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1、第四章 放大电路中的负反馈本章教学要求1掌握负反馈的概念和四种基本类型负反馈放大器的电路结 构、工作原理、基本分析方法。2掌握四种负反馈放大器类型的判断。3掌握负反馈对放大器性能的影响，并能根据需要引入适当 的负反馈。4掌握在深度负反馈条件下放大器电压增益的近似计算。5掌握利用波特图进行负反馈放大器稳定性分析的方法。了 解相位补偿的原理。4-1 负反馈的基本概念所谓反馈，就是将输出信号进行检测，以某种形式反馈到放大器的输入 端，与输入信号相比较，对放大器的输入信号进行调整，达到减小输出误差 ，改善放大器性能指标的要求。 4-1-1 放大器的反馈反馈网络 B基本放大器 A由图可知，基本放大器的净
2、输入信号为若基本放大器的增益为A，反馈 网络的反馈系数为B，则有因此可得反馈放大器的增益（又称 闭环增益）Af 为通常定义为 反馈深度，这是 一个很重要的指标 下面是具有反馈的放大器的一个实例 UfUR1RfUi UO基本放 大器反馈 网络反馈网络Rf和R1 对输出电压信号 Uo取样得到反馈 信号Uf 在与输入信号 Ui进行比较后 得到放大器的 净输入信号。 然后送入放大 器进行放大。 根据反馈深度，我们可以判断 反馈的性质和反馈的强弱 这时放大器增益减小，为负反馈； 这时放大器增益增加，为正反馈； 这时放大器增益为无穷大 ，放大器自激振荡。 对于负反馈， 总 是大于1，而且，此值越大， 说明
3、负反馈越强，放大器的 闭环增益下降得越多。4-1-2 负反馈的类型根据反馈信号是对输出电压信号取样还是对输出电流信号取样，以及取样 信号反馈到输入端后是与输入信号是串联比较还是并联比较可以对负反馈 放大器进行分类。 在输出端，如果反馈信号是对输出电压取样，也就是说反馈信号与输出电 压有关，则称为电压反馈；如果反馈信号是对输出电流取样，也就是说反 馈信号与输出电流有关，则称为电流反馈。在输入端，如果反馈到输入端的信号是以电压形式出现，与输入电压串 联比较，则称为串联反馈；如果反馈到输入端的信号是以电流形式出现 ，与输入电流并联比较，则称为并联反馈。因此，一共可分为四种不同类型的负反馈，即：（1）
4、电压串联负反馈（2）电压并联负反馈（3）电流并联负反馈（4）电流串联负反馈。四种不同类型的负反馈的方框图 UfUR LUoabUiAuBu电压串联电流串联R LUoIoabUiUUfAg BrR LI IfUoabIi AuBu电压并联bIoR LI IfUoaIi AuBu电流并联Uo各类反馈在电路连接形式上的一般区别。R LbXfXXiAuBu电压反馈在输出端反馈网络的输入 端与放大器的输 出端是并联连接 将放大电路输 出端短路，反 馈网络输入端 被短路，反馈 网络取样信号 为零 。 电流反馈R LUoIob XiXXfAg Br反馈网络的输入 端与放大器的输 出端是并联连接 将放大电路输
5、出端 短路，反馈网络输 入端仍可获得输出 电流信号 。 将放大电路 输出端短路 ，反馈信号 消失为电压 反馈，否则 为电流反馈各类反馈在电路连接形式上的一般区别。在输入端串联反馈UfUaUiAuBu反馈信号与输 入信号是串联 电压比较将放大电路输入端 对地短路，反馈信 号仍能输入到基本 放大器中并联反馈I IfaIi AuBu反馈信号与输 入信号是并联 电流比较将放大电路 输入端对地 短路，网络 输出端被短 路，反馈信 号不能输入 到基本放大 器中将放大电路输入端短路，反馈信 号仍能输入到基本放大电路中为 串联反馈，否则为并联反馈如果反馈回来的信号输入到基本放大电路的份量越多，则反馈效 果就越
