模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)-06負(fù)反饋放大器

2023/2/51第6章負(fù)反饋放大器

2023/2/52基本要求

掌握負(fù)反饋放大電路的組態(tài)判斷及其分析方法、參數(shù)計算以及深度負(fù)反饋的計算；

熟悉

負(fù)反饋的基本概念；負(fù)反饋對放大器性能的影響，負(fù)反饋放大器的自激、自激條件和消除自激的原理等；

了解負(fù)反饋放大器的框圖分析法，供讀者選學(xué)。2023/2/536.1反饋的基本概念及分類

6.1.1反饋的基本概念

1.什么是反饋

將系統(tǒng)(如放大器)輸出量(電壓或電流)的一部分或全部，通過某種形式的反饋網(wǎng)絡(luò)送回到系統(tǒng)（如放大器）的輸入回路，與原輸入量混合(相加或相減)得到一個凈輸入量加到某一放大器件的真正的輸入端，共同參與系統(tǒng)輸入的控制的過程，稱為反饋。帶有反饋電路的放大器稱為反饋放大器。

在放大電路中引入合適的反饋，可以使放大器的某些性能得到改善，這種手段在工程上稱為“反饋法”。2023/2/54基本放大電路反饋網(wǎng)絡(luò)A.F.Xo.+XidXiXf...反饋信號輸入信號輸出信號凈輸入信號比較環(huán)節(jié)2.反饋電路方框圖閉合環(huán)路開環(huán)放大電路反饋網(wǎng)絡(luò)2023/2/552023/2/563.直流電流負(fù)反饋電路TUCC+RB1I+_UB_RB2RCREICIEIB+UE輸入回路輸出回路反饋網(wǎng)絡(luò)2023/2/576.1.2負(fù)反饋放大器增益的基本表達(dá)式

由圖6-1所示反饋放大器的方框圖，可以得到

(6-1)

(6-2)

(6-3)

2023/2/582023/2/596.1.3反饋基本類型及判斷

6.1.3.1反饋的基本類型

1.正反饋和負(fù)反饋

在放大電路中，如果引入反饋信號后，使放大器的凈輸入信號加強(qiáng)，從而增加了放大器增益，這種反饋稱為正反饋；反之，如果引入反饋信號后，使放大器的凈輸入信號減弱，從而降低了放大器增益，這種反饋稱為負(fù)反饋。2.交流反饋和直流反饋

在放大電路中各電壓和電流都是交流分量和直流分量疊加而成，如果反饋信號中只存在直流分量，則稱為直流反饋；如果反饋信號中只存在交流分量，則稱為交流反饋。2023/2/5103.電壓反饋和電流反饋

在反饋電路中，如果反饋信號取樣于輸出電壓，則稱為電壓反饋；如果反饋信號取樣于輸出電流，則稱為電流反饋。4.串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋

在反饋電路中，如果輸入回路中的三種信號符合KVL的約束關(guān)系，則稱為串聯(lián)反饋；如果和三種信號符合KCL的約束關(guān)系，則稱為并聯(lián)反饋。

和5.局部反饋和級間反饋

多級放大電路中，通常將每級放大電路自身引入的反饋稱為局部反饋(或本級反饋)，而將兩級(或兩級以上)引入的反饋稱為級間反饋，將從多級放大器的末級放大電路引到輸入級的反饋稱為主反饋(級間反饋)。2023/2/5111).正反饋與負(fù)反饋(1)正反饋——反饋信號加強(qiáng)輸入信號的作用，使凈輸入信號大于原輸入信號。正反饋通常用于振蕩器電路基本放大電路A.F.Xo.+XidXiXf...反饋網(wǎng)絡(luò)++正反饋2023/2/512(2)負(fù)反饋——反饋信號削弱輸入信號的作用，使凈輸入信號小于原輸入信號?；痉糯箅娐稟.F.Xo.+XidXiXf...反饋網(wǎng)絡(luò)+－

負(fù)反饋改善放大電路的性能，廣泛應(yīng)用于電子技術(shù)、自控等領(lǐng)域之中。負(fù)反饋2023/2/5132)．直流反饋與交流反饋(1)直流反饋——反饋作用僅在直流通路中存在。直流通路反饋網(wǎng)絡(luò)T+UCCRb1I+_UBQ_Rb2RcReICQIEQIBQ+UEQ2023/2/514(2)交流反饋—

