第6章負(fù)反饋放大電路

第6章負(fù)反饋放大電路6.1概述6.2負(fù)反饋放大電路的框圖和一般關(guān)系6.3負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響6.4負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定性6.1.1反饋的基本概念6.1.2反饋的分類6.1.3負(fù)反饋的四種組態(tài)6.1概述6.1.1反饋的基本概念什么是反饋？首先看右圖:圖中Re兩端的電壓反映出輸出回路中的電流大小和變化ic↑→iE↑

→vE(=iERe)↑→

vBE(=vB-vE)↓→

iB↓→

ic(iE)↓↓

ic↓

ie由此得反饋的概念：在放大電路中信號(hào)的傳輸是從輸入端到輸出端，這個(gè)方向稱為正向傳輸。反饋就是將輸出信號(hào)取出一部分或全部送回到放大電路的輸入回路，與原輸入信號(hào)相加或相減后再作用到放大電路的輸入端。6.1.2反饋的分類和判斷正反饋:加入反饋后，凈輸入信號(hào)增大,輸出幅度增大，等效增益增大.負(fù)反饋:加入反饋后，凈輸入信號(hào)減小，輸出幅度減小，等效增益下降.判斷方法:根據(jù)反饋極性的不同:即先假定輸入信號(hào)為某一個(gè)瞬時(shí)極性，然后逐級(jí)推出電路其他有關(guān)各點(diǎn)瞬時(shí)信號(hào)的相位變化，最后判斷反饋到輸入端信號(hào)的瞬時(shí)極性是增強(qiáng)還是削弱了原來(lái)的輸入信號(hào)。1.正反饋和負(fù)反饋舉例:判斷下列圖(a)與(b)何為正反饋?何為負(fù)反饋?輸入電壓vI加在集成運(yùn)放的反相端(-)且設(shè)瞬時(shí)極性為正(⊕，代表該點(diǎn)瞬時(shí)信號(hào)的變化為增大);則輸出電壓的瞬時(shí)極性為負(fù)(?，該點(diǎn)瞬時(shí)信號(hào)的變化為減小);而反饋電壓vF由輸出端通過(guò)電阻R1、R3分壓后得到，因此，反饋電壓增強(qiáng)了輸入電壓的作用，使放大倍數(shù)提高。

?⊕??輸入電壓vI加在集成運(yùn)放的同相端(+)且設(shè)瞬時(shí)極性為正(⊕,代表該點(diǎn)瞬時(shí)信號(hào)的變化為增大);則輸出電壓的瞬時(shí)極性也為正(⊕,該點(diǎn)瞬時(shí)信號(hào)的變化為增大);而反饋電壓vF由輸出端通過(guò)電阻R3、R4分壓后得到，因此，反饋電壓消弱了輸入電壓的作用，使放大倍數(shù)提高降低。

⊕⊕⊕對(duì)分立元件而言，C與B極性相反，E與B極性相同。對(duì)集成運(yùn)放而言，uO與uN極性相反，uO與uP極性相同。以電壓求和或以電流求和判斷凈輸入信號(hào)是增加或減小。判斷方法：根據(jù)反饋量本身的交、直流性質(zhì)。直流反饋：反饋量只包含直流量；交流反饋：反饋量中只有交流量；交直流反饋：如果反饋量既有直流量又有交流量。2.直流反饋與交流反饋舉例：判斷下列圖(a)與(b)何為直流反饋?何為交流反饋?在圖所示的運(yùn)放電路中，Rf和Cf網(wǎng)絡(luò)是通高頻、阻低頻的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中R2上只有直流成分，因此是直流反饋。在圖所示的運(yùn)放電路中，Rf和Cf只有交流成分通過(guò)，因此，這個(gè)反饋是交流反饋。

