第6章放大電路中的反饋

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1電工電子教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心河北工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院第6章放大電路中的反饋內(nèi)容提要：本章主要講述了反饋的基本概念、負(fù)反饋放大電路的方塊圖及一般表達(dá)式、負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響和放大電路的穩(wěn)定性等問(wèn)題，闡明了反饋的判斷方法、深度負(fù)反饋條件下放大倍數(shù)的估算方法、根據(jù)需要正確引入負(fù)反饋的方法、負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性的判斷方法和自激振蕩的消除方法等。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)26.1反饋的基本概念及判斷方法 6.2負(fù)反饋放大電路的四種基本組態(tài) 6.3負(fù)反饋放大電路的方塊圖及一般表達(dá)式6.4深度負(fù)反饋放大電路的放大倍數(shù)分析6.5負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響 6.6負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定性 6.7放大電路中其它形式的反饋*主要內(nèi)容：模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)36.1反饋的基本概念及判斷方法

在實(shí)用放大電路中，幾乎都要引入這樣或那樣的反饋，以改善放大電路某些方面的性能。因此，掌握反饋的基本概念及判斷方法是研究實(shí)用電路的基礎(chǔ)。6.1.1反饋的基本概念一、什么是反饋反饋也稱為“回授”。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)41.其它領(lǐng)域的反饋：行政管理中的反饋：通過(guò)對(duì)執(zhí)行部門工作效果（輸出）的調(diào)研，以便修訂政策（輸入）。商業(yè)活動(dòng)中的反饋：通過(guò)對(duì)商品銷售（輸出）的調(diào)研來(lái)調(diào)整進(jìn)貨渠道及進(jìn)貨數(shù)量（輸入）?？刂葡到y(tǒng)中的反饋：通過(guò)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)偏移量（輸出量）的監(jiān)測(cè)來(lái)修正系統(tǒng)的輸入量。反饋的目的：是通過(guò)輸出對(duì)輸入的影響來(lái)改善系統(tǒng)的運(yùn)行狀況及控制效果。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)52.電子電路中的反饋：定義：在電子電路中，將輸出量（輸出電壓或輸出電流）的一部分或全部通過(guò)一定的電路形式作用到輸入回路，用來(lái)影響其輸入量（輸入電壓或輸入電流）的措施稱為反饋。反饋放大電路的組成和各部分的功能：圖6.1.1反饋放大電路的方框圖模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)6二、正反饋與負(fù)反饋1.判斷方法1：使放大電路凈輸入量增大的反饋稱為正反饋，使放大電路凈輸入量減小的反饋稱為負(fù)反饋。2.判斷方法2：反饋的結(jié)果使輸出量的變化增大的為正反饋，使輸出量的變化減小的為負(fù)反饋。3.舉例：工作點(diǎn)穩(wěn)定電路。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)7三、直流反饋與交流反饋1.定義：如果反饋量只含有直流量，則稱為直流反饋；如果反饋量只含有交流量，則稱為交流反饋。2.判斷方法：在直流通路中存在反饋稱為直流反饋；在交流通路中存在反饋稱為交流反饋。3.在很多放大電路中，常常是交、直流反饋兼而有之。以圖2.4.2(b)為例。

直流負(fù)反饋主要用于穩(wěn)定放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，本章的重點(diǎn)是研究交流負(fù)反饋。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)86.1.2反饋的判斷正確判斷反饋的性質(zhì)是研究反饋放大電路的基礎(chǔ)。一、有無(wú)反饋的判斷1.判斷方法：若放大電路中存在將輸出回路與輸入回路相連的通路，并由此影響放大電路的凈輸入量，則表明電路引入了反饋；否則電路中便沒(méi)有反饋。2.舉例：此電路中，集成運(yùn)放的輸出端與同相輸入端和反相輸入端均無(wú)通路，故電路中沒(méi)有引入反饋。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)9此電路中，R2將集成運(yùn)放的輸出端與反相輸入端相連，并改變了凈輸入量，所以該電路中引入了反饋。下頁(yè)此電路中，R將集成運(yùn)放的輸出端與同相輸入端相連，但由于同相輸入端接地，所以R是負(fù)載或者說(shuō)R接入后uo沒(méi)有改變同相端的電位，所以電路中沒(méi)有引入反饋。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)10模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)11總結(jié)：通過(guò)尋找電路中有無(wú)反饋通路，并看看反饋通路是否改變了輸入量，即可判斷電路是否引入了反饋。二、反饋極性的判斷1.瞬時(shí)極性法（是判斷電路中反饋極性的基本方法），具體做法是：規(guī)定電路輸入信號(hào)在某一時(shí)刻對(duì)地的極性，并以此為依據(jù)，逐級(jí)判斷電路中各相關(guān)點(diǎn)電流的流向和電位的極性，從而得到輸出信號(hào)的極性；根據(jù)輸出信號(hào)的極性判斷出反饋信號(hào)的極性；若反饋信號(hào)使基本放大電路的凈輸入信號(hào)增大，則說(shuō)明引入了正反饋；若反饋信號(hào)使基本放大電路的凈輸入信號(hào)減小，則說(shuō)明引入了負(fù)反饋。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)122.舉例：

