第3章放大電路中的負反饋

1、本章要點本章要點 負反饋的定義和分類負反饋的定義和分類 單級基本負反饋電路單級基本負反饋電路 負反饋電路類型的判別負反饋電路類型的判別 負反饋對放大電路性能的影響負反饋對放大電路性能的影響 引入負反饋的一般原則引入負反饋的一般原則 深度負反饋的條件和分析計算深度負反饋的條件和分析計算 負反饋放大電路的穩(wěn)定負反饋放大電路的穩(wěn)定 將放大電路輸出量（電壓或電流）中的一部分或全將放大電路輸出量（電壓或電流）中的一部分或全部通過某一電路，引回到輸入端，與輸入信號疊加，共部通過某一電路，引回到輸入端，與輸入信號疊加，共同控制放大電路，稱為反饋。同控制放大電路，稱為反饋。 若引回的反饋信號削弱輸入信號而使放

2、大電路的放大若引回的反饋信號削弱輸入信號而使放大電路的放大倍數(shù)降低，這種反饋稱為負反饋；倍數(shù)降低，這種反饋稱為負反饋； 若引回的反饋信號增強輸入信號而使放大電路的放大若引回的反饋信號增強輸入信號而使放大電路的放大倍數(shù)提高，這種反饋稱為正反饋。倍數(shù)提高，這種反饋稱為正反饋。 放大器放大器輸出輸出輸入輸入反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)疊加疊加反饋反饋信號信號實際被放大信號實際被放大信號取取+ 加強輸入信號加強輸入信號 正反饋正反饋 用于振蕩器用于振蕩器取取 - 削弱輸入信號削弱輸入信號 負反饋負反饋 用于放大器用于放大器圖圖 3-1 反饋框圖反饋框圖 若反饋信號屬直流量（直流電壓或直流電流），則稱為若反饋信號屬

3、直流量（直流電壓或直流電流），則稱為直流反饋；直流反饋； 若反饋信號屬交流量，則稱為交流反饋。若反饋信號屬交流量，則稱為交流反饋。 若反饋信號屬電壓量，則稱為電壓反饋；若反饋信號屬電壓量，則稱為電壓反饋； 若反饋信號屬電流量，則稱為電流反饋。若反饋信號屬電流量，則稱為電流反饋。 若反饋信號與輸入信號的疊加方式為串聯(lián)，則稱為串聯(lián)若反饋信號與輸入信號的疊加方式為串聯(lián)，則稱為串聯(lián)反饋；反饋； 若反饋信號與輸入信號的疊加方式為并聯(lián)，則稱為并聯(lián)若反饋信號與輸入信號的疊加方式為并聯(lián)，則稱為并聯(lián)反饋。反饋。 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

4、并聯(lián)負反饋。電流并聯(lián)負反饋。電壓反饋：電壓反饋：反饋信號取自輸出電壓信號。反饋信號取自輸出電壓信號。電流反饋：電流反饋：反饋信號取自輸出電流信號。反饋信號取自輸出電流信號。電壓負反饋：電壓負反饋：可以穩(wěn)定輸出電壓、減小輸出電阻?？梢苑€(wěn)定輸出電壓、減小輸出電阻。電流負反饋：電流負反饋：可以穩(wěn)定輸出電流、增大輸出電阻?？梢苑€(wěn)定輸出電流、增大輸出電阻。根據(jù)反饋所采樣的信號不同，可以分為電壓根據(jù)反饋所采樣的信號不同，可以分為電壓反饋和電流反饋。反饋和電流反饋。RLuoRLuo電壓反饋采樣的兩種形式：電壓反饋采樣的兩種形式：采樣電阻很大采樣電阻很大圖圖 3-2 電壓反饋采樣電壓反饋采樣電流反饋采樣：電流

