第7章反馈放大器课件

第七章反馈放大器7-1反馈的基本概念与分类7-1-1反馈的基本概念反馈是指将放大电路的输出信号(输出电压或电流)的一部分或全部，通过反馈网络回送到放大电路的输入回路的一种工作方式。反馈网络F基本放大器A1第七章反馈放大器7-1反馈的基本概念与分类反馈网7-1-2反馈的分类

人工反馈：有目的引入的反馈寄生反馈：由某种杂散参数所引起的反馈内部反馈：器件内部产生的反馈外部反馈：通过外接元件产生的反馈本级反馈级间反馈电压反馈电流反馈直流反馈交流反馈正反馈负反馈串联反馈并联反馈27-1-2反馈的分类人工反馈：有目的引入的反馈内部反馈：正反馈：如放大电路的输入信号xi不变，引入反馈后，输出信号增大了，从而使增益提高。负反馈：如放大电路的输入信号xi不变，引入反馈后，输出信号减小了，从而使增益降低。判断方法：瞬时极性法假定输入信号为某一瞬时极性→逐级推出电路中其他有关节点的瞬时极性→判断反馈信号的瞬时极性→判别该反馈信号是增强了还是削弱了原来的输入信号。当输入信号与反馈信号作用于输入回路同一节点时，瞬时极性相同—正反馈瞬时极性相反—负反馈当输入信号与反馈信号作用于输入回路不同节点时，瞬时极性相同—负反馈瞬时极性相反—正反馈(1)正反馈和负反馈3正反馈：如放大电路的输入信号xi不变，引入反馈后，输出信vivfAR1R2R3vidvo(a)正反馈(b)负反馈（-）（-）（-）（+）（+）（+）当输入信号与反馈信号作用于输入回路不同节点，瞬时极性相同—负反馈瞬时极性相反—正反馈voAviR1R2R3vidvf（+）（+）4vivfAR1R2R3vidvo(a)正反馈(正负反馈的判别（+）（-）负反馈（+）（-）正反馈当输入信号与反馈信号作用于输入回路同一节点，瞬时极性相同—正反馈瞬时极性相反—负反馈RC1RC2RSRFRE1RE2C1C2VCC~RC1RC2RSRFRE1RE2C1C2VCC~（-）（+）5正负反馈的判别（+）（-）负反馈（+）（-）正反馈当输入信号(2)直流反馈和交流反馈直流反馈：在放大器直流通路中存在的反馈。作用：稳定电路的静态工作点。交流反馈：在放大器交流通路中存在的反馈。作用：改善放大器的性能指标。判别：将隔直电容和旁路电容开路，（观察直流通路）反馈存在——直流反馈。将隔直电容和旁路电容短路，（观察交流通路）反馈存在——交流反馈。6(2)直流反馈和交流反馈直流反馈：在放大器直流通路中存在的IC1↑,VC1↓,VE2↓,IB1↓直流负反馈（+）（-）RC1RC2RSRFRE1RE2C1C2VCC~CE（-）将隔直电容和旁路电容短路，反馈不存在，无交流反馈。将隔直电容和旁路电容开路，反馈存在，有直流反馈。7IC1↑,VC1↓,VE2↓,IB1↓直流负反馈（+）~RsRC1RC2RFRE1C1CFVCCRE2RB1直流反馈与交流反馈无直流反馈（-）（+）（+）有交流负反馈（+）将隔直电容和旁路电容短路，反馈存在，有交流反馈。将隔直电容和旁路电容开路，反馈不存在，无直流反馈。8~RsRC1RC2RFRE1C1CFVCCRE2RB1直流反(3)电压反馈和电流反馈电压反馈：反馈信号从电压输出端引出，反馈信号与输出电压成正比。电压负反馈的重要特点：使输出电压趋向于恒定。基本放大器的输出端、反馈网络输入端、负载三者并联。voAFRL对于交流反馈，根据反馈信号在输出端的取样方式分：9(3)电压反馈和电流反馈电压反馈：电压负反馈的重要特点：使输电流反馈：反馈信号不从电压输出端引出，反馈信号与输出电流成正比。判断方法：负载短路法将负载电阻短路(输出电压为零)，如反馈信号不存在，为电压反馈。如反馈信号存在，为电流反馈。从连接方式判别：反馈网络输入端口与电压输出端口相同为电压反馈，不同为电流反馈。电流负反馈的重要特点：使输出电流趋向于恒定。基本放大器的输出端、反馈网络输入端、负载三者串联。AFRLvo10电流反馈：反馈信号不从电压输出端引出，反馈信号与输出电流成正电流反馈电压反馈RC1RC2RSRFRE1RE2C1C2VCC例:判断下图RF引入的是电流反馈还是电压反馈反馈网络输入端与电压输出端相同为电压反馈，不同为电流反馈。CFRC1RC2RFRE1RE2C1VCC~11电流电压RC1RC2RSRFRE1RE2C1C2VCC例:判(4)串联反馈和并联反馈串联反馈：反馈信号与输入信号在输入回路中以电压形式求和。串联反馈要求信号源的内阻越小越好。基本放大器的输入端、反馈网络输出端、信号源三者串联。vid=vi-vf对于交流反馈，根据反馈信号与输入信号在放大器输入端的比较方式分：vivfAFvidRs12(4)串联反馈和并联反馈串联反馈：串联反馈要求信号源的内阻并联反馈：

