模拟电子线路：第四章 负反馈放大器

1、第四章 负反馈放大器这一章主要包括四个部分： 1、反馈的类型的判断 2、反馈对电路性能的影响 3、反馈放大器放大倍数的计算 4、反馈电路的稳定性问题（重点）（难点）4.1 反馈放大器的基本概念一、什么是反馈？反馈概念的引出 对于电子系统，在输入信号一定时，要求输出信号是稳定的，但由于各种因素的影响，输出信号会发生不应有的变化。因此，需要设法将输出信号的变化送回到输入回路，让输入信号根据输出量的变化作调整，以保持输出量的稳定，这一过程就是“反馈”。将输出量（电压、电流）的一部分或全部通过一定的网络反馈到输入回路的过程。称为反馈。放大电路无反馈也称开环，放大电路有反馈也称闭环。反馈元件：跨接在输入

2、和输出回路之间的元件。(2) 反馈的定义负责馈送输出信号变化量的元器件和线路构成反馈网络；它们的作用是对输出信号进行采样，并将采样量(反馈信号)送回输入回路；它们的位置特点是既属于输入回路，又属于输出回路，或者跨接在输入和输出回路之间。二、反馈放大器的原理方框图 1、x 可能是电压，也可能是电流 注意：2、忽略信号通过反馈网络从输入端向输出端的正向传输3、忽略反馈信号通过基本放大器从输出端向输入端的反向传输正反馈： 表示输入信号和反馈信号叠加 负反馈： 反馈信号起增强输入信号的作用 反馈信号起削弱输入信号的作用 净输入量4.2 反馈放大器的理想闭环增益基本放大器的增益： 开环增益 反馈网络的反

3、馈系数： 反馈放大器的增益： 闭环增益 (1) 表达式的推导环路增益 fAkT=对于负反馈： (2) 反馈深度 fAkF+=1反馈”这种情况称为“深度负。响，放大性能比较稳定参数以及其它干扰的影，不受晶体管于反馈系数此时，闭环增益只取决fk()0ixfixxfoioxxxx1ffkA4.3 反馈类型的判断一、判定有无反馈方法：检查电路中是否存在反馈网络，即：是否有元器件、线路既属于输入回路、又属于输出回路，或者跨接在输入和输出回路之间。反馈元件反馈元件2、判断直流反馈和交流反馈直流反馈：反馈信号只有直流成分。交流反馈：反馈信号只有交流成分。交直流反馈：反馈信号中既含直流成分又含交流成分。判断方

4、法：画出直流通路和交流通路， 直流通路上存在反馈就是直流反馈； 若交流通路存在反馈就是交流反馈。注：一般将交流反馈和交直流反馈统称为交流反馈，即反馈信号中只要含有交流成分即称为交流反馈。 Rf1和Rf2：直流反馈Re1：级间交流反馈Re2：本级交流反馈3、判断串联反馈和并联反馈 -输入端连接方式 在放大电路的输入端，反馈信号和输入信号有两种连接方式：串联和并联3、判断串联反馈和并联反馈 -输入端连接方式 在放大电路的输入端，反馈信号和输入信号有两种连接方式：串联和并联串联反馈：反馈信号和输入信号以电压的形式叠加。并联反馈：反馈信号和输入信号以电流的形式叠加。简单判别方法：是看反馈有没有引回到输

5、入端。 反馈没有引回到输入端 （反馈信号和输入信号分别加在输入回路的不同两个电极上）反馈引回到输入端（反馈信号和输入信号加在输入回路的同一个电极上） 并联反馈串联反馈并联反馈串联反馈方法2：将输入端“短路”或信号源“短路”，若反馈网络也被“短路”了，则为并联反馈；若反馈网络仍然存在，则为串联反馈。输入端短路，反馈消失，所以是并联反馈4、判断电压反馈和电流反馈-输出采样 从需要稳定的输出量和输出端的采样方式来划分，反馈分为：电压反馈：电流反馈：4、判断电压反馈和电流反馈-输出采样 简单的方法：看电路的反馈量有没有引自于输出端 。反馈量引自于输出端（反馈信号和输出信号从同一个电极引出） 从需要稳定

6、的输出量和输出端的采样方式来划分，反馈分为：电压反馈：电流反馈：反馈量没有引自于输出端（反馈信号和输出信号从不同的两个电极引出） 反馈引自于输出端，所以是电压反馈反馈没有引自于输出端，所以是电流反馈反馈引自于输出端，所以是电压反馈反馈没有引自于输出端，所以是电流反馈方法2：将输出电压短路，若反馈回来的反馈信号为零，则为电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为电流反馈。输出电压短路，反馈消失，所以是电压反馈输出电压短路，反馈消失，所以是电压反馈输出电压短路，反馈仍存在，所以是电流反馈5、判断反馈的极性正反馈和负反馈定义：正反馈：引入反馈后，放大倍数增大负反馈：引入反馈后，放大倍数减小只有负反馈能起稳定

