第7章CH2反馈放大电路(7.3～7.5)

1、1第第7 7章章 反馈放大电路反馈放大电路1广东水利电力职业技术学院电力系WXH1 负反馈虽然使放大器的放大倍数下降，却从多方负反馈虽然使放大器的放大倍数下降，却从多方面改善了放大器的性能，如提高放大倍数的稳定性，面改善了放大器的性能，如提高放大倍数的稳定性，减小非线性失真，扩展频带，改变输入、输出电阻等，减小非线性失真，扩展频带，改变输入、输出电阻等，下面分别加以讨论下面分别加以讨论。7.3 负反馈对放大电路工作性能的影响负反馈对放大电路工作性能的影响2第第7 7章章 反馈放大电路反馈放大电路2广东水利电力职业技术学院电力系WXH27.3.1 负反馈负反馈提高放大倍数的稳定性提高放大倍数的稳

2、定性 电源电压的变化、负载的变化、环境温度的改变、电源电压的变化、负载的变化、环境温度的改变、元器件的老化或更换所引起电路元器件参数的变化，都元器件的老化或更换所引起电路元器件参数的变化，都会导致放大器放大倍数的改变。当放大器引入负反馈后，会导致放大器放大倍数的改变。当放大器引入负反馈后，如果保持输入信号不变，则输出信号基本得到稳定，因如果保持输入信号不变，则输出信号基本得到稳定，因此闭环放大倍数也就稳定。前面提到，在深度负反馈条此闭环放大倍数也就稳定。前面提到，在深度负反馈条件下，用性能比较稳定的无源线性元件组成反馈网络，件下，用性能比较稳定的无源线性元件组成反馈网络，闭环放大倍就比较稳定。

3、下面分析一般情况下负反馈使闭环放大倍就比较稳定。下面分析一般情况下负反馈使放大倍数稳定的程度，它可用引入负反馈前后放大倍数放大倍数稳定的程度，它可用引入负反馈前后放大倍数的相对变化量之间的关系来表示。的相对变化量之间的关系来表示。3第第7 7章章 反馈放大电路反馈放大电路3广东水利电力职业技术学院电力系WXH3 为了使分析简化，设信号的频率为中频，则开环放大倍为了使分析简化，设信号的频率为中频，则开环放大倍数（即引入反馈前的放大倍数）是实数，用数（即引入反馈前的放大倍数）是实数，用A表示；反馈网络表示；反馈网络是电阻网络，则反馈系数也是实数，用是电阻网络，则反馈系数也是实数，用F表示。这时，闭

4、环放表示。这时，闭环放大倍数（即引入反馈后的放大倍数）也是实数，用大倍数（即引入反馈后的放大倍数）也是实数，用Af表示。表示。 AFAf11为了衡量放大电路放大倍数的稳定程度，常引为了衡量放大电路放大倍数的稳定程度，常引入放大倍数的相对变化量：开环为入放大倍数的相对变化量：开环为 ， 闭环为闭环为4第第7 7章章 反馈放大电路反馈放大电路4广东水利电力职业技术学院电力系WXH4 上式表明，引入负反馈后，放大倍数的相对变化量上式表明，引入负反馈后，放大倍数的相对变化量dAf /Af 为未加反馈时放大倍数相对变化量为未加反馈时放大倍数相对变化量dA /A的的1/(1AF)倍。也就倍。也就是说，负反

5、馈使放大倍数降低为无反馈时的是说，负反馈使放大倍数降低为无反馈时的1/(1AF)倍，放大倍，放大倍数的稳定性却提高了（倍数的稳定性却提高了（1AF）倍。）倍。 值得注意的是，负反馈只能减小由基本放大器引起的放大值得注意的是，负反馈只能减小由基本放大器引起的放大倍数变化量，而对反馈网络的反馈系数变化引起的放大倍数变倍数变化量，而对反馈网络的反馈系数变化引起的放大倍数变化量就无能为力了。此外，对于不同组态的负反馈放大器，能化量就无能为力了。此外，对于不同组态的负反馈放大器，能够稳定的放大倍数也是不同的。够稳定的放大倍数也是不同的。由上式可得：由上式可得：5第第7 7章章 反馈放大电路反馈放大电路5

6、广东水利电力职业技术学院电力系WXH5 由于电路中存在非线性器件，所以或多或少地总由于电路中存在非线性器件，所以或多或少地总存在一定的非线性失真，即输入信号为正弦波时，输存在一定的非线性失真，即输入信号为正弦波时，输出信号已不是正弦波了。引入负反馈能减小非线性失出信号已不是正弦波了。引入负反馈能减小非线性失真，下面举例来说明（仿真实验）真，下面举例来说明（仿真实验）。7.3.2 负反馈减小非线性失真负反馈减小非线性失真6第第7 7章章 反馈放大电路反馈放大电路6广东水利电力职业技术学院电力系WXH6（图形说明（图形说明）（b）负反馈减小非线性失真）负反馈减小非线性失真 +- uiu+- +-

