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1、模块四 负反馈放大电路,【教学聚焦】 一、知识目标： 1、正确理解反馈的概念、分类和一般表达式； 2、实际反馈放大电路的类型和判断方法； 3、负反馈对放大电路性能的影响； 4、深度负反馈条件下放大电路增益的计算； 5、负反馈放大电路的自激及消除。 二、技能目标： 1、掌握放大电路反馈类型的判断方法； 2、掌握负反馈对放大电路性能的影响； 3、掌握深度负反馈条件下闭环电压放大倍数的估算方法；,项目1 负反馈放大电路,4.1.1 反馈的基本概念 4.1.2 反馈的类型及判断 4.1.3 负反馈放大电路的分析 4.1.4 负反馈对放大电路性能的影响,项目1 负反馈放大电路,1反馈的概念 反馈是指把放
2、大电路输出量（电压或电流）的一部分或全部，通过一定的电路形式（反馈网络）送回到放大电路的输入回路，与输入信号串联或并联，以使放大电路某些性能获得改善的过程。,项目1 负反馈放大电路,2反馈放大电路的一般表达式 上式称为反馈放大电路的一般表达式，它表明了闭环放大倍数与开环放大倍数、反馈系数之间的关系。1+AF称为反馈深度。,项目1 负反馈放大电路,4.1.2 反馈的类型及判断 按反馈信号的作用效果来划分，放大电路的反馈可分为正反馈和负反馈；按反馈信号的频率或交直流性质来划分，可分为直流反馈和交流反馈；按照反馈网络在放大电路输出端的取样对象来划分，可分为电压反馈和电流反馈；按照反馈信号Xf与输入信
3、号Xi的叠加方式来划分，可分为串联反馈和并联反馈。,项目1 负反馈放大电路,1正反馈与负反馈 反馈有正反馈、负反馈之分。如果引入反馈信号后，放大电路的净输入信号增强(XidXi)，使电路增益增加(AfA)，这种反馈叫做正反馈，此时反馈深度(1+AF)1；反之，引入反馈信号后使放大电路的净输入信号减小(XidXi)，使电路增益减小(AfA)，则叫做负反馈，此时反馈深度(1+AF)1。这两种反馈有着截然不同的作用。 负反馈具有自动调节作用，利用这种作用，可以在很大程度上克服外界各种不稳定的因素(如环境、温度、电源、电压等变化)对放大电路增益的影响，自动且稳定地输出信号，此外，还可以有效改善放大电路
4、的频率响应和减小非线性失真，并能够按要求改变放大电路的输入和输出电阻等。负反馈技术对于改善放大电路的性能是必不可少的。,项目1 负反馈放大电路,4.1.2 反馈的类型及判断方法 判断个放大电路中引入的反馈是正反馈还是负反馈，最常用的判断方法是瞬时极性法，步骤如下。 （1）按中频段考虑，即不考虑电路中所有电抗元件的影响。 （2）先假定放大电路输入端的信号处于某一瞬时极性（用“+”、“-”号表示该点瞬时信号极性的正和负，即该点瞬时信号的变化为升高或降低），然后按照先放大电路、后反馈网络的传输顺序，逐级推出电路中有关各点的瞬时极性。 （3）最后判断反馈信号Xf的瞬时极性是增强还是削弱了原来的输入信号
5、Xi，继而判断是正反馈还是负反馈。,项目1 负反馈放大电路,4.1.2 反馈的类型及判断 例4.1 采用瞬时极性法判断图4.2所示反馈电路是正反馈还是负反馈。 (a) 负反馈 (b)正反馈 图4.2 瞬时极性法判断正、负反馈,项目1 负反馈放大电路,2直流反馈与交流反馈 按交、直流的性质，可将反馈分为直流反馈和交流反馈。 若反馈网络仅能反馈直流信号，即反馈回来的信号是直流量，则为直流反馈，直流反馈多用于稳定静态工作点。若反馈网络仅能反馈交流信号，即反馈回来的信号是交流量，则为交流反馈，交流反馈多用于改善放大电路的动态性能。当引入反馈的电路是由运放或其他形式的直接耦合放大电路组成、反馈网络可以同
