第六章 放大電路中的反饋

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1、第六章 放大電路中的反饋 1.理解反饋的概念,了解負反饋對放大電路性能的影響。 2.了解負反饋的類型。 3.掌握負反饋的分析的方法。 第一節(jié) 基本概念 1.反饋的基本概念 反饋是指把放大電路輸出回路中某個電量（電壓或電流）的一部分或全部，通過一定的電路形式（反饋網(wǎng)絡(luò)）送回到放大電路的輸入回路，并同輸入信號一起參與控制作用，以使放大電路某些性能獲得改善的過程。 2.反饋的類型 2.1正反饋和負反饋 若引回的信號削弱了輸入信號，就稱為負反饋。 若引回的信號增強了輸入信號，就稱為正反饋。 這里所說的信號一般是指交流信號，所以判斷正負反饋，就要判斷反饋信

2、號與輸入信號的相位關(guān)系，同相是正反饋，反相是負反饋。 加強輸入信號 正反饋 用于振蕩器 削弱輸入信號 負反饋 用于放大器 正反饋雖能提高放大倍數(shù)，但同時也加劇了放大電路性能的不穩(wěn)定性，主要用于振蕩電路；負反饋雖降低了放大倍數(shù)，但卻換來了放大電路性能的改善，負反饋的作用：穩(wěn)定靜態(tài)工作點；穩(wěn)定放大倍數(shù)；提高輸入電阻；降低輸出電阻，擴展通頻帶 2.2直流反饋和交流反饋 實際上，反饋的概念在討論靜態(tài)工作點穩(wěn)定的電路時已經(jīng)運用過了。 在分壓式電流負反饋偏置電路中，通過射極電阻Re，將輸出回路中的直流電流IE以VE = IERe的形式回送到了輸入回路，使三極管發(fā)射結(jié)兩端

3、的電壓VBE = VB － IERe ，受到輸出電流的影響，從而使輸出電流趨于穩(wěn)定。這種輸出電量影響輸入電量的方式就是反饋。不過這里的反饋僅僅是直流電量的反饋（交流量被Ce旁路），稱為直流反饋。直流反饋主要用于穩(wěn)定靜態(tài)工作點。如果將Ce去掉，這時輸出回路中的交流信號也將反饋到輸入回路，并使放大電路的性能發(fā)生一系列的改變，這種交流信號的反饋稱為交流反饋，實際放大電路中，一般同時存在直流反饋和交流反饋，本單元主要討論交流反饋對放大電路性能的影響。 在放大電路技術(shù)中，除了有目的地引入某種反饋（稱為人工反饋）外，有時因為某種雜散參數(shù)（雜散電容和雜散電感）的存在，將輸出信號反饋到輸入端從而產(chǎn)

4、生所謂的寄生反饋。寄生反饋是有害的，嚴重時可使放大電路不能正常工作，在實踐中，應(yīng)當竭力避免和消除。 2.3電壓反饋和電流反饋 根據(jù)反饋信號從輸出端的取樣對象來分類。 如果反饋信號取自電壓，即反饋信號與輸出電壓成正比，稱為電壓反饋。 如果反饋信號取自電流，即反饋信號與輸出電流成正比，稱為電流反饋。 電壓反饋 穩(wěn)定輸出電壓 減小輸出電阻 電路電流 穩(wěn)定輸出電流 增大輸出電阻 2.4串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋 根據(jù)反饋信號與外加輸入信號在放大電路輸入回路的連接方式來分類。 如果在放大電路的輸入回路中，反饋信號與外加輸入信號以電壓的形式相疊加，也就是說反饋信號與外加輸入信