7、uiufouuAF +- u +- uiouA +- 正弦正弦正弦正弦大大略小略小略大略大小小略小略小略大略大略小略小略大略大（a）基本放大器的非线性失真）基本放大器的非线性失真 7第第7 7章章 反馈放大电路反馈放大电路7广东水利电力职业技术学院电力系WXH7 值得注意的是，负反馈只能减小反馈环内值得注意的是，负反馈只能减小反馈环内所产生的失真，而对于输入信号本身存在的所产生的失真，而对于输入信号本身存在的失真，负反馈是无能为力的。失真，负反馈是无能为力的。 可以证明，引入负反馈后，输出信号可以证明，引入负反馈后，输出信号的非线性失真系数将降为无反馈时的的非线性失真系数将降为无反馈时的1/(

8、11/(1AFAF) )倍倍。8第第7 7章章 反馈放大电路反馈放大电路8广东水利电力职业技术学院电力系WXH8 前已述及，阻容耦合放大器在高频区的放大倍数前已述及，阻容耦合放大器在高频区的放大倍数随频率升高而减小，在低频区的放大倍数随频率降低随频率升高而减小，在低频区的放大倍数随频率降低而减小，因而限制了放大器的通频带。引入负反馈后，而减小，因而限制了放大器的通频带。引入负反馈后，由于负反馈能稳定放大倍数，因此对于信号频率不同由于负反馈能稳定放大倍数，因此对于信号频率不同引起的放大倍数变化，它也有稳定作用。即原来使放引起的放大倍数变化，它也有稳定作用。即原来使放大倍数下降大倍数下降3dB（0

9、.7倍）的频率，加负反馈后下降不倍）的频率，加负反馈后下降不到到3dB（0.7倍）了，也就是频带展宽了倍）了，也就是频带展宽了。7.3.3 拓宽频带拓宽频带9第第7 7章章 反馈放大电路反馈放大电路9广东水利电力职业技术学院电力系WXH9 设基本放大器的上、下限截止频率分别为设基本放大器的上、下限截止频率分别为 fH 和和fL ，带宽，带宽为为fbw ；引入负反馈后放大器的上、下限截止频率分别为；引入负反馈后放大器的上、下限截止频率分别为fHf 和和fLf ，带宽为带宽为fbwf 。理论上可以证明：。理论上可以证明： fHf = (1AF) fH 可见，引入负反馈后，使放大器的上限截止频率增大

10、为原来可见，引入负反馈后，使放大器的上限截止频率增大为原来的的 1+AF 倍。同理，也可以证明倍。同理，也可以证明 即负反馈使放大器的下限截止频率减小为原来的即负反馈使放大器的下限截止频率减小为原来的1(1AF)倍。倍。所以，引入负反馈后，通频带拓宽了（所以，引入负反馈后，通频带拓宽了（1+AF）倍，即：）倍，即： BWf=(1+AF)BW10第第7 7章章 反馈放大电路反馈放大电路10广东水利电力职业技术学院电力系WXH107.3.4 负反馈改变输入电阻和输出电阻负反馈改变输入电阻和输出电阻 1对输入电阻的影响对输入电阻的影响 负反馈对输入电阻的影响取决于放大器输入端的连续方式，即是串联负反

11、馈对输入电阻的影响取决于放大器输入端的连续方式，即是串联反馈还是并联反馈，而与输出端的连接方式无关。反馈还是并联反馈，而与输出端的连接方式无关。 （1）串联负反馈使输入电阻增大）串联负反馈使输入电阻增大 串联负反馈中，由于在放大器的输入端反馈网络和基本放大器是串联串联负反馈中，由于在放大器的输入端反馈网络和基本放大器是串联的，输入电阻增大的。如图为串联负反馈放大器的一般形式，其中的，输入电阻增大的。如图为串联负反馈放大器的一般形式，其中Ri 为基为基本放大器的输入电阻，可以证明：本放大器的输入电阻，可以证明： -+ fi +- uisu iisR+- +- uiuf +- uisi iisR