反馈信号与输入信号在输入回路中以电流形式求和。判断方法：从输入端连接方式串联反馈：信号源输入口与反馈网络输出口不同。并联反馈：信号源输入口与反馈网络输出口相同。并联反馈要求信号源的内阻越大越好。基本放大器的输入端、反馈网络输出端、信号源三者并联。iid=ii-ifFiidifARSiiis13并联反馈：

反馈信号与输入信号在输入回路中以电流形式求和。判判断下图RF引入的是并联反馈还是串联反馈。并联反馈串联反馈CFRC1RC2RFRE1RE2C1VCC~RC1RC2RSRFRE1RE2C1C2VCC串联反馈：信号源输入口与反馈网络输出口不同。并联反馈：信号源输入口与反馈网络输出口相同。14判断下图RF引入的是并联反馈还是串联反馈。并联反馈串联CFR7.1.2四种类型的反馈组态1电压串联负反馈电压串联负反馈vidRsvsvoviRLvfR3R2AvidvivoRLvfAVFV~Rsvs157.1.2四种类型的反馈组态1电压串联负反馈电压串联负反馈分析下图所存在的反馈，并判断其组态。静态情况分析TIC1VC1VC3VFVE1IC1交流反馈组态:电压串联负反馈能够稳定静态工作点直流、交流都有反馈负反馈（+）（+）（+）（-）R6vF-VEEVSR1R2R3R4R5RSI0T1T2T3vo+VCCRL16分析下图所存在的反馈，并判断其组态。静态情况分析TIC2电流并联负反馈(+)(-)(-)RfRRL

isVCCRC1if

iidiovoR3RFioiidiiifvoRLARSisifAIFIiiiidRLvoRSisio172电流并联负反馈(+)(-)(-)RfRRLisV3电压并联负反馈voVCCRCRfifiidiSvo

iiRFA

iid

ifRLRSisvoifARFGRSiiiidisRL183电压并联负反馈voVCCRCRfifiidiSvoi4电流串联负反馈RFvfvoviRLvidioRsvsARfRBVCCRSRCRLvfviAGFRvidRLRsvsvoio194电流串联负反馈RFvfvoviRLvidio7-2负反馈放大电路的方框图及增益的一般表达式7-2-1负反馈放大器的方框图RifRSRSRif变换网络

基本放大电路

反馈网络207-2负反馈放大电路的方框图及增益的一般表达式7-2-17-2-2负反馈放大电路的一般表达式(1)一般表达式的推导假设条件①输入信号从输入端传到输出端，只通过基本放大器，而不通过反馈网络。即不考虑反馈网络的直接传输作用。②反馈信号只通过反馈网络从放大器输出端传到输入端，而不通过基本放大器。即不考虑放大器的内部反馈。217-2-2负反馈放大电路的一般表达式(1)一般表达式的推一般表达式中各变量的意义电压串联电流并联电压并联电流串联输入信号viiiiivi反馈信号vfififvf输出信号voiovoio反馈系数FV=vf/voFI=if/ioFG=if/voFR=vf/io开环增益AV=vo/vidAI=io/iidAR=vo/iidAG=io/vid闭环增益AVF=vo/viAIF=io/iiARF=vo/iiAGF=io/vi22一般表达式中各变量的意义电压串联电流并联电压并联电流串联输入2、反馈深度引入反馈后增益减小,为负反馈。引入反馈后，增益增加，为正反馈。正反馈放大电路虽然可以增加增益，但放大器的性能不稳定。反馈深度是衡量负反馈程度的重要指标。放大器没有输入信号时，能有输出信号，称放大器处于自激状态。232、反馈深度引入反馈后增益减小,为负反馈。引入反馈后，增益增例:(2)环路增益净输入量

