第五章反饋和負反饋放大電路

1、第五章 反饋和負反饋放大電路、教學要求知識點教學要求學時掌握理解了解反饋的概念及類型反饋的基本概念V負反饋放大電路的一般表達式V負反饋放大電路的基本類型及判 別方法V負反饋對放大電路性能的影響V負反饋放大電路的分析及近似計算V負反饋放大電路的自激振蕩 及消除自激振蕩的條件V穩(wěn)定性分析V消除自激振蕩的方法V、重點和難點本章的重點是：反饋的基本概念、反饋極性和類型的判斷、 負反饋對放大電路性能的影響和反饋的正確引入、深度負反饋條件下放大電路的分析計算。本章的難點是：反饋極性和類型的判斷、負反饋放大電路自激振蕩及其消除。三、教學內(nèi)容5.1反饋的基本概念1什么是反饋在電子電路中，把放大電路的輸出量 （

2、電壓或電流）的一部分或者全部通過一定的網(wǎng)絡(luò)返 送回輸入回路，以影響放大電路性能的措施，稱為反饋。2. 交流反饋與直流反饋在放大電路的交流通路中存在的反饋稱為交流反饋，直流通路中存在的反饋稱為直流反 饋，前者影響放大電路的動態(tài)性能，后者主要影響放大電路的靜態(tài)性能。3. 正反饋與負反饋當電路中引入反饋后， 反饋信號能削弱輸入信號的作用，稱為負反饋。負反饋能使輸出信號維持穩(wěn)定。相反，反饋信號加強了輸入信號的作用，稱為正反饋。正反饋將破壞電路的穩(wěn) 定性。常用瞬時極性法判別正負反饋。4負反饋放大電路的方框圖及一般表達式負反饋放大電路是由基本放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)組成，電路的方框圖如圖5.1所示?；痉糯箅娐?/p>

3、F反鍛網(wǎng)絡(luò)圈工1衣反譴於丸電路的方框國 基本放大電路的放大倍數(shù)稱為開環(huán)放大倍數(shù)，反饋網(wǎng)絡(luò)的傳輸系數(shù)稱為反饋系數(shù),負反饋放大電路的放大倍數(shù)稱為閉環(huán)放大倍數(shù) ,它們的定義如下:肛扎/忑，“乂必，4二扎5基本放大電路的凈輸入信號為:閉環(huán)放大倍數(shù)的一般表達式為:rn -I VX, 1+腫如果只討論中頻段的情況，-1、F和亠都是實數(shù)，上式可改寫為:其中：】-一匚的大小反映了反饋程度的強弱，稱為反饋深度。對于閉環(huán)放大倍數(shù)的一般表達式，當（1）1皿時，陶咽電路引入了負反饋。(3)(4)(2)卄吟時,電路無反饋。|=0，電路產(chǎn)生了自激振蕩。5.2負反饋放大電路的四種基本類型1. 電壓反饋和電流反饋若反饋信號取

4、自輸出電壓信號，則稱為電壓反饋；若反饋信號取自輸出電流信號，則稱為電流反饋。通常，采用將負載電阻短路的方法來判別電壓反饋和電流反饋。具體方法是：若將負載電阻Rl短路，如果反饋作用消失，則為電壓反饋；如果反饋作用存在，則為電流反饋。2 串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋若反饋信號與輸入信號在基本放大電路的輸入端以電壓串聯(lián)的形式迭加，則稱為串聯(lián)反 饋；若反饋信號與輸入信號在基本放大電路的輸入端以電流并聯(lián)的形式迭加，則稱為并聯(lián)反饋。根據(jù)電壓/電流和串聯(lián)併聯(lián)反饋，可構(gòu)成電壓串聯(lián)、電壓并聯(lián)、電流串聯(lián)和電流并聯(lián)四種 基本類型。四種負反饋放大電路的方框圖如圖5.2所示。表5.1負反饋放大電路參數(shù)的意義電壓串聯(lián)電壓并聯(lián)電涼串

5、聯(lián)電涼并聯(lián)AUu迅.U4 =Y g【相關(guān)知識】負反饋放大電路?！窘忸}思路】一般極間反饋極性的判定采用瞬時極性法，用瞬時極性法時，先找到反饋環(huán)路，并假 想斷開環(huán)路（且令輸入交流信號為零）根據(jù)電路的特點，從假想斷開處開始標注瞬時極性， 沿環(huán)路標回到斷開處，若斷開處兩邊為 “+”-”這個反饋為負反饋，否則為正反饋?！窘忸}過程】圖（a）所示電路的反饋判斷過程如圖（ e）所示。由判斷可知，電路中引入了電流串 聯(lián)負反饋。反饋系數(shù)円圖（b）所示電路的反饋判斷過程如圖（f）所示。由判斷可知，電路中引入了電壓并 聯(lián)負反饋。反饋系數(shù)圖（c）所示電路中輸出電壓就是反饋電壓，反饋電壓削弱了出入電壓的作用，使晶體 管的