5、反饋采樣：RLioiE圖圖 3-3 電流反饋采樣電流反饋采樣根據(jù)反饋信號在輸入端與輸入信號比較形式根據(jù)反饋信號在輸入端與輸入信號比較形式的不同，可以分為串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋。的不同，可以分為串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋。串聯(lián)反饋：串聯(lián)反饋：反饋信號與輸入信號串聯(lián)，即反饋反饋信號與輸入信號串聯(lián)，即反饋電壓信號與輸入信號電壓比較。電壓信號與輸入信號電壓比較。并聯(lián)反饋：并聯(lián)反饋：反饋信號與輸入信號并聯(lián)，即反饋反饋信號與輸入信號并聯(lián)，即反饋信號電流與輸入信號電流比較。信號電流與輸入信號電流比較。串聯(lián)負反饋使電路的輸入電阻增大；串聯(lián)負反饋使電路的輸入電阻增大；并聯(lián)負反饋使電路的輸入電阻減小。并聯(lián)負反饋使電路的輸入電

6、阻減小。iifibib=i-if并聯(lián)反饋并聯(lián)反饋ufuiubeube=ui-uf串聯(lián)反饋串聯(lián)反饋圖圖 3-5 并、串反饋并、串反饋交流反饋：交流反饋：反饋只對交流信號起作用。反饋只對交流信號起作用。直流反饋：直流反饋：反饋只對直流起作用。反饋只對直流起作用。若在反饋網(wǎng)絡(luò)中若在反饋網(wǎng)絡(luò)中串接隔直電容串接隔直電容，則可以隔斷，則可以隔斷直流，此時反饋只對交流起作用。直流，此時反饋只對交流起作用。在起反饋作用的電阻兩端在起反饋作用的電阻兩端并聯(lián)旁路電容并聯(lián)旁路電容，可，可以使其只對直流起作用。以使其只對直流起作用。有的反饋只對交流信號起作用；有的反有的反饋只對交流信號起作用；有的反饋只對直流信號起作

7、用；有的反饋對交、饋只對直流信號起作用；有的反饋對交、直流信號均起作用。直流信號均起作用。增加隔直電容增加隔直電容C后，后，Rf只對交流起反饋作用。只對交流起反饋作用。+C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2CEC3C2+ECuoui+T1T2RfRE1C圖圖 3-6 交流反饋交流反饋增加旁路電容增加旁路電容C后，后，Rf只對直流起反饋作用。只對直流起反饋作用。C+C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2CEC3C2+ECuoui+T1T2RfRE1圖圖 3-7 直流反饋直流反饋負負反反饋饋交流反饋交流反饋直流反饋直流反饋電壓串聯(lián)負反饋電壓串聯(lián)負反饋電壓并聯(lián)負反饋電壓并聯(lián)負反饋電流串

8、聯(lián)負反饋電流串聯(lián)負反饋電流并聯(lián)負反饋電流并聯(lián)負反饋穩(wěn)定靜態(tài)工作點穩(wěn)定靜態(tài)工作點圖圖 3-8 圖圖 3-9 圖圖 3-10 例例.圖圖 3-11分析步驟：分析步驟：（3）是否負反饋？）是否負反饋？（4）是負反饋！那么是何種類型的負反）是負反饋！那么是何種類型的負反饋？（判斷反饋的組態(tài)）饋？（判斷反饋的組態(tài)）（1） 找出反饋網(wǎng)絡(luò)（電阻）。找出反饋網(wǎng)絡(luò)（電阻）。（2）是交流反饋還是直流反饋？）是交流反饋還是直流反饋？ 根據(jù)有否溝通輸出回路與輸入回路的中間環(huán)節(jié)，即根據(jù)有否溝通輸出回路與輸入回路的中間環(huán)節(jié)，即有否連接兩個回路的反饋元件或反饋網(wǎng)絡(luò)。有否連接兩個回路的反饋元件或反饋網(wǎng)絡(luò)。 用用“瞬時極性法瞬

9、時極性法”。若反饋信號極性與輸入信號極性相。若反饋信號極性與輸入信號極性相同為正反饋，相反為負反饋。具體方法是同為正反饋，相反為負反饋。具體方法是:設(shè)輸入端某一瞬設(shè)輸入端某一瞬時輸入信號極性為時輸入信號極性為“+”，然后按照各級放大器輸入輸出相，然后按照各級放大器輸入輸出相位關(guān)系（中頻區(qū)），確定輸出端和反饋端的瞬時極性的正位關(guān)系（中頻區(qū)），確定輸出端和反饋端的瞬時極性的正負。負。 對由分立元件組成的共射電路（輸入級），反饋信號對由分立元件組成的共射電路（輸入級），反饋信號饋入基極，極性相反為負反饋；饋入發(fā)射極，極性相同是饋入基極，極性相反為負反饋；饋入發(fā)射極，極性相同是負反饋。負反饋。 原則：