经过基本放大电路和反馈网络一周所具有的增益。反馈网络F基本放大器A24例:(2)环路增益净输入量经过基本放大电7-3负反馈对放大器性能的改善对于不同类型的反馈放大器，AF有不同含义，并不是都稳定电压增益7.3.1提高增益的稳定性负反馈使闭环增益的相对变化量减少为开环增益相对变化量的1/(1+AF)。在输入量不变时,（负载变化）

电压负反馈使输出电压保持稳定。电流负反馈使输出电流保持稳定。257-3负反馈对放大器性能的改善对于不同类型的反馈放大器，A7.3.2

减少非线性失真深度负反馈时，闭环增益Af取决于反馈系数F，与开环增益基本无关。AXiX0大小输出基波分量相等时，有反馈时的谐波分量是无反馈时的谐波分量的1/(1+AF)。基本放大器反馈网络F负反馈只能减小反馈环内的非线性失真，对于输入信号本身的非线性失真无能为力。267.3.2减少非线性失真深度负反馈时，AXiX0大

7.3.3能有效的抑制反馈环内噪声反馈网络F基本放大器A负反馈只能减小反馈环内部产生的噪声，对于输入信号本身携带的噪声无能为力。输出信号分量相等时，有反馈时输出端的噪声为无反馈时的1/(1+AF)。信噪比提高(1+AF)倍。277.3.3能有效的抑制反馈环内噪声反馈网络F基本放大器7.3.4

扩展通频带无反馈时：有反馈时：同理可证：287.3.4扩展通频带无反馈时：有反馈时：同理可证：28一般有：fH>>fL通频带BW≈fH∴BWf≒fHf=(1+AMF)fH=(1+AMF)BW引入负反馈后。通频带展宽|1+AMF|倍。但中频增益下降为无反馈时的1/|1+AMF|。∴增益带宽积不管有无反馈总是保持不变。20lg|Af|-20dB/十倍频20lg|A|fHfHf负反馈使频带扩展，增益下降。29一般有：fH>>fL通频带BW≈fH20lg|Af|-RiRR'if=R//Rif7.3.5对输入电阻的影响①串联负反馈Rif串联负反馈，使反馈放大器输入电阻增加。负反馈只影响环内电阻。负反馈对此电阻无影响基本放大器的输入电阻：引入负反馈后，输入电阻：

Ri30RiRR'if=R//Rif7.3.5对输入电阻的影响RiRfRSRCRBRBVCCRfRSRC负反馈对电阻RB无影响R'if=RB//Rif31RfRSRCRBRBVCCRfRSRC负反馈对电阻RB无影响②并联负反馈R'if=R+RifRif

RiRiR基本放大器的输入电阻:引入负反馈后，输入电阻：并联负反馈，使反馈放大器输入电阻减小。负反馈只影响环内电阻负反馈对电阻R无影响32②并联负反馈R'if=R+RifRif

iiR2RFAviR1v0

iid

if负反馈对电阻R1无影响R'if=R1+Rif≈R1Rif33iiR2RFAviR1v0iidif负反馈对电阻7.3.6对输出电阻的影响

Ro①电压负反馈电压负反馈，使反馈放大器输出电阻减小。是负载RL开路时，基本放大器的源增益。347.3.6对输出电阻的影响Ro①电压负反馈电②电流负反馈R负反馈对电阻R无影响R'of=Rof//R

Ro电流负反馈，使反馈放大器输出电阻增大。是负载RL短路时基本放大器的源增益35②电流负反馈R负反馈对电阻R无影响R'of=Rof//R集电极电阻RC不包括在电流负反馈环内，该放大器的输出电阻：R’of=RC//Rof电流负反馈只能将反馈环内的输出电阻增加(1+AsF)倍。RLRCRERofR'of36集电极电阻RC不包括在电流负反馈环内，该放大器的输出电阻：电负反馈对输入、输出电阻的影响①对输入电阻的影响，取决于反馈信号与输入信号的求和方式，与反馈信号在输出端的采样方式无关。串联负反馈：使输入电阻增大。并联负反馈：使输入电阻减小。②对输出电阻的影响，取决于反馈信号的采样方式，与反馈信号与输入信号的求和方式无关。电流负反馈：使输出电阻增大。电压负反馈：使输出电阻减小。③负反馈对输入电阻和输出电阻的影响程度，均与反馈深度(1+AF)

