反馈的基本概念及负反馈对放大器性能的影响课件

第六章负反馈技术

6-1反馈的基本概念

6-2负反馈对放大电路性能的影响6-3负反馈放大电路的分析与计算

6-4负反馈放大电路的频率响应二、反馈的判断三、反馈放大电路的方框图和基本反馈方程一、什么是反馈一、提高增益的稳定性二、减少非线性失真三、扩展频带四、对输入、输出电阻的影响五、引入负反馈的一般原则一、深负反馈条件下的近似估算二、拆环分析法（方框图法）一、负反馈对放大器频率特性的影响二、负反馈放大器的稳定性会判:判断电路中有无反馈和反馈的性质会算:估算深度负反馈条件下放大电路的闭环增益；会引:根据需求在电路中引入适当的反馈；会判振消振:会判断电路是否稳定，会消除自激振荡。§6-1反馈的基本概念给电路加上正的共模信号C1C2CeRb1Rb2ReRLRCRSuSEC+T1RbRb-EERemuO1ui1RCECRCui2T2uO2反馈网络基本放大器反馈网络输入量净输入量反馈量输出量反馈放大电路的方框图§6-1反馈的基本概念C1C2CeRb1Rb2ReRLRCRSuSEC+反馈网络一、什么是反馈放大电路输出量的一部分或全部通过一定的方式引回到输入回路，影响输入，称为反馈。放大信号传输反馈信号反馈量：实质是对输出量的采样，其数值仅仅取决于输出

量，与输出量成正比，而与输入量无关。净输入量：考虑反馈量后得到的输入量。输出电压还是输出电流多少怎样引出怎样引回影响输入电压还是输入电流二、反馈的判断2、反馈的极性的判断（正、负反馈）如何判断反馈的极性呢？——瞬时极性法（根据反馈效果来确定)瞬时极性：某一时刻该点交流信号的对地电位极性基本放大器反馈网络输入量净输入量反馈量输出量引入反馈后其变化是增大还是减小？引入反馈后其变化是增大还是减小？凡反馈的结果使输出量的变化减小的为负反馈，否则为正反馈；凡反馈的结果使净输入量的变化减小的为负反馈，否则为正反馈；放大电路中引入的一般是负反馈，用来改善电路的性能。

振荡电路要引入正反馈，用来产生各种振荡波形。瞬时极性法判断正/负反馈：①找出反馈网络。②假定输入信号为某一瞬时极性，按信号的传输路线（放大电路的输入端——输出端——反馈网络——输入端）逐级推倒出电路中各个相关点的瞬时极性，得到反馈信号的极性。③判断反馈的结果－－净输入量是增大了还是减小了？（难）这一过程一定要

注意各放大级的组态：CE/CS：CC/CD：CB/CG：输入、输出相位相反输入、输出相位相同输入、输出相位相同单端输出的差放电路：同侧反相；异侧同相如果：－－净输入量减小，为负反馈如果：－－净输入量增大，为正反馈规定Xi的极性推出XO的极性得到Xf的极性三个物理量的叠加关系判断反馈极性uO+-RSRC1+-uS·RC2○○○+VCC～RFRe1Re2CeC2C1负反馈○○iiidif正反馈○if说明：从不同的输出端子引回同一个输入端，反馈极性相反。①反馈信号与输入信号在输入回路以电流形式求和，若两

者极性相反为负反馈，两者极性同为正反馈。用瞬时极性法判断反馈极性的例子：Rb1RC1-ui○○uO○○○+VCC+-Re2RC2Re1RF+正反馈负反馈Rb1RC1-ui○○uO○○○+VCC+-Re2RC2Re1RF++-ud-+uf+-ud-+uf②反馈信号与输入信号在输入回路以电压形式求和，

若两者极性相同为负反馈，两者极性反为正反馈。用瞬时极性法判断反馈极性的例子：说明：从不同的输出端子引回同一个输入端，反馈极性相反。①反馈信号与输入信号在输入回路以电流形式求和，

若两者极性相反为负反馈，两者极性同为正反馈。3、直流反馈和交流反馈的判断直流反馈：反馈信号只含有直流成分。交流反馈：反馈信号只含有交流成分。交直流反馈：交、直流共存的反馈。