設(shè)輸入電壓uI的瞬時(shí)極性對(duì)地為正，則uP對(duì)地為正，uO為正，uO在R1和R2上產(chǎn)生如圖所示的電流，該電流在R1上產(chǎn)生極性為上“+”下“-”的反饋電壓，使反相輸入端對(duì)地為正，凈輸入電壓 數(shù)值減小，說(shuō)明電路引入了負(fù)反饋。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)13圖6.1.3反饋極性的判斷模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)143.總結(jié)：（1）反饋量是僅僅決定于輸出量的物理量，而與輸入無(wú)關(guān)。如(a)圖中的uF，(c)中的iF。（2）在集成運(yùn)放組成的反饋放大電路中，可以通過(guò)分析集成運(yùn)放的凈輸入電壓uD，或者凈輸入電流iP（或iN）因反饋的引入是增大了還是減小了，來(lái)判斷反饋的極性。凡使凈輸入量增大的為正反饋，凡使凈輸入量減小的為負(fù)反饋。（3）對(duì)于單個(gè)集成運(yùn)放構(gòu)成的反饋放大電路，凡是把集成運(yùn)放輸出端與反相輸入端連接的反饋通路必定引入負(fù)反饋；凡是把集成運(yùn)放輸出端與同相輸入端連接的反饋通路必定引入正反饋。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)154.分立元件反饋放大電路：圖6.1.4分立元件放大電路反饋極性的判斷模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)16三、直流反饋與交流反饋1.定義：反饋存在于放大電路的直流通路中為直流反饋；反饋存在于放大電路的交流通路中為交流反饋。2.舉例：（1）在下一頁(yè)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)17圖6.1.5直流反饋與交流反饋的判斷（一）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)18圖6.1.6直流反饋與交流反饋的判斷（二）（2）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)19（3）

圖6.1.7例6.1.1電路圖

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)206.2.1負(fù)反饋放大電路分析要點(diǎn)6.2負(fù)反饋放大電路的四種基本組態(tài)圖6.2.1圖6.2.1模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)21

對(duì)于具體的負(fù)反饋放大電路，首先應(yīng)研究下列問(wèn)題，進(jìn)而進(jìn)行定量分析：（1）從輸出端看，反饋量是取自輸出電壓，還是取自輸出電流；（即反饋目的是穩(wěn)定輸出電壓，還是穩(wěn)定輸出電流）。（2）從輸入端看，反饋量和輸入量是以電壓方式相疊加，還是以電流方式相疊加；（即反饋的結(jié)果是減小凈輸入電壓，還是減小凈輸入電流）。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)22反饋量若取自輸出電壓，則稱為電壓反饋；若取自輸出電流，則稱為電流反饋。反饋量與輸入量若以電壓方式相疊加，則稱為串聯(lián)負(fù)反饋；若以電流方式相疊加，則稱為并聯(lián)負(fù)反饋。因此，交流負(fù)反饋有四種組態(tài)，即電壓串聯(lián)、電壓并聯(lián)、電流串聯(lián)和電流并聯(lián)，有時(shí)也稱為交流負(fù)反饋的四種方式。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)236.2.2由集成運(yùn)放組成的四種組態(tài)負(fù)反饋放大電路注意用瞬時(shí)極性法判斷反饋的極性。一、電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路圖6.2.1負(fù)反饋放大電路1.即輸出電壓的全部作為反饋電壓。2.運(yùn)放將uI和uF求差后放大。為串聯(lián)反饋。3.信號(hào)源為電壓源。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)24圖6.2.2電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路1.該電路用電阻分壓的方式將輸出電壓的一部分作為反饋電壓。為電壓反饋。2.運(yùn)放將uI和uF求差后放大。為串聯(lián)反饋。3.信號(hào)源為電壓源。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)25二、電流串聯(lián)負(fù)反饋電路在圖6.2.2所示電路中，若將負(fù)載電阻RL接在R2處，則RL中就可得到穩(wěn)定的電流，如圖6.2.3(a)所示，習(xí)慣上常畫成圖(b)所示形式。圖6.2.3模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)26圖6.2.3電流串聯(lián)負(fù)反饋電路1.即反饋量取自輸出電流，為電流反饋。2.運(yùn)放將uI和uF求差后放大。為串聯(lián)反饋。3.該反饋的組態(tài)為電流串聯(lián)負(fù)反饋。4.信號(hào)源為電壓源。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)27三、電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路圖6.2.4電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路1.，即反饋電流取自輸出電壓，為電壓反饋。2.運(yùn)放將iI和iF求差后放大。為并聯(lián)反饋。3.該電路為電壓并聯(lián)負(fù)反饋。4.信號(hào)源為電流源。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)28四、電流并聯(lián)負(fù)反饋電路圖6.2.5電流并聯(lián)負(fù)反饋電路1.反饋電流是輸出電流的一部分為電流反饋。2.運(yùn)放將iI和iF求差后放大。為并聯(lián)反饋。3.該電路為電流并聯(lián)負(fù)反饋。4.信號(hào)源為電流源。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)29