7、输出量的作用，而正反馈会破坏放大电路的稳定性，甚至使其无法工作。（净输入量增加）（净输入量减少）在放大电路的输入端，假设一个输入信号的电压极性，可用“+”、“-” 判断的方法瞬时极性法步骤：按信号传输方向(放大网络：输入端输出端；反馈网络：输出端输入端)依次判断相关点的瞬时极性，直至判断出反馈信号的瞬时电压极性 信号经过电阻或耦合电容不改变极性 判断净输入量(ib、vbe)的变化加入反馈后： 若净输入量增加：正反馈； 若净输入量减小：负反馈。正反馈负反馈负反馈fvfi我们只关心交流负反馈的情况，那么可以构成四种类型的反馈组态： 电压串联负反馈 电流串联负反馈 电压并联负反馈 电流并联负反馈例

8、判断反馈类型（例4.3.4） 第一步，找出反馈元件：第二步，看输出端采样：没有引自输出端电流反馈第三步，看输入端连接：引回输入端并联反馈第四步，瞬时极性法：负反馈电流并联负反馈fi练：判断级间反馈组态电压并联正反馈a（b）电流并联负反馈4.4 负反馈对放大器性能的影响对增益的影响对通频带的影响对非线性失真的影响对输入、输出电阻的影响一 、提高放大倍数的稳定性有反馈时，增益的稳定性比无反馈时提高了(1+Akf)倍。 AAkAAAAfffD.D+=D)(11AAAkAAfffD.+=D11例1 某放大电路的开环电压放大倍数A104，如果由于某种原因，使A下降为8103。现引入反馈系数kf=0.01

9、负反馈，试求闭环电压放大倍数Af和开环电压放大倍数A的相对变化量。解： A0104时，A08103时，开环放大倍数A0的相对变化量为： 闭环放大倍数Af的相对变化量为： 反馈类型不同, 增益的表达式不同 放大电路增益的稳定性提高后，在输入量一定时，就可得到较稳定的输出。所以：引入电压负反馈能够稳定输出电压； 引入电流负反馈能够稳定输出电流。二、展宽通频带以只有一个极点的基本放大电路系统为例说明 若反馈系数和频率无关,则反馈放大器的闭环增益的表达式为:其中：fAfIAHfw增益带宽积是不变的 负反馈放大电路扩展通频带三、减小了非线性失真失真的反馈信号使净输入信号产生相反的失真，从而弥补了放大电路

10、本身的非线性失真 负反馈只能改善反馈环内产生的非线性失真，对于输入波形的失真没有改善作用四、负反馈对放大器输入电阻的影响 只与反馈放大器输入端的连接方式有关 1 串联反馈基本放大器的输入电阻：加入反馈后：串联负反馈使输入电阻增加（1+Akf）倍 2 并联反馈基本放大器的输入电阻：加入反馈后：fiAkR+=1iiifIVR=并联负反馈使输入电阻减小（1+Akf）倍 五、负反馈对放大器输出电阻的影响 只与反馈放大器输出端的采样有关 1 电压反馈基本放大器的输出电阻：加入反馈后：电压负反馈使输出电阻减小（1+Akf）倍 2 电流反馈基本放大器的输出电阻：加入反馈后：电流负反馈使输出电阻增加（1+Ak

11、f）倍 计算式中出现的Rif、Rof均是反馈环中的输入、输出电阻，并不是整个放大电路的输入、输出电阻。小结：1、直流负反馈能稳定静态工作点2、串联负反馈使得输入电阻升高 并联负反馈使得输入电阻减小3、电压负反馈能够稳定输出电压， 使得输出电阻减小 电流负反馈能够稳定输出电流， 使得输出电阻增大4、负反馈均能展宽通频带， 且减小非线性失真例：判断反馈类型，若为负反馈说明反馈对放大器性能的影响电压反馈串联反馈fv负反馈电压反馈串联反馈fv负反馈 能够稳定输出电压， 使得输出电阻减小 使得输入电阻升高 展宽通频带 减小非线性失真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，

12、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；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；要求高输出电阻，采用电流反馈；要求低输出电阻，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。练：电路如图所示。判断图中引入了哪种组态的级间交流负反馈；此电路能否稳定其输出电流？若不能，反馈应如何修改？差放的极性变化+-例：电路如图所示，（1）指出由Rf引入的是什么类型的反馈（