直流负反馈的作用只有一个，就是稳定静态工作点，

对放大器的各项动态性能指标均无影响。交流负反馈会对放大电路的各项动态指标产生不同的影响，是用以改善电路技术指标的主要手段，也是本章要讨论的主要内容。如何判断交、直流反馈？“看通路”－－看反馈通路中含有直流成分还是交流成分。（*特别要注意电容所起的作用）判别交、直流反馈的例子：直流反馈RSRC1uO+-uSRC2○○○+VCC～+-RFRe1Re2CeC2C1Rb1RC1-ui○○uO○○○+VCC+-Re2RC2Re1RFCF+交流反馈如何判断交、直流反馈？“看通路”－－看反馈通路中含有直流成分还是交流成分。（*特别要注意电容所起的作用）－＋uO1R1－＋uiR2R3R4A1A2uo+-RL讨论：找出电路中的反馈，并判断反馈类型？局部反馈级间反馈负反馈负反馈三、“交流负反馈”的四种组态及判别方法电压反馈和电流反馈：描述放大电路和反馈网络在输出回路的连接方式，即反馈网络的取样对象。电压反馈：将输出电压的一部分或全部引回到输入回路影响净输入量，称为电压反馈。电流反馈：将输出电流的一部分或全部引回到输入回路影响净输入量，称为电流反馈。电压负反馈可以稳定输出电压，结论：采用电压反馈还是电流反馈取决于负载的需求。反馈网络放大电路+-uO反馈网络放大电路+-uOiOiO取样电压并联连接取样电流串联连接电流负反馈可以稳定输出电流，串联反馈和并联反馈：描述放大电路和反馈网络在输入回路的连接方式，即反馈量、输入量和净输入量三者的叠加关系。并联反馈：反馈网络放大电路idiiif反馈量、输入量和净输入量在输入端以电流形式求和：并联连接串联反馈：反馈网络放大电路+-uiuduf++--反馈量、输入量和净输入量在输入回路以电压形式求和：串联连接三、“交流负反馈”的四种组态及判别方法根据反馈网络在输出端和输入端的连接方式的不同，有四种组态：电压串联、电压并联、电流串联、电流并联。反馈网络放大电路+-uOidiiif反馈网络放大电路idiiif+-uOiOiO反馈网络放大电路+-uiuduf++--+-uO反馈网络放大电路+-uOiOiO+-uiuduf++--电压串联电流串联电流并联电压并联1、交流负反馈的四种组态（1）短路判别法：2、反馈组态的判别方法输出端短路反馈信号消失电压反馈反馈信号仍存在电流反馈输入端短路反馈信号无法加到基本放大器输入端并联反馈反馈信号可以加到基本放大器输入端串连反馈反馈网络放大电路+-uO反馈网络放大电路+-uOiOiO电压反馈电流反馈并联反馈串联反馈反馈网络放大电路idiiif反馈网络放大电路+-uiuduf++--（2）同点连接判别法：反馈支路与放大电路的输出端接在同一点。反馈支路与放大电路的输出端没有接在同一点。电压反馈：电流反馈：反馈支路与放大电路的输入端接在同一点。反馈支路与放大电路的输入端没有接在同一点。并联反馈：串联反馈：XfXOXfXOXfXiXfXi电压反馈电流反馈并联反馈串联反馈看输出端看输入端2、反馈组态的判别方法判别反馈组态的例子(2)：RSuSI0uOR1R2R3R4R5R6+EC-EE电压串连负反馈+ECRfRC1RLRuO电流并联负反馈判别反馈组态的例子(3)：－＋uO1R1－＋uiR2R3R4A1A2uo+-RL判别反馈组态的例子(4)：电压并联负反馈电压串联负反馈交流负反馈有四种组态：电压串联负反馈电压并联负反馈电流串联负反馈电流并联负反馈采用同点连接判别法判断交流负反馈的组态：

反馈支路与输出端接于同一点为电压反馈，否则为电流反馈；

反馈支路与输入端接于同一点为并联反馈，否则为串联反馈。采用何种组态的交流负反馈取决于负载的需求和信号源性质：需要稳定电压采用电压反馈，需要稳定输出电流采用电流反馈；