由上述四個(gè)電路可知，串聯(lián)負(fù)反饋電路所加信號(hào)源均為電壓源，這是因?yàn)槿艏雍懔髟?，則電路的凈輸入電壓將等于信號(hào)源電流與集成運(yùn)放輸入電阻之積，而不受反饋電壓的影響；同理，并聯(lián)負(fù)反饋電路所加信號(hào)源均為電流源，這是因?yàn)槿艏与妷涸?，則電路的凈輸入電流將等于信號(hào)源電壓除以集成運(yùn)放輸入電阻，而不受反饋電流的影響。換言之，串聯(lián)負(fù)反饋適用于輸入信號(hào)為恒壓源或近似恒壓源的情況，而并聯(lián)負(fù)反饋，適用于輸入信號(hào)為恒流源或近似恒流源的情況。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)30綜上所述，放大電路中應(yīng)引入電壓負(fù)反饋還是電流負(fù)反饋，取決于負(fù)載欲得到穩(wěn)定的電壓還是穩(wěn)定的電流；放大電路中應(yīng)引入串聯(lián)負(fù)反饋還是并聯(lián)反饋，取決于輸入信號(hào)源是恒壓源（或近似恒壓源）還是恒流源（或近似恒流源）。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)316.2.3反饋組態(tài)的判斷一、電壓負(fù)反饋與電流負(fù)反饋的判斷1.電壓反饋與電流反饋的區(qū)別在于基本放大電路的輸出回路與反饋網(wǎng)絡(luò)的連接方式不同。2.驗(yàn)證：令負(fù)反饋放大電路的輸出電壓uO為零，若反饋也隨之消失，則說(shuō)明電路引入了電壓負(fù)反饋；若反饋依然存在，則說(shuō)明電路中引入了電流負(fù)反饋。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)32圖6.2.6電壓反饋與電流反饋的判斷（一）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)33圖6.2.7電壓反饋與電流反饋的判斷（二）輸出電流iO僅受集成運(yùn)放輸入信號(hào)的控制，所以即使RL短路，也并不為零。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)34二、串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋的判斷1.判劇：串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋的區(qū)別在于基本放大電路的輸入回路與反饋網(wǎng)絡(luò)的連接方式不同。若反饋信號(hào)為電壓量，與輸入電壓求差而獲得凈輸入電壓，則為串聯(lián)反饋；若反饋信號(hào)為電流量，與輸入電流求差獲得凈輸入電流，則為并聯(lián)反饋。圖6.2.32.舉例：模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)35圖6.2.3模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)36模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)37模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)38模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)396.3負(fù)反饋放大電路的方塊圖及一般表達(dá)式

因?yàn)樨?fù)反饋放大電路有四種基本組態(tài)，而且對(duì)于同一組態(tài)，具體電路也各不相同；所以為研究負(fù)反饋放大電路的共同規(guī)律，可以利用方塊圖來(lái)描述所有電路。本節(jié)將講述負(fù)反饋放大電路的方塊圖及其一般表達(dá)式。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)40圖6.3.1負(fù)反饋放大電路的方框圖6.3.1負(fù)反饋放大電路的方塊圖表示法任何負(fù)反饋放大電路都可以用圖6.3.1所示的方塊圖來(lái)表示。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)411.負(fù)反饋放大電路的組成：上面一個(gè)方塊是基本放大電路——它是在斷開反饋且考慮了反饋網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載效應(yīng)的情況下所構(gòu)成的放大電路；反饋網(wǎng)絡(luò)是指與反饋系數(shù)有關(guān)的所有元器件構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。2.信號(hào)的單向傳遞：（1）各變量的意義：圖中為輸入量，為反饋量，為凈輸入量，為輸出量。（2）圖中連線的箭頭表示信號(hào)的傳遞方向，說(shuō)明方塊圖中的信號(hào)是單向傳遞的：即輸入信號(hào)僅通過(guò)基本放大電路傳遞到輸出端，而輸出信號(hào)僅通過(guò)反饋網(wǎng)絡(luò)傳遞到輸入端；換言之，不通過(guò)反饋網(wǎng)絡(luò)傳遞到輸出，而也不通過(guò)基本放大電路傳遞輸入。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)423.對(duì)方塊圖進(jìn)一步說(shuō)明：輸入端的圓圈表示信號(hào)和在此疊加，“+”號(hào)和“-”號(hào)表明了、和之間的關(guān)系為：（6.3.1）在信號(hào)的中頻段，、和均為實(shí)數(shù)，所以可寫成為：或

（6.3.2）

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)43在方塊圖中定義基本放大電路的放大倍數(shù)為：（6.3.3）反饋系數(shù)為：（6.3.4）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)44負(fù)反饋放大電路的放大倍數(shù)（也稱閉環(huán)放大倍數(shù)）為：（6.3.5）根據(jù)式（6.3.3）、（6.3.4）可得：（6.3.6）稱為電路的環(huán)路放大倍數(shù)。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)456.3.2四種組態(tài)電路的方塊圖

若將負(fù)反饋放大電路的基本放大電路與反饋網(wǎng)絡(luò)均看成為兩端口網(wǎng)絡(luò)，則不同反饋組態(tài)兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的連接方式不同。四種反饋組態(tài)電路的方塊圖如圖6.3.2所示。其中圖(a)所示為電壓串聯(lián)負(fù)反饋，圖(b)所示為電流串聯(lián)負(fù)反饋，圖(c)所示為電壓并聯(lián)負(fù)反饋，圖(d)所示為電流并聯(lián)負(fù)反饋。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)46圖6.3.2四種反饋組態(tài)電路的方框圖模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)47不同的反饋組態(tài)，各量的物理意義不同，量綱也不同，實(shí)現(xiàn)的控制關(guān)系不同，因而功能也就不同，如表6.3.1所示。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)48表6.3.1說(shuō)明，負(fù)反饋放大電路的放大倍數(shù)具有廣泛的含義，而且環(huán)路放大倍數(shù)在四種組態(tài)中均無(wú)量綱。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)496.3.3負(fù)反饋放大電路的一般表達(dá)式根據(jù)方塊圖很容易得到：