6、时反馈直流及交流信号到输入回路，则称为交直流反馈。交直流反馈既能稳定静态工作点，又能改善放大电路的动态性能。,项目1 负反馈放大电路,区分直流反馈还是交流反馈的方法： 区分直流反馈还是交流反馈，可以通过察看反馈通路(或元件)所反映的变化是直流量还是交流量来辨认，也可以通过画出整个反馈电路的交、直流通路来判定，输出、输入间构成直流通路则为直流反馈，输出、输入间构成交流通路则为交流反馈。反馈元件出现于直流通路中则为直流反馈，反馈元件出现于交流通路中则为交流反馈。既能构成交流通路又能构成直流通路，反馈元件既存在于直流通路中，又包含于交流通路中，为交、直流反馈。,项目1 负反馈放大电路,4.1.2 反
7、馈的类型及判断 例4.2 判断图4.3所示的各电路中引入的是交流反馈还是直流反馈？并判断其反馈极性。对于交流信号而言，电路中的耦合电容的容量足够大。 (a) 交、直流负反馈与交流正反馈 (b) 交、直流负反馈电路 (c) 直流负反馈电路,项目1 负反馈放大电路,3电压反馈与电流反馈 在反馈放大电路中按照反馈网络从放大电路输出端取样对象不同来划分，可分为电压反馈和电流反馈两种。 电压反馈。对交流信号而言，反馈网络、基本放大电路及负载是并联连接，如图4. 4(a) 所示。在这种取样方式下，Xf正比于输出电压，它反映的是输出电压的变化，故称之为电压反馈。 电流反馈。其连接方式为：反馈网络、基本放大电
8、路、负载三者为串联连接，如图4.4(b)所示。在此方式下，Xf正比于输出电流，它反映的是输出电流的变化，故称之为电流反馈。,项目1 负反馈放大电路,(a) 电压反馈示意图 （b）电流反馈示意图 图4.4 放大电路的电压反馈与电流反馈方框图,(a)电压反馈 (b)电流反馈,3电压反馈与电流反馈,项目1 负反馈放大电路,4串联反馈与并联反馈 在反馈放大电路中按照输入信号与反馈信号是串联连接还是并联连接，可分为串联反馈和并联反馈两种。 串联反馈。如图4.6(a)所示，在串联反馈电路中，反馈信号和原始输入信号以电压的形式进行叠加，产生净输入电压信号，即：uiduiuf。 并联反馈。如图4.6(b)所示
9、。在并联反馈电路中，反馈信号和原始输入信号以电流的形式进行叠加，产生净输入电流信号，即：iid = iiif。,（a）串联反馈示意图 （b）并联反馈示意图 图4.6 放大电路的串联反馈与并联反馈方框图,项目1 负反馈放大电路,4.1.3 负反馈放大电路的分析 前面已经介绍了根据反馈网络对输出信号的采样方式不同，可分为电压反馈和电流反馈；根据反馈网络产生的反馈信号与输入信号的叠加方式不同，可分为串联反馈和并联反馈。实际电路中遇到的负反馈电路形式是多种多样的，但就基本连接方式来说，可以归结为以下四种类型：电压串联负反馈、电压并联负反馈、电流串联负反馈和电流并联负反馈。,项目1 负反馈放大电路,四种
10、反馈类型下A、F和AF的不同含义,项目1 负反馈放大电路,1.电压串联负反馈 （1）电路组成 在图4.7(a)中，输入电压 ui经运放放大输出电压uo，输出电压uo由Rf，R1送回输入端，即uf=R1/(R1+Rf) uo。很显然，反馈电压uf取自于输出电压uo，所以是电压反馈。在输入回路中，反馈电压与输入电压串联后加到运放两输入端间，即uid=ui-uf，属串联反馈。因此图4.7(a)所示电路为电压串联负反馈运放电路，图4.7(b)所示电路为分立元件构成的电压串联负反馈放大电路。 （2）反馈的特点 电压负反馈具有稳定输出电压的作用。当ui一定时，无论何种原因引起输出电压的变化，电路将进行如下
11、的自动调节过程：,(a)运放电路 (b)分立元件电路 图4.7 电压串联负反馈电路,可见，电压负反馈具有恒压源输出特性，输出电阻小，带负载能力强。 此外，在串联负反馈中，由于uid=uiuf，要有较好的反馈效果，就应使ui一定，当信号源us的内阻Rs小时，其内阻压降对ui的影响就小。所以，信号源内阻越小，串联负反馈的效果越好。,项目1 负反馈放大电路,2.电压并联负反馈 （1）电路组成 在图4.8(a)中，输入电压 ui经运放放大输出电压uo，输出电压uo由Rf送回输入端，反馈电流if取自于输出电压uo，所以是电压反馈。在输入回路中，输入电流与反馈电流if相减后，再送到运放的输入端，即iid=