在交流通路中存在的反饋交流通路輸入回路輸出回路反饋網(wǎng)絡(luò)2023/2/5156.1.3.2四種反饋組態(tài)的判斷

1.電流串聯(lián)負(fù)反饋

判斷反饋極性時，通常用瞬時極性法進(jìn)行判斷。首先判斷電路中是否存在反饋支路(或反饋網(wǎng)絡(luò))，如果存在反饋，則繼續(xù)判斷它是直流還是交流反饋，是局部還是級間反饋，是電壓還是電流反饋，是串聯(lián)還是并聯(lián)反饋，是正反饋還是負(fù)反饋。2023/2/5162023/2/517輸入回路反饋網(wǎng)絡(luò)F輸出回路a.判斷反饋網(wǎng)絡(luò)2023/2/518⊕⊕b.利用瞬時極性法判斷極性反饋過程如下：因此判斷為負(fù)反饋

2023/2/519交流通路輸入回路反饋網(wǎng)絡(luò)由輸入回路：由反饋網(wǎng)絡(luò)：令，由此判斷為串聯(lián)反饋

因此判斷為電流反饋

該電路為：電流串聯(lián)負(fù)反饋

c.負(fù)反饋的組態(tài)判斷且反饋系數(shù)為2023/2/520負(fù)反饋的組態(tài)判斷小結(jié)令uo=0，uf0，屬電流反饋。而令則

(b)uf

與ui串聯(lián)于運放的輸入回路，屬串聯(lián)反饋。電流串聯(lián)負(fù)反饋電流串聯(lián)負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電流2023/2/521⊕⊕⊕⊕⊕使凈輸入信號減小，電流采樣，負(fù)反饋使凈輸入信號？？，電流采樣，？反饋2023/2/522c.增益和反饋系數(shù)的表示方法

開環(huán)增益互導(dǎo)增益

(6-4)閉環(huán)增益

(6-5)反饋系數(shù)

(6-6)而輸入回路又是以反饋電壓的形式調(diào)節(jié)輸入電壓。電流串聯(lián)負(fù)反饋是利用輸出電流起反饋作用，2023/2/5232.電壓串聯(lián)負(fù)反饋2023/2/5241）反饋組態(tài)判斷

級間反饋過程如下：

因此判斷為負(fù)反饋

2023/2/525使凈輸入信號減小，電流采樣，負(fù)反饋使凈輸入信號減小，電流采樣，負(fù)反饋2023/2/526輸入回路輸出回路在輸入回路中判斷為：串聯(lián)反饋其中若令則有判斷為：電壓反饋因此判斷為：電壓串聯(lián)負(fù)反饋

直通信號且反饋系數(shù)為：2023/2/5272023/2/5282）增益和反饋系數(shù)的表示方法

開環(huán)電壓增益

(6-7)閉環(huán)電壓增益

(6-8)反饋系數(shù)

(6-9)2023/2/5293.電流并聯(lián)負(fù)反饋

1）反饋組態(tài)判斷

反饋過程如下2023/2/530由輸入回路：判斷為并聯(lián)反饋且反饋系數(shù)為：若令，則該電路為：電流并聯(lián)負(fù)反饋

因此判斷為電流反饋

直通信號2023/2/5312）增益和反饋系數(shù)的表示方法

開環(huán)電流增益

(6-10)閉環(huán)電流增益

(6-11)反饋系數(shù)

(6-12)2023/2/532對圖6-5(b)所示放大電路，利用“虛斷”的概念，有時2023/2/5334.電壓并聯(lián)負(fù)反饋

1）反饋組態(tài)判斷

反饋過程如下

2023/2/534圖6-6(b)所示電路中利用“虛短”和“虛斷”的概念輸入回路中由KCL得判斷為電壓并聯(lián)負(fù)反饋。

2023/2/5352）增益和反饋系數(shù)的表示方法

開環(huán)互阻增益(6-13)閉環(huán)互阻增益(6-14)反饋系數(shù)

(6-15)2023/2/536反饋組態(tài)的判斷歸納1)首先找出電路中的反饋支路,分析各反饋支路是直流反饋、交流反饋、局部反饋還是級間反饋。2)從輸入信號開始，經(jīng)過基本放大器放大后得到輸出信號，再經(jīng)過反饋網(wǎng)絡(luò)，將信號反饋到放大器輸入回路，用瞬時極性法判斷各支路引入的反饋極性，是正反饋還是負(fù)反饋。3)判斷是電壓反饋還是電流反饋。4)根據(jù)放大電路輸入回路中3個電量的關(guān)系，判斷是串聯(lián)反饋還是并聯(lián)反饋。2023/2/5372023/2/538電壓串聯(lián)

電壓并聯(lián)

電流串聯(lián)

電流并聯(lián)四種類型負(fù)反饋的表達(dá)式A?????????????F?????????????Af?????????????idoUUAu=idoIUAr=idoUIAg=idoIIAi=ofUUFu=ofUIFg=ofIUFr=ofIIFi=iofUUAu=iofIUAr=iofUIAg=iofIIAi=2023/2/539【例6-1】