13、2）若要求该电路要求能够稳定电压增益，图中的连线应作哪些变动？差放作业： 4.3.1 4.4.54.5 负反馈放大器的分析一、拆环法求反馈系数* 拆环的目的是为了去掉反馈回路，作出基本放大电路，从而求出反馈系数。拆环的原则是： 画基本放大电路的输入端时，对电压反馈将反馈放大电路的输出端负载短路；电流反馈则将输出端负载开路； 画基本放大器的输出端时：并联反馈：输入端信号源短路，串联反馈：输入端信号源开路。例1 若一个电压串联负反馈放大器的交流通路如图所示，作出基本放大器的交流通路，并求出反馈系数。（例4.5.1 ）电压反馈：将输出端负载短路画输入端：串联反馈：将输入端信号源开路画输出端：电路的基

14、本放大器: 电压串联负反馈例2 判断反馈类型，用拆环法作出基本放大器的交流通路，并求出反馈系数电流并联负反馈 电流反馈将输出端负载开路画输入端：并联反馈：将输入端信号源短路画输出端：电路的基本放大器 454RRR+-=iief=iikofif=电流并联负反馈 二、深度负反馈下的近似计算 闭环增益和电压增益()0ixfixxfoioxxxx1ffkA若第一级为共射放大器的反馈：对串联深负反馈放大电路，有虚短对并联深负反馈放大电路，有虚断若第一级为共射放大器的反馈：例1. 设电路达到深度负反馈，近似计算对应的闭环增益、闭环电压增益。ecRR-foVV&ioVFVVA=&eeccRIRI=&eeco

15、RIRI=&fiVV负反馈时电流串联负反馈，深度:对应的闭环增益：eR1=eecRII=foVIiogfVIA=1、若为深度反馈，近似求解放大器的对应的闭环增益。电压串联负反馈2. 电路如图所示，若反馈为深度反馈：(1)判断Rf引入的大环反馈的组态；(2) 给出大环反馈闭环增益的近似表达式；(3)计算大环反馈闭环源电压增益的近似表达式电压并联负反馈sfRR-=sfoRIVsioRIVsovfVVA=3. 设电路达到深度负反馈，近似计算对应的闭环增益。电压串联负反馈 fiVV负反馈时深度:foVV&iovfVVA=&4、设电路达到深度负反馈，近似计算电压增益。 00211=RivvveebbeQ

16、对应的闭环增益：电流并联负反馈练：判断图中引入了哪种组态的级间交流负反馈；如果电路满足深度负反馈条件，估算电压放大倍数作业： 4.5.5 4.5.84.6 负反馈放大器的稳定性带有反馈的放大电路在输入端不加输入信号，输出端会出现具有一定频率和幅度的输出波形，这种现象称为自激或自激振荡。因为基本放大电路在高频区有附加相移，所以在中频区是负反馈，但是到了高频区有可能是正反馈而使放大器产生自激。 自激产生原因：自激产生的原因附加相移负反馈放大电路不稳定增幅振荡等幅振荡|T|1 |T|=1 |T| 1减幅振荡自激振荡一、稳定工作的条件1、自激振荡产生条件幅度条件：相位条件：2、负反馈放大电路稳定性条件

17、3、由环路增益波特图判断负反馈放大电路的稳定性例1 有一个负反馈放大器的环路增益的波特图如图所示，判断这一反馈系统是否稳定。（例4.6.1 ） 即因此系统是稳定的 2、已知一个反馈放大器是电压串联负反馈，反馈网络是由电阻组成的，且电压增益频率表达式为：试求：(1) 作出基本放大器的波特图； (2) 保证系统稳定，最大可以应用的反馈系数310-fk,0|lg2060+=fk|lg20|lg20|lg20+=ffkAAk180-=Doajj系统才稳定时，在,0|lg20180-45dB100dB0mmmmGGjj，一般要求，稳定的负反馈放大电路系统要求留有 的相位裕量时,放大电路稳定性条件: 所以

18、，如果我们要留有45的相位裕量时即要求: 问： 当kf=10-4.5时，求幅度裕量和相位裕量,并判断电路是否稳定；例1、已知一个反馈放大器是电压串联负反馈，反馈网络是由电阻组成的，且电压增益频率表达式为： 要求相位裕量为45o时，最大可以应用的反馈系数； 此时的幅度裕度为多少？求反馈系数为最大允许值时，反馈放大器的中频 闭环电压增益。 20dB/十倍频40dB/十倍频60dB/十倍频90|lg20180-=oAww10lg20|lg201805.4-=oAwwlg20180=oAkGfmww因为Gm0,所以系统稳定。解：dB208060-=-=三、相位补偿技术要改善放大器的性能，需要加深负反馈，但是负反馈太深会引起放大器自激 。要解决这一矛盾,就要利用相位补偿技术。 相位补偿就是在基本放大器或反馈网络中增加一些阻容元件（如R、C等），人为地拉开各极点间的间距,使在一定要求