由此得到的一般表達(dá)式：（6.3.7）

在中頻端，、和均為實(shí)數(shù)，因此式（6.3.7）可寫成為：（6.3.8）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)50當(dāng)電路引入負(fù)反饋時(shí)，，表明引入負(fù)反饋后電路的（閉環(huán)）放大倍數(shù)等于基本放大電路放大倍數(shù)的（）分之一，而且A、和的符號(hào)均相同。尚若在分析中發(fā)現(xiàn)，即，即大于，則說(shuō)明電路引入了正反饋；而若 ，使，則說(shuō)明電路在輸入量為零時(shí)就有輸出，稱電路產(chǎn)生了自激振蕩。若電路引入深度負(fù)反饋，即，則 （6.3.9）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)51

表明放大倍數(shù)幾乎僅僅決定于反饋網(wǎng)絡(luò)，而與基本放大電路無(wú)關(guān)。（1）由于反饋網(wǎng)絡(luò)常常為無(wú)源網(wǎng)絡(luò)，受環(huán)境溫度的影響極小，因而放大倍數(shù)獲得很高的穩(wěn)定性。（2）從深度負(fù)反饋的條件可知，反饋網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)確定后，基本放大電路的放大能力愈強(qiáng)，即A的數(shù)值愈大，與的近似程度愈好。（3）在深度負(fù)反饋條件下，在近似分析中均可認(rèn)為，而不必求出A，當(dāng)然也就不必定量分析基本放大電路了。（4）反饋極性的轉(zhuǎn)變：應(yīng)當(dāng)指出，通常所說(shuō)的負(fù)反饋放大電路是指中頻段的反饋極性；當(dāng)信號(hào)頻率進(jìn)入低頻段或高頻段時(shí)，由于附加相移的產(chǎn)生，負(fù)反饋放大電路可能對(duì)某一特定頻率產(chǎn)生正反饋過(guò)程，甚至產(chǎn)生自激振蕩。（6.3.9）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)526.4深度負(fù)反饋放大電路放大倍數(shù)的分析6.4.1深度負(fù)反饋的實(shí)質(zhì)在負(fù)反饋放大電路的一般表達(dá)式中，若 ，則：（6.4.1）根據(jù)和F的定義，即：模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)53可見(jiàn)，深度負(fù)反饋的實(shí)質(zhì)是在近似分析中忽略凈輸入量。但不同組態(tài)，可忽略的凈輸入量也將不同。當(dāng)電路引入深度串聯(lián)負(fù)反饋時(shí)：（6.4.2）認(rèn)為凈輸入電壓忽略不計(jì)。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)54當(dāng)電路引入深度并聯(lián)負(fù)反饋時(shí)：（6.4.3）認(rèn)為凈輸入電流可忽略不計(jì)。利用式（6.4.1）、（6.4.2）、（6.4.3）可以求出四種不同組態(tài)負(fù)反饋放大電路的放大倍數(shù)。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)556.4.2反饋網(wǎng)絡(luò)的分析圖6.4.1（6.4.4）

圖6.4.1反饋網(wǎng)絡(luò)的分析模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)56（6.4.5）

圖6.4.1反饋網(wǎng)絡(luò)的分析模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)57（6.4.6）

圖6.4.1反饋網(wǎng)絡(luò)的分析模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)58（6.4.7）圖6.4.1反饋網(wǎng)絡(luò)的分析模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)596.4.3基于反饋系數(shù)的放大倍數(shù)分析

一、電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路（6.4.8）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)60二、電流串聯(lián)負(fù)反饋電路（6.4.10）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)61三、電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路

1.對(duì)信號(hào)源的說(shuō)明：實(shí)際上，并聯(lián)負(fù)反饋電路的輸入量通常不是理想的恒流信號(hào)。在絕大多數(shù)情況下，信號(hào)源Is有內(nèi)阻Rs，如圖6.4.2(a)所示。根據(jù)諾頓定理，可將信號(hào)源轉(zhuǎn)換成內(nèi)阻為Rs的電壓源Us，如圖(b)所示。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)62由于，趨于零,可以認(rèn)為Us幾乎全部降落在電阻Rs上.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)63（6.4.13）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)64（6.4.14）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)65對(duì)信號(hào)源和負(fù)載的說(shuō)明：當(dāng)電路引入并聯(lián)負(fù)反饋時(shí)，多數(shù)情況下可以認(rèn)為；當(dāng)電路引入電流負(fù)反饋，，是電路輸出端所接總負(fù)載，可能是若干電阻的并聯(lián)，也可能就是負(fù)載電阻RL。綜上所述，求解深度負(fù)反饋放大電路放大倍數(shù)的一般步驟是：（1）正確判斷反饋的組態(tài)；（2）求解反饋系數(shù)；（3）利用F求解Af、Auf（或Ausf）。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)66模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)67模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)68模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)696.4.4基于理想運(yùn)放的放大倍數(shù)分析一、理想運(yùn)放的線性工作區(qū)