5、號二者相互串聯(lián)，則稱為串聯(lián)反饋。 反饋信號與外加輸入信號以電流的形式相疊加，也就是說反饋信號與外加輸入信號二者相互并聯(lián)，則稱為并聯(lián)反饋。 3.反饋的判別（重點 難點） 3.1正負反饋判斷 負反饋，加入反饋后，凈輸入信號 ，輸出幅度下降。 正反饋，加入反饋后，凈輸入信號 ，輸出幅度增加 方法一(瞬時極性法,動畫 在放大電路的輸入端，假設(shè)一個輸入信號的電壓極性，可用"+"、"－"或"↑"、"↓"表示。按信號傳輸方向依次判斷相關(guān)點的瞬時極性，直至判斷出反饋信號的瞬時電壓極性。如果反饋信號的瞬時極性使凈輸入減小，則為負反饋；反之為正反饋。 方法二 正反饋可使輸出幅度增加，負反饋則

6、使輸出幅度減小。在明確串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋后，正反饋和負反饋可用下列規(guī)則來判斷：反饋信號和輸入信號加于輸入回路一點時，瞬時極性相同的為正反饋，瞬時極性相反的是負反饋；反饋信號和輸入信號加于輸入回路兩點時，瞬時極性相同的為負反饋，瞬時極性相反的是正反饋。對三極管來說這兩點是基極和發(fā)射極，對運算放大器來說是同相輸入端和反相輸入端。 注意：推斷反饋信號瞬時極性時，應(yīng)遵從放大電路的放大原理，對單級放大電路而言,共射電路輸出電壓與輸入電壓反相、共集電路和共基電路輸出電壓與輸入電壓同相。 3.2電壓反饋和電流反饋 將輸出電壓"短路"，若反饋回來的反饋信號為零，則為電壓反饋；反饋信號仍然存在，則為

7、電流反饋。 輸出端與反饋輸入端同點相連，則為電壓反饋；否則，為電流反饋。 3.3串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋 反饋信號與輸入信號加在放大電路輸入回路的同一個電極上，則為并聯(lián)反饋，此時反饋信號與輸入信號是電流相加減的關(guān)系；反之，加在放大電路輸入回路的兩個電極上，則為串聯(lián)反饋，此時反饋信號與輸入信號是電壓相加減的關(guān)系。 對于三極管來說，反饋信號與輸入信號同時加在輸入三極管的基極或發(fā)射極，則為并聯(lián)反饋，此時反饋信號與輸入信號是電流相加減的關(guān)系；一個加在基極，另一個加在發(fā)射極則為串聯(lián)反饋，此時反饋信號與輸入信號是電壓相加減的關(guān)系。 對于運算放大器來說，反饋信號與輸入信號同時加在同相

8、輸入端或反相輸入端，則為并聯(lián)反饋；一個加在同相輸入端，另一個加在反相輸入端則為串聯(lián)反饋。 輸入端與反饋輸出端同點相連，則為并聯(lián)反饋；否則，為串聯(lián)反饋。 3.4直流反饋和交流反饋 反饋信號只有交流成分時為交流反饋，反饋信號只有直流成分時為直流反饋，既有交流成分又有直流成分時為交直流反饋。 若在反饋網(wǎng)絡(luò)中串聯(lián)隔直電容，則可以隔斷直流，此時反饋只對交流起作用。 在起反饋作用的電阻兩端并聯(lián)旁路電容，可以使其只對直流起作用。 3.5反饋組態(tài)的判斷 (動畫一 (動畫二 例題7 試判斷圖所示電路的反饋組態(tài) 解: 根據(jù)

9、瞬時極性法，見圖中的紅色“＋”、“－”號，可知經(jīng)電阻R1加在基極B1上的是直流并聯(lián)負反饋。因反饋信號與輸出電流成比例，故為電流反饋。結(jié)論是直流電流并聯(lián)負反饋。 經(jīng)Rf 加在E1上的是交流負反饋。反饋信號和輸入信號加在三極管兩個輸入電極，故為串聯(lián)反饋。結(jié)論：交流電壓串聯(lián)負反饋。 4.反饋放大電路的一般表達式 4.1方框圖表示法 這一過程可用圖所示方框圖來表示。引入反饋后的放大電路稱為反饋放大電路。 圖中 是輸入信號， 是反饋信號， 稱為凈輸入信號。所以有 4.2反饋的基本關(guān)系式 反饋放大電路是由基本放大電路和反饋網(wǎng)路構(gòu)成的一個閉環(huán)系統(tǒng)，故常稱反饋放大

