第四章：负反馈放大电路

第四章放大电路中的负反馈§4.1负反馈的概念§4.2负反馈的类型及分析方法§4.3负反馈对放大电路的影响§4.4

深度负反馈的计算§4.1负反馈的概念

定义：在放大电路中，将输出信号通过取样，再送到输入端，并参与对放大的控制过程叫作反馈。（p131）反馈的结果使系统的增益降低，就称为负反馈。反馈的结果使系统的增益提高，就称为正反馈。根据P131图4-1-1和p132图4-1-2分析。负反馈的好处：由于输出参与控制，能使信号的失真从输出中取样回来进行比较，把失真和不稳定性克服掉，使放大器工作在最佳状态。（具体见4.3节分析）正反馈系统的增益比开环还要大！系统性能变得很不稳定，所以放放大器中很少引用正反馈。XoXiXidXfA

B-+比较环节净输入信号（偏差信号）

基本放大器输入信号

反馈信号

输出信号

反馈网络反馈放大器方框图

反馈框图：反馈电路的三个环节：叠加：负反馈框图：基本放大电路A反馈回路B

+–输出信号输入信号反馈信号差值信号——开环放大倍数（基本放大器增益）——反馈系数——闭环放大倍数iXidXfXoXoXoidXAX=foXBX=ofiXAX=P132图4-1-3负反馈以后的放大量：基本放大电路A反馈回路B

+–A向右传输；B向左传输；负反馈放大器的闭环放大倍数fXiXidXoX1AAB=+当

1+AB>>1时，为深度负反馈（强负反馈）结论：当

1+AB>>1

很大时，负反馈放大器的闭环放大倍数与晶体管无关，只与反馈网络有关。即负反馈可以稳定放大倍数；判断：1＋AB>1负反馈1＋AB<1正反馈1＋AB=1形成振荡器，自激振荡反馈深度定义：本章学习，基本上考察的都是深度负反馈。对于深度深度负反馈，我们知道得即：输入量近似等于反馈量净输入量近似等于零

由此可得深度负反馈条件下，基本放大电路“虚短”、“虚断”的概念或牢记：深度负反馈条件下：Xid=Xi-Xf≈0(1)“虚短”——uid≈0(2)“虚断”——iid≈0“虚短”与“虚断”ui≈ufii≈if-u-R++fuR-u1fid+i＋－A

uifRiifiiid＋－A

理想运放情况下，负反馈放大电路的估算

理想运放：Aod＝∞，rid＝∞，ro＝0。

设反馈网络为无源网络，电路特点如图。Aod（uP-uN）=uO

因为uO为有限值，Aod＝∞，所以uN－uP＝0，即

uN＝uP…………虚短路因为rid＝∞，所以

iN＝iP＝0………虚断路

凡是连接输入端口和输出端口的元件是反馈元件凡是输入回路和输出回路的所共有的元件是反馈元件。凡是连接输入回路中某一节点和输出回路某一节点间元件(除地以外)是反馈元件。注意：1.反馈元件可以是无源的，也可以是有源的。

2.BJT的输入端口是基极、射极；FET的输入端口是栅极、源极；运放的输入端口是同相端和反相端；差放的输入端口是其两个输入端。有、无反馈的判别

关键是寻找反馈元件RUiUoA2A1R例例RE例例

负反馈的类型及分析方法负反馈的类型1、根据反馈所采样的信号来分：电压反馈：反馈的量（U，I）与输出电压成正比。

(反馈信号取自输出电压信号)电压负反馈：为了稳定输出电压、可以减小输出电阻。电流负反馈：为了稳定输出电流、可以增大输出电阻。根据反馈所采样的信号不同，可以分为电压反馈和电流反馈。电流反馈：反馈的量（U，I）与输出电流成正比。

(反馈信号取自输出电流信号)AB＋－RLuo电压反馈反馈量和输出电压成正比RLuoRLuo电压反馈采样的两种形式：采样点是输出端的话，一定是电压反馈取样点取样点AB＋－RLuo电流反馈IoIo反馈量和输出电流成正比电流反馈采样的两种形式：RLioiERLioiERf取样点取样点RLioiE取样点AB＋－XiXid

