模拟电路第六章新教材

第六章反馈

16―1反馈的基本概念及基本方程6―1―1什么是反馈 就是将放大器的输出量（输出电流或输出电压）的一部分或全部通过一定的网络，回送到放大器的输入回路，用来影响其输入量（输入电流或输入电压）的措施，称为反馈。正反馈：反馈信号对输入信号起增强作用（如振荡器）。负反馈：反馈信号对输入信号起减弱作用（使放大器的某些性能得到改善）。2图6―1负反馈稳定工作点电路直流反馈：仅在直流通路中存在的反馈称为直流反馈。交流反馈：仅在交流通路中存在的反馈称为交流反馈。3直流负反馈主要用于稳定放大器的静态工作点，本章重点讨论交流负反馈，引入交流负反馈的放大器称为负反馈放大器。4

6―1―2反馈放大器的基本框图.基本放大器A取样反馈网络F∑比较Xf.Xi.′净输入信号反馈信号输出信号＋输入信号Af反馈放大器Xi.Xo.图6―2反馈放大器基本框图..5A+–比较环节反馈放大电路的组成及基本关系式一、反馈的组成和基本关系式基本放大电路F反馈网络

xi—输入信号(ii或ui

)

x’

—

净输入信号(iid

或uid)

xo—输出信号(io

或uo

)

xf

—

反馈信号(if或uf

)开环放大倍数反馈系数闭环放大倍数X’

=xi-

xf—

负反馈方程。环路增益(回归比)1+AF—反馈深度。6注意：上述X可以指电压也可以指电流，因此A、F既可能是电压增益也可能是电流增益，也可能是互导增益或互阻增益。

7反馈放大器的基本方程8结论（1）负反馈使放大器的增益下降了（1+AF）倍；（2）反馈深度D=1+AF，表征反馈强弱；D1或AF1

，深反馈条件9（3）深反馈条件下，（4）若正反馈，则

注意：负反馈被稳定的对象与反馈信号的取样对象有关。如果取样对象是输出电压，则输出电压将被稳定；如果取样对象是输出电流，则输出电流将被稳定。

106.1.4负反馈放大器的组态和四种基本类型一、电压反馈与电流反馈及其判断方法根据反馈网络与基本放大器输出端的连接方式不同，反馈可分为：电压反馈：反馈网络与基本放大器输出端并联连接，反馈信号直接取自于输出电压。电流反馈：反馈网络与基本放大器输出端串联连接，反馈信号直接取自于输出电流。11(a)(b)AF电流取样RLUo.Xf.Io.反馈支路UCCRCuoVRERfui(c)(d)反馈支路UCCRCuoRERfuiIe.AF电压取样RLUo.Xf.图6―6电压反馈和电流反馈12 采用“输出短路法”。即将输出端短路，观察反馈信号是否还存在。如果反馈信号不存在，说明是电压反馈；反之，则说明是电流反馈。判断方法13 根据反馈网络和基本放大器输入端的连接方式不同，分为：串联反馈：反馈网络串联在基本放大器的输入回路中。

并联反馈：反馈网络并接在基本放大器的输入端。二、串联反馈与并联反馈及其判断方法14ARiF＋－Ui.－RifUf＋－＋Ui′Ii...(a)串联反馈1）Ui’与Uf是串联关系。2）输入信号与反馈信号不在同一节点上。3）15ARiF＋－Ui.RifIi.Ii.′If.(b)并联反馈1）Ui’与Uf是并联关系。2）输入信号与反馈信号在同一节点上。3）16＋－uiR1Ii.Ii.′If.Rf反馈＋－Ui.Ui.′REUf.Rf反馈图6―10放大器输入回路中引入串联反馈和并联反馈

(a)串联反馈(b)并联反馈17V1V2R1R1Uf.Rf反馈Io＋－Ui.＋－R1Ii.Ii.′If.Rf反馈Ui.IoV1V2R1图6―11差分放大器中引入串联反馈和并联反馈(a)串联反馈(b)并联反馈18一般地，串联反馈是输入信号与反馈信号加在放大器的不同输入端上；而并联反馈则是两者并接在同一个输入端。串联反馈和并联反馈的判断方法19根据输入、输出端的不同反馈类型，交流负反馈放大电路有四种组态：电压串联、电压并联、电流串联和电流并联；如图6.1.9所示三、四种基本反馈类型20

图6.1.9四种典型的负反馈组态电路Ui.AFUo.＋－－＋Uf.Ui.′AFUo.Us.RsIi.If.Ii.′(a)串联电压负反馈(b)串联电流负反馈(c)并联电压负反馈(d)并联电流负反馈AFUo.IoUs.RsIi.Ii.′If..AFUo.＋－Ui.－＋Uf.Ui.′Io＋－.21Ui.AFUo.＋－－＋Uf.Ui.′(a)串联电压负反馈