12、iiAF ox iR AF ox iR iuuifRFAR)1 ( 11第第7 7章章 反馈放大电路反馈放大电路11广东水利电力职业技术学院电力系WXH11（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 在并联负反馈中，由于在放大器的输入端反馈网络和在并联负反馈中，由于在放大器的输入端反馈网络和基本放大器是并联的，因而势必造成输入电阻的减小。图基本放大器是并联的，因而势必造成输入电阻的减小。图为并联负反馈放大器的一般形式，为并联负反馈放大器的一般形式，Ri为基本放大器的输入为基本放大器的输入电阻，可以证明：电阻，可以证明： -+ fi +- uisu iisR+- +- uiuf +

13、- uisi iisR iiAF ox iR AF ox iR iiiifFARR112第第7 7章章 反馈放大电路反馈放大电路12广东水利电力职业技术学院电力系WXH12 2对输出电阻的影响对输出电阻的影响 负反馈对输出电阻的影响取决于放大器输出端的连接方式，负反馈对输出电阻的影响取决于放大器输出端的连接方式，即是电压反馈还是电流反馈，而与输入端的连接方式无关。即是电压反馈还是电流反馈，而与输入端的连接方式无关。 （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 前已述及，电压负反馈具有稳定输出电压的作用，即当前已述及，电压负反馈具有稳定输出电压的作用，即当负载变化时，输出电压的变化

14、很小，这意味着电压负反馈放大负载变化时，输出电压的变化很小，这意味着电压负反馈放大器的输出电阻减小了。若基本放大器的输出电阻为器的输出电阻减小了。若基本放大器的输出电阻为Ro ，可以证，可以证明，电压串联负反馈放大器的输出电阻明，电压串联负反馈放大器的输出电阻定性分析：定性分析：U0反馈反馈 稳定稳定U0恒压源恒压源R0f小小13第第7 7章章 反馈放大电路反馈放大电路13广东水利电力职业技术学院电力系WXH13 （2）电流负反馈使输出电阻增大）电流负反馈使输出电阻增大 由于电流负反馈具有稳定输出电流的作用，即当负载变化由于电流负反馈具有稳定输出电流的作用，即当负载变化时，输出电流的变化很小，

15、这意味着电流负反馈放大器的输出时，输出电流的变化很小，这意味着电流负反馈放大器的输出电阻增大了。若基本放大器的输出电阻为电阻增大了。若基本放大器的输出电阻为Ro ，可以证明，可以证明，电流电流串联串联负反馈放大器的输出电阻负反馈放大器的输出电阻 ： 定性分析定性分析：I0反馈反馈稳定稳定I0反馈放大器相当于恒流源反馈放大器相当于恒流源R0f大大14第第7 7章章 反馈放大电路反馈放大电路14广东水利电力职业技术学院电力系WXH14凡是电压负反馈都能稳定输出电压，凡是电压负反馈都能稳定输出电压，凡是电流负反馈都能稳定输出电流，凡是电流负反馈都能稳定输出电流，即负反馈具有稳定被采样的输出量的作用。

16、即负反馈具有稳定被采样的输出量的作用。综上所述综上所述:15第第7 7章章 反馈放大电路反馈放大电路15广东水利电力职业技术学院电力系WXH15负反馈对放大器性能的影响（本节应掌握的重点）负反馈对放大器性能的影响（本节应掌握的重点） （1）降低了放大倍数。）降低了放大倍数。 （2）提高了放大倍数的稳定性：）提高了放大倍数的稳定性： （3）减小波形的非线性失真。）减小波形的非线性失真。 （4）加宽通频带，减小频率失真。）加宽通频带，减小频率失真。 （5）影响输入、输出电阻：）影响输入、输出电阻： (i)串联负反馈增大输入电阻；串联负反馈增大输入电阻； (ii)并联负反馈减小输入电阻；并联负反馈减

17、小输入电阻； (iii)电压负反馈稳定输出电压，减小输出电阻；电压负反馈稳定输出电压，减小输出电阻； (iV)电流负反馈稳定输出电流，增大输出电阻；电流负反馈稳定输出电流，增大输出电阻；16第第7 7章章 反馈放大电路反馈放大电路16广东水利电力职业技术学院电力系WXH16 深度反馈深度反馈 1+AF1 7.4 深度负反馈放大电路的分析计算深度负反馈放大电路的分析计算 所以所以XiXf17第第7 7章章 反馈放大电路反馈放大电路17广东水利电力职业技术学院电力系WXH17 利用上述特点，结合具体的电路，就能迅速求出深度负利用上述特点，结合具体的电路，就能迅速求出深度负反馈放大器的性能指标，尤其