6、輸入盡電壓Ube減小，引入了電壓串聯(lián)負反饋。反饋系數(shù)F - 1 打鬧1圖（d）所示電路的反饋判斷過程如圖（g）所示。由判斷可知，該電路引入了正反饋?！纠?-7】電路如圖所示，試說明該電路引入共模負反饋穩(wěn)定靜態(tài)工作點的原理?！鞠嚓P(guān)知識】差分放大電路、負反饋?！窘忸}思路】（1）分析電路結(jié)構(gòu)，判斷共模負反饋是否存在。（2）分析電路抑制共模輸出電流變化，穩(wěn)定靜態(tài)工作點的原理。 【解題過程】該電路為兩級雙端輸入、雙端輸出的差動放大電路。由圖可知，晶體管L的基極接在丨|、T-管射極分壓電阻-之間。由于、丄管射極差模信號為零，所以不存在差模信號反饋。但存在共模信號反饋， 也就是說，如果輸出共模電流有變化，則

7、通過二、】分壓,控制管基極電流，使第一級恒流源電流變化，從而使-二、-變化，最終可使電路二管的射極電壓-二二下降,二】減少，從而使J.i中的共模電流穩(wěn)定。例如，由于某種原因使 Ji、-亠同時增大，則-1、-丄同時下降，、二一減小到達到穩(wěn)定的目的。由于該電路引入了級間共模負反饋，所以穩(wěn)定了電路的靜態(tài)工作點、提高了電路的共模抑制比?！纠?-8】某負反饋放大電路的組成框圖如圖所示，試求電路的總閉環(huán)增益【相關(guān)知識】負反饋放大電路的方框圖和一般表達式?！窘忸}思路】根據(jù)負反饋放大電路的方框圖和一般表達式可求出電路的總閉環(huán)增益?！窘忸}過程】該負反饋放大電路有兩個反饋環(huán)，F(xiàn)1構(gòu)成外環(huán)，F(xiàn)2構(gòu)成內(nèi)環(huán)。外環(huán)的開環(huán)

8、增益等于放大電路 口和內(nèi)環(huán)的閉環(huán)增益 二的乘積。內(nèi)環(huán)的閉環(huán)增益為5外環(huán)的開環(huán)增益為，：丄工，因而該電路的閉環(huán)增益為I4_人_1+4鳥 一瓦一T7亟一I 4爲戶1+4 1【例5-9】某一負反饋放大電路的開環(huán)電壓放大倍數(shù)_ ?，反饋系數(shù)亠；。試問:(1)閉環(huán)電壓放大倍數(shù)J為多少?(2)如果14發(fā)生20%的變化，則卜的相對變化為多少?【相關(guān)知識】(1) 相對變化率(2 )閉環(huán)增益的一般表示式【解題思路】當已知的相對變化率來計算 的相對變化率時,應(yīng)根據(jù)的相對變化率的大小采用不同的方法。當?shù)南鄬ψ兓瘦^小時，可對仃網(wǎng)求導推出|41的關(guān)系式后再計算。當?shù)南鄬ψ兓瘦^大時，應(yīng)通過【解題過程】（1）閉環(huán)電壓放

9、大倍數(shù)Ml計算出 出|后再計算(2)當3001 + 300x0.01=75變化20%，那么,|4|=11x0 + 20%)300x(1 + 20%)1 +卜卜(1 + 2%)平1 + 300x(1+ 20%) x0.01w783則的相對變化為75當變化-20%，那么|j|x(l-20%)冋 1 + |21|x(1-20%)x| l + 300x(l-2(m)x0.01沁(5)山6則卜丨的相對變化為血小-衛(wèi)匕75如林期75【常見錯誤】本例中已有20%的變化,的相對變化率較大，應(yīng)通過計算出Ji后再計算【例5-10】電路如圖所示，試合理連線，引入合適組態(tài)的反饋，分別滿足下列要求。（1）減小放大電路從

10、信號源索取的電流，并增強帶負載能力；（2）減小放大電路從信號源索取的電流，穩(wěn)定輸出電流?！鞠嚓P(guān)知識】雙極型管放大電路和單極型管放大電路各種接法的分析及其極性分析，反饋的基本概念，負反饋對放大電路性能的影響，放大電路中引入負反饋的一般原則?！窘忸}思路】（1 ）分析圖中兩個放大電路的基本接法。（2） 設(shè)定兩個放大電路輸入端的極性為正，分別判斷兩個放大電路其它輸入端和輸出 端的極性。（3）根據(jù)要求引入合適的負反饋?！窘忸}過程】圖示電路的第一級為差分放大電路， 輸入電壓ui對 地”為?！睍r差分管的集電極（即） 電位為“-:T2的集電極（即）電位為 牛”。第二級為共射放大電路， 若T3管基極（即） 的瞬