電路如例6-1圖(a),(b)所示。（1）判斷圖示電路的反饋極性及組態(tài)；（2）求出反饋電路的反饋系數(shù)。

圖6-8例6-1圖2023/2/540解:（1）判斷電路反饋極性及類型圖a中虛線所示為分析反饋時的信號走向。圖6-8例6-1圖2023/2/541（2）求出反饋電路的反饋系數(shù)

為了分析方便，畫出圖6-8(a)，(b)的反饋網(wǎng)絡(luò)分別如圖(c)，(d)所示。

圖a所示電路的反饋系數(shù)2023/2/542【例6-2】試判斷下列電路的級間交流反饋的極性和組態(tài)。圖6-9例6-2圖2023/2/5432023/2/544圖6-9例6-2圖2023/2/545例6-2圖b所示電路中2023/2/546圖6-9例6-2圖2023/2/547

例6-2圖(c)所示電路是一個三級放大器，瞬時極性法判斷反饋過程如下

2023/2/548圖6-9例6-2圖2023/2/549例6-2圖(d)所示反饋電路，瞬時極性法判斷反饋過程如下2023/2/550例6-2圖(e)所示電路中,由組成的是電壓跟隨器；反相比例運算電路;由對于引入單級電壓并聯(lián)負(fù)反饋；由引入級間交、值流反饋，就交流反饋而言，用瞬時極性法組成的是判斷反饋過程如下2023/2/551輸入回路中的電流滿足KCL的約束關(guān)系，利用“虛斷”的概念有

令=0，則=0，顯然反饋信號取樣于，由此判斷為電壓并聯(lián)負(fù)反饋

2023/2/5526.2負(fù)反饋放大電路的方框圖

根據(jù)圖6-1所示單環(huán)負(fù)反饋放大電路框圖，上述四種組態(tài)的負(fù)反饋放大電路可以用圖6-8所示方框圖表示。為了分析方便，將基本放大器表示為網(wǎng)絡(luò)A，反饋電路表示為網(wǎng)絡(luò)B。2023/2/5532023/2/5542023/2/5552023/2/5562023/2/5576.3負(fù)反饋對放大器性能的影響

6.3.1提高增益的穩(wěn)定性

由式(6-2)可見，放大器的閉環(huán)增益為

為了分析方便，只討論放大器工作在中頻范圍內(nèi)的情況，且認(rèn)為反饋網(wǎng)絡(luò)為純電阻網(wǎng)絡(luò)，即認(rèn)為信號通過基本放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)時都不會產(chǎn)生附加相位移，放大系數(shù)和反饋系數(shù)都為實數(shù)(6-16)2023/2/558或(6-17)由式(6-16)和(6-17)可得(6-18)6.3.1提高增益的穩(wěn)定性2023/2/5596.3.2對放大器輸入輸出電阻的影響

1)串聯(lián)負(fù)反饋使放大器輸入電阻增大

(6-19)2)并聯(lián)負(fù)反饋使放大器輸入電阻減小

(6-20)2023/2/5603)電流負(fù)反饋使放大器輸出電阻增大

(6-21)4)電壓負(fù)反饋使放大器輸出電阻減小

(6-22)

電壓負(fù)反饋使放大器的輸出電壓基本不變，相當(dāng)于一個內(nèi)電阻很小的恒壓源。

電流負(fù)反饋放大器的輸出電流基本不變，相當(dāng)于一個內(nèi)電導(dǎo)很小的恒流源。2023/2/5616.3.3減小非線性失真

2023/2/5626.3.4擴(kuò)展通頻帶

2023/2/563已知高頻區(qū)電路開環(huán)放大倍數(shù)·HmHj1ffAA+=式中Am——中頻區(qū)的開環(huán)放大倍數(shù)

fH——上限截止頻率設(shè)反饋系數(shù)F為實數(shù)（為分析方便）引入負(fù)反饋后高頻區(qū)閉環(huán)放大倍數(shù)為···FAAAHHHf1+=2023/2/564·將代入上式得HmHj1ffAA+=·FffAffAAHmHmHfj11j1+++=)1(j11mHmmFAffFAA+++=Hfmfj1ffA+=FAAAmmmf1+=2023/2/565(6-23)(6-24)fHf為引入負(fù)反饋后的電路上限截止頻率同理可證，引入負(fù)反饋后的電路下限截止頻率(6-25)2023/2/566(6-26)（注：上式只適合一階慣性環(huán)節(jié)的放大電路）2023/2/5676.4負(fù)反饋放大器的分析與計算