10、電路為閉環(huán)放大電路，相應(yīng)地稱未引入反饋的放大電路為開環(huán)放大電路。圖中比較與取樣都是通過反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大電路的特定連接方式實現(xiàn)的。 要注意的是，這里的基本放大電路是指考慮了反饋網(wǎng)絡(luò)對放大電路輸入和輸出回路的負載效應(yīng)，但又將反饋網(wǎng)絡(luò)分離出去后的電路，它可以是單級或多級電路，而且往往還存在著局部反饋。 基本放大電路的放大倍數(shù) 反饋網(wǎng)絡(luò)通常為一線性網(wǎng)絡(luò)，由一些電阻、電容等組成，其傳輸系數(shù)定義為 常稱為反饋系數(shù)。 為了突出反饋的實質(zhì)，忽略次要因素，簡化分析過程，通常又假定： （1）信號從輸入端到輸出端的傳輸只通過基本放大電路，而不通過反饋網(wǎng)絡(luò)； （2）信號從輸出端反

11、饋到輸入端只通過反饋網(wǎng)絡(luò)而不通過基本放大電路。 也就是說，信號傳輸具有單向性。實踐表明，這種假定是合理而有效的，符合這種假定的方框圖稱為理想方框圖。 對圖所示單一環(huán)路反饋的理想方框圖有如下關(guān)系： 由此可得反饋放大電路的閉環(huán)放大倍數(shù)為： 這是反饋放大電路的基本關(guān)系式，也是分析閉環(huán)反饋放大電路的重要公式。這里 可以是電壓也可以是電流， 的具體含義由反饋類型決定。 在上式中，稱為閉環(huán)放大倍數(shù)，它表示了反饋放大電路的基本關(guān)系，是分析反饋問題的出發(fā)點。１＋稱為反饋深度，是一個反映反饋強弱的物理量，也是反饋電路定量分析的基礎(chǔ)。 為了分析方便，在以后討論反饋放大電路性能時，除頻率特性外，

12、均假定工作信號在中頻范圍，且反饋網(wǎng)絡(luò)具有純電阻性質(zhì)，因此，均可用實數(shù)表示。于是上式變?yōu)椋? 關(guān)于負反饋的一般關(guān)系式，下面進行幾點討論： (1) 當時，，為負反饋； 當時，，為正反饋； 當時，，反饋效果為０； ???當時，－１，∞，即使放大電路沒有外加輸入信號，但卻有一定的輸出信號。這種情況稱為自激振蕩。這是正反饋的一種特殊情況。 (2)如果>>1，亦即>>1，稱為深度負反饋。此時則有：? ≈ (3)對于負反饋放大電路，放大的概念是廣義的。引入不同類型負反饋的放大電路，放大倍數(shù)的物理意義不同，電路的功能也不同，見表。 不同方式負反饋放大電路的Af及功能比較 反饋方式 Ｘi X

13、o F （量綱） Af （量綱） 電路功能 電壓串聯(lián)負反饋 Ui Uo （無量綱） （無量綱） 放大電壓 電壓并聯(lián)負反饋 Ii Uo （電導(dǎo)） （電阻） 將輸入電流變換為輸出電壓 電流串聯(lián)負反饋 Ui Io （電阻） （電導(dǎo)） 將輸入電壓變換為輸出電流 電流并聯(lián)負反饋 Ii Io （無量綱） （無量綱） 放大電流 從表中不難看出，Af除可能是通常意義的電壓放大倍數(shù)或電流放大倍數(shù)外，還可能表明電流—電壓轉(zhuǎn)換關(guān)系或電壓—電流轉(zhuǎn)換關(guān)系。 反饋系數(shù)Ｆ是只決定于反饋網(wǎng)絡(luò)而與負載無關(guān)的物理量。因此，在深度負反饋條件下，Af＝≈，表明Ａf也是與負載無