10、原則： 根據(jù)反饋信號取自于輸出電壓還是輸出電流。根據(jù)反饋信號取自于輸出電壓還是輸出電流。 具體方法：具體方法： 將輸出端對地交流短路，將輸出端對地交流短路， 若反饋信號消失，則為電壓反饋；若反饋信號消失，則為電壓反饋； 若反饋信號仍存在，則為電流反饋。若反饋信號仍存在，則為電流反饋。 更直接的判別方法：更直接的判別方法： 從輸出端從輸出端(uo正極性端正極性端)引出屬電壓反饋；引出屬電壓反饋； 從非直接輸出端引出屬電流反饋。從非直接輸出端引出屬電流反饋。 原則：根據(jù)反饋信號饋入輸入回路與輸入信號的疊加方式是串聯(lián)還是并原則：根據(jù)反饋信號饋入輸入回路與輸入信號的疊加方式是串聯(lián)還是并聯(lián)。聯(lián)。 具體方

11、法：具體方法： 對三極管（場效應(yīng)管）來說，對三極管（場效應(yīng)管）來說， 反饋信號與輸入信號同時加在基極（柵極）或發(fā)射極（源極），則為反饋信號與輸入信號同時加在基極（柵極）或發(fā)射極（源極），則為并聯(lián)反饋；并聯(lián)反饋； 一個加在基極（柵極），另一個加在發(fā)射極（源極），則為串聯(lián)反饋。一個加在基極（柵極），另一個加在發(fā)射極（源極），則為串聯(lián)反饋。 更直接的判別方法：對共射電路（輸入級）來說，更直接的判別方法：對共射電路（輸入級）來說， 反饋信號饋入基極是并聯(lián)反饋，饋入發(fā)射極是串聯(lián)反饋。反饋信號饋入基極是并聯(lián)反饋，饋入發(fā)射極是串聯(lián)反饋。 對集成運放來說，對集成運放來說， 反饋信號與輸入信號同時加在反相輸入端

12、或同相輸入端，則為并聯(lián)反反饋信號與輸入信號同時加在反相輸入端或同相輸入端，則為并聯(lián)反饋；饋； 一個加在在反相輸入端，另一個加在同相輸入端，則為串聯(lián)反饋。一個加在在反相輸入端，另一個加在同相輸入端，則為串聯(lián)反饋。 +C1RB1RC1RC2RE2CEC2+VCCuoui+V1V2RfRE1RB2（+）（）+（+）（+）uf+uoufube=ui-ufuc1ub2uc2uo圖圖 3-12 電壓串聯(lián)負反饋電壓串聯(lián)負反饋+C1RB1RC1RC2RE2CEC2+VCCuoui+V1V2RfRE1（）（+）+（）（）（）（） iF uEuFiFiBuC1uB2iB2iE2圖圖 3-13 電壓并聯(lián)負反饋電壓并

13、聯(lián)負反饋+C1RB1RC1RC2RE2CE2C2+VCCuoui+V1V2RfRE1（+）+V3RE3C3+（+）（）（+）（+）（+）+RC3RB2ie3ue3ube=ui-ue1ib1ie3ue1圖圖 3-14 電流串聯(lián)負反饋電流串聯(lián)負反饋+C1RB1RC1RC2RE2C2+VCCuoui+V1V2RfRE1（）（+）+（）（）（）（）iE2uFiFiBuC1uB2iB2iE2 iF 圖圖 3-15 電流并聯(lián)負反饋電流并聯(lián)負反饋 表示比較環(huán)節(jié)表示比較環(huán)節(jié) 表示采樣環(huán)節(jié)表示采樣環(huán)節(jié)A 基本放大器放大倍數(shù)基本放大器放大倍數(shù)F 反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù)反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù)x 表示一般信號量表示一般信號量