11、時極性為 牛”則其集電極（即）電位為 “-:發(fā)射極（即）電位為 ?！比舴粗?， 則的電位為 ?！钡碾娢粸椤?”（1）減小放大電路從信號源索取的電流，即增大輸入電阻；增強帶負載能力，即減小 輸出電阻；故應(yīng)引入電壓串聯(lián)負反饋。因為要引入電壓負反饋，所以應(yīng)從引出反饋；因為要引入串聯(lián)負反饋，以減小差分管的凈輸入電壓，所以應(yīng)將反饋引回到，故而應(yīng)把電阻Rf接在、之間。Rb2上獲得的電壓為反饋電壓，極性應(yīng)為上 ?！毕隆?:即的電位為 牛”。因而要求在輸入電壓對 地” 為牛”時的電位為 ?！?，由此可推導出的電位為 “-”需將接到。結(jié)論是，需將接、接、接。（2）減小放大電路從信號源索取的電流，即增大輸入電阻；穩(wěn)定

12、輸出電流，即增大輸出電阻；故應(yīng)引入電流串聯(lián)負反饋。根據(jù)上述分析，Rf的一端應(yīng)接在上；由于需引入電流負反饋，Rf的另一端應(yīng)接在上。為了引入負反饋，要求的電位為 ?！?，由此可推導出的電位為?！毙鑼⒔拥?。結(jié)論是，需將接、接、接。【方法總結(jié)】（1）減小放大電路從信號源索取的電流，即增大輸入電阻，應(yīng)引入串聯(lián)負反饋。（2）增強帶負載能力，即減小輸出電阻，應(yīng)引入電壓負反饋；穩(wěn)定輸出電壓，即減小輸出電阻，應(yīng)引入電壓負反饋。（3）穩(wěn)定輸出電流，即增大輸出電阻，應(yīng)引入電流負反饋?！境Ｒ婂e誤】在引入反饋時只注意保證引入的反饋組態(tài)正確，但沒有保證引入的反饋為負反饋。【例5-11】用集成運放和若干電阻分別完成以下功能，

13、要求畫出電路來，并求出它們的反 饋系數(shù)。（1）具有穩(wěn)定的電壓放大倍數(shù)的放大電路；（2）具有穩(wěn)定的電流放大倍數(shù)的放大電路；（3）實現(xiàn)電壓-電流轉(zhuǎn)換；（4）實現(xiàn)電流-電壓轉(zhuǎn)換?！鞠嚓P(guān)知識】負反饋放大電路的四種組態(tài)及其放大倍數(shù)的特點，放大電路中引入負反饋的一般原則。【解題思路】（1）根據(jù)信號源是電壓源或電流源來決定應(yīng)引入串聯(lián)負反饋還是并聯(lián)負反饋。（2）根據(jù)負載電阻對放大電路輸出信號的要求（穩(wěn)定的電壓或者穩(wěn)定的電流）來決定 應(yīng)引入電壓負反饋還是電流負反饋?！窘忸}過程】要求（1）的輸入量和輸出量均為電壓，故應(yīng)引入電壓串聯(lián)負反饋，如圖（a）所示。要求（2）的輸入量和輸出量均為電流，故應(yīng)引入電流并聯(lián)負反饋，

14、 如圖（b）所示。要求（3）的輸入量為電壓，輸出量為電流，故應(yīng)引入電流串聯(lián)負反饋，如圖（c）所示。要求（4）的輸入量為電流，輸出量為電壓，故應(yīng)引入電壓并聯(lián)負反饋，如圖（d）所示。各電路的瞬時極性如圖中所標注。在理想信號源情況下，圖（*和（c）中的Rs為零，圖（b）和（d）中的Rs為無窮大。Ri和R2組成反饋網(wǎng)絡(luò)，反饋系數(shù)為在圖（a）所示電路中,在圖（b）所示電路中,Ri和R2組成反饋網(wǎng)絡(luò)，反饋系數(shù)為亠亠A應(yīng)1+覘在圖（C）所示電路中，支路分流，在Ri上的壓降就是反饋電壓。因而反饋系數(shù)為Ri、R2和R3組成反饋網(wǎng)絡(luò)，輸出電流通過R1和R2、R3兩個在圖（d）所示電路中，Rf組成反饋網(wǎng)絡(luò)，反饋系數(shù)

