電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）課件 第4章 負(fù)反饋放大電路

課題四負(fù)反饋放大電路4.1反饋的基本概念4.2負(fù)反饋放大器電路分析4.3負(fù)反饋對放大器性能的影響課題小結(jié)

4.1反饋的基本概念

反饋在電子技術(shù)中的應(yīng)用主要有兩個方面：(1)負(fù)反饋的應(yīng)用：主要用來改善放大器的各項性能指標(biāo)。例如穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)和放大倍數(shù)，減小非線性失真；展寬頻帶，改變輸入和輸出電阻。因此，所有的實用型放大器都具有負(fù)反饋的性質(zhì)。(2)正反饋的應(yīng)用：主要用來產(chǎn)生自激振蕩，獲得各種不同類型和頻率的輸出波形(在課題六將詳細(xì)闡述)。

4.1.1反饋的定義

在基本放大器中，信號由輸入端加入，經(jīng)過放大器放大后，從輸出端取出，信號為單方向正向傳送。如果通過一定的電路將輸出信號(電壓或電流)的一部分或全部，反方向送回放大器的輸入端，這樣一個反向傳輸信號的過程稱為反饋過程。在放大電路中引入負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成一個閉環(huán)系統(tǒng)，稱為負(fù)反饋放大器。而無反饋放大器為開環(huán)系統(tǒng)，稱為基本放大器。反饋放大器的方框圖如圖4.1所示。圖4.1反饋放大器方框圖

4.1.2反饋的判別

一個電路是否存在反饋，要看電路中有無反饋支路。反饋支路就是通過反饋元件(電阻、電容和電感等)能把輸出端的輸出量送回到輸入回路的支路。如圖4.2(a)中射極電阻R4、R5既與輸出電路有聯(lián)系，又與輸入電路有聯(lián)系；在圖4.2(b)中，R3支路及R1、R2支路連接于輸出與輸入之間，這些都是反饋元件。圖4.2判別有無反饋的電路

4.1.3直流反饋和交流反饋

電路中的反饋元件可以反映直流量的變化，也可以反映交流量的變化，前者稱為直流反饋，后者稱為交流反饋。如圖4.2(a)中的R4，它兩端并有電解電容C3，C3對交流電呈通路，即R4上無交流壓降，只有直流壓降，因此R4起直流反饋作用。R5兩端沒有并電容，它上面除產(chǎn)生直流壓降外，還有通過負(fù)載的交變電流所產(chǎn)生的壓降，因此它起直流反饋和交流反饋的雙重作用。

在圖4.2(b)中，C2有隔直流通交流的作用，所以R3起交流反饋作用，R2上通過的交流電被C3旁路到地，故R2只起直流反饋作用。

不過，最可靠的方法還是分別畫出交、直流等效電路來進(jìn)行辨認(rèn)。如果反饋元件存在于直流通路中，則為直流反饋；若反饋元件存在于交流通路中，則為交流反饋。圖4.2所示電路的直流、交流通路分別如圖4.3和圖4.4所示，分析所得結(jié)論與上述相同。圖4.3圖4.2電路的直流通路圖4.4圖4.2電路的交流通路

4.1.4正反饋和負(fù)反饋

1.基本概念

在放大電路中引入反饋后，削弱輸入信號、使放大器輸出幅度減小的反饋稱為負(fù)反饋。反之，增強(qiáng)輸入信號、使放大器輸出幅度增大的反饋稱為正反饋。

2.判別方法

具體判別方法采用“瞬時極性法”，即假定信號源某一瞬間所在處極性為正，以此類推，根據(jù)電路各點(diǎn)的相位與信號源相位的相對關(guān)系，標(biāo)出電路各點(diǎn)電壓的極性，再看這種極性的變化反映到電路輸入端的作用是削弱輸入信號，還是增強(qiáng)輸入信號。若是削弱，則為負(fù)反饋；反之，則為正反饋。圖4.5正反饋電路和負(fù)反饋電路

4.1.5串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋

1.基本概念

所謂串聯(lián)反饋，就是反饋電路輸出端和信號源是串聯(lián)的，即反饋信號和外加信號串聯(lián)疊加，如圖4.6(a)所示。串聯(lián)反饋的主要特點(diǎn)：一是具有分壓作用，二是增加了反饋環(huán)內(nèi)的輸入電阻。

所謂并聯(lián)反饋，就是反饋電路輸出端和信號源是并聯(lián)的，即反饋信號和外加信號并聯(lián)疊加，如圖4.6(b)所示。并聯(lián)反饋的主要特點(diǎn)：一是具有分流作用，二是減小了反饋環(huán)路內(nèi)的輸入電阻。圖4.6串聯(lián)和并聯(lián)反饋結(jié)構(gòu)方框圖

2.判別方法

判別反饋放大電路是串聯(lián)反饋還是并聯(lián)反饋，只要將信號源內(nèi)阻RS短路，看反饋電壓是否存在。若反饋電壓存在，就是串聯(lián)反饋；若反饋電壓不存在，則是并聯(lián)反饋。