1、串联电压负反馈稳定了电压增益22

2、串联电流负反馈(b)串联电流负反馈AFUo.＋－Ui.－＋Uf.Ui.′Io＋－.稳定了互导增益233、并联电压负反馈AFUo.Us.RsIi.If.Ii.′(c)并联电压负反馈稳定了互阻增益244、并联电流负反馈(d)并联电流负反馈AFUo.IoUs.RsIi.Ii.′If..稳定了电流增益25深度负反馈条件下放大器工作在深度负反馈条件下，即26正反馈和负反馈的判决方法瞬时极性法：假设输入信号对地是正或者负，沿闭环系统，逐级推出电路中其它各有关点信号的瞬时变化极性，最后看反馈到输入端信号的极性对原来的信号是增强还是削弱。增强则为正反馈，削弱则为负反馈。27负反馈28负反馈29正反馈30负反馈31四、负反馈放大电路举例1.串联电压负反馈电路32332.串联电流负反馈电路34353.并联电压负反馈电路3637R1

介于输入回路和输出回路，故有反馈。反馈使净输入电流iid

减小，为负反馈。RL=0，反馈存在，故为电流反馈。iid

=ii–

if，故为并联反馈。4、电流并联负反馈386―2负反馈对放大器性能的影响基本放大器A取样反馈网络F∑比较Xf.Xi.′净输入信号反馈信号输出信号＋输入信号Af反馈放大器Xi.Xo.图6―2反馈放大器基本框图..

6.2.1稳定放大倍数39通常用放大倍数的相对变化量来衡量放大器的稳定性。40开环放大倍数相对稳定度为闭环放大倍数相对稳定度为若近似以增量代替微分，则：41结论 引入负反馈使放大倍数的相对变化量减小为原相对变化量的1/(1+AF)，即反馈越深，放大倍数的增益稳定性越好。 在深度负反馈时，Af=1/F，因此，只要F稳定，Af也将稳定。

注意：负反馈被稳定的对象与反馈信号的取样对象有关。如果取样对象是输出电压，则输出电压将被稳定；如果取样对象是输出电流，则输出电流将被稳定。

42例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F值。所以，反馈深度D必须满足因为解因为43所以因为所以

44引入负反馈后，闭环增益：因此：6.2.2展宽通频带45式中：46无反馈放大器的频率响应有负反馈放大器的频率响应增益AIAI-3dBAIfAIf-3dBfLffLfH无反馈放大器的带宽负反馈放大器的带宽fHff(频率)图6―3负反馈改善放大器频率响应的示意图476.2.3负反馈使非线性失真减小48io0ubeA＋Xi.Xo.－＋－xo0t0txi基本放大器t0xi0txi′图6―5负反馈改善非线性失真的工作原理示意图(a)无反馈io0ubeAFXo.∑＋－Xi.Xf.Xi.′(b)负反馈使非线性失真减小txo0xf0t49负反馈使非线性失真减小了（1+AF）倍。失真减小，意味着线性动态范围的拓宽。注意：非线性失真的减小只限于反馈环内放大器产生的非线性失真，对外来信号已有的非线性失真，负反馈将无能为力。而且，只在输入信号有增大的余地，非线性失真也不是十分严重的情况下才是正确的。506-2-4负反馈可以减小放大器内部产生的噪声与干扰的影响利用负反馈抑制放大器内部噪声及干扰的机理与减小非线性失真是一样的。负反馈输出噪声下降(1+AF)倍。如果输入信号本身不携带噪声和干扰，且其幅度可以增大，输出信号分量保持不变，那么放大器的信噪比将提高(1+AF)倍。51图6.2.2负反馈抑制干扰和噪声（a）无反馈，信号与噪声的输出波形（b）有反馈，信号与噪声的输出波形（c）提高输入信号幅度后的输出波形52引入负反馈之后，输入信号和内部噪声同时减小。因而输出端的信噪比并未改变。信号的减小可以通过提高输入信号的幅度来弥补，而内部噪声则是固定的，如图6.2.2（c）所示，这样可以提高信躁比。536.2.5改变输入电阻和输出电阻一、对输入电阻影响负反馈对输入电阻的影响，取决于基本放大电路与反馈网络在电路输入端的连接方式。541、串联负反馈增大输入电阻基本放大电路的输入电阻为：而负反馈放大电路的的输入电阻：则：552.并联负反馈减小输入电阻基本放大电路的输入电阻整个负反馈电路的输入电阻==

56二、对输出电阻影响输出电阻是从放大电路输出端看进去的等效内阻，因而反馈对输出电阻的影响取决于基本放大电路与反馈网络在放大电路输出端的连接方式，即取决于电路引入的是电压反馈还是电流反馈。571.电压负反馈减小输出电阻＋Xf=FUoXi’=-XfXi=0RoAoXi’Uo＋－IoRof＋－Ao为负载开路（RL=∞）时的开环放大倍数Ro是开环时的输出电阻58又因为输出端采用电压反馈，因此Xf

=FUo

在Xi=0的条件下，Xi’=－Xf

当1+AoF趋于无穷大时，Rof趋于零，电压负反馈电路的输出可近认为是恒压源。592.电流负反馈增大输出电阻

电流负反馈稳定输出电流，必然使输出电阻增大UoIoRof＋Xf=FIoXi’=-XfXi=0AoXi＋－RoAo为负载短路（RL=0）时的开环放大倍数，Ro是考虑反馈网络负载效应的开环输出电阻60反馈放大电路的输出电阻为在Xi=0的条件下，Xi’=－Xf，又因为Xf=FIo