信号源为内阻小的电压源时，采用串联反馈效果较好；

信号源为内阻大的电流源时，采用并联反馈效果较好。小结会判:判断电路中有无反馈和反馈的性质四、负反馈放大电路的方框图和基本反馈方程1、负反馈放大电路的方框图基本放大器A（s）反馈网络F（s）Xi(s)XO(s)Xf(s)Xd(s)-因为负反馈放大电路有四种组态，而且对于同一种组态，具体电路也各不相同，所以为了研究负反馈放大电路的共同规律，利用方框图来描述所有电路，并推倒出基本反馈方程。在断开反馈且考虑反馈网络的负载效应的情况下所构成的放大电路。与反馈系数有关的所有元器件构成的网络。箭头表示信号的流通方向说明：理想情况下，信号传输应满足单向化条件。（1）信号只经过基本放大器实现正向传输。（2）信号只经过反馈网络实现反向传递。Xi(s)：输入信号;XO(s)：输出信号;Xf(s)：反馈信号;Xd(s)：净输入信号4、关于反馈深度的讨论反馈深度：反馈深度是开环增益与闭环增益的幅值之比，反映了反馈对放大电路的影响程度。负反馈对放大电路性能指标的改善程度均与反馈深度密切相关。反馈对放大电路的影响程度可以分为四种情况：负反馈深度负反馈：正反馈自激振荡（1）（2）（3）自激时电路失去正常放大能力，在负反馈放大电路中必须要消除。（4）结论：引入深度负反馈后，闭环增益几乎只取决于反馈网络。*注意：以上的增益和反馈系数是广义上的增益和反馈系数，对于不同的反馈组态，它们具有不同的物理意义和量纲。开环增益：反馈系数：闭环增益：环路增益：5、不同反馈组态放大电路的增益、反馈系数的物理意义和量纲电压串联电流串联电流并联电压并联ui+-uduf++--+-uO放大器反馈网络+-uOidiiif放大器反馈网络iOiO+-uiuduf++--放大器反馈网络idiiifiOiO放大器反馈网络组态XoXi

Xf

Xd开环增益反馈系数闭环增益电压串联电压并联电流串联电流并联电压增益电压传输系数电压增益跨阻增益（Ω）跨导传输系数（S）跨阻增益（Ω）跨导增益（S）跨阻传输系数（Ω）跨导增益（S）电流增益电流传输系数电流增益5、不同反馈组态放大电路的增益、反馈系数的物理意义和量纲环路增益有量纲吗？－－四种组态的环路增益均无量纲。uoui

uf

uduoii

if

idioui

uf

udioii

if

id*负反馈放大电路的增益和反馈系数具有广泛的含义，对于不同的反馈组态，它们具有不同的物理意义和量纲。不同组态的放大电路具有不同的功能。功能ui控制uo(VCVS)电压放大ii控制uo(CCVS)电流转换成电压ui控制io(VCCS)电压转换成电流ii控制io(CCCS)电流放大§6-2交流负反馈对放大电路性能的影响一、提高增益的稳定性二、减少非线性失真三、扩展频带四、改变输入输出电阻五、为改善性能引入负反馈的一般原则一、提高增益的稳定性在中频区、反馈网络为纯阻性时：增益的稳定性可用相对变化量来表示：结论：引入负反馈后，增益下降为开环的1/（1+AF），但增益的稳定性却提高了（1+AF）倍。如果是深负反馈，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。牺牲增益换取增益的稳定性是否值得？ubeib基本放大器反馈网络Σxfxdxo·xi二、减小非线性失真放大电路引入负反馈后，非线性失真将有一定程度的改善，而且反馈越深，对非线性失真的补偿作用越大，非线性失真越小。定性分析：在一定程度上补偿了放大器对信号的非线性失真作用，使输出信号xo近似为正弦信号。假设由于晶体管的非线性，输出xO产生截止失真（上大下小）,ubeib基本放大器反馈网络Σxfxdxo·xi放大电路引入负反馈后，非线性失真将有一定程度的改善，而且反馈越深，对非线性失真的补偿作用越大，非线性失真越小。在非线性失真不太严重的情况下，可以证明输出波形中的非线性失真近似减小为原来的1/（1+AF）。负反馈减小非线性失真指的是反馈环内的失真。如果失真是由外界干扰产生的，负反馈不能减小这种失真，必须采用滤波或屏蔽等方法才能解决。二、减小非线性失真f0|Au(j)|/dB三、展宽频带从图可以直观地看到，引入负反馈后，通频带展宽了。fLfHfLffHf定性分析：（P221）定量分析：上限频率增大为开环的（1+A0F）倍下限频率下降为开环的1/（1+A0F）引入负反馈后，放大电路的通频带展宽了（1+A0F）倍。四、改变输入电阻1、串联负反馈使输入电阻增大无反馈时：引入串联负反馈后：F(S)

A(S)+-uiuduf++--iiRixO说明：串联负反馈使放大电路的输入电阻增大为无反馈时的[1+A(s)F(s)]倍。（负反馈对输入电阻的影响取决于是串联反馈还是并联反馈）2、并联负反馈使输入电阻减小无反馈时：引入并联负反馈后：说明：并联负反馈使放大电路的输入电阻减小为无反馈时的1/[1+A(s)F(s)]倍。F(S)