反馈网络的输出端口、信号源端口、A的输入端口相串联叫串联反馈ABIiIf

反馈网络的输出端口、信号源端口、A的输入端口相并联叫并联反馈2、根据反馈信号在输入端与输入信号叠加方式来分：串联反馈：在输入端口进行电压求和并联反馈：在输入端口进行电流求和iifibib=i-if并联反馈ufuiubeube=ui-uf串联反馈求和点求和点求和点是输入端的话，一定是并联反馈求和点不是输入端的话，一定是串联反馈总结：1、采样点是输出端的话，一定是电压反馈2、求和点是输入端的话，一定是并联反馈3、求和点不是输入端的话，一定是串联反馈以p137图4-1-7分析交流反馈与直流反馈交流反馈：反馈只对交流信号起作用。直流反馈：反馈只对直流起作用。若在反馈网络中串接隔直电容，则可以隔断直流，此时反馈只对交流起作用。在起反馈作用的电阻两端并联旁路电容，可以使其只对直流起作用。有的反馈只对交流信号起作用；有的反馈只对直流信号起作用；有的反馈对交、直流信号均起作用。增加隔直电容C后，Rf只对交流起反馈作用。注：本电路中C1、C2也起到隔直作用。+–C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2CEC3C2+ECuoui+–T1T2RfRE1C增加旁路电容C后，Rf只对直流起反馈作用。C+–C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2CEC3C2+ECuoui+–T1T2RfRE1

利用瞬时极性法来判断正、负反馈。判断中要注意信号的走向：①由放大器的输入端开始，②基本放大器到输出端，③经过反馈网络回到输入端，④在输入端将输入量与反馈量进行比较。若为串联反馈，即进行电压比较；若为并联反馈，即进行电流比较。另外，在基本放大器的瞬时极性的判别中，若基本放大器是由各种组态的分立电路构成，则要注意各种组态放大器的相位关系（共射：输入与输出反相，共基：输入与输出同相，共集：输入与输出同相）；若放大器是由集成运放构成，则要注意运放的相位关系（反相输入端与输出反相，同相输入端与输出同相）。

判断负反馈的方法——瞬时极性法瞬时极性法判别正、负反馈1、对并联反馈：如果输入信号与反馈信号反相的是负反馈如果输入信号与反馈信号同相的是正反馈。2.对串联反馈：如果输入信号与反馈信号同相的是负反馈如果输入信号与反馈信号反相的是正反馈。串联同相负反馈，并联反相负反馈1、找到任意一个反馈环路；环路极性法步骤：2、在任意一点将环路打开；3、假设在该点输入任意极性的瞬时信号＋(或－)，然后绕环路一周，回到起始点，看回来的信号极性和假设的信号极性是否相反，相同就是正反馈，相反就是负反馈。以p137图4-1-7分析负反馈的分析方法分析步骤：3.是否负反馈？4.是负反馈！那么是何种类型的负反馈？（判断反馈的组态）1.找出反馈网络（电阻）。2.是交流反馈还是直流反馈？一、反馈类型的判断例并联电压负反馈例串联电压负反馈例并联电压负反馈例Rf的作用：1.提供静态工作点。2.直流负反馈，稳定静态工作点。3.交流负反馈，稳定放大倍数。串联电压负反馈例+VCCRC1T1RB1RC2T2IouiR1R2R3T3Re2RB2T4-VCCRC3RC4RRe4串联电流负反馈例例+VCCT1R1T2R1Reuiuo并联电流负反馈R

电流并联负反馈。对直流也起作用，可以稳定静态工作点。例R5串联电流负反馈负反馈交流反馈直流反馈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稳定静态工作点负反馈的分类小结电压并联负反馈例题:试判断下列电路中的反馈类型。VCC_CIRCLE+_V1fI12R12TsR2+u－RTRRsR34RCCVVEEuoT3(+)(+)(-)VCC_CIRCLEusuRfo1R1R＋－A