14、圖圖 3-16單向化條件：基單向化條件：基本放大器只能是本放大器只能是正向傳輸，反饋正向傳輸，反饋網(wǎng)絡(luò)只能是反向網(wǎng)絡(luò)只能是反向傳輸。在實際電傳輸。在實際電路中基本放大器路中基本放大器的寄生反饋和反的寄生反饋和反饋網(wǎng)絡(luò)的直通作饋網(wǎng)絡(luò)的直通作用很小，可忽略。用很小，可忽略。 深度負反饋條件：（深度負反饋條件：（1+AF）1 。 一般（一般（1+AF）10，滿足深度負反饋條件。，滿足深度負反饋條件。 在深度負反饋條件下，在深度負反饋條件下，Af F1 開環(huán)增益：開環(huán)增益：A = Xo / Xid 反饋系數(shù)：反饋系數(shù)：F = Xf / Xo 閉環(huán)增益：閉環(huán)增益： 反饋深度：（反饋深度：（1+AF） A

15、FAXXAiof+=1信號及信號及傳遞比傳遞比反饋組態(tài)反饋組態(tài)電壓串聯(lián)電壓串聯(lián)電流串聯(lián)電流串聯(lián) 電壓并聯(lián)電壓并聯(lián)電流并聯(lián)電流并聯(lián) oX特點特點idfiXXX、idfiIII、idfiIII、輸入以電壓形輸入以電壓形式求和，輸出式求和，輸出取電壓，閉環(huán)取電壓，閉環(huán)電壓增益電壓增益輸入以電流形輸入以電流形式求和，輸出式求和，輸出取電壓，閉環(huán)取電壓，閉環(huán)互阻增益互阻增益輸入以電壓形輸入以電壓形式求和，輸出式求和，輸出取電流，閉環(huán)取電流，閉環(huán)互導(dǎo)增益互導(dǎo)增益輸入以電流形輸入以電流形式求和，輸出式求和，輸出取電流，閉環(huán)取電流，閉環(huán)電流增益電流增益oIoI 信號信號 、反饋系數(shù)、反饋系數(shù) 和閉環(huán)增益和閉環(huán)

16、增益 在四種負反饋組態(tài)中的具體形式在四種負反饋組態(tài)中的具體形式XFfAofXXF= =ofiIIF= =iofXXA= =ioifIIA= =idfiUUU、oUoUoUfuUF= =ogfUIF= =ofrIUF= =iUoufUA= =iIorfUA= =IiogfUA= =idfiUUU、閉環(huán)增益相對變化率閉環(huán)增益相對變化率: dAf / Af開環(huán)增益相對變化率開環(huán)增益相對變化率: dA/A AdAAF11AdAff+= 通常用放大倍數(shù)的相對變化量來衡量放大器的穩(wěn)定性。通常用放大倍數(shù)的相對變化量來衡量放大器的穩(wěn)定性。AdAAFAAdAAFAFAdAAFdAAFAAfff11111)1 (

17、112+=+=+=+= 引入負反饋后，使得凈輸入信號引入負反饋后，使得凈輸入信號xid產(chǎn)生相反的失真，產(chǎn)生相反的失真，正好在一定程度上補償了基本放大電路的非線性失真。正好在一定程度上補償了基本放大電路的非線性失真。 反饋深度越大，非線性失真改善越好。反饋深度越大，非線性失真改善越好。 加負反饋后，非線性失真減小為加負反饋后，非線性失真減小為 1/（1+AF）。）。 Aoxi加反饋前加反饋前xo小小大大加反饋后加反饋后xiAoF+ 改善改善xoxf小小大大xid大大小小圖圖 3-18 減小非線性失真示意圖減小非線性失真示意圖BWf = (1+AF) BW 即：即：Af BWf = A BW 放大

