第三章負反饋放大電路

第三章負反饋放大電路第一頁，共四十三頁，2022年，8月28日本章重點和考點：1.負反饋組態(tài)的正確判斷2.深度負反饋放大電路放大倍數(shù)的計算3.負反饋的作用本章教學(xué)時數(shù)：6學(xué)時

第二頁，共四十三頁，2022年，8月28日3.1反饋的基本概念及判斷方法反饋的基本概念一、什么是反饋在電子設(shè)備中經(jīng)常采用反饋的方法來改善電路的性能，以達到預(yù)定的指標(biāo)。放大電路中的反饋，是指將放大電路輸出電量(輸出電壓或輸出電流)的一部分或全部，通過一定的方式，反送回輸入回路中。圖3.1.1反饋放大電路的方框圖第三頁，共四十三頁，2022年，8月28日二、正反饋和負反饋反饋信號增強了外加凈輸入信號，使放大電路的放大倍數(shù)提高——正反饋反饋信號削弱了外加凈輸入信號，使放大電路的放大倍數(shù)降低——負反饋負反饋穩(wěn)定靜態(tài)工作點+-+第四頁，共四十三頁，2022年，8月28日三、直流反饋和交流反饋(a)直流負反饋(b)交流負反饋交流負反饋：反饋量只含有交流量。用以改善放大電路的性能?？煞€(wěn)定靜態(tài)工作點。第五頁，共四十三頁，2022年，8月28日反饋的判斷一、有無反饋的判斷是否有聯(lián)系輸入、輸出回路的反饋通路；是否影響放大電路的凈輸入。(a)沒引入反饋的放大電路(b)引入反饋的放大電路(c)R的接入沒引入反饋第六頁，共四十三頁，2022年，8月28日反饋極性的判斷方法：瞬時極性法。先假定某一瞬間輸入信號的極性，然后按信號的放大過程，逐級推出輸出信號的瞬時極性，最后根據(jù)反饋回輸入端的信號對原輸入信號的作用，判斷出反饋的極性。二、反饋極性的判斷對分立元件而言，C與B極性相反，E與B極性相同。對集成運放而言，uO與uN極性相反，uO與uP極性相同。第七頁，共四十三頁，2022年，8月28日例：用瞬時極性法判斷電路中的反饋極性。--因為差模輸入電壓等于輸入電壓與反饋電壓之差，反饋增強了輸入電壓，所以為正反饋。-反饋信號削弱了輸入信號，因此為負反饋。圖(a)正反饋(b)負反饋第八頁，共四十三頁，2022年，8月28日例(+)(+)(-)(-)凈輸入量減小(+)(+)(-)(-)凈輸入量增加a負反饋b正反饋反饋通路反饋通路級間反饋通路(+)(+)(+)(+)(-)凈輸入量減小c級間負反饋反饋通路本級反饋通路第九頁，共四十三頁，2022年，8月28日分立元件電路反饋極性的判斷圖分立元件放大電路反饋極性的判斷反饋通路凈輸入量減小負反饋原則：對分立元件而言，C與B極性相反，E與B極性相同。第十頁，共四十三頁，2022年，8月28日三、直流反饋與交流反饋的判斷直流負反饋：反饋量只含有直流量。交流負反饋：反饋量只含有交流量。圖直流反饋與交流反饋的判斷（一）(a)電路(b)直流通路(c)交流通路直流反饋無交流反饋第十一頁，共四十三頁，2022年，8月28日3.2負反饋放大電路的四種基本組態(tài)負反饋放大電路分析要點（3）負反饋的基本作用是將引回的反饋量與輸入量相減，從而調(diào)整電路的凈輸入量和輸出量。（1）交流負反饋使放大電路的輸出量與輸入量之間具有穩(wěn)定的比例關(guān)系，任何因素引起的輸出量的變化均得到抑制。由于輸入量的變化也同樣會受到抑制，因此交流負反饋使電路的放大能力下降。（2）反饋量實質(zhì)上是對輸出量的取樣，其數(shù)值與輸出量成正比。第十二頁，共四十三頁，2022年，8月28日（2）從輸入端看，反饋量與輸入量是以電壓方式相疊加，還是以電流方式相疊加。對于具體的負反饋放大電路，首先應(yīng)研究下列問題，進而進行定量分析。（1）從輸出端看，反饋量是取自于輸出電壓，還是取自于輸出電流。反饋信號取自輸出電壓，則為電壓反饋反饋信號取自輸出電流，則為電流反饋反饋量與輸入量以電壓形式求和，為串聯(lián)反饋反饋量與輸入量以電流形式求和，為并聯(lián)反饋第十三頁，共四十三頁，2022年，8月28日四種負反饋組態(tài)一、電壓串聯(lián)負反饋圖電壓串聯(lián)負反饋電路反饋信號與輸出電壓成正比，集成運放的凈輸入電壓等于輸入電壓與反饋電壓之差，電壓串聯(lián)、電壓并聯(lián)、電流串聯(lián)、電流并聯(lián)負反饋第十四頁，共四十三頁，2022年，8月28日二、電流串聯(lián)負反饋圖電流串聯(lián)負反饋電路反饋信號與輸出電流成正比，凈輸入電壓等于外加輸入信號與反饋信號之差（2）串聯(lián)負反饋電路的輸入電流很小，適用于輸入信號為恒壓源或近似恒壓源的情況。（1）電壓負反饋能夠穩(wěn)定輸出電壓，電流負反饋能夠穩(wěn)定輸出電流。小結(jié)第十五頁，共四十三頁，2022年，8月28日三、電壓并聯(lián)負反饋圖電壓并聯(lián)負反饋電路反饋信號與輸出電壓成正比，凈輸入電流等于外加輸入電流與反饋電流之差第十六頁，共四十三頁，2022年，8月28日四、電流并聯(lián)負反饋圖電流并聯(lián)負反饋電路反饋信號與輸出電流成正比，凈輸入電流等于外加輸入信號與反饋信號之差：第十七頁，共四十三頁，2022年，8月28日四種負反饋組態(tài)的放大倍數(shù)電壓串聯(lián)負反饋電路電流串聯(lián)負反饋電路電壓并聯(lián)負反饋電路電流并聯(lián)負反饋電路電壓放大倍數(shù)轉(zhuǎn)移電阻轉(zhuǎn)移電導(dǎo)電流放大倍數(shù)第十八頁，共四十三頁，2022年，8月28日反饋阻態(tài)的判斷并聯(lián)：反饋量輸入量接于同一輸入端。接于不同的輸入端。串聯(lián)：反饋量輸入量電流：將負載短路，反饋量仍然存在。電壓：將負載短路，反饋量為零。第十九頁，共四十三頁，2022年，8月28日一、電壓負反饋與電流負反饋的判斷令輸出電壓為零，反饋電流不存在，所以是電壓負反饋第二十頁，共四十三頁，2022年，8月28日令輸出電壓為零，反饋電流仍存在，所以是電流負反饋第二十一頁，共四十三頁，2022年，8月28日二、串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋的判斷[例3.2.1]判斷反饋的組態(tài)。反饋通路：T、R2與R1交、直流反饋瞬時極性法判斷：負反饋輸出端看：電流負反饋輸入端看：串聯(lián)負反饋電路引入交、直流電流串聯(lián)負反饋第二十二頁，共四十三頁，2022年，8月28日[例3.2.2]判斷反饋的組態(tài)。圖例電路圖反饋通路：T3