2023/2/5686.4.1深度負(fù)反饋的計算

6.4.1.1深度負(fù)反饋的特點2023/2/5696.4.1.2環(huán)路增益與反饋深度

1)環(huán)路增益

2023/2/5702)反饋深度與增益的近似表達(dá)式

(6-28)2023/2/5716.4.1.3

深度負(fù)反饋條件下的計算

2023/2/572如例6-3圖a所示電路,根據(jù)瞬時極性法判斷為電壓串聯(lián)負(fù)反饋反饋使凈輸入信號減小圖6-14例6-3圖2023/2/573深度負(fù)反饋條件下，閉環(huán)電壓增益為

￥?￠ifR2023/2/574

如例6-3圖(b)所示電路，根據(jù)瞬時極性法判斷為電流串聯(lián)負(fù)反饋。

圖6-14例6-3圖2023/2/575閉環(huán)電壓增益為

2023/2/576如例6-3圖(c)所示電路，根據(jù)瞬時極性法判斷為電壓并聯(lián)負(fù)反饋。圖6-14例6-3圖2023/2/577閉環(huán)互阻增益為

閉環(huán)源電壓增益為

2023/2/578如例6-3圖(d)所示電路，根據(jù)瞬時極性法判斷為電流并聯(lián)負(fù)反饋。圖6-14例6-3圖2023/2/579閉環(huán)電流增益

閉環(huán)電壓增益【例6-4】鏈接2023/2/5806.4.3引入負(fù)反饋的一般原則

減小信號源的負(fù)載、提高輸出端的負(fù)載能力。正確引入應(yīng)考慮的兩個主要問題：a.選擇合適的負(fù)反饋類型選擇負(fù)反饋類型應(yīng)該考慮:b.正確選用各元件參數(shù)2023/2/5811)若需要穩(wěn)定放大電路中的靜態(tài)工作點等直流量，應(yīng)該在放大電路中引入直流負(fù)反饋；2)若需要穩(wěn)定放大電路中的交流性能，應(yīng)該在放大電路中引入交流負(fù)反饋；3)若需要穩(wěn)定放大電路中的輸出電壓，應(yīng)該在放大電路中引入電壓負(fù)反饋；若需要穩(wěn)定放大電路中的輸出電流，應(yīng)該在放大電路中引入電流負(fù)反饋；4)若需要提高放大器的輸入電阻，應(yīng)該在放大器中引入串聯(lián)負(fù)反饋；若需要提高放大器的輸出電阻，應(yīng)該在放大器中引入電流負(fù)反饋；若需要減小放大器的輸入電阻，應(yīng)該在放大器中引入并聯(lián)負(fù)反饋；若需要減小放大器的輸出電阻，應(yīng)該在放大器中引入電壓負(fù)反饋。放大電路(或其他電子系統(tǒng))中引入負(fù)反饋的一般原則：2023/2/582對于電壓——

電流變換器對于電流——

電壓變換器總之：對于電壓放大器對于電流放大器選擇電壓串聯(lián)負(fù)反饋選擇電流并聯(lián)負(fù)反饋選擇電流串聯(lián)負(fù)反饋選擇電壓并聯(lián)負(fù)反饋2023/2/5836.5負(fù)反饋的穩(wěn)定性問題

由于基本放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)在某些頻率分量下產(chǎn)生的相位移可能改變反饋的極性，深度負(fù)反饋有可能引起放大器自激振蕩，此時，即使不加任何輸入信號，放大器也會有某一頻率的信號輸出，使放大器失去了原有的功能。6.5.1負(fù)反饋放大電路的自激及穩(wěn)定工作的條件

1.自激振蕩現(xiàn)象

前面有關(guān)負(fù)反饋放大器的分析都是在放大器的中頻區(qū)域，且反饋網(wǎng)絡(luò)由純電阻構(gòu)成，因而基本放大器和負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)不產(chǎn)生附加相位移。

2023/2/584

實際上，RC耦合共射極放大器來說，在其中頻范圍內(nèi)集電極輸出電壓與基極輸入電壓反相，放大電路有180的相移，在放大器的低頻段和高頻段，由于某些電抗元件的作用，不僅會使增益下降，而且會產(chǎn)生附加相位移。

單級RC耦合共射極放大器幅頻特性和相頻特性如圖7-15所示。

2023/2/585最大相位移可接近引入負(fù)反饋后環(huán)路增益將產(chǎn)生附加相移

(6-51)單級RC耦合共射極放大器的總相位移接近不至于使反饋信號與輸入信號同相位，因此，它能穩(wěn)定工作。

兩級RC耦合放大器級聯(lián)總相位移接近

三級RC耦合放大器級聯(lián)總相位移接近若一個多級放大器在某一頻率下總相位

則反饋信號將與輸入信號同相位(仍假定反饋網(wǎng)絡(luò)為純阻