電路與電子技術(shù)基礎(chǔ) 課件 第5章2 負反饋放大器

5.5節(jié)內(nèi)容要求

深刻理解反饋的概念，熟悉反饋系統(tǒng)的組成框圖,熟練掌握閉環(huán)放大倍數(shù)方程;

掌握反饋的分類及反饋類型的判別方法;

熟悉負反饋對放大器性能的改善，會根據(jù)要求正確引入負反饋;

掌握深度負反饋放大器的近似估算方法.

15.5放大電路中的負反饋反饋理論及反饋技術(shù)在自動控制、信號處理、電子電路及電子設(shè)備中有著十分重要的作用。在放大電路中，負反饋作為改善其性能的重要手段而備受重視。本章從反饋的基本概念出發(fā),討論了反饋的分類方法，推導(dǎo)出負反饋放大電路增益的基本方程式，給出了四種基本的負反饋結(jié)構(gòu)，研究了負反饋對放大電路性能的影響，討論了深度負反饋放大電路的近似估算方法。25.5.1反饋的基本概念及反饋放大電路框圖1.反饋的基本概念在電子電路中，反饋現(xiàn)象是普遍存在的。下面以放大電路為例介紹反饋的概念。

所謂反饋，就是指將放大電路輸出量（電壓或電流）的一部分或全部，通過一定網(wǎng)絡(luò)（稱為反饋網(wǎng)絡(luò)），以一定形式（與輸入信號串聯(lián)或并聯(lián)）返送到輸入回路，來影響電路性能的技術(shù)。例如，在第4章位于共發(fā)射極電路的射極電阻RE，當晶體管的參數(shù)隨溫度變化時，它們可用來穩(wěn)定Q點。這種穩(wěn)定機理，恰恰是利用了負反饋的理論。3

UBEQ=UBQ－UEQ，式中基本不變。但UEQ則不同，UEQ=IEQRE≈ICQRE，它攜帶著放大電路輸出電流ICQ的變化信息。如果因為某種因素（例如溫度升高）使ICQ增大時，UEQ也相應(yīng)增大，導(dǎo)致UBEQ反而減小，從而使IBQ減小，進而牽制了ICQ的增大，結(jié)果使ICQ趨于穩(wěn)定。這里，發(fā)射極電阻RE將輸出電流ICQ的變化反饋到輸入回路，引進了一種自動調(diào)節(jié)的機制，這種技術(shù)稱為反饋。4

2.反饋放大電路的基本框圖

反饋放大電路抽象為圖所示的方框圖。由圖可見，反饋放大電路由基本放大電路、反饋網(wǎng)絡(luò)和比較環(huán)節(jié)組成。其中，

XI、XID

(或稱XI’)、XO

、XF

分別表示反饋放大電路的輸入信號、凈輸入信號、輸出信號和反饋信號；A表示基本放大電路的增益，又稱為開環(huán)增益；F表示反饋網(wǎng)絡(luò)的傳輸系數(shù)，或反饋系數(shù)。傳輸方向均為單方向傳輸。

在方框圖中，XI、XID、XO、XF可以是電壓量，也可以是電流量。A和F是廣義的增益和反饋系數(shù)，由于其物理含義的不同，形成了不同的反饋類型。5

2.反饋的分類及判別方法

1）按交直流性質(zhì)分：直流反饋和交流反饋分析時設(shè)定基本放大器和反饋電路都是二端口網(wǎng)絡(luò)，傳輸信息是單方向的，即放大器是從左向右，反饋網(wǎng)絡(luò)是從右向左。電容具有隔直通交作用，對直流信號可認為開路，對交流信號可認為短路。6判斷下面電路中的直流、交流反饋元件：RE1具有直、交反饋作用，RE2具有直流反饋作用。72）按反饋的極性分：正反饋和負反饋正反饋可以使電路輸出信號變大，負反饋可以使電路信號得到穩(wěn)定。判別方法：