例如，在圖4.2電路中，按上述方法判別，可知圖4.2(a)電路為串聯(lián)反饋，經(jīng)簡化后的電路如圖4.7(a)所示；圖4.2(b)電路為并聯(lián)反饋，經(jīng)簡化后的電路如圖4.7(b)所示。圖4.7判別串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋的簡化電路

4.1.6電壓反饋和電流反饋

1.基本概念

電流反饋：是指反饋電路輸入端和放大電路負(fù)載串聯(lián)連接，是電流取樣，故稱為電流反饋，如圖4.8(a)所示。

電壓反饋：是指反饋電路輸入端和放大電路負(fù)載并聯(lián)連接，反饋電壓和輸出電壓成正比，是電壓取樣，故稱為電壓反饋，如圖4.8(b)所示。圖4.8電壓反饋和電流反饋結(jié)構(gòu)方框圖

2.判別方法

判別是電壓反饋還是電流反饋，只要將放大電路輸出端負(fù)載短路，看反饋是否存在，若反饋電壓不存在，就是電壓反饋；若反饋電壓仍存在，則是電流反饋。

例如圖4.2(a)電路，當(dāng)短路RL后反饋電壓仍存在，故是電流反饋。圖4.2(b)短路RL后，反饋電壓不存在，則是電壓反饋。

4.2負(fù)反饋放大器電路分析

4.2.1電流并聯(lián)負(fù)反饋放大電路圖4.9是一種常見的電流并聯(lián)負(fù)反饋電路。

1.判別反饋極性用瞬時極性法標(biāo)出圖4.9電路中各處的信號極性，可以看出圖中的反饋信號與信號源電壓US

反相，將減弱US對ib1的分量，故為負(fù)反饋。圖中的RS為信號源內(nèi)阻。圖4.9電流并聯(lián)負(fù)反饋典型應(yīng)用放大電路

2.判別反饋類型

將信號源內(nèi)阻RS

短路，則反饋電壓不存在(V1恒等于US)，故為并聯(lián)反饋。由于并聯(lián)具有分流作用，所以ib1=ii-if，且減小了輸入電阻。

將輸出端短路，可以看出反饋電壓依然存在，故為電流反饋。

所以圖4.9判定為電流并聯(lián)負(fù)反饋電路。

例4.1分析判斷圖4.10(a)中電路的反饋類型。

解判別反饋極性：在圖4.10(b)中逐級遞推，從信號流程可看出，V1采用共集電極(同相)方式，第二級V2采用共基極(同相)方式，第三級V3采用共發(fā)射極(反相)方式。因此加到第一級V1基極的反饋信號極性為

，故為負(fù)反饋。

判別反饋類型：將輸入信號對地短路，反饋電壓不存在；將負(fù)載電阻RL短路，反饋信號依然存在，因此圖4.10(a)是電流并聯(lián)負(fù)反饋圖4.10另一種電流并聯(lián)負(fù)反饋放大電路及其等效電路

4.2.2電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路

圖4.11是一種常用的電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路。圖4.11電壓并聯(lián)負(fù)反饋典型應(yīng)用放大電路

3.反饋控制過程

4.2.3電流串聯(lián)負(fù)反饋放大電路

常見的電流串聯(lián)負(fù)反饋放大器如圖4.12(a)所示，其交流通路如圖4.12(b)所示。圖4.12電流串聯(lián)負(fù)反饋放大器典型應(yīng)用電路

1.判別反饋極性

從圖4.12(a)可看出，輸入端反饋電壓與輸入電壓是串聯(lián)的，用瞬時極性法判別，反饋信號削弱輸入信號，故其是一種串聯(lián)負(fù)反饋電路。

2.判別反饋類型

該電路的反饋電壓取自V1管的射極電位Ue，其中直流反饋電壓Ue正比于Ie，起穩(wěn)定直流靜態(tài)工作點(diǎn)的作用，所以直流反饋電阻應(yīng)是Rf與Re的串聯(lián)。由于Re接有旁路電容Ce，故對交流無反饋作用，交流反饋電阻僅為Rf(如圖4.12(b)所示的交流通路)，而Rf上的壓降Uf正比于電流Ie，即正比于輸出電流信號Io，由此可判斷出電路為電流反饋。當(dāng)然，也可通過輸出端Uo短路時Uf不會消失來判斷為電流反饋。

4.2.4電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路

常用的單級電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大器電路如圖4.13(a)所示，其交流通路如圖4.13(b)所示。圖4.13電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大器典型應(yīng)用電路

1.判別反饋類型

圖4.13(a)的反饋信號Uf取自V1的發(fā)射極電位。若將輸出端短路，則反饋信號消失，故是一種電壓反饋。

2.判別反饋極性

用瞬時極性法判別，可得Ub(V1基極信號電壓)和Ue(即Uf)極性相同，反饋信號削弱輸入信號，所以這是負(fù)反饋，在輸入端有

故是一種串聯(lián)反饋。

綜合上述判別結(jié)果，圖4.13(a)是一種電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路。

3.判別電路組態(tài)