有关。④负反馈只对反馈环内的输入、输出电阻有影响。37负反馈对输入、输出电阻的影响①对输入电阻的影响，取决于反馈信负反馈的正确引入引入负反馈能改善放大器多方面性能，负反馈越深，改善的效果越显著，但是增益下降也越多。①稳定静态工作点——直流负反馈。②改善交流性能——交流负反馈。③稳定输出电压——电压负反馈。稳定输出电流——电流负反馈。④提高输入电阻——串联负反馈。减小输入电阻——并联负反馈。⑤串联负反馈要求信号源有较小的内阻。并联负反馈要求信号源有较大的内阻。38负反馈的正确引入引入负反馈能改善放大器多方面性能，负反馈越深7-4负反馈放大电路的分析方法定性分析：◆判断反馈的极性与类型。

◆定性分析反馈对放大器性能的影响。

◆根据要求正确引入反馈。定量分析：计算反馈放大器的主要性能指标。◆等效电路法不必考虑反馈的类型，根据电路的交流等效电路，直接列方程，求解反馈放大电路的性能指标。对单级反馈放大器最方便。◆方框图法将反馈放大器分解成基本放大器及反馈电路两部分，求出基本放大器参数与反馈系数F，再利用有关公式计算反馈放大器指标。397-4负反馈放大电路的分析方法定性分析：◆判断反馈的极性与7.4.1深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈的条件:1增益近似计算方法一：利用增益的近似表达式注意：不同类型反馈，Af有不同含义(特性增益)。对于非电压串联负反馈，如果需要求电压增益，必须根据特性增益换算出电压增益。方法二：利用虚短和虚断的概念407.4.1深度负反馈条件下的近似计算深度负反馈的条件:1增2，深度负反馈输入、输出电阻的近似计算输出电阻：电压负反馈：Rof≈0电流负反馈：Rof≈∞输入电阻：串联负反馈：Rif≈∞并联负反馈：Rif≈0负反馈只影响反馈环内的输入和输出电阻，环外的电阻不受负反馈影响，注意区分环外电阻。412，深度负反馈输入、输出电阻的近似计算输出电阻：电压负反馈：深度串联负反馈条件下

Ri

Ri深度并联负反馈条件下考虑到输入电阻的理想状态，深度负反馈下，不管何种反馈，基本放大器均有虚短和虚断的关系。42深度串联负反馈条件下Ri深度负反馈放大电路的计算例题1利用虚短的概念

电压串联负反馈例1：图示电路满足深度负反馈条件，近似计算电压增益、输入电阻和输出电阻。2利用特性增益的近似表达式Rif=∞Rof=0R2R1iiviRLvfvidvo43深度负反馈放大电路的计算例题1利用虚短的概念电压串联负反馈1利用虚短的概念电压串联负反馈RFRE1RB1RB2RC1RC2RE2C1CFVCCCE2RifR'if例2：图示电路满足深度负反馈条件，近似计算电压增益、输入电阻和输出电阻。Rif=∞R'if=RB1//RB22利用特性增益的近似表达式Rof=0R’of=RC2//Rof=0441利用虚短的概念电压串联负反馈RFRE1RB1RB2RC1例3：试判断下图的反馈组态，并估算电压增益的表达式。电压串联负反馈(＋)(＋)(＋)R3R4(＋)(－)(＋)R7R5R6R8vfvo3voR2viR1A2A1vi3A3利用虚短的概念45例3：试判断下图的反馈组态，并估算电压增益的表达式。电压串联电压并联负反馈例4：放大器满足深度负反馈的条件，近似计算它的互阻增益、电压增益、输入电阻和输出电阻。Rif=0R’if=R1+Rif=R1Rof=0RifR’if

if

iiviR2RFAvo

iidR1利用特性增益的近似表达式46电压并联负反馈例4：放大器满足深度负反馈的条件，近似计算它例5：放大器满足深度负反馈条件，近似计算它的互阻增益、源电压增益，输入电阻和输出电阻。电压并联负反馈VCCRCRfRS2利用虚断路的概念1利用特性增益近似表达式Rif=0Rof=047例5：放大器满足深度负反馈条件，近似计算它的互阻增益、源电压例6：判断电路中Rf引入的反馈组态，R1、R2引入的反馈极性，深度负反馈下求闭环源电压增益，输入输出电阻。解：Rf引入电压并联负反馈.Rif≈0Rof≈0(＋)(－)(－)(＋)R1、R2引入正反馈(＋)(＋)利用虚断的概念R2R1RC1RC2RC3VCCT1T2RSRfRLT348例6：判断电路中Rf引入的反馈组态，R1、R2引入的反例7：判断电路中负反馈的组态，深度负反馈条件下，估算闭环电压增益，输入输出电阻。ii≈ifii≈vi/R1if≈-vo/Rfvi/R1=-vo/RfAVf=vo/vi