瞬時極性法對串聯(lián)反饋:uid=ui

－

uf

（反饋信號在放大器以串行方式出現(xiàn)）

負反饋正反饋對并聯(lián)反饋:iid=ii

－

if

負反饋（反饋信號以并行方式出現(xiàn)）iid=ii

+

if正反饋8采用瞬時極性判斷時，對于基本放大器網(wǎng)絡(luò)和反饋網(wǎng)絡(luò)都是單方向進行判斷！基本放大器傳輸方向從左向右，反饋網(wǎng)絡(luò)從右向左。9103）

按輸出端取樣對象分：電壓反饋和電流反饋特點:電壓負反饋用來穩(wěn)定輸出電壓;

電流負反饋用來穩(wěn)定輸出電流。

11RL

(b)RERB2UCCRB1C1C2T+ui

－RLRERB2+uo－RCRB1UCC

(a)C1C2T判別方法有二種方式:圖（a）由結(jié)構(gòu)判斷：除公共地線外,若輸出線與反饋線接在同一點上,為電壓反饋；若接在不同點上,為電流反饋。

圖(b)負載短路法：將負載短路,若反饋信號消失,為電壓反饋；若反饋依然存在,為電流反饋。+ui

－+uo－12RLRE1RE2RBRC1T1RC2T2UCCT3RC3RE3+

us

－RsRf(b)4）按輸入端接入方式分：串聯(lián)反饋和并流反饋

特點是串聯(lián)負反饋可以增大輸入阻抗；并聯(lián)負反饋可以減小輸入阻抗。

判別方法同樣有二種方式:（1）由結(jié)構(gòu)判斷；除公共地線外,若反饋線與輸入信號線接在同一點上,為并聯(lián)反饋；若接在不同點上,為串聯(lián)反饋。（2）反饋節(jié)點對地短路法：反饋接點對地短路,若輸入信號仍能送入,為串聯(lián)反饋；否則，為并聯(lián)反饋。RB12RsC3RLRE2RC2RB21RB22RE1Rc1+

us

－RB11C1C2T1CE1+uo－UCCT2Rf(a)+uo－1314【例5.5-1】一個反饋放大電路如圖5.5-7所示，試說明電路中存

在哪些反饋，并判斷各反饋的類型。

R4前級直、交流反饋；

R8后級直流反饋；R4、R9、C4構(gòu)成了級間交流電壓串聯(lián)負反饋；

注意：電路中同時有單級反饋、級間反饋時，起主要作用的是級間反饋。圖5.5

【例5.5-1】的圖15Rf構(gòu)成了級間電流并聯(lián)負反饋【例5.5-2】反饋放大電路圖5.5-9所示，試判斷級間反饋的類型。Rs圖

5.5-9【例5.5-2】的圖RC1RC2+UCCT1－UEET2+

us

－RE3T3R1RfRC3+uo－ifiiiid16R5構(gòu)成了級間電壓并聯(lián)負反饋【例5.5-3】試判斷圖6-10所示反饋放大電路中級間反饋的類型。圖

5.5-10【例5.5-3】的圖175.5.2負反饋放大電路的一般表達式及四種基本組態(tài)根據(jù)輸出端采樣方式的不同和輸入端連接方式的不同，負反饋可分為四種基本組態(tài)：18+

us

－+

uo

－RLAuFuRs+

ui

－+

uid

－+

uf

－(a)電壓串聯(lián)負反饋··+

uo

－(b)電流串聯(lián)負反饋+

us

－AgFrRLRs+

ui

－+

uid

－+

uf

－io··Rs+

uo

－isArFgRLiiif(c)電壓并聯(lián)負反饋··iid+

uo

－AiFiRLRsiiiidifis(d)電流并聯(lián)負反饋··io根據(jù)上式解出閉環(huán)放大倍數(shù)：

19負反饋放大電路的一般表達式：已知X0=AX’i=A(Xi–Xf)=A(Xi–FX0)

表5.5-1四種負反饋放大電路各參數(shù)的定義及名稱

組態(tài)

