《模擬電子技術(shù)》課件第4章

4.1反饋的基礎(chǔ)知識

4.1.1反饋的基本概念

1.什么是反饋

在放大電路中，將輸出量（輸出電壓或電流）的一部分或全部，通過一定的方式引回輸入回路來影響輸入量（輸入電壓或電流），這一過程稱為反饋。

2.反饋電路的組成

根據(jù)反饋的概念可知，反饋電路由基本放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)兩部分組成，如圖4－1所示。其中基本放大電路用于信號的正向傳輸，反饋網(wǎng)絡(luò)用于信號的反向傳輸。圖中，反饋電路的輸入信號稱為輸入量，輸出信號稱為輸出量，反饋網(wǎng)絡(luò)的輸出信號稱為反饋量，基本放大電路的輸入信號稱為凈輸入量。圖4－1反饋電路的方框圖4.1.2反饋的分類和判斷

1.正反饋和負反饋

根據(jù)反饋量的極性，可分為正反饋和負反饋。引入反饋后使放大電路的凈輸入量增大的反饋稱為正反饋，使凈輸入量減小的反饋稱為負反饋。也就是說，正反饋使輸出量的變化增大，負反饋使輸出量的變化減小。

判斷正反饋還是負反饋，可用瞬時極性法。先假定輸入信號的瞬時極性，然后，沿基本放大電路逐級推出電路各點的瞬時極性，再沿反饋網(wǎng)絡(luò)推出反饋信號的瞬時極性，最后判斷凈輸入信號是增大了還是減小了。若凈輸入信號增大則為正反饋，反之，凈輸入信號減小則為負反饋。

【例4－1】試判斷圖4－2所示電路的反饋是正反饋還是負反饋。圖4－2反饋電路

解：這是一個由集成運算放大器（詳見第5章）構(gòu)成的放大電路。集成運放有兩個輸入端，一個輸出端。輸入端分為同相輸入端和反相輸入端，這里的“同相”是指運放的輸入電壓與輸出電壓同相；“反相”是指運放的輸入電壓與輸出電壓反相。

首先對電路進行有無反饋的判斷。若電路的輸出回路與輸入回路存在由電阻、電容等元器件構(gòu)成的通路，則說明電路中引入了反饋，否則無反饋。

在圖4－2電路中，電阻RF將電路的輸出回路和輸入回路“聯(lián)系”起來，構(gòu)成反饋通路，使輸出電壓影響電路的輸入電壓，故引入了反饋。

3.電壓反饋和電流反饋

根據(jù)反饋量在電路輸出端采樣方式的不同，可分為電壓反饋和電流反饋。若反饋信號取自輸出電壓，則稱為電壓反饋；若反饋信號取自輸出電流，則稱為電流反饋。

判斷是電壓反饋還是電流反饋，可采用短路法，即可假設(shè)將輸出端交流短路（即令輸出電壓等于零），并觀察此時反饋信號是否存在。若反饋信號不復(fù)存在，則為電壓反饋，否則，即為電流反饋。

在圖4－2中，反饋信號與輸出電壓成正比，即屬于電壓反饋。

4.串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋

根據(jù)反饋量與輸入量在電路輸入回路中求和形式的不同，可分為串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋。

若反饋信號與輸入信號在輸入回路中以電壓形式求和，即二者為串聯(lián)關(guān)系，則稱為串聯(lián)反饋；若反饋信號與輸入信號在輸入回路中以電流形式求和，即二者為并聯(lián)關(guān)系，則稱為并聯(lián)反饋。

在圖4－2中，集成運放的凈輸入信號 ，說明反饋信號與輸入信號以電壓形式求和，故屬于串聯(lián)反饋。 4.2負反饋放大電路

4.2.1負反饋放大電路的四種組態(tài)

根據(jù)反饋分類的分析，對于負反饋來說，將有四種組態(tài)，即電壓串聯(lián)負反饋，電壓并聯(lián)負反饋，電流串聯(lián)負反饋和電流并聯(lián)負反饋。

1.四種組態(tài)負反饋放大電路

四種組態(tài)負反饋放大電路的方框圖如圖4－3所示。圖4－3四種組態(tài)負反饋放大電路的方框圖

（a）電壓串聯(lián)負反饋；（b）電壓并聯(lián)負反饋；

（c）電流串聯(lián)負反饋；（d）電流并聯(lián)負反饋電壓串聯(lián)負反饋的過程可用以下圖示表示：圖4－4電流串聯(lián)負反饋放大電路該電路為電流串聯(lián)負反饋。這說明電流負反饋具有穩(wěn)定輸出電流的作用，同理，由于該電路為串聯(lián)負反饋，故信號源應(yīng)為恒壓信號源。圖4-5電壓并聯(lián)負反饋放大電路電壓并聯(lián)負反饋的過程可用以下圖示表示：這同樣說明電壓并聯(lián)負反饋具有穩(wěn)定輸出電壓的作用，但需保證Ii為一定值，也就是說，并聯(lián)負反饋需用恒流信號源驅(qū)動，或者說，信號源的內(nèi)阻愈大，負反饋效果愈顯著。.圖4－6電流并聯(lián)負反饋放大電路圖4－7反饋放大電路的方框圖開環(huán)放大倍數(shù)和反饋系數(shù)分別為(4－1)(4－2)凈輸入量為（4－3）由式(4－1)、式(4－2)和式（4－3）可得閉環(huán)放大倍數(shù)（4－4）（4－5）4.3深度負反饋放大電路的計算