直流反饋的作用能穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，而對(duì)于放大電路的動(dòng)態(tài)參數(shù)(如放大倍數(shù)、通頻帶、輸入及輸出電阻等)沒(méi)有影響；而交流負(fù)反饋對(duì)放大電路的動(dòng)態(tài)參數(shù)會(huì)產(chǎn)生不同的影響，是改善電路技術(shù)指標(biāo)的主要手段，也是本章要討論的主要內(nèi)容。3.電壓反饋和電流反饋電壓反饋：反饋信號(hào)的大小與輸出電壓成比例；電流反饋：反饋信號(hào)的大小與輸出電流成比例。電壓反饋與電流反饋的判斷：將輸出電壓‘短路’，若反饋信號(hào)為零，則為電壓反饋；若反饋信號(hào)仍然存在，則為電流反饋。舉例：判斷下列圖(a)與(b)何為電壓反饋?何為電流反饋?R1上的反饋電壓vF是運(yùn)放的輸出電壓vo，經(jīng)R1、Rf、Cf網(wǎng)絡(luò)分壓得到，說(shuō)明反饋量與取自輸出電壓vo，為電壓反饋?；蛘撸瑢⑤敵龆硕搪?，則vF=0，也就說(shuō)反饋量不存在。Rf、Cf網(wǎng)絡(luò)中流過(guò)的電流iF=io，為電流反饋。或者，將輸出端短路，反饋量仍存在，為電流反饋。一般來(lái)說(shuō)：反饋元件直接接在輸出端為電壓反饋。反饋元件只要沒(méi)有直接接到輸出端，均為電流反饋。(特別注意：負(fù)載不屬于放大器，因此不能算作反饋元件。)電壓與電流反饋的簡(jiǎn)易判斷方法4.串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋

并聯(lián)反饋:反饋信號(hào)與輸入信號(hào)加在放大電路輸入回路的同一個(gè)電極;串聯(lián)反饋:反饋信號(hào)與輸入信號(hào)加在放大電路輸入回路的兩個(gè)電極。對(duì)于三極管來(lái)說(shuō)，反饋信號(hào)與輸入信號(hào)同時(shí)加在輸入三極管的基極或發(fā)射極，則為并聯(lián)反饋；一個(gè)加在基極一個(gè)加在發(fā)射極則為串聯(lián)反饋。

此時(shí)反饋信號(hào)與輸入信號(hào)是電流相加減的關(guān)系。

此時(shí)反饋信號(hào)與輸入信號(hào)是電壓相加減的關(guān)系。對(duì)于運(yùn)算放大器來(lái)說(shuō)，反饋信號(hào)與輸入信號(hào)同時(shí)加在同相輸入端或反相輸入端，則為并聯(lián)反饋；一個(gè)加在同相輸入端一個(gè)加在反相輸入端則為串聯(lián)反饋。

此時(shí)反饋信號(hào)與輸入信號(hào)是電壓相加減的關(guān)系。

此時(shí)反饋信號(hào)與輸入信號(hào)是電流相加減的關(guān)系。6.1.3負(fù)反饋的四種組態(tài)

對(duì)于負(fù)反饋來(lái)說(shuō)，根據(jù)反饋信號(hào)在輸出端采樣方式以及在輸入回路中求和形式的不同，共有四種組態(tài)，它們分別是：電壓串聯(lián)負(fù)反饋電壓并聯(lián)負(fù)反饋電流串聯(lián)負(fù)反饋電流并聯(lián)負(fù)反饋。

下面通過(guò)例子來(lái)說(shuō)明如何判斷?1.電壓串聯(lián)負(fù)反饋

R1上的壓降為零，電阻RF引入一個(gè)反饋，反饋電壓vF為輸出電壓vo在R2和RF上的分壓而得，屬電壓反饋；又集成運(yùn)放的差模輸入電壓(凈輸入電壓)vid=vi-vf，反饋電壓削弱外加輸入電壓的作用，使放大倍數(shù)降低，為負(fù)反饋；vi與vf接在輸入回路不同端，為串聯(lián)反饋。所以該組態(tài)是電壓串聯(lián)負(fù)反饋。2.電流串聯(lián)負(fù)反饋反饋電壓vf=ioRf取自輸出電流,為電流反饋。又集成運(yùn)放的差模輸入電壓(凈輸入電壓)為vid=vi-vf，為串聯(lián)反饋。由瞬時(shí)極性法知該反饋為負(fù)反饋?？梢?jiàn)，所以該組態(tài)是電流串聯(lián)負(fù)反饋。3.電壓并聯(lián)負(fù)反饋反饋電流if取自輸出電壓v0,為電壓反饋。又凈輸入電流為iid=ii-if，為并聯(lián)反饋。由瞬時(shí)極性法知該反饋為負(fù)反饋?？梢?jiàn)，所以該組態(tài)是電壓并聯(lián)負(fù)反饋。4.電流并聯(lián)負(fù)反饋反饋電流if取自輸出電流i0,為電流反饋。又凈輸入電流為iid=ii-if，為并聯(lián)反饋。由瞬時(shí)極性法知該反饋為負(fù)反饋?？梢?jiàn)，所以該組態(tài)是電流并聯(lián)負(fù)反饋。6.2負(fù)反饋放大電路的框圖與

