第6章 负反馈放大器

1、2020/7/4,1,第6章负反馈放大器,2020/7/4,2,基本要求,掌握负反馈放大电路的组态判断及其分析方法、参数计算以及深度负反馈的计算；熟悉负反馈的基本概念；负反馈对放大器性能的影响，负反馈放大器的自激、自激条件和消除自激的原理等；了解负反馈放大器的框图分析法，供读者选学。,2020/7/4,3,6.1反馈的基本概念及分类6.1.1反馈的基本概念,1.什么是反馈,将系统(如放大器)输出量(电压或电流)的一部分或全部，通过某种形式的反馈网络送回到系统（如放大器）的输入回路，与原输入量混合(相加或相减)得到一个净输入量加到某一放大器件的真正的输入端，共同参与系统输入的控制的过程，称为反馈

2、。带有反馈电路的放大器称为反馈放大器。在放大电路中引入合适的反馈，可以使放大器的某些性能得到改善，这种手段在工程上称为“反馈法”。,2020/7/4,4,反馈信号,输入信号,输出信号,净输入信号,比较环节,2.反馈电路方框图,闭合环路,开环放大电路,反馈网络,2020/7/4,5,2020/7/4,6,3.直流电流负反馈电路,输入回路,输出回路,反馈网络,2020/7/4,7,4.反馈过程,输出电流ICQ发生变化,在RE上产生压降UEQICQRE的变化,使放大元件的输入UBE产生变化,抑制输出电流ICQ的变化,直流电流负反馈可以稳定输出电流ICQ,2020/7/4,8,6.1.2负反馈放大器增

3、益的基本表达式,由图6-1所示反馈放大器的方框图，可以得到,(6-1),(6-2),(6-3),2020/7/4,9,2020/7/4,10,6.1.3反馈基本类型及判断,6.1.3.1反馈的基本类型,1.正反馈和负反馈,在放大电路中，如果引入反馈信号后，使放大器的净输入信号加强，从而增加了放大器增益，这种反馈称为正反馈；反之，如果引入反馈信号后，使放大器的净输入信号减弱，从而降低了放大器增益，这种反馈称为负反馈。,2.交流反馈和直流反馈,在放大电路中各电压和电流都是交流分量和直流分量叠加而成，如果反馈信号中只存在直流分量，则称为直流反馈；如果反馈信号中只存在交流分量，则称为交流反馈。,202

4、0/7/4,11,3.电压反馈和电流反馈,在反馈电路中，如果反馈信号取样于输出电压，则称为电压反馈；如果反馈信号取样于输出电流，则称为电流反馈。,4.串联反馈和并联反馈,5.局部反馈和级间反馈,多级放大电路中，通常将每级放大电路自身引入的反馈称为局部反馈(或本级反馈)，而将两级(或两级以上)引入的反馈称为级间反馈，将从多级放大器的末级放大电路引到输入级的反馈称为主反馈(级间反馈)。,2020/7/4,12,1).正反馈与负反馈,(1)正反馈反馈信号加强输入信号的作用，使净输入信号大于原输入信号。,正反馈通常用于振荡器电路,正反馈,2020/7/4,13,(2)负反馈反馈信号削弱输入信号的作用，

5、使净输入信号小于原输入信号。,负反馈改善放大电路的性能，广泛应用于电子技术、自控等领域之中。,负反馈,2020/7/4,14,2)直流反馈与交流反馈,(1)直流反馈反馈作用仅在直流通路中存在。,直流通路,反馈网络,2020/7/4,15,(2)交流反馈在交流通路中存在的反馈,交流通路,输入回路,输出回路,反馈网络,2020/7/4,16,6.1.3.2四种反馈组态的判断1.电流串联负反馈,判断反馈极性时，通常用瞬时极性法进行判断。首先判断电路中是否存在反馈支路(或反馈网络)，如果存在反馈，则继续判断它是直流还是交流反馈，是局部还是级间反馈，是电压还是电流反馈，是串联还是并联反馈，是正反馈还是负

6、反馈。,2020/7/4,17,2020/7/4,18,输入回路,反馈网络F,输出回路,a.判断反馈网络,2020/7/4,19,b.利用瞬时极性法判断极性,反馈过程如下：,因此判断为负反馈,2020/7/4,20,交流通路,输入回路,反馈网络,由输入回路：,由反馈网络：,由此判断为串联反馈,因此判断为电流反馈,该电路为：电流串联负反馈,c.负反馈的组态判断,且反馈系数为,2020/7/4,21,负反馈的组态判断小结,令uo=0，uf0，,(b)uf与ui串联于运放的输入回路，属串联反馈。,电流串联负反馈,电流串联负反馈稳定输出电流,2020/7/4,22,使净输入信号减小，电流采样，负反馈,