12、iiif，属并联反馈。用瞬时极性法可知，图4.8(a)所示电路为电压并联负反馈运放电路，图4.8(b)所示电路为分立元件构成的电压并联负反馈放大电路。 （2）反馈的特点 电压负反馈具有稳定输出电压的作用，不再叙述。 在并联负反馈中，由于iid=iiif，则只有信号源内阻Rs很大时，ii基本恒定，才能做到if减少时iid增大，或if增大时iid减小，以实现负反馈作用。而且Rs愈大，并联负反馈的效果也愈显著，因此，在并联负反馈放大电路中要使负反馈作用显著，信号源应选用电流源。,项目1 负反馈放大电路,(a)运放电路 (b)分立元件电路 图4.8 电压并联负反馈电路,项目1 负反馈放大电路,3.电流
13、串联负反馈 （1）电路组成 在图4.9(a)中，令uo= 0，反馈电压uf = io R1仍存在，故为电流反馈；在输入回路中，uid = ui - uf，故为串联反馈；由瞬时极性法判别可知，是负反馈。所以图4.9(a)所示电路为电流串联负反馈运放电路，图4.9(b)所示电路为分立元件构成的电流串联负反馈放大电路。,(a)运放电路 (b)分立元件电路 图4.9 电流串联负反馈电路,(2）反馈的特点 由于引入了电流负反馈，所以能够稳定输出电流。无论何种原因引起输出电流io的变化，电路将进行如下自动调节过程。,项目1 负反馈放大电路,4.电流并联负反馈 （1）电路组成 在图4.10(a)中，R2，R
14、3将输出电流io的一部分反馈到输入回路，令uo =0，反馈信号仍存在，故为电流反馈；在输入回路，因有iid = ii - if，故电路为并联反馈；由瞬时极性法判别可知，是负反馈。所以图4.10(a)所示电路为电流并联负反馈运放电路，图4.10(b)所示电路为分立元件构成的电流并联负反馈放大电。 （2）反馈的特点 电流负反馈具有稳定输出电流的特性。由于是并联反馈，宜采用高内阻的信号源。,(a)运放电路 (b)分立元件电路 图4.10 电流并联负反馈电路,项目1 负反馈放大电路,4.1.4 负反馈对放大电路性能的影响,1.降低放大倍数，提高放大倍数的稳定性,上式表明，闭环放大倍数的相对变化量仅为开
15、环放大倍数相对变化量的（1AF）分之一。也就是说闭环放大倍数的稳定性比开环放大倍数的稳定性提高了（1AF）倍。,项目1 负反馈放大电路,2.扩展频带,图4.11 开环与闭环的幅频特性,通过负反馈的自动调节作用，幅频特性得以改善。其改善程度与反馈深度有关，反馈深度越大，即负反馈越强，通频带越宽，不过中频区的放大倍数就下降的越多。,项目1 负反馈放大电路,3.减少非线性失真,(a)无反馈时的信号波形,(b)有反馈时的信号波形 图4.12 负反馈改善非线性失真,减小非线性失真的程度也与反馈深度有关。,项目1 负反馈放大电路,4.抵制放大电路内部的干扰和噪声,引入负反馈后，有用信号功率和噪声功率同时减
16、小，信噪比并没有改变。但是，有用信号的减小可以通过增大有用输入信号来补偿，而噪声的幅度是固定的，从而使整个电路的信噪比增大，减小了干扰和噪声的影响，即哪一级有内部干扰，就在哪一级引入深度负反馈。,项目1 负反馈放大电路,5.改变输入电阻 串联负反馈使输入电阻增大,引入串联负反馈后，输入电阻是无反馈时的（1+AF）倍。 所以串联负反馈使输入电阻增大。, 并联负反馈使输入电阻减小,引入并联负反馈后，输入电阻是无反馈时的1/(1+AF)倍,所以并联负反馈使输入电阻减小。,项目1 负反馈放大电路,6.改变输出电阻 （1）电压负反馈放大电路的输出电阻减小 在负反馈放大电路中，由于电压负反馈能够稳定输出电压，即使输出电阻RL发生变化，也能保持输出电压稳定，放大电路近似于恒压源，其效果相当于减小了电路的输出电阻。 分析