一般關(guān)系式

6.2.1負(fù)反饋的方塊圖6.2.2負(fù)反饋放大電路增益6.2.3四種負(fù)反饋組態(tài)的方框圖6.2.4

負(fù)反饋電路放大倍數(shù)計(jì)算

6.2.1負(fù)反饋的方塊圖基本放大電路反饋網(wǎng)絡(luò)

以上幾個(gè)量都采用了復(fù)數(shù)表示，因?yàn)橐紤]實(shí)際電路的相移。由于—輸入信號(hào)(ii或ui)—

凈輸入信號(hào)(iid或uid)—輸出信號(hào)(io或uo)—

反饋信號(hào)(if或uf)式中：稱為環(huán)路增益。基本放大電路反饋網(wǎng)絡(luò)閉環(huán)放大倍數(shù)凈輸入開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)反饋系數(shù)6.2.2負(fù)反饋放大電路增益它反映了反饋對(duì)放大電路影響的程度。

可分為下列三種情況(1)當(dāng)＞1時(shí)，＜，相當(dāng)于負(fù)反饋(2)當(dāng)＜1時(shí)，＞，相當(dāng)于正反饋(3)當(dāng)=0時(shí)，=∞，相當(dāng)于輸入為零時(shí)仍有輸出，故稱為“自激狀態(tài)”。稱為反饋深度1、討論

2.深度負(fù)反饋

環(huán)路增益是指放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)所形成環(huán)路的增益，當(dāng)>>1時(shí)稱為深度負(fù)反饋，與1+>>1相當(dāng)。于是閉環(huán)放大倍數(shù):也就是說(shuō)在深度負(fù)反饋條件下，閉環(huán)放大倍數(shù)近似等于反饋系數(shù)的倒數(shù)，與有源器件的參數(shù)基本無(wú)關(guān)。一般反饋網(wǎng)絡(luò)是無(wú)源元件構(gòu)成的，其穩(wěn)定性優(yōu)于有源器件，因此深度負(fù)反饋時(shí)的放大倍數(shù)比較穩(wěn)定。由此可見(jiàn)：對(duì)于復(fù)雜的負(fù)反饋電路，增益的計(jì)算可簡(jiǎn)化為反饋系數(shù)的計(jì)算。

在此還要注意的是

、

和

可以是電壓信號(hào)，也可以是電流信號(hào)。

(1)當(dāng)它們都是電壓信號(hào)時(shí)，

、

、

無(wú)量綱，

和是電壓放大倍數(shù)。(2)當(dāng)它們都是電流信號(hào)時(shí)，

、

、

無(wú)量綱，

和是電流放大倍數(shù)。(3)當(dāng)它們既有電壓信號(hào)也有電流信號(hào)時(shí)，、

、

有量綱，

和

也有專門的放大倍數(shù)的稱謂。3、需說(shuō)明：6.2.3四種反饋組態(tài)電路的方框圖對(duì)于不同組態(tài)的負(fù)反饋放大電路來(lái)說(shuō)，其中開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)和反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù)物理意義和量綱都各不相同，因此，統(tǒng)稱之為廣義的放大倍數(shù)和廣義的反饋系數(shù)。6.2.4