=-Rf/R1(＋)(＋)(－)(－)电压并联负反馈T1-VEE+VCCR2R3R4RfI0T2T3voviR1R1ifiiR2Rif=0R’if=R1Rof=0利用虚断的概念49例7：判断电路中负反馈的组态，深度负反馈条件下，估算闭环电压-VEE+VCCR2R3T1T2voviR1R1R2RfT3R4（＋）引入电压串联负反馈Avf=vo/vi=vo/vf=(R1+Rf)/R1（＋）若要求既提高电路的输入电阻又要减低输出电阻，图中的连线应作何变动，连线变动后，闭环电压增益AVF是否相同。（－）（＋）vf50-VEE+VCCR2R3T1T2voviR1R1R2RfT3例8，深度负反馈条件下，判断电路中负反馈的组态，估算闭环特性增益和电压增益，输入、输出电阻。

vfRvi

ioAvo

vidRL2利用虚短的概念

电流串联负反馈1利用特性增益的近似表达式Rif=∞Rof=∞

io与负载电阻大小无关实现电压对电流的变换。51例8，深度负反馈条件下，判断电路中负反馈的组态，估算闭环特性例9，深度负反馈条件下，判断电路中负反馈的组态,估算闭环特性增益和电压增益，输入、输出电阻。电流串联负反馈1利用特性增益的近似表达式RB=RB1//RB2RERB2VCCRLTRCCb1Cb2RB1RERLTRCRB52例9，深度负反馈条件下，判断电路中负反馈的组态,估算闭环特性2利用虚短的概念Rif=∞R’if=RBRifR’ifRof=∞R’of=RCRofR’ofRERLTRCRB与等效电路求解的结果比较：532利用虚短的概念Rif=∞R’if=RBRifR’i例10，判断电路中负反馈的组态，深度负反馈条件下，估算闭环特性增益和电压增益，输入、输出电阻。2利用虚断的概念电流并联负反馈1利用特性增益的近似表达式Rif=0R’if=R1Rof=∞R2R1vi

ioAvo

iidRL

ii

ifRf54例10，判断电路中负反馈的组态，深度负反馈条件下，估算闭环特例11，判断电路中负反馈的组态，深度负反馈条件下,估算闭环特性增益和源电压增益，输入输出电阻。电流并联负反馈RFRE2CE1RC1RC2RE1C1VCCRLRSRFRE2RC1RC2RLRS55例11，判断电路中负反馈的组态，深度负反馈条件下,估算闭环特2利用虚断的概念Rif=0，Rof=∞，R’of=RC21利用特性增益的近似表达式RFRE2RC1RC2RLRS562利用虚断的概念Rif=0，Rof=∞，R’of=R7.5负反馈放大电路的稳定问题7.5.1负反馈放大电路的自激及稳定工作条件1、自激现象自激：放大器没有输入信号时，仍有一定频率的输出信号产生。产生原因：附加相移在中频段属于负反馈的放大器，在高频和低频段会因附加相移而变为正反馈。放大器没有输入而有输出，处于自激状态。负反馈。正反馈。577.5负反馈放大电路的稳定问题7.5.1负反馈放大电路的自自激的平衡条件:|AF|=1幅度平衡条件φa+φf=(2n+1)π

相位平衡条件自激的起振条件:|AF|>1起振幅度条件

φa+φf

=(2n+1)π

起振的相位条件2、负反馈放大电路

稳定工作的条件①稳定工作的条件

φT=φa+φf=±π时：|AF|<1

或者

|AF|=1时：φT=

φa+φf

<|π|②自激振荡的判断环路增益波特图分析法开环增益波特图分析法(反馈网络是电阻网络时)自激条件58自激的平衡条件:自激的起振条件:2、负反馈放大电路

稳定工020lg|AF|ωφT-90°-180°环路增益波特图分析法ωG增益交界频率Gm增益裕量Gm=－20lg|AF|ω=ωφφm相位裕量φm=180°-|φT|ω=ωG在工程上一般要求Gm≧10dBφm≧45°ωGωφ稳定工作的条件20lg|AF|ω=ωφ<0或|φT|ω=ωG<180°3负反馈放大电路稳定性分析φmGmωφ相位交界频率59020lg|AF|ωφT-90°-180°环路增益波ωG开环增益波特图判断稳定性（用于电阻反馈网络）①作开环增益A的幅频、相频特性波特图。②在A的幅频特性波特图上作一条20lg(1/F)的水平线。