（1）利用集成運(yùn)放作為放大電路，可以引入各種組態(tài)的負(fù)反饋。（2）在分析由集成運(yùn)放組成的負(fù)反饋放大電路時(shí)，通常都將其性能指標(biāo)理想化，即將其看成理想運(yùn)放。（3）盡管集成運(yùn)放的應(yīng)用電路多種多樣，但就其工作區(qū)卻只有兩個(gè)；在電路中，它們不是工作在線性區(qū)，就是工作在非線性區(qū)。在由集成運(yùn)放組成的負(fù)反饋放大電路中集成運(yùn)放工作在線性區(qū)。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)701.理想運(yùn)放的性能指標(biāo)集成運(yùn)放的理想化參數(shù)是：（1）開環(huán)差模增益（放大倍數(shù)）；（2）差模輸入電阻；（3）輸出電阻；（4）共模抑制比；（5）上限截止頻率；（6）失調(diào)電壓UIO，失調(diào)電流IIO和它們的溫漂dUIO/dT（0C）、dIIO/dT（0C）均為零，且無(wú)任何內(nèi)部噪聲。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)712.理想運(yùn)放在線性區(qū)的特點(diǎn)（1）符號(hào)：設(shè)集成運(yùn)放同相輸入端和反相輸入端的電位分別為uP、uN，電流分別為iP、iN。（2）“虛短路”：當(dāng)集成運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)，輸出電壓應(yīng)與輸入差模電壓成線性關(guān)系，即應(yīng)滿足：（6.4.16）由于uO為有限值，，因而凈輸入電壓，即（6.4.17）

稱兩個(gè)輸入端“虛短路”。所謂“虛短路”是指理想運(yùn)放的兩個(gè)輸入端電位無(wú)窮接近，但又不是真正短路的特點(diǎn)。

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)72（3）“虛斷路”：因?yàn)閮糨斎腚妷簽榱悖忠驗(yàn)槔硐脒\(yùn)放的輸入電阻為無(wú)窮大，所以兩個(gè)輸入端的輸入電流也均為零，即：（6.4.18）

上式表明，從集成運(yùn)放輸入端看進(jìn)去相當(dāng)于斷路，稱兩個(gè)輸入端“虛斷路”。所謂“虛斷路”是指理想運(yùn)放兩個(gè)輸入端的電流趨于零，但又不是真正斷路的特點(diǎn)。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)73（4）應(yīng)當(dāng)特別指出，“虛短”和“虛斷”是非常重要的概念。對(duì)于運(yùn)放工作在線性區(qū)的應(yīng)用電路“虛短”和“虛斷”是分析其輸入信號(hào)和輸出信號(hào)關(guān)系的兩個(gè)基本出發(fā)點(diǎn)。3.集成運(yùn)放工作在線性區(qū)的電路特征（1）對(duì)于理想運(yùn)放，由于，因而即使兩個(gè)輸入端之間加微小電壓，輸出電壓都將超出其線性區(qū)，不是正向最大電壓+UOM，就是負(fù)向最大電壓-UOM。（2）只有電路引入負(fù)反饋，使凈輸入量趨于零，才能保證集成運(yùn)放工作在線性區(qū)；或者說(shuō)，可以通過(guò)電路是否引入了負(fù)反饋，來(lái)判斷運(yùn)放是否工作在線性區(qū)。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)74（3）對(duì)于單個(gè)的集成運(yùn)放，通過(guò)無(wú)源的反饋網(wǎng)絡(luò)將集成運(yùn)放的輸出端與反相輸入端連接起來(lái)，就表明電路引入了負(fù)反饋。（4）若理想運(yùn)放處于開環(huán)狀態(tài)（即無(wú)反饋）或僅引入正反饋，則工作在非線性區(qū)。此時(shí)，輸出電壓uO與（）不再是線性關(guān)系，當(dāng)時(shí)， 時(shí)，。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)75二、放大倍數(shù)的分析由集成運(yùn)放組成的四種組態(tài)負(fù)反饋放大電路如圖6.4.6所示。由于引入了深度負(fù)反饋，集成運(yùn)放工作在線性區(qū)，故兩個(gè)輸入端具有“虛短”和“虛斷”的特點(diǎn)。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)76圖6.4.6模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)77圖6.4.6模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)78圖6.4.6模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)79模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)806.5負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響

放大電路中引入交流負(fù)反饋后，其性能會(huì)得到多方面的改善；比如，可以穩(wěn)定放大倍數(shù)，改變輸入電阻和輸出電阻，展寬頻帶，減小非線性失真等。6.5.1穩(wěn)定放大倍數(shù)在中頻段，、和均為實(shí)數(shù)，的表達(dá)式可寫成：（6.5.1）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)81對(duì)（6.5.1）式求全微分得：（6.5.2）

將式（6.5.2）的左右式分別除以式（6.5.1）的左右式，可得：（6.5.3）式（6.5.3）表明，負(fù)反饋放大電路放大倍數(shù)Af的相對(duì)變化量dAf/Af僅為其基本放大電路放大倍數(shù)A的相對(duì)變化dA/A的（1+AF）分之一，也就是說(shuō)的Af穩(wěn)定性是A的（1+AF）倍。