4.3.1深度負反饋的實質(zhì)（4－6）（4－7）根據(jù)式（4–6），有根據(jù)式（4－7），有即4.4負反饋對放大電路性能的影響

4.4.1提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性

在4.2節(jié)中，我們看到了放大電路引入負反饋后，當輸入信號一定時，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，也就是說放大倍數(shù)的穩(wěn)定性提高了。下面將定量分析放大倍數(shù)穩(wěn)定性提高的程度與反饋深度的關(guān)系。若考慮到放大電路工作在中頻范圍，且反饋網(wǎng)絡(luò)為純電阻性，則式（4－4）可表示為（4－8）其中F為常量。對式（4－8）兩邊求微分，得（4－9）將式（4－9）除以式（4－8），可得（4－10）式（4－10）表明，負反饋放大電路閉環(huán)放大倍數(shù)Af的相對變化量，等于基本放大電路放大倍數(shù)A的相對變化量的1/(1+AF)，即反饋愈深，dAf/Af愈小，放大倍數(shù)的穩(wěn)定性愈高。綜合式（4－8）和式（4－10）可以看出，引入負反饋后，放大倍數(shù)下降為原來的1/(1+AF)，而放大倍數(shù)的穩(wěn)定性提高了(1+AF)倍。

【例4－4】已知一個負反饋放大電路的反饋系數(shù)F為0.1，其基本放大電路的放大倍數(shù)A為105。若A產(chǎn)生±10％的變化，試求閉環(huán)放大倍數(shù)Af及其相對變化量。

解：反饋深度為1+AF=1+105×0.1≈104,根據(jù)式（4－10），閉環(huán)放大倍數(shù)為4.4.2展寬頻帶

由式（4－10）可知，無論何種原因引起放大電路的放大倍數(shù)變化，均可通過負反饋使放大倍數(shù)的相對變化量減小，可見，對于由信號頻率不同而引起放大倍數(shù)的變化，也同樣可用負反饋進行改善，即引入負反饋可使放大電路的頻帶增寬。

為使討論問題簡單，不妨設(shè)反饋網(wǎng)絡(luò)為純電阻網(wǎng)絡(luò)，且放大電路只在高頻段特性有一個頻率點，可以證明，引入負反饋后的中頻放大倍數(shù)Amf和上限頻率fHf分別為.（4－11）（4－12）式（4－11）與式（4－12）相乘，得（4－13）一般情況下，放大電路的通頻帶BW可近似地用其上限頻率來表示，則式（4－14）又可表示為（4－14）且有（4－15）4.4.3減小非線性失真

當輸入信號為正弦波時，由于放大器件特性曲線的非線性（比如晶體管輸入特性曲線的非線性），將導(dǎo)致輸出信號的波形可能不是真正的正弦波，即輸出波形產(chǎn)生了非線性失真，并且信號幅度愈大，非線性失真愈嚴重。

下面以輸入正弦波信號為例，來分析電路引入負反饋后是如何減小非線性失真的。設(shè)輸入的正弦波信號經(jīng)過基本放大電路放大后，產(chǎn)生的非線性失真波形為正半周大，負半周小。引入負反饋后，若反饋系數(shù)為常數(shù)，則反饋信號也是正半周大，負半周小。輸入信號與反饋信號之差的凈輸入信號的波形則為正半周小，負半周大。經(jīng)放大電路放大后，輸出信號正負半周的幅度將趨于一致，從而改善了輸出波形，并且反饋愈深，減小非線性失真的效果愈明顯。

根據(jù)反饋電路方框圖(見圖4－7)可知，利用負反饋減小非線性失真指的是反饋環(huán)內(nèi)的失真，若輸入波形本身已是失真的，則引入負反饋也將無濟于事。4.4.4對輸入電阻和輸出電阻的影響

1.負反饋對輸入電阻的影響

（1）串聯(lián)負反饋使輸入電阻增大。

在圖4－8所示的串聯(lián)負反饋放大電路方框圖中，基本放大電路的輸入電阻為串聯(lián)負反饋放大電路的輸入電阻為而,故（4－16）圖4－8串聯(lián)負反饋電路的方框圖圖4