7、使净输入信号？，电流采样，？反馈,2020/7/4,23,c.增益和反馈系数的表示方法,2020/7/4,24,2.电压串联负反馈,2020/7/4,25,1）反馈组态判断,级间反馈过程如下：,因此判断为负反馈,2020/7/4,26,使净输入信号减小，电流采样，负反馈,使净输入信号减小，电流采样，负反馈,2020/7/4,27,输入回路,输出回路,在输入回路中,判断为：串联反馈,其中,判断为：电压反馈,因此判断为：电压串联负反馈,直通信号,且反馈系数为：,2020/7/4,28,2020/7/4,29,2）增益和反馈系数的表示方法,2020/7/4,30,3.电流并联负反馈1）反馈组态判断,

8、反馈过程如下,2020/7/4,31,由输入回路：,判断为并联反馈,且反馈系数为：,该电路为：电流并联负反馈,因此判断为电流反馈,直通信号,2020/7/4,32,2）增益和反馈系数的表示方法,2020/7/4,33,对图6-5(b)所示放大电路，利用“虚断”的概念，有,时,2020/7/4,34,4.电压并联负反馈1）反馈组态判断,反馈过程如下,2020/7/4,35,图6-6(b)所示电路中利用“虚短”和“虚断”的概念,输入回路中由KCL得,判断为电压并联负反馈。,2020/7/4,36,2）增益和反馈系数的表示方法,2020/7/4,37,反馈组态的判断归纳,1)首先找出电路中的反馈支路

9、,分析各反馈支路是直流反馈、交流反馈、局部反馈还是级间反馈。2)从输入信号开始，经过基本放大器放大后得到输出信号，再经过反馈网络，将信号反馈到放大器输入回路，用瞬时极性法判断各支路引入的反馈极性，是正反馈还是负反馈。3)判断是电压反馈还是电流反馈。4)根据放大电路输入回路中3个电量的关系，判断是串联反馈还是并联反馈。,2020/7/4,38,2020/7/4,39,电压串联电压并联电流串联电流并联,四种类型负反馈的表达式,2020/7/4,40,【例6-1】,电路如例6-1图(a),(b)所示。（1）判断图示电路的反馈极性及组态；（2）求出反馈电路的反馈系数。,图6-8例6-1图,2020/7

10、/4,41,解:（1）判断电路反馈极性及类型,图a中虚线所示为分析反馈时的信号走向。,图6-8例6-1图,2020/7/4,42,（2）求出反馈电路的反馈系数,为了分析方便，画出图6-8(a)，(b)的反馈网络分别如图(c)，(d)所示。,图a所示电路的反馈系数,2020/7/4,43,【例6-2】,试判断下列电路的级间交流反馈的极性和组态。,图6-9例6-2图,2020/7/4,44,2020/7/4,45,图6-9例6-2图,2020/7/4,46,例6-2图b所示电路中,2020/7/4,47,图6-9例6-2图,2020/7/4,48,例6-2图(c)所示电路是一个三级放大器，瞬时极性

11、法判断反馈过程如下,2020/7/4,49,图6-9例6-2图,2020/7/4,50,例6-2图(d)所示反馈电路，瞬时极性法判断反馈过程如下,2020/7/4,51,2020/7/4,52,输入回路中的电流,满足KCL的约束关系，利用“虚断”的概念有,判断为电压并联负反馈,2020/7/4,53,6.2负反馈放大电路的方框图,根据图6-1所示单环负反馈放大电路框图，上述四种组态的负反馈放大电路可以用图6-8所示方框图表示。为了分析方便，将基本放大器表示为网络A，反馈电路表示为网络B。,2020/7/4,54,2020/7/4,55,2020/7/4,56,2020/7/4,57,2020/

12、7/4,58,6.3负反馈对放大器性能的影响,6.3.1提高增益的稳定性,由式(6-2)可见，放大器的闭环增益为,为了分析方便，只讨论放大器工作在中频范围内的情况，且认为反馈网络为纯电阻网络，即认为信号通过基本放大器和反馈网络时都不会产生附加相位移，放大系数和反馈系数都为实数,(6-16),2020/7/4,59,由式(6-16)和(6-17)可得,(6-18),6.3.1提高增益的稳定性,2020/7/4,60,6.3.2对放大器输入输出电阻的影响,1)串联负反馈使放大器输入电阻增大,(6-19),2)并联负反馈使放大器输入电阻减小,(6-20),2020/7/4,61,3)电流负反馈使放大