18、是闭环电压放大倍数，举例如反馈放大器的性能指标，尤其是闭环电压放大倍数，举例如下：下： 1电压串联负反馈放大器电压串联负反馈放大器 典型的电压串联负反馈放大器如图所示。典型的电压串联负反馈放大器如图所示。XiXf UiUf Uf=U0R1/(R1+Rf) Auf=U0/Ui=1+Rf/R1 电路为电压串联负反馈电路电路为电压串联负反馈电路. Rif (Rif=R2+Rif) R0f0 反馈系数反馈系数+-uf+-1R RfRL +-uiuO+-ui fofuRRRuuF1118第第7 7章章 反馈放大电路反馈放大电路18广东水利电力职业技术学院电力系WXH182电压并联负反馈放大器电压并联负反

19、馈放大器 典型的电压并联负反馈放大器如图所示。典型的电压并联负反馈放大器如图所示。 IiIf Ii=(U0-0)/R1 反相输入端的电压反相输入端的电压 0 If=(0-U0)/Rf=-U0/Rf Auf=U0/Ui=-Rf/R1 闭环输入电阻闭环输入电阻 Rif0 电路输入电阻电路输入电阻 Rif=R1+Rif=R1 电路输出电阻电路输出电阻 R0f0+-1R Rf RL +-usuO fi ii ii+-ui19第第7 7章章 反馈放大电路反馈放大电路19广东水利电力职业技术学院电力系WXH197.5 负反馈负反馈放大电路的自激振荡和消除方法放大电路的自激振荡和消除方法 自激振荡是指放大电

20、路的输入端不加信号时，在输出端也会出现一定幅度和一定频率电压信号的现象。 一、负反馈放大电路的自激振荡 1.产生自激振荡的条件 当1+AF=0时 闭环放大倍数 Af,这表示没有输入信号，输出端也会有信号输出。20第第7 7章章 反馈放大电路反馈放大电路20广东水利电力职业技术学院电力系WXH20 自激振荡的条件 1+AF=0 或 AF=-1 即 |AF|=1 自激的幅度平衡条件 AF=A+F=arg（AF）=（2n+1）(n为整数) 自激的相位平衡条件 AF为环路的附加相移 A为基本放大电路的相移， F为反馈网络的相移 一般情况，反馈网络为纯电阻，相移为0，这时总的附加相移AF等于开环放大电路

21、的附加相移A 。 自激时，环路产生了180（或奇数位的180）的附加相移，这使反馈信号Xf极性发生了180的变化，负反馈变成正反馈。自激振荡的实质就是放大电路中的负反馈变为足够大的正反馈。21第第7 7章章 反馈放大电路反馈放大电路21广东水利电力职业技术学院电力系WXH21 2.自激振荡产生的原因 信号工作频率在通频范围内，不存在附加相移。从第三章频率的分析可知：单级放大电路在低频或高频时，会产生附加相移，最大的附加相移可达90o，两极放大电路的最大附加相移可达180 o，但这时放大倍数近似为零，不满足幅度条件。因此两极负反馈放大电路也是稳定的。三级270 o ，级数愈多相移也愈大。当其附加

22、相移达到180 o ，同时反馈信号的幅值等于或大于净输入信号的幅值时，即|AF|1。负反馈放大电路就产生自激振荡。22第第7 7章章 反馈放大电路反馈放大电路22广东水利电力职业技术学院电力系WXH22 二、消除自激振荡的常用方法二、消除自激振荡的常用方法 1、电容校正、电容校正 下下图为电容补偿电路，其中图为电容补偿电路，其中C为补偿电容。在这为补偿电容。在这种补偿中，补偿电容种补偿中，补偿电容C并接在放大器时间常数最大的回并接在放大器时间常数最大的回路里，也就是接在电路中的前级输出电阻和后级输入电路里，也就是接在电路中的前级输出电阻和后级输入电阻都很大，而极间电容却很小的节点与地之间。在中

23、、阻都很大，而极间电容却很小的节点与地之间。在中、低频时，由于低频时，由于C的容抗较大，其影响可以忽略；在高频的容抗较大，其影响可以忽略；在高频时，由于时，由于C的容抗变小，使高频放大倍数下降，从而消的容抗变小，使高频放大倍数下降，从而消除了可能存在的高频自激振荡。除了可能存在的高频自激振荡。+C 1A 2A RC 1A 2AC 1A2A23第第7 7章章 反馈放大电路反馈放大电路23广东水利电力职业技术学院电力系WXH23 2、电阻、电阻电容校正电容校正 由于放大器的上限截止频率主要由时间常数最大的回路决由于放大器的上限截止频率主要由时间常数最大的回路决定，当并接补偿电容后，该回路的时间常数更大了，这意味着定，当并接补偿电容后，该回