18、電路增益帶寬積為一常數(shù)。放大電路增益帶寬積為一常數(shù)。負反饋越深，放大倍數(shù)下降越多，通頻帶越寬。負反饋越深，放大倍數(shù)下降越多，通頻帶越寬。 圖圖 3-18 iiuiuidufRiAFuidRsFARifiiidiididifidiiifRAFiuAFiAFuuiuuiuR)1 ()1 (+=+=+=+=圖圖 3-20 串聯(lián)負反饋對輸入電阻的影響串聯(lián)負反饋對輸入電阻的影響iiuiiidifRiAFiidisFARifRsAFRiAFuAFiiuiuRiidiididiiiif+=+=+=1)1 (iiiiuR =Ri是基本放大電路的輸入電阻。是基本放大電路的輸入電阻。圖圖 3-21 并聯(lián)負反饋對輸

19、入電阻的影響并聯(lián)負反饋對輸入電阻的影響圖圖3-23 電壓負反饋對輸出電阻的影響電壓負反饋對輸出電阻的影響oooooooofoooiooo)1 (RFAVRVFAVRXAVRXAVIvvvv+=+=+=FARIVRvooooof1+= 此處用此處用XS=0 是因是因為考慮到電壓并聯(lián)負為考慮到電壓并聯(lián)負反饋時，信號源內(nèi)阻反饋時，信號源內(nèi)阻不能為零，否則反饋不能為零，否則反饋信號將被信號源旁路。信號將被信號源旁路。 XS=0 ，說明信號源內(nèi)，說明信號源內(nèi)阻還存在。阻還存在。式中式中 是負載開路時的電壓是負載開路時的電壓放大倍數(shù)。放大倍數(shù)。ovA負載開路osfsisIFAXAXAiii=osoosoo

20、)1 (IFAIIFARVii+=+=osooof)1 (RFAIVRi+= 以電流并聯(lián)以電流并聯(lián)負反饋為例，將負反饋為例，將負載電阻開路，負載電阻開路，在輸出端加入一在輸出端加入一個等效的電壓個等效的電壓Vo，并令輸入信號源并令輸入信號源為零，即為零，即VS =0?？傻每傻?式中式中Ais是負載短路時是負載短路時的開環(huán)增益，即將電壓源的開環(huán)增益，即將電壓源轉(zhuǎn)換為電流源，再將負載轉(zhuǎn)換為電流源，再將負載開路的增益。開路的增益。圖圖3-24 電流負反饋對輸出電阻的影響電流負反饋對輸出電阻的影響FAFAAFAAf11=+=ifxx0=fiidxxx 另串聯(lián)負反饋另串聯(lián)負反饋Rif 很大；并聯(lián)負反饋很

21、大；并聯(lián)負反饋Rif 很小；電壓負反很??；電壓負反饋饋Rof 很??；電流負反饋很?。浑娏髫摲答丷of 很大。很大。P.101. 例例 3-5、3-6P.101. 例例 3-6該電路為電流串聯(lián)負反饋該電路為電流串聯(lián)負反饋E1bE1bcE1eofrRiRiiRiiuF + += = = = )1(解解: 設(shè)該電路為深度負反饋設(shè)該電路為深度負反饋E1riogfR1FuiA= = = =1E1LLgfiLoioufRRRAuRiuuA = = = = =3.2.5 引入負反饋的一般原則引入負反饋的一般原則 要穩(wěn)定直流量（如靜態(tài)工作點），應(yīng)引入直流負反饋。要穩(wěn)定直流量（如靜態(tài)工作點），應(yīng)引入直流負反饋。

22、 要改善交流性能（如放大倍數(shù)、通頻帶、失真和輸入輸要改善交流性能（如放大倍數(shù)、通頻帶、失真和輸入輸出電阻等），應(yīng)引入交流負反饋。出電阻等），應(yīng)引入交流負反饋。 要穩(wěn)定輸出電壓，應(yīng)引入電壓負反饋；要穩(wěn)定輸出電流，要穩(wěn)定輸出電壓，應(yīng)引入電壓負反饋；要穩(wěn)定輸出電流，應(yīng)引入電流負反饋。應(yīng)引入電流負反饋。 要增大輸入電阻，應(yīng)引入串聯(lián)負反饋；要減小輸入電阻，要增大輸入電阻，應(yīng)引入串聯(lián)負反饋；要減小輸入電阻，應(yīng)引入并聯(lián)負反饋。應(yīng)引入并聯(lián)負反饋。 要增大輸出電阻，應(yīng)引入電流負反饋；要減小輸出電阻，要增大輸出電阻，應(yīng)引入電流負反饋；要減小輸出電阻，應(yīng)引入電壓負反饋。應(yīng)引入電壓負反饋。 要反饋效果好，信號源具有電