參數(shù)電壓串聯(lián)負反饋電壓并聯(lián)負反饋電流串聯(lián)負反饋電流并聯(lián)負反饋名稱開環(huán)電壓放大倍數(shù)開環(huán)互阻放大倍數(shù)開環(huán)互導(dǎo)放大倍數(shù)開環(huán)電流放大倍數(shù)定義名稱電壓反饋系數(shù)互導(dǎo)反饋系數(shù)互阻反饋系數(shù)電流反饋系數(shù)定義名稱閉環(huán)電壓放大倍數(shù)閉環(huán)互阻放大倍數(shù)閉環(huán)互導(dǎo)放大倍數(shù)閉環(huán)電流放大倍數(shù)定義205.5.3負反饋對放大電路性能的影響

負反饋以犧牲放大倍數(shù)為代價，換來了放大電路許多方面性能的改善。1.提高了放大倍數(shù)的穩(wěn)定性由于放大倍數(shù)的穩(wěn)定性是用它的絕對值的變化來表示的,在不考慮相位關(guān)系時,式（6-4)中的各量均用正實數(shù)表示，即:

Xo

AAf

=——=———

(6－6)

Xi

1+AF

dAf1AF

1=－=

dA1+AF

(1+AF)2(1+AF

)2

dA

dAf=

(1+AF)221dAf

dA

1

dA==(6-7)

AfAf(1+AF

)21+AF

A另一方面，由式（6-5）可知，當引入深度負反饋后，放大電路的閉環(huán)放大倍數(shù)僅僅取決于反饋網(wǎng)絡(luò)，而與基本放大電路幾乎無關(guān)，當然也就和放大器件的參數(shù)無關(guān)了，所以放大倍數(shù)的穩(wěn)定性會大大提高。式（6-7）表明，引入負反饋后，閉環(huán)放大倍數(shù)的相對變化是開環(huán)放大倍數(shù)相對變化的

。22【例5.5-4】已知一反饋系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)A=106,閉環(huán)放大倍數(shù)Af=100。如果A下降20%,試問Af下降多少?【解】

AAf=

1+AF

dAf

1

dA1==×20%=0.002%Af

1+AF

A104A1+AF

==104Af

可見，與開環(huán)放大倍數(shù)相比，閉環(huán)放大倍數(shù)變化的百分比要小得多。23

2.減小非線性失真和抑制干擾、噪聲

負反饋減小放大電路非線性失真的機理可用下圖說明。（a）無反饋時放大電路的失真現(xiàn)象（由于內(nèi)部原因造成）24（b）負反饋放大電路抑制了產(chǎn)生的失真現(xiàn)象

3.擴展通頻帶頻率響應(yīng)是放大電路的重要特性之一，而通頻帶是它的重要技術(shù)指標.引入負反饋是展寬頻帶的有效措施之一。

假設(shè)基本放大電路在高頻段的放大倍數(shù)為:當引入負反饋,并設(shè)反饋系數(shù)為時,將上式代入Af:25上式可寫成比較以上兩式可得:可見引入負反饋后，中頻放大倍數(shù)減小了（1＋）倍，而上限截止增大了（1＋）倍。26

4.改變輸入和輸出電阻

1）負反饋對輸入電阻的影響在反饋電路中，輸入電阻的改變?nèi)Q于反饋放大電路輸入端的連接方式，而與輸出端的采樣方式無關(guān)。

基本放大器反饋網(wǎng)絡(luò)XoRsRi圖5.5-14并聯(lián)負反饋框圖·Ii·Iid·If+·

Ui

－·Is·圖5.5-13串聯(lián)負反饋框圖

基本放大器反饋網(wǎng)絡(luò)Xo+

Us

－Rs·IiRi+·

Ui

－+Vid－+Vf

－····27對圖5.5-13,串聯(lián)負反饋增大輸入電阻：·····

UiUid+Uf

UidUf

Rif

=—=———

=—

(1+—)