14、關(guān)的物理量。此時Ｘo≈， 可以認為Ｘo是Ｘi的受控源。當反饋網(wǎng)絡(luò)參數(shù)確定后，Ｘo唯一地受Ｘi的控制。 第二節(jié) 負反饋對放大電路的影響（了解結(jié)論） 1. 降低放大倍數(shù) 由負反饋放大電路的一般表達式 可知，閉環(huán)放大倍數(shù)僅是開環(huán)放大倍數(shù)的分之一，因為負反饋，故，引入負反饋后，放大電路的放大倍數(shù)降低。負反饋雖使閉環(huán)放大倍數(shù)降低，但卻換來了其他性能的改善。 2. 提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性 我們知道，放大電路放大倍數(shù)的數(shù)值取決于電路中元器件的參數(shù)。而晶體管的更換，電源電壓的不穩(wěn)，溫度及負載的變化等都將使放大倍數(shù)發(fā)生變化，因此，一般情況下，放大倍數(shù)是不穩(wěn)定的。利用負反饋的自動調(diào)節(jié)原理，可以

15、抑制放大倍數(shù)的變化，從而提高其穩(wěn)定性。放大倍數(shù)的穩(wěn)定性可用它的相對變化量來表示。 3. 減小非線性失真以及抑制干擾和噪聲 （動畫 放大電路中，由于晶體管等器件的非線性，當輸入信號幅度較大時，放大電路的輸出波形將產(chǎn)生失真，如圖所示。設(shè)反饋為電壓串聯(lián)負反饋，輸入信號vi（Xi）為正弦波，輸出信號vo（Xo）變成了上大下小的失真波形。 引人負反饋后，輸出波形將得到改善。以電壓串聯(lián)負反饋為例，由于反饋網(wǎng)絡(luò)是線性網(wǎng)絡(luò)，所以，反饋電壓波形與輸出電壓波形一樣，也是上大下小。該波形與原輸入波形（正弦波）迭加，結(jié)果使凈輸入電壓波形產(chǎn)生了“預(yù)失真”即vbe（Xi'）變成了上小下大。“預(yù)失真”正

16、好抵消了部分因晶體管特性引起的非線性失真，從而使輸出波形基本上是正弦波。 需要指出的是，由于負反饋的引入，在減小非線性失真的同時，降低了輸出幅度，而且對輸入信號的固有失真，負反饋是無能為力的。 4. 展寬頻帶 由于晶體管某些參數(shù)隨頻率而變化，電路中又總是存在一些電抗性元件，因而使放大倍數(shù)也隨頻率而變，放大電路通頻帶比較窄。而引入負反饋是展寬通頻帶的有效措施之一。由于在深度負反饋時， 顯然，此時放大器的放大倍數(shù)只與反饋網(wǎng)絡(luò)參數(shù)有關(guān)。如果反饋網(wǎng)絡(luò)里不含L、C等電抗元件，是一個純電阻電路，則可近似認為反饋放大器的放大倍數(shù)為一常數(shù)，即可使頻帶增寬。 5. 改變輸入輸出電阻 5.