從圖4.13可看出，電路的輸入電壓加在基極與集電極之間，輸出電壓從發(fā)射極和集電極輸出。所以集電極是輸入、輸出交流電壓的公共端，是共集電極電路。又由于輸出電壓從發(fā)射極輸出，所以又叫射極輸出器。

4.反饋控制過程

當(dāng)某種原因引起輸入電壓Uo增加時，將產(chǎn)生下述自動調(diào)節(jié)過程

結(jié)果使輸出電壓Uo穩(wěn)定。

4.2.5判斷反饋類型和性質(zhì)舉例

例4.2判斷圖4.14電路中所有的交流反饋，指出反饋網(wǎng)絡(luò)、反饋類型和反饋性質(zhì)。

解將輸出端短路，看反饋信號與輸出電壓Uo和電流Io中哪一個成正比，來判斷是電壓反饋還是電流反饋。將輸入端短路，使輸入信號為零，看反饋信號是否能加到放大器凈輸入端，來判斷是串聯(lián)反饋還是并聯(lián)反饋。再利用瞬極性法判斷電路的反饋性質(zhì)。圖4.14多級反饋放大電路

2.瞬時極性法

在假定輸入信號Ui瞬時極性的前提下，利用晶體管單級放大電路輸入與輸出之間相位關(guān)系的上述規(guī)律，判斷出同一瞬間反饋信號Uf極性的方法，稱為瞬時極性法。

運(yùn)用瞬時極性法判斷單級或多級反饋放大電路的性質(zhì)時，可按如下步驟進(jìn)行：

(1)先判斷單級或多級電路中各單級放大器各為共什么極的電路；

(2)找出連接單級或多級放大電路輸入與輸出、起反饋作用的反饋網(wǎng)絡(luò)或反饋元件；

(3)利用瞬時極性法判別反饋信號的極性；

(4)寫出凈輸入信號、原輸入信號與反饋信號的關(guān)系，從而確定反饋的性質(zhì)。

根據(jù)以上基本原則和方法，對圖4.14電路進(jìn)行判斷如下：

第一級為共發(fā)射極電路，由反饋網(wǎng)絡(luò)R3引入了局部的串聯(lián)電流負(fù)反饋。

第二級為共集電極電路，由反饋網(wǎng)絡(luò)R4引入了局部的串聯(lián)電壓負(fù)反饋。

第三級為共發(fā)射極電路，由反饋網(wǎng)絡(luò)R7引入局部的串聯(lián)電流負(fù)反饋。

例4.3圖4.15各電路是集成運(yùn)放組成的放大器，判斷其反饋類型及性質(zhì)。圖4.15由集成運(yùn)放組成的反饋放大器

解在分立元件電路中，Ui的一端直接接到基本放大器的一個輸入端上。區(qū)別串、并聯(lián)反饋時，只要把基本放大器接Ui的輸入端對地假想短路，也就是把Ui短路即可。

在集成運(yùn)放組成的反饋放大器中，基本放大器是集成運(yùn)放。但Ui是通過集成運(yùn)放的偏置電阻以后才加到集成運(yùn)放的輸入端，所以，這里把基本放大器輸入端對地短路就不是把Ui對地短路，而是Ui經(jīng)偏置電阻加在集成運(yùn)放的哪個輸入端，就把哪個輸入端對地短路。

現(xiàn)以圖4.15(d)電路為例判斷電路的反饋類型和性質(zhì)。圖4.15(d)中，將負(fù)載RL假想短路，輸出電流Io仍然流動，經(jīng)R3、R4對放大器輸入端產(chǎn)生作用，故是電流反饋；集成運(yùn)放反相輸入端假想接地，R3的上端接地，反饋消失，故是并聯(lián)反饋。

4.3負(fù)反饋對放大器性能的影響

4.3.1對放大倍數(shù)的影響引入負(fù)反饋以后，放大器的放大倍數(shù)由A變?yōu)锳f=A/(1+AF)。將Af對A

求導(dǎo)，得到

4.3.2對頻帶的影響

在放大器的低頻端，由于耦合電容阻抗增大等原因，使放大器放大倍數(shù)下降；在高頻端，由于分布電容、三極管極間電容的容抗減小等原因，使放大器放大倍數(shù)下降。

引入負(fù)反饋以后，當(dāng)高、低頻端的放大倍數(shù)下降時，反饋信號跟著減小，對輸入信號圖4.16負(fù)反饋展寬頻帶的削弱作用減弱，使放大倍數(shù)的下降變得緩慢，因而通頻帶展寬，如圖4.16所示。圖4.16負(fù)反饋展寬頻帶

4.3.3對非線性失真的影響

由于放大電路中存在著三極管等非線性器件，所以，即使輸入的是正弦波，輸出也不是正弦波，產(chǎn)生了波形失真，如圖4.17(a)所示。輸入的正弦波在輸出端輸出時，變成了正半周幅度大、負(fù)半周幅度小的失真波形。

引入負(fù)反饋后，輸出端的失真波形反饋到輸入端，與輸入信號相減，使凈輸入信號成為正半周幅度小、負(fù)半周幅度大的波形。這個波形被放大輸出后，正負(fù)半周幅度的不對稱程度減小，非線性失真得以減