=Ri(1+AF)

····IiIi

IiUid

··對圖5.5-14,并聯(lián)負反饋減少輸入電阻：

···UiUiUiRi

Rif

=—=——=—————

=——

········IiIid+If

Iid(1+If/Iid)

1+AF28圖5.5-15(a)電壓串聯(lián)負反饋圖5.5-15(b)電壓并聯(lián)負反饋圖5.5-16(a)電壓串聯(lián)負反饋求輸出電阻圖5.5-16(b)電壓并聯(lián)負反饋求輸出電阻29

2）負反饋對輸出電阻的影響

輸出電阻取決于反饋網(wǎng)絡(luò)在輸出端的采樣方式，而與輸入端的連接方式無關(guān)。電壓負反饋輸出電阻減小1＋倍。圖5.5-17(a)電流串聯(lián)負反饋圖5.5-17(b)電流并聯(lián)負反饋圖5.5-18(a)電流串聯(lián)負反饋求輸出電阻圖5.5-18(b)電流并聯(lián)負反饋求輸出電阻30即引入電流負反饋，放大電路的輸出電阻增大1＋倍。31負反饋對放大電路性能的改善，是以犧牲增益為代價的，且對電路環(huán)內(nèi)的性能產(chǎn)生影響。例如，電壓負反饋可以穩(wěn)定輸出電壓：RL?→uo?→uf?→ui’?→uo?

電流負反饋穩(wěn)定輸出電流：

T?→β?→uf?→ui?→ib?→io?負反饋對放大電路性能的影響見表5.5-2電壓串聯(lián)電壓并聯(lián)電流串聯(lián)

電流并聯(lián)

穩(wěn)定何種增益·Avf·Arf·Agf·Aif輸入電阻Rif增大減小

增大減小輸出電阻Rof

減小

減小增大增大通頻帶

增寬

增寬增寬增寬非線性失真與噪聲

減小

減小減小減小用途

電壓放大電路的輸入級或中間級

電流-電壓變換器及放大電路的中間級電壓-電流變換器及放大電路的輸入級

電流放大

32335.5.5深度負反饋放大電路的近似估算34或者：uf=uo

R1/(R1+R2),Af=uo/ui≈uo/uf=1+Rf/R1例題1、判斷反相比例運算電路的反饋極性和反饋類型，寫出該電路閉環(huán)增益的表達式。（R’電阻為保持電路對稱的平衡電阻，計算時由于i+為0，故可認為短路，R’可忽略。）解（1）根據(jù)瞬時極性法分析，該電路為電壓并聯(lián)負反饋。

（2）根據(jù)理想集成運放的虛斷、虛短概念，得：i+=i－≈0，

ii=i－+if→ii=if（虛斷）

u+=R′i+=0，

u+?u－=

ui’≈0,故u+≈u－≈0（虛短）。由于是輸入端并聯(lián)深負反饋，所以

ii≈if故：35

3637

T+·

Ui

－RL+·

Uf

－

(b)RE1+·

Uo

－·Io·Ib·Ie圖6-19【解】圖中由Re1引入了電流串聯(lián)負反饋.若滿足深度負反饋條件,可利用下式進行分析:(Δui≈0)··Ui≈

UfRLC2CERE1TRE2RB2C1+ui－+

uo－RCRB1UCC(a)382、深度負反饋放大電路的近似計算【例6-5】分壓式偏置Q點穩(wěn)定電路如圖6-19(a)所示,假設(shè)滿足深度負反饋條件,試估算其閉環(huán)電壓放大倍數(shù)Auf?！ぁi≈

Uf···Uf=Ie

Re1≈Io

Re1··Uo=－Io

RL

···UoUoRL’

Auf=—≈=－

··UiUfRE139(5~10倍以上)(a)電路圖(b)交流通路圖5.5-20例6-6的圖【解】（1）畫出圖5.5-20（a）電路的交流通路如圖5.5-20（b）所示。由圖可以判斷由