17、1對輸入電阻的影響 輸入電阻是從放大電路輸入端看進去的等效電阻。因為反饋放大電路輸入端的反饋方式有串聯(lián)和并聯(lián)之分，故負反饋對放大電路輸入電阻的影響與串聯(lián)反饋還是并聯(lián)反饋直接有關(guān)。 （1）串聯(lián)負反饋使輸入電阻增大 在串聯(lián)負反饋電路中，由于Vf和Vi串聯(lián)作用于輸入端，Vf抵消了Vi的一部分，因此，在Vi 相同的情況下，輸入電流Ii比沒有反饋時減小，故輸入電阻rif = Vi／Ii 增大了。分析表明，串聯(lián)負反饋使閉環(huán)輸入電阻增加到開環(huán)輸入電阻的（1＋FA）倍。 （2）并聯(lián)負反饋使輸入電阻減小 在并聯(lián)負反饋電路中，由于If對Ii有分流作用，因此，在Ib一定時，If的出現(xiàn)將使Ii 增大。也

18、就是說，引入并聯(lián)負反饋后使得閉環(huán)輸入電阻減小，故Ii 增大。 可以證明，引入并聯(lián)負反饋后，使閉環(huán)輸入電阻rif降到開環(huán)輸入電阻ri的 1 /（1+FA）。 5.1.2對輸出電阻的影響 放大電路對負載而言，可等效為一個信號源。這個信號源的內(nèi)阻就是放大電路的輸出電阻。由于輸出有電壓反饋與電流反饋兩種方式，故輸出電阻的變化趨勢就與電壓反饋還是電流反饋直接有關(guān)。 （1） 電壓負反饋使放大電路的輸出電阻減小 在負反饋電路中，由于電壓負反饋能夠穩(wěn)定輸出電壓，即使RL發(fā)生變化，也能保持輸出電壓穩(wěn)定，放大電路近似于恒壓源，其效果相當于減小了電路的輸出電阻。 分析表明，電壓負反饋使放大電路閉環(huán)

19、輸出電阻減小到開環(huán)輸出電阻的 （2）電流負反饋使放大電路的輸出電阻增大 當引入電流負反饋后，電路具有穩(wěn)定輸出電流的作用，即使RL發(fā)生變化，也能保持輸出電流基本穩(wěn)定，放大電路近似于恒流源，其效果相當于增大了電路的輸出電阻。 引入電流負反饋后，電路的閉環(huán)輸出電阻增加到開環(huán)輸出電阻的（1＋AF）倍。 綜上所述，負反饋對放大電路輸入和輸出電阻的影響，可歸納以下兩點： ① 放大電路引入負反饋后，輸入電阻的改變?nèi)Q于輸入端的聯(lián)接方式，而與輸出端的取樣對象（電壓或電流）無直接關(guān)系（取樣對象將決定AF的含義），串聯(lián)負反饋使輸入電阻增加，并聯(lián)負反饋使輸入電阻減小，增加和減小的程度取決于

20、反饋深度。 ② 放大電路引入負反饋以后，輸出電阻的改變?nèi)Q于輸出端的取樣對象，而與輸入端的聯(lián)接方式無直接關(guān)系，電壓負反饋使輸出電阻減小，電流負反饋使輸出電阻增加，增加和減小的程度決定于反饋深度 凡是串聯(lián)負反饋，都使輸入電阻提高，即 凡是并聯(lián)負反饋，都使輸入電阻降低，即 凡是電壓負反饋，都能穩(wěn)定輸出電壓，使輸出電阻降低，即 凡是電流負反饋，都能穩(wěn)定輸出電流，使輸出電阻增大，即 第三節(jié) 深度負反饋放大電路的計算 多級負反饋放大電路的應(yīng)用十分廣泛，其開環(huán)放大倍數(shù)一般很大，容易滿足（１＋AF）>>１的深負反饋條件，多數(shù)可以作為深負反饋放大電路來處理。因此這種估算方法有很大的實用意義。本節(jié)

21、將著重討論這種方法。 根據(jù)前面的討論可知：在反饋放大電路中???????????? ??????????????????????? 在深度負反饋條件下 ≈??????? 由以上幾式可得 ≈ 即 Xi≈Xf 凡是串聯(lián)負反饋 Ｕf≈Ui 凡是并聯(lián)負反饋 If≈Ii 利用上述概念就可方便地估算出閉環(huán)電壓放大倍數(shù)，下面舉例說明。 圖４－15??? 例４－３電路???????????? 圖４－16??? 例４－４電路 例４－３ 估算圖４－15所示深負反饋放大電路的電壓放大倍數(shù)Ａuf 。 解 分析