23、壓源特性時，應(yīng)引入串聯(lián)要反饋效果好，信號源具有電壓源特性時，應(yīng)引入串聯(lián)負反饋；信號源具有電流源特性時，應(yīng)引入并聯(lián)負反饋。負反饋；信號源具有電流源特性時，應(yīng)引入并聯(lián)負反饋。 要明顯改善性能，應(yīng)增大反饋深度（要明顯改善性能，應(yīng)增大反饋深度（1+AF）。（但反）。（但反饋深度過大，有可能引起自激振蕩）。饋深度過大，有可能引起自激振蕩）。 3.4 負反饋放大電路的穩(wěn)定負反饋放大電路的穩(wěn)定 反饋深度過大時，有可能產(chǎn)生自激振蕩。反饋深度過大時，有可能產(chǎn)生自激振蕩。負反饋放大電路中的自激振蕩是有害的，將使電路無法負反饋放大電路中的自激振蕩是有害的，將使電路無法處于放大工作狀態(tài)。處于放大工作狀態(tài)。自激振蕩定義

24、：放大電路無外加輸入信號時，輸出端仍自激振蕩定義：放大電路無外加輸入信號時，輸出端仍有一定頻率和幅度的信號輸出。產(chǎn)生自激振蕩的原因：電有一定頻率和幅度的信號輸出。產(chǎn)生自激振蕩的原因：電路形成正反饋。路形成正反饋。自激振蕩的條件：自激振蕩的條件： 幅值條件：幅值條件：| |=1 相位條件：相位條件：A+F=(2n+1) （n=0，1，2，） 1=FAFA AF是放大電路和反饋電路的總是放大電路和反饋電路的總附加相移附加相移，如，如果在中頻條件下，放大電路有果在中頻條件下，放大電路有180 的相移。在其它的相移。在其它頻段電路中如果出現(xiàn)了附加相移頻段電路中如果出現(xiàn)了附加相移 AF，且，且 AF達到

25、達到180 ，使總的相移為，使總的相移為360 ，負反饋變?yōu)檎答仭Ｈ?，負反饋變?yōu)檎答?。如果幅度條件滿足要求，放大電路產(chǎn)生自激。在許多果幅度條件滿足要求，放大電路產(chǎn)生自激。在許多情況下反饋電路是由電阻構(gòu)成的，所以情況下反饋電路是由電阻構(gòu)成的，所以 F=0 ， AF = A+ F= A。C3.4.1 高頻自激及其消除方法高頻自激及其消除方法 圖圖3-25 相位補償網(wǎng)絡(luò)相位補償網(wǎng)絡(luò)a) 電容滯后補償電容滯后補償b) RC滯后補償滯后補償c) 密勒電容補償密勒電容補償 負反饋放大電路假定工作在中頻區(qū)，這時電路中存在的級間耦合電容，發(fā)射極旁路電容及晶體管的結(jié)電容等，這些元件的影響可以忽略。但在低頻區(qū)和高頻區(qū)，這些電抗元件的影響不容忽略。信號的幅值和相位會隨著頻率的變化而變化。在高頻區(qū)基本放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)會產(chǎn)生較大的附加相移，當(dāng)附加的相移達到一定程度時，就會使電路中的負反饋變成正反饋，從而有可能引起電路的自激。對于可能產(chǎn)生自激振蕩的負反饋放大電路，采用相位補償?shù)姆椒梢韵渥约ぁＭǔＪ窃诜糯箅娐分屑尤隦C相位補償網(wǎng)絡(luò)(見上圖)，以改善放大電路的頻率特性。3.4.2 低頻自激及其消除方法低頻自激及其消除方法 電壓與輸出電壓相位相反，而在兩級放大電路中，由于兩次反相，輸出電壓就與輸入電壓相位相同。此時出現(xiàn)的正是信號的正反饋。當(dāng)此反饋量達到一定幅度時，也就是說，在電路參數(shù)合適