 1RfRRR L L-R1 1

30、R（2 ）电流并联负反馈放大器）电流并联负反馈放大器闭环闭环:Rif0。所以，。所以，RiR1Ro 解：解：e2fe2c2fRRRii 反馈系数反馈系数:e2fe2c2fiRRRiiF 闭环增益闭环增益e2e2fiic2ifRRRFiiA 1 例例. .分立电路电流并联负反馈分立电路电流并联负反馈Rc1c2R+Vc2i-ROsR-ff12+uTisRRTiCCibiuLe2闭环电压增益闭环电压增益s so ovsfvsfuuA i ic2c2iic2c2RL LRs sRe2e2fRRR c2c2RL LRs sR利用利用虚短虚短和和虚断虚断可知可知u+=u-=0ii=ifVCC_CIRCLEVCC_CIRCLE+A+LRRfifid1i1Ruoiu闭环增益闭环增益fgiorfRFiuA 1反馈系数反馈系数:f1RuiF ofg闭环电压增益闭环电压增益uui io ovfvfuA 1 1o oi1 1R f f- R1 1R（3）电压并联负反馈）电压并联负反馈闭环闭环:Rif0。所以，。所以，RiR1R