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)826.5.2改變輸入電阻和輸出電阻

一、對(duì)輸入電阻的影響1.串聯(lián)負(fù)反饋增大輸入電阻圖6.5.1所示為串聯(lián)負(fù)反饋放大電路的方塊圖根據(jù)輸入電阻的定義，基本放大電路的輸入電阻：圖6.5.1串聯(lián)負(fù)反饋電路的方框圖模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)83圖6.5.1串聯(lián)負(fù)反饋電路的方框圖而整個(gè)電路的輸入電阻為：模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)84應(yīng)當(dāng)指出，在某些負(fù)反饋放大電路中，有些電阻并不在反饋環(huán)內(nèi)，如圖6.5.2所示，Rb并聯(lián)在輸入端，對(duì)反饋不產(chǎn)生影響?？梢钥闯觯?/p>

因此，更確切地說(shuō)，引入串聯(lián)負(fù)反饋，使引入反饋支路的等效電阻增大到基本放大電路的（1+AF）倍。但是，不管哪種情況，引入串聯(lián)負(fù)反饋都將增大輸入電阻。圖6.5.2Rb在反饋環(huán)之外時(shí)串聯(lián)負(fù)反饋電路的方框圖

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)852.并聯(lián)負(fù)反饋減小輸入電阻并聯(lián)負(fù)反饋放大電路的方塊圖如圖6.5.3所示。根據(jù)輸入電阻，基本放大電路的輸入電阻：整個(gè)電路的輸入電阻為：（6.5.5）引入并聯(lián)負(fù)反饋輸入電阻減小。圖6.5.3并聯(lián)負(fù)反饋電路的方框圖模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)86二、對(duì)輸出電阻的影響1．電壓負(fù)反饋減小輸出電阻電壓負(fù)反饋的作用是穩(wěn)定輸出電壓，故必然使其輸出電阻減小。電壓負(fù)反饋放大電路的方塊圖如圖6.5.4所示，令輸入量Xi=0，在輸出端加交流電壓Uo，產(chǎn)生電流Io，則電路的輸出電阻為：（6.5.6）圖6.5.4電壓負(fù)反饋電路的方框圖模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)87圖6.5.4電壓負(fù)反饋電路的方框圖Uo作用于反饋網(wǎng)絡(luò)，得到反饋量，又作為凈輸入量作用于基本放大電路，產(chǎn)生輸出電壓為-AFUo?；痉糯箅娐返妮敵鲭娮铻镽o

因?yàn)樵诨痉糯箅娐分幸芽紤]了反饋網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載效應(yīng)，所以在求Rof時(shí)可以不必重復(fù)考慮反饋網(wǎng)絡(luò)負(fù)載效應(yīng)的影響，則:模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)88（6.5.7）

表明引入負(fù)反饋后輸出電阻僅為基本放大電路輸出電阻的（1+AF）分之一。當(dāng)（1+AF）趨于無(wú)窮大時(shí)，Rof趨于零，此時(shí)電壓負(fù)反饋電路的輸出具有恒流源特性。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)892.電流負(fù)反饋增大輸出電阻電流負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電流，故其必然使輸出電阻增大。圖6.5.5所示為電流負(fù)反饋放大電路的方塊圖，令Xi=0，在輸出端斷開負(fù)載電阻并外加交流電壓Uo，由此產(chǎn)生了電流Io，則輸出電阻為：

圖6.5.5電流負(fù)反饋電路的方框圖（6.5.8）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)90圖6.5.5電流負(fù)反饋電路的方框圖Io作用于反饋網(wǎng)絡(luò)，得到反饋量， 又作為凈輸入量作用于基本放大電路，所產(chǎn)生的輸出電流為-AFIo。RO為基本放大電路的輸出電阻模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)91圖6.5.5電流負(fù)反饋電路的方框圖由于基本放大電路中已經(jīng)考慮了反饋網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載效應(yīng)，所以可以認(rèn)為此時(shí)作用于反饋網(wǎng)絡(luò)的輸入電壓為零，即Ro上的電壓為Uo。因此，流入基本放大電路的電流Io為：模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)92即

將上式代入（6.5.8），得到：（6.5.9）

說(shuō)明Rof增大到Ro的（1+AF）倍。當(dāng)（1+AF）趨于無(wú)窮大時(shí)，Rof也趨于無(wú)窮大，電路的輸出等效為恒流源。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)936.5.3展寬頻帶為了使問(wèn)題簡(jiǎn)單化，設(shè)反饋網(wǎng)絡(luò)為純電阻網(wǎng)絡(luò)，且在放大電路波特圖的低頻段和高頻段各僅有一個(gè)拐點(diǎn)；基本放大電路的中頻放大倍數(shù)為Am，上限頻率為fH，下限頻率為fL，因此高頻段放大倍數(shù)的表達(dá)式為：模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)94引入負(fù)反饋后，電路高頻段的放大倍數(shù)為：模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)95將分子分母均除以，可得：式中Amf為負(fù)反饋放大電路的中頻放大倍數(shù)，fHf為其上限頻率，故：（6.5.10）

表明引入負(fù)反饋后放大電路上限頻率增大到基本放大電路的倍。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)96利用上述推導(dǎo)方法可以得到負(fù)反饋放大電路下限頻率的表達(dá)式：（6.5.11）可見(jiàn)，引入負(fù)反饋后，下限頻率減小到基本放大電路的分之一。（6.5.12）