13、器输出电阻增大,(6-21),4)电压负反馈使放大器输出电阻减小,(6-22),电压负反馈使放大器的输出电压基本不变，相当于一个内电阻很小的恒压源。,电流负反馈放大器的输出电流基本不变，相当于一个内电导很小的恒流源。,2020/7/4,62,6.3.3减小非线性失真,2020/7/4,63,6.3.4扩展通频带,2020/7/4,64,已知高频区电路开环放大倍数,fH上限截止频率,设反馈系数F为实数（为分析方便）,引入负反馈后高频区闭环放大倍数为,2020/7/4,65,2020/7/4,66,(6-23),(6-24),fHf为引入负反馈后的电路上限截止频率,同理可证，引入负反馈后的电路下限

14、截止频率,(6-25),2020/7/4,67,(6-26),（注：上式只适合一阶惯性环节的放大电路）,2020/7/4,68,6.3.5抑制反馈环内的干扰和噪声,无反馈时信号与噪声的输出波形,有反馈时信号与噪声的输出波形,提高输入信号幅度后的输出波形,2020/7/4,69,6.4负反馈放大器的分析与计算,2020/7/4,70,6.4.1深度负反馈的计算,6.4.1.1深度负反馈的特点,2020/7/4,71,6.4.1.2环路增益与反馈深度,1)环路增益,2020/7/4,72,2)反馈深度与增益的近似表达式,(6-28),2020/7/4,73,6.4.1.3深度负反馈条件下的计算,2

15、020/7/4,74,如例6-3图a所示电路,根据瞬时极性法判断为电压串联负反馈,反馈使净输入信号减小,图6-14例6-3图,2020/7/4,75,深度负反馈条件下，闭环电压增益为,2020/7/4,76,如例6-3图(b)所示电路，根据瞬时极性法判断为电流串联负反馈。,图6-14例6-3图,2020/7/4,77,闭环电压增益为,2020/7/4,78,如例6-3图(c)所示电路，根据瞬时极性法判断为电压并联负反馈。,图6-14例6-3图,2020/7/4,79,闭环互阻增益为,闭环源电压增益为,2020/7/4,80,如例6-3图(d)所示电路，根据瞬时极性法判断为电流并联负反馈。,图6

16、-14例6-3图,2020/7/4,81,闭环电流增益,闭环电压增益,【例6-4】链接,2020/7/4,82,3个主要步骤,第一步是判断反馈极性，通常采用瞬时极性法进行判断。先判断电路中是否存在反馈支路(或反馈网络)，如果存在反馈，则进一步判断是正反馈还是负反馈。第二步是判断负反馈的组态。关键是：正确求出反馈信号或的表达式，然后求出反馈系数的表达式第三步是深度负反馈条件下的计算。,2020/7/4,83,6.4.3引入负反馈的一般原则,减小信号源的负载、提高输出端的负载能力。,正确引入应考虑的两个主要问题：,a.选择合适的负反馈类型,选择负反馈类型应该考虑:,b.正确选用各元件参数,2020

17、/7/4,84,1)若需要稳定放大电路中的静态工作点等直流量，应该在放大电路中引入直流负反馈；,2)若需要稳定放大电路中的交流性能，应该在放大电路中引入交流负反馈；,3)若需要稳定放大电路中的输出电压，应该在放大电路中引入电压负反馈；若需要稳定放大电路中的输出电流，应该在放大电路中引入电流负反馈；,4)若需要提高放大器的输入电阻，应该在放大器中引入串联负反馈；若需要提高放大器的输出电阻，应该在放大器中引入电流负反馈；若需要减小放大器的输入电阻，应该在放大器中引入并联负反馈；若需要减小放大器的输出电阻，应该在放大器中引入电压负反馈。,放大电路(或其他电子系统)中引入负反馈的一般原则：,2020/

18、7/4,85,对于电压电流变换器,对于电流电压变换器,总之：对于电压放大器,对于电流放大器,选择电压串联负反馈,选择电流并联负反馈,选择电流串联负反馈,选择电压并联负反馈,2020/7/4,86,6.5负反馈的稳定性问题,由于基本放大器和反馈网络在某些频率分量下产生的相位移可能改变反馈的极性，深度负反馈有可能引起放大器自激振荡，此时，即使不加任何输入信号，放大器也会有某一频率的信号输出，使放大器失去了原有的功能。,6.5.1负反馈放大电路的自激及稳定工作的条件,1.自激振荡现象,前面有关负反馈放大器的分析都是在放大器的中频区域，且反馈网络由纯电阻构成，因而基本放大器和负反馈网络不产生附加相位移。,2020/7/4,87,实际上，RC耦合共射极放大器来说，在其中频范围内集电极输出电压与基极输入电压反相，放大电路有180的相移，在放大器的低频段和高频段，由于某些电抗元件的作用，不仅会使增益下降，而且会产生附加相位移。,单级RC耦合共射极放大器幅频特性和相频特性如图7-15所示。,2020/7/4,88,最大相位移可接近,(6-51),两级RC耦合