15、為應(yīng)當指出，圖示電路不是唯一的答案。【方法總結(jié)】（1）信號源有電壓源和電流源之分，對于前者，放大電路應(yīng)具有比信號源內(nèi)阻大得多的輸入電阻，以獲取更大的輸入電壓，因而應(yīng)引入串聯(lián)負反饋；對于后者，放大電路應(yīng)具有比信號源內(nèi)阻小得多的輸入電阻，以獲取更大的輸入電流，因而應(yīng)引入并聯(lián)負反饋。（2） 負載電阻對放大電路輸出信號的要求有兩種，一種為穩(wěn)定的電壓，即希望放大電 路的輸出為近似恒壓源，輸出電阻盡可能小，因而需引入電壓負反饋；一種為穩(wěn)定的電流，即希望放大電路的輸出為近似恒流源，輸出電阻盡可能大，因而需引入電流負反饋。所以， 從輸入量和輸出量是電壓還是電流就可以判斷出需要引入的交流負反饋的組態(tài)。【例5-1

16、2】 電路如圖所示。已知 二二二二- 丄亠_-：-二，。運放A具有理想的特性。（1）試通過無源網(wǎng)絡(luò)引入合適的交流負反饋，將輸入電壓-1轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的輸出電流 I。（2）要求卜二、：丿時，相應(yīng)的匚-J1 -心試求反饋電阻I J %【相關(guān)知識】負反饋放大電路。【解題思路】（1）將輸入電壓1轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的輸出電流 一應(yīng)引入電流串聯(lián)負反饋。（2）根據(jù)求反饋電阻二F。【解題過程】（1 ）根據(jù)題意，要求輸出電流一穩(wěn)定，且與輸入電壓成正比。由于晶體管T4的射極電流_1近似等于輸出電流 L ,只要匸穩(wěn)定，-必然穩(wěn)定。為此，必須穩(wěn)定上的電壓：1；：)，所以反饋信號一定要從極性法判斷，為保證負反饋，則反饋支路必須接到

17、上引出，即引入電流串聯(lián)負反饋。又根據(jù)瞬時I T2管的柵極，即引入交流串聯(lián)電流負反饋(、匚、打)，如圖中的虛線所示。(2)題目要求：1i 7 ： 丁：時，相應(yīng)的丄二-二丄，也就要求電路的互導增益電阻h兩端電壓是串聯(lián)反饋電壓在深反饋條件下， 訃 J可得j _ L _ 妨+&+&IP= (2xW3xl 5x101)=2兔=20kQi|i【例5-13】一個反饋放大電路在 f二I.I 時的對數(shù)幅頻特性如圖所示。(1)試求基本放大電路的放大倍數(shù)及閉環(huán)放大倍數(shù)(2)試寫出基本放大電路的放大倍數(shù)的頻率特性表達式;H (3) 已知一-二在低頻時為正數(shù)，當電路按負反饋聯(lián)結(jié)時，若不加校正環(huán)節(jié)是否會產(chǎn)生自激？為什么？

18、II 20AF dR【相關(guān)知識】反饋放大電路的幅頻特性?！窘忸}思路】（1）根據(jù)放大電路的幅頻特性可求得 I及拐點頻率。（2）根據(jù)亠丨及拐點頻率，可求出，寫出的頻率特性表達式?！窘忸}過程】（1 ）由圖可知，該放大電路是一個直接耦合放大電路。在低頻范圍內(nèi)，放大電路的環(huán)路增益 R計等于80dB,，即-4 =- = = 101+1 網(wǎng) f（2）由圖可見，該放大電路環(huán)路增益的幅頻特性有2個轉(zhuǎn)折點（即有2個極點: /lOHzJ的幅頻特性與 二的的頻率特性和- -），反饋系數(shù)等于常數(shù)，故基本放大電路的放大倍數(shù) 幅頻特性相似，兩者的區(qū)別僅在它們的模不同。因而由圖可直接寫出（3）不會產(chǎn)生自激。因為環(huán)路增益函數(shù)在

19、整個頻域內(nèi)只有兩個極點，其最大附加相移為1_. o當附加相移為 L.時，卜r，不滿足自激振蕩的幅度條件?！纠?-14】某負反饋放大電路的基本放大電路的對數(shù)幅頻特性如圖所示，其反饋網(wǎng)絡(luò)由純 電阻組成。試問：若要求電路不產(chǎn)生自激振蕩，則反饋系數(shù)的上限值為多少？簡述理由。20L|U|/dB【相關(guān)知識】反饋系數(shù)，頻率特性，自激振蕩，負反饋放大電路穩(wěn)定的條件?！窘忸}思路】(1)根據(jù)頻率響應(yīng)的基本知識，從 的幅頻特性判斷各轉(zhuǎn)折頻率處 J的附加相移,從而判斷出 AF 的附加相移。(2)根據(jù)一匸產(chǎn)生-180附加相移處應(yīng)使20lg 止0,求出反饋系數(shù)的上限值?！窘忸}過程】由圖可知，增益下降的最大斜率為 -60 dB/十倍頻，說明該放大電路有三級，且Ji：104 Hz, fH2= fH3 = 1