22、可知，圖４－15為電壓串聯(lián)負反饋電路 反饋電壓?? ??????????????? 深度負反饋條件下????????? Ui≈Uf 電壓放大倍數(shù)???????? ≈ 即?????????????????? 例４－４ 估算圖４－16所示深負反饋放大電路的源電壓放大倍數(shù)Ａusf、。 解 圖４－16所示是電壓并聯(lián)負反饋電路。深負反饋時 Ii≈If 故??????????? ????????Ii（Ｒs＋Rf）＋Uo＝Us??????????????????? 又由于引入并聯(lián)負反饋后輸入電阻Ｒif很小 所以???????????????? ≈ 將以上兩式合并整理得源電壓放大倍

23、數(shù) ≈－ 從以上兩例中可以看出，放大電路引入深度電壓負反饋后，電壓放大倍數(shù)與負載電阻無關(guān)，說明輸出電壓穩(wěn)定—近似于恒壓源。 例４－４中，如果信號源無內(nèi)阻，即Us直接加在發(fā)射結(jié)上，顯然反饋電阻的大小不會影響Ib的大小，即反饋是不起作用的。由此可見，電路引入并聯(lián)負反饋時，只有存在電阻Rs，反饋才起作用，而且Rs愈大，反饋的影響愈明顯。 例４－５? 求解圖４－17所示深負反饋放大電路的電壓放大倍數(shù)Auf 。 ?????????????? ? 圖４－17??? 例４－５電路 解? 由于電路引入了電流串聯(lián)負反饋，故有? Ui≈Uf???????????????? 由

24、電路可知???????? ???????Uf＝IeＲe≈IcRe＝Ui???? ??????????????????? ?????? 其中??????????????? ??????? 電壓放大倍數(shù)????????????? ≈ 可見，當電路引入深度電流負反饋時，電壓放大倍數(shù)和負載電阻RL有關(guān)。這是因為，電流負反饋使輸出電流穩(wěn)定，即RL變化時，輸出電流不變，而輸出電壓隨RL的變化而變化。只有當RL保持不變時，才能使輸出電壓穩(wěn)定。 例４－６ 設(shè)圖４－18所示電路滿足深度負反饋條件，試估算電路的電壓放大倍數(shù)Auf＝？已知R1＝100kΩ，R2＝ = 100 \* Arabic 10

25、0kΩ，R3＝ = 50 \* Arabic 50kΩ。 ??????????????? 圖４－18??? 例４－６電路 解? 由電路可判斷其反饋組態(tài)為電壓串聯(lián)負反饋，故有 1.5????? 三、深度負反饋條件下輸入、輸出電阻的估算??????? 在深度負反饋條件下，估算輸入、輸出電阻的方法是將反饋環(huán)所包括的電路按理想情況處理，即可以認為： 對于串聯(lián)負反饋：??? Rif≈∞ 對于并聯(lián)負反饋：??? Rif≈0 對于電壓負反饋：??? Rof≈0? 對于電流負反饋：??? Rof≈∞ 例４－７? 電路如圖４－19所示，估算深負反饋時電路的輸入、輸出電阻。 解? 由圖分析可知，Rf引入了級間電流串聯(lián)負反饋，所以在輸入端，Rb不在反饋環(huán)內(nèi)，故閉環(huán)輸入電阻為? Rif≈∞ 電路總的輸入電阻?????????????????? ?= 560 kΩ 在輸出回路，由于Rc3不在反饋環(huán)內(nèi)。故閉環(huán)輸出電阻? Rof≈∞,電路總的輸出電阻?????3kΩ 23