若放大電路的波特圖中有多個(gè)拐點(diǎn)，且反饋網(wǎng)絡(luò)不是純電阻網(wǎng)絡(luò)，則問(wèn)題就比較復(fù)雜了，但是頻帶展寬的趨勢(shì)不變。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)976.5.4減小非線性失真一、定性分析由于組成放大電路的半導(dǎo)體器件（如晶體管和場(chǎng)效應(yīng)管）均具有非線性特性，當(dāng)輸入信號(hào)為幅值較大的正弦波時(shí)，輸出信號(hào)往往不是正弦波。如圖6.5.6所示。圖6.5.6消除ib失真的方法模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)98負(fù)反饋可減小非線性失真：模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)996.5.5放大電路中引入負(fù)反饋的一般原則1.為了穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，應(yīng)引入直流負(fù)反饋；為了改善電路的動(dòng)態(tài)性能，應(yīng)引入交流負(fù)反饋。2.根據(jù)信號(hào)源的性質(zhì)決定引入串聯(lián)負(fù)反饋或并聯(lián)負(fù)反饋。當(dāng)信號(hào)源為恒壓源或內(nèi)阻較小的電壓源時(shí)，為增大放大電路的輸入電阻，以減小信號(hào)源的輸出電流和內(nèi)阻上的壓降，應(yīng)引入串聯(lián)負(fù)反饋；當(dāng)信號(hào)源為恒流源或內(nèi)阻很大的電壓源時(shí)，為減小放大電路的輸入電阻，使電路獲得更大的輸入電流，應(yīng)引入并聯(lián)負(fù)反饋。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1003.根據(jù)負(fù)載對(duì)放大電路輸出量的要求，即負(fù)載對(duì)其信號(hào)源的要求，決定引入電壓負(fù)反饋或電流負(fù)反饋。當(dāng)負(fù)載需要穩(wěn)定的電壓信號(hào)時(shí)，應(yīng)引入電壓負(fù)反饋；當(dāng)負(fù)載需要穩(wěn)定的電流信號(hào)時(shí)，應(yīng)引入電流負(fù)反饋。4.根據(jù)表6.3.1所示的四種組態(tài)反饋電路的功能，在需要進(jìn)行信號(hào)變換時(shí)，選擇合適的組態(tài)。例如，若將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，則應(yīng)引入電壓并聯(lián)負(fù)反饋；若將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，則應(yīng)引入電流串聯(lián)負(fù)反饋。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)101模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)102模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1036.6負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定性自激振蕩的定義：如果負(fù)反饋放大電路的組成不合理，反饋過(guò)深，在輸入量為零時(shí)，輸出卻產(chǎn)生了一定頻率和一定幅值的信號(hào)，稱電路產(chǎn)生了自激振蕩。此時(shí)，電路不能正常工作，不具有穩(wěn)定性。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1046.6.1負(fù)反饋放大電路自激振蕩產(chǎn)生的原因和條件一、自激振蕩產(chǎn)生的原因1.在中頻段，負(fù)反饋放大電路的一般表達(dá)式為：由于，和的相角（n為整數(shù)），因此凈輸入量、輸入量和反饋量之間的關(guān)系為：模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1052.在低頻段，因?yàn)轳詈想娙?、旁路電容的存在?將產(chǎn)生超前相移；在高頻段，因?yàn)榘雽?dǎo)體元件極間電容的存在，將產(chǎn)生滯后相移；在中頻段相位關(guān)系的基礎(chǔ)上所產(chǎn)生的這些相移稱為附加相移，用（）來(lái)表示。當(dāng)某一頻率fo的信號(hào)使附加相移（n為奇數(shù)）時(shí)，反饋量與中頻段相比產(chǎn)生超前和滯后1800的附加相移，因而使凈輸入量：（6.6.1）

形成正反饋，于是輸出量也隨之增大，反饋的結(jié)果使放大倍數(shù)增大。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1063.電路的自激振蕩：圖6.6.1負(fù)反饋放大電路的自激振蕩若在輸入信號(hào)為零時(shí)（如圖6.6.1所示），因?yàn)槟撤N電擾動(dòng)（如合閘通電），其中含有頻率為fo的信號(hào)，使，由此產(chǎn)生了輸出信號(hào)；則根據(jù)式（6.6.1），將不斷增大。其過(guò)程如下：模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)107

由于半導(dǎo)體器件的非線性，若電路最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，即反饋信號(hào)（也就是凈輸入信號(hào)）維持著輸出信號(hào)，而輸出信號(hào)維持著反饋信號(hào)，它們互相依存，則電路產(chǎn)生了自激振蕩。4.可見(jiàn)，電路產(chǎn)生自激振蕩時(shí)，輸出信號(hào)有其特定的頻率fo和一定幅值，且振蕩頻率fo必在電路的低頻段或高頻段。而電路一旦產(chǎn)生自激振蕩將無(wú)法正常放大，稱電路處于不穩(wěn)定狀態(tài)。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)108二、自激振蕩的平衡條件