6、好。对于串联反馈，电源内阻越小，反馈效果就越好；对 于并联反馈，电源内阻越大，反馈效果就越好。4-1-3负反馈的判别1.反馈类型的判别在输出端，将输出端短路，使输出电压为0，若反馈网络输入端接地，反馈消失，即 为电压反馈；否为电流反馈。 在输入端，将放大器输入端对地短路，反馈网络输出端接地，即为并联反馈；否则为 串联反馈。R1RLR fUiUoRsIoUiUs RRLR fUoRs UiUsRLR fUo RR fIoUoR1RLUi串联 电压 反馈 并联 电流 反馈 并联 电压 反馈 串联 电流 反馈 只要反馈网络连接在基本放大器的信号输入端就是并联反馈，否则就是串联反馈。 只要反馈网络直接
7、连接在放大电路输出端就是电压反馈，否则就是电流反馈。也可从电路连接形式上来判别反馈类型bUCCUo Ui2Ui1C2 C1RBRCRLe2. 正、负反馈的判别1）等效放大器一个放大电路，不论是单级放大电路（包括单级运放电路）还是多级放大电路（包 括多级运放电路）都可以等效为一个有两个输入端和一个输出端的放大器。这两个 输入端也是一个同相输入端和一个反相输入端。 单级晶体管放大电路 Au RL Ui2Ui1Uobe信号电压从集电极输出时，当信号从基极输入时，输出电压与输入电压反相； 当信号从发射极输入时，输出电压与输入电压同相。所以，基极为反相输入端 ，发射极为同相输入端。多级晶体管放大电路 e
8、1c2UCCRB1RE2RC2RC1UoRLV2V1C2b1C1Uic2b1 Aue1RL UiUo信号从第二极集电极输出，当信号从第一级晶体管基极输入时，经 过两次反相，输出电压与输入电压同相；当信号从第一级晶体管发射极 输入时，则输出电压与输入电压同相。所以b1为同相输入端，e1为反相 输入端。2）正、负反馈的判别在得到等效放大器后， 正、负反馈的判别一般采用瞬时极性判别法。 IfIIiUiRsUsRLR fUo设在某一瞬间UI为正极性，即反相端电位比地高这时，电流Ii流向放大器放大器输出端电位为负，即比地低Rf两端电位左高右低，IF向上流所以，流进放大器的净输入电流为I=Ii-If反馈使
9、净输入信号减小。故为负反馈从电路连接形式上也可进行正、负反馈的判别对于电压反馈，如果反馈网络是无 源网络（如电阻网络），反馈信号 只有连接到放大电路的反相输入端 才能使净输入信号减小，才是负反 馈。R1RLR fUiUo对于电流反馈，则要分两种情况讨论 （1）反馈网络是接入到输出回 路的负载侧 RsIoUiUs RRLR fUoRR fIoUoR1RLUi 反馈信号连接到放大电路的反相端 为负反馈放大电路。 一般来说，由集成运放组成的放大器，其反馈支路只能接入到放大器输出回路的 负载侧，所以其电流反馈放大电路，反馈信号必须接入到放大器的反相输入端才 是负反馈。 （1）反馈网络没有接入到输 出回
10、路的负载侧 IoURE3IoV3RfRC3RE3UCCRB1RE2RC2RC1UoRLV2V1C2RE1C1Ui由图可知，信号从V1基极输入，经 过三次反相从V3集电极输出，所以 V1基极为反相输入端，射极为同相 输入端。反馈电路连接到同相输入 端，根据瞬时极性判别法可知，该 电路为负反馈。对于电压反馈，反馈信号接入到放大器反相端为负反馈，否则为正反馈。 对于电流反馈，如果反馈网络接到输出回路的负载侧，则反馈信号接入放大器反相 端为负反馈，否则为正反馈；如果反馈网络没有接到输出回路的负载侧，则反馈信 号接入放大器同相端为负反馈，否则为正反馈；4-2 负反馈对放大器性能的影响4-2-1 提高放大
11、倍数的稳定放大倍数的稳定性是放大器的一个重要指标。我们一般用放大倍数的相对 变化量来定义放大倍数的稳定性。 根据有由于负反馈时F1，所以，闭环增益的相对变化量小于开环增益相对变 化量。放大倍数的稳定性得以提高，而且，反馈越深，放大倍数的稳定 性越好。对于深度负反馈，F1，则有可见，在深度负反馈下，闭环增益几乎与开环增益无关，也就是说，闭环 增益几乎不受开环增益变化的影响，因而，增益稳定性得到了极大的提高 。 应当指出，对于不同类型的负反馈，由于取样信号、反馈信号不同，A 、B、Af所 表示的含义是不同的，它所稳定的对象也是不同的， 串联电压负反馈，开环增益、反馈系数和闭环增益分别为Au、Bu、