、R4與R2交、直流反饋瞬時極性法判斷：負反饋輸出端看：電壓負反饋輸入端看：串聯(lián)負反饋電路引入交、直流電壓串聯(lián)負反饋第二十三頁，共四十三頁，2022年，8月28日負反饋放大電路的方框圖表示法圖反饋放大電路方框圖

分別為輸入信號、輸出信號和反饋信號；開環(huán)放大倍數(shù)無反饋時放大網(wǎng)絡(luò)的放大倍數(shù)；因為：3.3

負反饋放大電路的方框圖及一般表達式第二十四頁，共四十三頁，2022年，8月28日所以：閉環(huán)放大倍數(shù)：電路的環(huán)路放大倍數(shù)：反饋系數(shù)：第二十五頁，共四十三頁，2022年，8月28日四種組態(tài)電路的方塊圖電壓串聯(lián)負反饋電流串聯(lián)負反饋電壓并聯(lián)負反饋電流并聯(lián)負反饋第二十六頁，共四十三頁，2022年，8月28日表四種組態(tài)負反饋放大電路的比較輸出信號反饋信號開環(huán)電路的放大倍數(shù)反饋系數(shù)電壓串聯(lián)式電壓并聯(lián)式電流串聯(lián)式電流并聯(lián)式電壓放大倍數(shù)轉(zhuǎn)移電阻轉(zhuǎn)移電導(dǎo)電流放大倍數(shù)第二十七頁，共四十三頁，2022年，8月28日若——深度負反饋結(jié)論：深度負反饋放大電路的放大倍數(shù)主要由反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù)決定，能保持穩(wěn)定。若則——自激振蕩負反饋放大電路的一般表達式閉環(huán)放大倍數(shù)：在中頻段，Af、A和F均為實數(shù)

第二十八頁，共四十三頁，2022年，8月28日3.4負反饋對放大電路性能的影響穩(wěn)定放大倍數(shù)引入負反饋后，在輸入信號一定的情況下，當(dāng)電路參數(shù)變化、電源電壓波動或負載發(fā)生變化時，放大電路輸出信號的波動減小，即放大倍數(shù)的穩(wěn)定性提高。放大倍數(shù)穩(wěn)定性提高的程度與反饋深度有關(guān)。在中頻范圍內(nèi)，放大倍數(shù)的相對變化量：結(jié)論：引入負反饋后，放大倍數(shù)的穩(wěn)定性提高了(1+AF)倍。第二十九頁，共四十三頁，2022年，8月28日