從圖6.6.1可以看出，在電路產(chǎn)生自激振蕩時(shí)，由于和相互維持，所以：即（6.6.2）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)109可寫成模及相角形式:（6.6.3a）（6.6.3b）（n為整數(shù)）上式稱為自激振蕩的平衡條件，式（6.6.3a）為幅值平衡條件，式（6.6.3b）為相位條件，簡(jiǎn)稱幅值條件和相位條件。只有同時(shí)滿足上述兩個(gè)條件，電路才會(huì)產(chǎn)生自激振蕩。起振過(guò)程中，有一個(gè)從小到大的過(guò)程，故起振條件為：（6.6.4）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1106.6.2負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性分析1.假設(shè)：設(shè)放大電路采用直接耦合方式，且反饋網(wǎng)絡(luò)為純電阻網(wǎng)絡(luò)，則附加相移僅產(chǎn)生于放大電路，且為滯后相移，電路只可能產(chǎn)生高頻振蕩。2.在上述條件下：（1）在單管放大電路中引入負(fù)反饋，因其產(chǎn)生的最大附加相移為-900，不存在滿足相位條件的頻率，故不可能產(chǎn)生自激振蕩。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)111（2）在兩級(jí)放大電路中，當(dāng)頻率從零變化到無(wú)窮大時(shí)，附加相移從00變化到-1800，雖然從理論上存在滿足相位條件的頻率fo，但fo趨于無(wú)窮大，且當(dāng)時(shí)的值為零，不滿足幅值條件，故不可能產(chǎn)生自激振蕩。（3）在三級(jí)放大電路中引入負(fù)反饋，當(dāng)頻率從零變化到無(wú)窮大時(shí)，附加相移從零變化到-2700，因而存在使的頻率fo，且當(dāng)時(shí)，有可能滿足幅值條件，故可能產(chǎn)生自激振蕩?？梢酝普?，四級(jí)、五級(jí)放大電路放大電路更易產(chǎn)生自激振蕩，因?yàn)樗鼈円欢ù嬖趂o，且更易滿足幅值條件。因此，適用電路中以三級(jí)放大電路最為常見(jiàn)。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1123.結(jié)論：由以上分析可知，放大電路級(jí)數(shù)愈多愈容易產(chǎn)生高頻振蕩。與上述分析相類似，放大電路中耦合電容、旁路電容等愈多，引入負(fù)反饋后，愈容易產(chǎn)生低頻振蕩。而且（1+AF）愈大，即反饋愈深，滿足幅值條件的可能性愈大，產(chǎn)生自激振蕩的可能性就愈大。4.應(yīng)當(dāng)指出，電路的自激振蕩是由其自身?xiàng)l件決定的，不因其輸入信號(hào)的改變而消除。要消除自激振蕩，就必須破壞產(chǎn)生自激振蕩的條件；而只有消除了自激振蕩，放大電路才能穩(wěn)定地工作。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1136.6.3負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性的判斷利用負(fù)反饋放大電路環(huán)路增益的頻率特性可以判斷電路閉環(huán)后是否產(chǎn)生自激振蕩。一、判斷方法滿足自激振蕩相位條件即使的頻率為fo，稱為相位穿越頻率。滿足自激振蕩幅值條件即使的頻率為fc，稱為幅值穿越頻率。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)114分析下圖所示電路的穩(wěn)定性。圖6.6.2兩個(gè)負(fù)反饋電路環(huán)路增益的頻率特性模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)115

在已知環(huán)路增益頻率特性的條件下，判斷負(fù)反饋放大電路是否穩(wěn)定的方法如下：（1）若不存在fo，則電路穩(wěn)定。（2）若存在fo，且，則電路不穩(wěn)定，必然產(chǎn)生自激振蕩；若存在fo，但，則電路穩(wěn)定，不會(huì)產(chǎn)生自激振蕩。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)116二、穩(wěn)定裕度

雖然根據(jù)負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性的判斷方法，只要就穩(wěn)定，但是為了使電路具有足夠的可靠性，還規(guī)定電路應(yīng)具有一定的穩(wěn)定裕度。（6.6.5）1.定義時(shí)所對(duì)應(yīng)的的值為幅值裕度Gm，Gm的表達(dá)式為：

穩(wěn)定的負(fù)反饋放大電路的，而且愈大，電路愈穩(wěn)定。通常 ，電路就具有足夠的幅值穩(wěn)定裕度。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1172.定義時(shí)的與1800的差值為相位裕度，其表達(dá)式為：（6.6.6）

穩(wěn)定的負(fù)反饋放大電路的，而且愈大，電路愈穩(wěn)定。通常認(rèn)為，電路就具有足夠的相位穩(wěn)定裕度。3.綜上所述，只有當(dāng)且時(shí)，才認(rèn)為負(fù)反饋放大電路具有可靠的穩(wěn)定性。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1186.6.4負(fù)反饋放大電路自激振蕩的消除方法通過(guò)對(duì)負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性的分析可知，當(dāng)電路產(chǎn)生了自激振蕩時(shí)，如果采用某種方法能夠改變 的頻率特性，使之根本不存在fo，或者即使存在fo，但，那么自激振蕩必然被消除。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)119一、滯后補(bǔ)償1.簡(jiǎn)單滯后補(bǔ)償圖6.6.3簡(jiǎn)單滯后補(bǔ)償前后基本放大電路的幅頻特性設(shè)某負(fù)反饋放大電路環(huán)路增益的幅頻特性如圖6.6.3所示。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)120