A(S)+-uiiiRiXOidif四、改变输入电阻（负反馈对输入电阻的影响取决于是串联反馈还是并联反馈）Xi

F(S)∑RoAO(S)XdXdXf1、电压负反馈使输出电阻减小电压负反馈稳定输出电压输出具有恒压特性输出电阻减小五、改变输出电阻（取决于是电压反馈还是电流反馈）uo+-io无反馈时放大电路的输出电阻负载开路时的开环电压增益或跨阻增益=0不重复考虑反馈网络的影响io电压负反馈使输出电阻减小为无反馈时的1/[1+AO(s)F(s)]。当1+AO(s)F(s)→∞时，

RoAS(S)XdXi∑XdXfF(S)uo+-2、电流负反馈使输出电阻增大电流负反馈稳定输出电流输出具有恒流特性输出电阻增大=0iouo+-电流负反馈使输出电阻增大为无反馈时的[1+AS(s)F(s)]倍。当1+AS(s)F(s)→∞时，不重复考虑反馈网络的影响负载短路时的开环电流增益或跨导增益小结：交流负反馈对放大电路各项性能指标的的影响串联负反馈增大输入电阻：并联负反馈减小输入电阻：电压负反馈减小输出电阻：电流负反馈增大输出电阻：※负反馈对放大器动态指标的影响程度，均与反馈深度有关：或增大为原来的[1+A

F]倍；或减小为原来的1/[1+A

F]倍；负反馈提高增益的稳定性：负反馈展宽放大器通频带：注意：A与反馈组态

紧密相关。负反馈减小非线性失真：减小为开环时的1/(1+AF)负反馈降低增益：负反馈改变的是反馈环内的输入、输出电阻，若反馈环外还连接有其他电阻，则应予以考虑。小结：不同反馈组态对各项性能指标的的影响反馈类型稳定的增益输入电阻输出电阻其他性能的改善电压串联电压并联电流串联电流并联AufArfAgfAif扩展通频带、减小非线性失真、抑制干扰和噪声六、为改善性能引入负反馈的一般原则1、稳定Q点应引入直流负反馈。2、改善动态性能应引入交流负反馈。3、根据信号源特点决定引入串联负反馈还是并联负反馈：减小向信号源索取电流(增大输入电阻)应引入串联负反馈；尽可能向信号源索取电流(减小输入电阻)应引入并联负反馈。4、根据负载的需求决定引入电压负反馈还是电流负反馈：需要稳定输出电压（减小输出电阻）应引入电压负反馈；需要稳定输出电流（增大输出电阻）应引入电流负反馈；5、根据信号转换关系：输出是电压控制电压源－－电压串联负反馈输出是电流控制电压源－－电压并联负反馈输出是电压控制电流源－－电流串联负反馈输出是电流控制电流源－－电流并联负反馈如何在放大电路中引入适当的负反馈根据需求确定应引入何种组态的负反馈。根据反馈信号的取样方式（电压反馈或电流反馈）确定反馈信号应由输出回路的哪一点引出。根据反馈信号与输入信号的叠加方式（串联反馈或并联反馈）确定反馈信号应馈送到输入回路的哪一点。要注意保证反馈极性是负反馈。讨论（一）1、为减小放大电路从信号源索取的电流，减小输出电阻，

应引入什么反馈？2、为了得到稳定的电流放大倍数，应引入什么反馈？3、为了稳定放大电路的静态工作点，应引入什么反馈？4、为了使电压信号转换成与之成稳定关系的电流信号，

应引入什么反馈？RC1RC2Rb1uiRe1Re2Rb2RC3RLVD+EC-EERf12345678910+-+-uOIEE讨论（二）试在图示电路中分别引入四种不同组态的交流负反馈。？电压串联负反馈RC1RC2Rb1uiRe1Re2Rb2RC3RLVD+EC-EERf12345678910+-+-uOIEE？电流串联负反馈讨论（二）试在图示电路中分别引入四种不同组态的交流负反馈。RC1RC2Rb1uiRe1Re2Rb2RC3RLVD+EC-EERf12345678910+-+-uOIEE电压并联负反馈讨论（二）试在图示电路中分别引入四种不同组态的交流负反馈。RC1RC2Rb1uiRe1Re2Rb2RC3RLVD+EC-EERf12345678910+-+-uOIEE？电流并联负反馈讨论（二）试在图示电路中分别引入四种不同组态的交流负反馈。Rb1RC1Re1C1RC3Re3RC2C2T1T2T3

b1c1c2e2c3e3+VCCuOui++--e1在图示电路中要达到以下效