12、Auf。当负载电 阻增大造成输出电压增大时，反馈电压也增加，而反馈电压的增加将使得净输入 电压减小，最终使输出电压下降而保持基本稳定。串联电流负反馈，开环增益、反馈系数和闭环增益分别为Ag、Br、Agf。当负载电阻 增大造成输出电流减小时，反馈电压也减小，而反馈电压的减小将使得净输入电压 增加，最终使输出电流增加而保持基本稳定。并联电压负反馈，开环增益、反馈系数和闭环增益分别为Ar、Bg、Arf。当负载电阻 增大造成输出电压增大时，反馈电流也增加，而反馈电流的增加将使得净输入电流 减小，最终使输出电压下降而保持基本稳定。并联电流负反馈，开环增益、反馈系数和闭环增益分别为Ai、Bi、Aif。当负
13、载电阻 增大造成输出电流减小时，反馈电流也减小，而反馈电流的减小将使得净输入电流 增加，最终使输出电流增加而保持基本稳定。 由此可见，电压负反馈可以使输出电压稳定，电流负反馈可以使输出电流稳定。 4-2-2 减小放大器非线性失真放大器在大信号工作时，不可避免地要产生非线性失真，引入负反馈以后，可以使 这种非线性失真得到改善。 基本放大器反馈网络基本放大器基本放大器产生失真基本放大器对信号负 半周放大能力较小负反馈减小失真反馈信号与输入 信号比较后产生 预失真信号使输出信 号较少了 失真负反馈改善非线性失真实际上是通过负反馈先产生一个预失真信号来实现的，这种预 失真信号来自于输出信号的失真，因此
14、负反馈只能改善放大器的非线性失真，而不能 消除失真。负反馈改善非线性失真的效果与反馈深度有关，反馈越深改善效果越好。在深度负 反馈时， ，放大电路的输出几乎与基本放大电路无关，基本放大电路的非 线性失真也就得到了抑制。4-2-3 扩展放大电路的通频带放大电路的通频带也是衡量放大电路性能的一个重要指标。引入负反馈以后，可以 使放大电路的通频带得到展宽 下面以低通滤波器为例低通滤波器的开环频率特性为引入负反馈以后，并假设反馈网络为纯电阻网络，B为实数，则闭环增益的频 率特性为式中 为闭环增益 引入负反馈后闭环放大电路的带宽为应该指出，通频带的扩展是以放大器增益减小为代价的，实际上引入负反馈后，放
15、大电路的带宽增益积是不变的。即4-2-4 改变输入、输出电阻1.对输入电阻的影响对于负反馈，输入信号与净输入信号的关系为所以，对于串联负反馈有并联负反馈有 1）串联负反馈提高输入电阻AB根据输入电阻的定义有式中所以，串联负反馈使输入电阻提高了F倍 2）并联负反馈降低输入电阻AB同样根据输入电阻的定义有式中所以，并联负反馈使闭环输入电阻减小到基本方大器输入电阻的1/F 由此可见，串联负反馈可以使输入电阻增大，而并联负反馈 可以使输入电阻减小。所以引入负反馈是改变输入电阻的一 个重要手段。2.对输出电阻的影响1）电压负反馈AB开路根据输出电阻的定义，将信号 源置零（Xi= 0），X=Xf，将外 接
16、负载电阻断开，外加电压，求出 Uo与Io的约束关系 设反馈网络输入端开路 ，则有所以有可见，电压负反馈使输出电阻减小为基本放大器的1/F。2）电流负反馈AB短路反馈网络只对电流取样，与电压无 关，故认为反馈网络输入端短路。 输入信号为零， X=Xf，则有所以有可见，电流负反馈使输出电阻增加F倍 由此可见，电流负反馈可以使输入电阻增大，而电压负 反馈可以使输出电阻减小。所引入不同的负反馈可以使输出 电阻增加或减小。4-3 深度负反馈的工程计算负反馈放大电路可以采用等效电路的方法进行分析，但是其计算较为复杂。 在工程上，对于深度负反馈，可用Af=1/B来近似计算。但要注意的是，对于不同类型的反馈，Af和B的含义是不同的， 对于需要 计算电压放大倍数时，要根据不同类型的负反馈进行不同的处理。 1. 串联电压负反馈例4-1 串联电压负反馈放大器，在深度负反馈下，试计算其闭环电压增益。R1RLR fUiUo解 在深度