当（1+AoF）趋于无穷大时，Rof也趋于无穷大，电路的输出等效为恒流源。61三、引入负反馈的一般原则1、根据信号源的性质决定引入串联、并联负反馈。当信号源为电压源时，为了使电路获得较大的输入电压，应引入串联负反馈，这样可以增大放大电路的输入电阻，从信号获得更多的电压。当信号源为电流源时，为减小放大电路的输入电阻，使电路获得更大的输入电流，应引入并联负反馈

2、根据反馈对放大电路输出量的要求，即负载对其信号源的要求，决定引入电压负反馈或电流负反馈。当负载需要稳定的电压信号时，应引入电压负反馈；当负载需要稳定的电流信号时，应引入电流负反馈。

623、根据表6.1.1所示的四种组态反馈电路的功能，在需要进行信号变换时，选择合适的组态。例如，若将电流信号转换成电压信号，应在放大电路中引入电压并联负反馈；若将电压信号转换成电流信号，应在放大电路中引入电流串联负反馈等等。63(1)负反馈使放大器的放大倍数下降，但增益稳定度提高，频带展宽，非线性失真减小，内部噪声干扰得到抑制，改变输入输出电阻，且所有性能改善的程度均与反馈深度(1+AF)有关。(2)被改善的对象就是被取样的对象。负反馈的特点(3)负反馈只能改善包含在负反馈环节以内的放大器性能，对反馈环以外的，与输入信号一起进来的失真、干扰、噪声及其它不稳定因素是无能为力的。64

求解负反馈放大电路的闭环电压放大倍数Auf、输入电阻Rif等交流指标时，通常采用近似计算的方法，即深度负反馈条件下分析负反馈放大电路的各项交流指标，

本节主要讨论闭环电压放大倍数的求解。6.3深度负反馈放大器电路的近似计算65对串联反馈对并联反馈放大器工作在深度负反馈条件下，即求Auf时，可以利用如下关系式：6.3.1深负反馈放大电路近似计算的一般方法66一、电压串联负反馈6.3.2深负反馈放大电路近似计算图6.3.1电压串联负反馈Uf～＋－Uo＋－R4R3(b)反馈网络(a)电路67闭环电压增益只与R3和R4有关，与输入信号源内阻、外接负载和晶体管参数无关，因此受外界的影响很小，电压增益稳定，验证了电压串联负反馈可以稳定电压增益的结论。68图6―23三级并联电压负反馈电路二、电压并联负反馈69并联电压负反馈的闭环电压随着信号源内阻的变化而变化，电路并不能稳定电压增益。70图6.3.3串联电流负反馈电路三、串联电流负反馈电路71↑Uf＋－R7R8R3Ic3≈Ie3(b)反馈网络72图6―21并联电流负反馈对四、

电流并联负反馈73746.4负反馈放大电路的稳定性6.4.1负反馈放大电路的自激振荡

若中频区，A、F都是常数，则

75-------振荡的振幅条件

-------产生自激振荡

-------振荡的相位条件

高频区和低频区，可能在某一频率下：AF和的总附加相移达到180

76在高频区，耦合电容和旁路电容可视为交流短路，需考虑晶体管的极间电容。在低频区，晶体管的极间电容可视为交流断路，而需考虑耦合电容和旁路电容，一级RC网络产生的最大附加相移为-90°，所以单管放大器不可能产生高频自激振荡。在两级放大电路中，附加相移可以从0°变化到-180°，在理论上存在满足相位条件的频率f0，但是f0趋向于无穷大，并且在f=f0时，A的值为0，不满足幅度条件，所以两级放大电路也不可能产生高频自激振荡。在三级放大电路中，附加相移可以从0°变化到-270°，因而存在使的频率f0，并且当f=f0时，|A|>0，有可能满足幅度条件，故可能产生高频自激振荡。77环路增益|AF|/dB0附加相移Δf(频率）幅度裕度0f相位裕度－135°－180°AB图6.4.2用环路增益来判断稳定性6.4.2负反馈放大电路稳定性的判断1.利用环路增益判断负反馈放大电路的稳定性20lg|AF|¢A+¢F如果幅值条件和相移条件不能同时满足,负反馈放大电路就不会产生自激振荡782.稳定裕度定义f=fπ时所对应的20lg|AF|偏离0dB的数值为增益裕度Gm。稳定的负反馈放大电路的Gm>0，且Gm越大，电路越稳定定义f=f0时的|¢A+¢F|偏离180°的差值为相位裕度¢m

稳定的负反馈放大电路的¢m

>0，且¢m

m越大，电路越稳定。79

3.利用开环增益的波特图来判别放大器的稳定性80图6.4.4用开环特性波特图来判断放大器的稳定性0.010.11101001000A/dB806040200－20－40－45°|A(jω)|(开环)－20dB/10倍频程－135°－40d