負(fù)反饋放大電路的分析計(jì)算簡(jiǎn)單的負(fù)反饋放大電路，利用微變等效電路法進(jìn)行分析計(jì)算；對(duì)于深度負(fù)反饋放大電路，采用估算方法。6.2.4.1利用關(guān)系式估算閉環(huán)電壓放大倍數(shù)對(duì)于電壓串聯(lián)負(fù)反饋，中的代表閉環(huán)電壓放大倍數(shù)，因而可直接估算出負(fù)反饋放大電路的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)。因而：6.2.4.2利用關(guān)系式估算閉環(huán)電壓放大倍數(shù)放大電路的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)：深度負(fù)反饋放大電路的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)：對(duì)于串聯(lián)負(fù)反饋：并聯(lián)負(fù)反饋：

結(jié)論：根據(jù)負(fù)反饋組態(tài)，選擇適當(dāng)?shù)墓剑辉俑鶕?jù)放大電路的實(shí)際情況，列出關(guān)系式后，直接估算閉環(huán)電壓放大倍數(shù)。例a：估算深負(fù)反饋運(yùn)放的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)。解：該電路為電壓并聯(lián)負(fù)反饋，在深度負(fù)反饋條件下：則閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為：圖5.3.2例5.3.1電路(a)該電路為電壓串聯(lián)負(fù)反饋在深度負(fù)反饋條件下圖5.3.2例5.3.1電路(b)例b：RL圖5.3.2例5.3.1電路(c)該電路為電流并聯(lián)負(fù)反饋，在深度負(fù)反饋條件下：故：閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為：例c：圖5.3.2例5.3.1電路(d)該電路為電流串聯(lián)負(fù)反饋，在深度負(fù)反饋條件下：例d：6.3負(fù)反饋對(duì)放大電路性能影響6.3.1提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性6.3.2減小非線性失真和抑制干擾6.3.3提高反饋環(huán)內(nèi)信噪比6.3.4改善放大電路的頻率特性6.3.1提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性Af的相對(duì)變化量A的相對(duì)變化量放大倍數(shù)穩(wěn)定性提高例6.12

A

=

103，負(fù)反饋使放大倍數(shù)穩(wěn)定性提高

100

倍，求F、Af、A變化

10%時(shí)的

Af

，以及dAf/Af。解：

(1)1+AF=100，則F=(100–1)/

A=0.099(2)=103/

100=10(3)此時(shí)的Af=負(fù)反饋以犧牲放大倍數(shù)，換取了放大倍數(shù)穩(wěn)定性的提高。6.3.2減小非線性失真vf加入負(fù)反饋無(wú)負(fù)反饋FvfAvivo+–vidvo大小略大略小略小略大viA接近正弦波改善了波形失真減小失真動(dòng)畫演示6.3.3改善放大電路的頻率特性無(wú)反饋時(shí)：BW=fH

fL

fH引入反饋后，fA(f)OAm0.707AmfLfHBWAf(f)Amf0.707AmffLffHfBWf可證明：fHf=(1+AF)fHfLf=fL

/

(1+AF)=(1+AF)fH=(1+AF)BW

fHf

BWf=fHf

fLf例已知集成運(yùn)放中頻開(kāi)環(huán)差模放大倍數(shù)Am=104，上限頻率fH=10Hz，下限頻率fL=1Hz。引入負(fù)反饋后，閉環(huán)電壓放大倍數(shù)Amf=10，試問(wèn)反饋深度等于多少？此時(shí)負(fù)反饋放大電路的通頻帶等于多少？增益帶寬積又為多少？解：因?yàn)樗苑答伾疃?又所以通頻帶寬:頻帶增益積:6.3.5

改變放大電路的輸入和輸出電阻1、對(duì)輸入電阻的影響(1)串聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻增大深度負(fù)反饋：Rif

A

FRi理解：串聯(lián)負(fù)反饋相當(dāng)于在輸入回路中串聯(lián)了一個(gè)電阻，故輸入電阻增加。(2)并聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻減小深度負(fù)反饋：Rif

A

FRi理解：并聯(lián)負(fù)反饋相當(dāng)于在輸入回路中并聯(lián)了一條支路，故輸入電阻減小。2、對(duì)輸出電阻的影響(1)電壓負(fù)反饋F與A并聯(lián)，使輸出電阻減小。AFRoRofA

為負(fù)載開(kāi)路時(shí)的源電壓放大倍數(shù)。深度負(fù)反饋：理解：電壓負(fù)反饋目的是阻止vo的變化，