综合练习例题:试判断下列电路中的反馈类型。电压串联正反馈＋－A

VVVfRiuu-f-R+u1+Ro1(+)(-)(-)(-)-uf+＋－A

_+RCCVuT­V+R2R2i1TEEIsf1uRRo12(+)(+)(+)(+)(-)(+)电压串联负反馈＋－A

VVVfRiuu-f-R+u1+Ro1(+)(-)(+)+uf-＋－A

_+RCCVuT­V+R2R2i1TEEIsf1uRRo12(+)(+)(-)(+)(+)(-)(-)4.2负反馈对放大电路性能的影响

提高增益的稳定性

减少非线性失真

扩展通频带

改变输入电阻和输出电阻

在放大器中引入交流负反馈

降低了放大倍数使放大器的交流性能得以改善：|uO|

|uf|

|ube|

|uO|

电压负反馈的特性——稳定输出电压稳定过程：一.提高放大倍数的稳定性Af=Xo/Xi定性：负反馈电流反馈并联反馈iE2uFiFiBuC1uB2uC1uB2iB2iE2uouiiiBiFuFRE2RfRE1RC1RC2+UCCiE2电流负反馈的特性——稳定输出电流即闭环增益相对变化量是开环的1/(1+AB)，稳定性提高了1+AB倍。定量：f1BAAA+=若A波动10％1＋AB＝100则Af波动0.1％设计一个负反馈放大器，要求闭环放大倍数Af=100,当开环放大倍数A变化±10%时，Af的相对变化量在±0.5%以内，试确定开环放大倍数A及反馈系数B值。因为：反馈深度必须满足：又因为：因为：所以：二、对放大倍数的影响A基本放大倍数Af闭环放大倍数反馈深度定义：负反馈使放大倍数下降。若称为深度负反馈，此时在深度负反馈的情况下，放大倍数只与反馈网络有关。Aufuouiuiuouid负反馈减小了波形失真BA加入负反馈无负反馈+-三、改善波形的失真四、对输入、输出电阻的影响1.串联负反馈使电路的输入电阻增加：例如:射极输出器理解：串联负反馈相当于在输入回路中串联了一个电阻，故输入电阻增加。AB＋－UiUidUfRi＋－－＋2.并联负反馈使电路的输入电阻减小：理解：并联负反馈相当于在输入回路中并联了一条支路，故输入电阻减小。ABIiIfIidRiUi＋－3.电压负反馈使电路的输出电阻减小：理解：电压负反馈目的是阻止

uo的变化，稳定输出电压。输出电阻越小，输出电压越稳定，反之亦然。AB＋－RoUo

-ABUo＋－IoXf=BUoXo=0Xi=-Xf理解：电流负反馈目的是阻止

io的变化，稳定输出电流。输出电阻越大，输出电流越稳定，反之亦然。4.电流负反馈使电路的输出电阻增加：AB＋－RoUo

-ABIoIoXf=BIoXo=0Xi=-Xf表交流负反馈对输入电阻输出电阻的影响反馈组态电压串联电流串联电压并联电流并联增大（∞）减小（0）增大（∞）增大（∞）增大（∞）减小（0）减小（0）减小（0）XiXfXo反馈公式串、压UiUfUoBu=Uf/UoAuf=Au/(1+AuBu)并、压IiIfUoBg=If/UoARf=AR/(1+AuBg)串、流UiUfIoBR=Uf/IoAgf=Ag/(1+AgBR)并、流IiIfIoBi=If/IoAif=Ai/(1+AiBi)五、对通频带的影响引入负反馈使电路的通频带宽度增加：扩展放大器的带宽设放大电路的高频响应可用单极点函数表示：加负反馈后，在B为实数情况下，闭环增益函数为其中

集成运放为LM741，开环差模增益为2×105，上限频率fH为7Hz，试估算反馈深度、通频带BWf＋－A

VVViu-u+Ro1反馈系数：反馈深度：通频带：抑制反馈环内的干扰和噪声tuo0无反馈时信号与噪声的输出波形t0uo提高输入信号幅度后的输出波形t0uo有反馈时信号与噪声的输出波形为改善性能引入负反馈的一般原则：

要稳定直流工作点——引直流负反馈

要改善交流性能——引交流负反馈

要稳定输出电压，减小输出电阻——

引电压负反馈

要稳定输出电流，增大输出电阻——

引电流负反馈要增大输入电阻——

引串联负反馈要减小输入电阻——

引并联负反馈4.3负反馈放大电路的计算

本节重点讨论深度负反馈条件下的近似计算1.估算的依据

深度负反馈：即，深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈系数有关。由得

方法一：一.估算反馈放大倍数A+–×B

方法二：根据又知代入上式得即：输入量近似等于反馈量净输入量近似等于零

由此可得深度负反馈条件下，基本放大电路“虚短”、“虚断”的概念或A+–×B深度负反馈条件下：Xid=Xi-Xf≈0(1)“虚短”——uid≈0(2)“虚断”——iid≈0“虚短”与“虚断”ui≈ufii≈if-u-R++fuR-u1fid+i＋－A

uifRiifiiid＋－A

（1）电压串联负反馈

例1.分立电路电压串联负反馈2.举例(交流负反馈)

解：用方法一

求反馈系数：

求闭环电压放大倍数：例2.运放组成的电压串联负反馈电路

解：用方法二

利用虚短的概念得知电压增益则

又虚断（运放的Ri很大）VVV++-1RfuiuuRf+id-uo-+-R＋－A

闭环增益电压增益例1.分立元件组成的电流串联负反馈

解：用方法一反馈系数:由第二章知，该电路闭环电压增益:（2）电流串联负反馈++++-b2TRcVi-Cb2b1+uouRCCf-RC+Lb1RuioRe例2.运放组成的电流串联负反馈电压增益:利用虚短可知:

解：用方法二闭环增益VVO+fuR-1RL-R++oiuu-i＋－A

（