例：在電壓串聯(lián)負反饋放大電路中，①估算反饋系數(shù)和反饋深度②估算放大電路的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)③如果開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)A的相對變化量為±10%，此時閉環(huán)電壓放大倍數(shù)Af的相對變化量等于多少？解：①反饋系數(shù)反饋深度第三十頁，共四十三頁，2022年，8月28日②閉環(huán)放大倍數(shù)③Af的相對變化量結(jié)論：當(dāng)開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)變化10%時，電壓放大倍數(shù)的相對變化量只有0.0001%，而穩(wěn)定性提高了一萬倍。第三十一頁，共四十三頁，2022年，8月28日改變輸入電阻和輸出電阻不同類型的負反饋，對輸入電阻、輸出電阻的影響不同。一、對輸入電阻的影響1.串聯(lián)負反饋增大輸入電阻得：結(jié)論：引入串聯(lián)負反饋后，輸入電阻增大為無反饋時的倍。圖

第三十二頁，共四十三頁，2022年，8月28日2.并聯(lián)負反饋減小輸入電阻得：結(jié)論：引入并聯(lián)負反饋后，輸入電阻減小為無負反饋時的1/。圖

并聯(lián)負反饋對Ri

的影響第三十三頁，共四十三頁，2022年，8月28日二、負反饋對輸出電阻的影響1.電壓負反饋減小輸出電阻放大電路的輸出電阻定義為：得：結(jié)論：引入電壓負反饋后，放大電路的輸出電阻減小到無反饋時的。圖

Rof第三十四頁，共四十三頁，2022年，8月28日2.電流負反饋增大輸出電阻圖

結(jié)論：引入電流負反饋后，放大電路的輸出電阻增大到無反饋時的倍。第三十五頁，共四十三頁，2022年，8月28日綜上所述(1).反饋信號與外加輸入信號的求和方式只對放大電路的輸入電阻有影響：串聯(lián)負反饋使輸入電阻增大；并聯(lián)負反饋使輸入電阻減小。(2).反饋信號在輸出端的采樣方式只對放大電路的輸出電阻有影響：電壓負反饋使輸出電阻減??；電流負反饋使輸出電阻增大。(3).串聯(lián)負反饋只增大反饋環(huán)路內(nèi)的輸入電阻；電流負反饋只增大反饋環(huán)路內(nèi)的輸出電阻。(4).負反饋對輸入電阻和輸出電阻的影響程度，與反饋深度有關(guān)。第三十六頁，共四十三頁，2022年，8月28日展寬頻帶由于負反饋可以提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性，因而對于頻率不同而引起的放大倍數(shù)下降，也可以改善。設(shè)無反饋時放大電路在中、高頻段的放大倍數(shù)分別為，上限頻率為fＨ；引入反饋系數(shù)為的負反饋后，放大電路在中、高頻段的放大倍數(shù)分別為，上限頻率為fHf。第三十七頁，共四十三頁，2022年，8月28日所以：第三十八頁，共四十三頁，2022年，8月28日可見，引入負反饋后，放大電路的中頻放大倍數(shù)減小為無反饋時的1/；而上限頻率提高到無反饋時的倍。同理，可推導(dǎo)出引入負反饋后，放大電路的下限頻率降低為無反饋時的1/。

結(jié)論：引入負反饋后，放大電路的上限頻率提高，下限頻率降低，因而通頻帶展寬。fbwf=fHf-fLf≈fHf

fbw=fH-fL≈fH基本放大電路的通頻帶反饋放大電路的通頻帶第三十九頁，共四十三頁，2022年，8月28日3dB3dBfLfHfbwfLffHffbwf負反饋對通頻帶和放大倍數(shù)的影響f第四十頁，共四十三頁，2022年，8月28日xf負反饋減小了波形失真加入負反饋無負反饋FxfAxixoxo大小略大略小略小略大xiA接近正弦波預(yù)失真+–減小非線性失真和抑制干擾同樣道理，負反饋可抑制放大電路內(nèi)部噪聲。圖

第四十一頁，共四十三頁，2022年，8月28日3.4.5放大電路中引入負反饋的一般原則負反饋對放大電路性能方面的影響，均與反饋深度有關(guān)。負反饋放大電路的分析以定性分析為主，定量分析為輔。定性分析常用EDA軟件（EWB/PSPICE）進行分析。電路設(shè)計時，引入負反饋的一般原則（1）為了穩(wěn)定靜態(tài)工作點，應(yīng)引入直流負反饋；為了改善電路的動態(tài)性能，應(yīng)引入交流負反饋。（2）根據(jù)信號源的性質(zhì)引入串聯(lián)負反饋，或者并聯(lián)負反饋。當(dāng)信號源為恒壓源或內(nèi)阻較小的電壓源時，為增大放大電路的輸入電阻，以減小信號源的輸出電流和內(nèi)阻上的壓降，應(yīng)引入串聯(lián)負反饋。第四十二頁，共四十三頁，2022年，8月28日（4）根據(jù)四種組態(tài)反饋電路