模拟电子技术第5章课件.ppt

1、第五章第五章 负反馈放大电路负反馈放大电路5.1 5.1 反馈放大电路的组成及基本类型反馈放大电路的组成及基本类型 5.1.1 5.1.1 反馈放大电路的组成及基本关系式反馈放大电路的组成及基本关系式反馈在电子电路中，反馈是指把输出量（输出电压或输出电流）的一部分或全部通过反馈网络，用一定的方式送回到放大电路的输入回路，以影响输入量（放大电路的输入电压或输入电流）的过程。反馈放大电路的组成反馈放大电路由基本放大电路和反馈网络组成，如图5.1.1所示。图图5.1.15.1.1反馈放大电路的框图反馈放大电路的框图 反馈网络与基本放大电路一起组成一个闭合环路。通常假设反馈环内的信号是单向传输的，即信

2、号从输入到输出的正向传输只经过基本放大电路，反馈网络的正向传输作用被忽略；而信号从输出到输入的反向传输只经过反馈网络，基本放大电路的反向传输作用被忽略。判断、分析、计算反馈放大电路时都要用到这个合理的设定。反馈放大电路的基本关系式如图5.1.1所示，反馈放大电路中输入信号xi、反馈信号xf与净输入信号xid的关系为 fiidxxx基本放大电路的放大倍数（开环放大倍数）为 idoxxA 反馈网络的反馈系数为 ofxxF 由于 fiidxxxfiidxxx，则 oioifioAFxAxFxxAxxAx）（）（所以反馈放大电路的放大系数为 AFAxxA1iof上式又称闭环增益，它反映了反馈放大电路的

3、基本关系，也是分析反馈问题的基本出发点。其中（1AF）是描述反馈强弱的物理量，称为反馈深度，它是反馈电路定量分析的基础。反馈深度的不同，反馈放大电路的特性可以有质的差别，具体表现有以下四种情况：（1）若1AF0，则Af，这表明放大电路在没有输入信号时，也会有输出信号，这种现象称为自激振荡。（2）若1AF1，则AfA，即引入反馈后，闭环放大倍数增大，这种反馈为正反馈。正反馈虽然能使放大电路的增益提高，但会使放大电路性能不稳定，故在放大电路中一般很少采用。(3）若1AF1，则AfA，即放大电路引入反馈后，闭环放大倍数减小，这种反馈称为负反馈。（4）若1AF1，则Af1/F，这种反馈称为深度负反馈。

4、当电路处于深度负反馈时，闭环放大倍数几乎完全由反馈系数决定，几乎和开环放大倍数无关。由于反馈网络一般是由电阻、电容等无源元件组成，通常比较稳定，因此当满足深度负反馈的条件1AF1时，闭环放大倍数也比较稳定。5.1.25.1.2反馈放大电路的基本类型及判断反馈放大电路的基本类型及判断 若将反馈放大电路的基本放大电路与反馈网络均看成为两端口网络，则依不同的连接方式，反馈放大电路可分为不同的反馈类型。1、反馈放大电路的分类（1）电压反馈和电流反馈根据输出端取样对象，反馈放大电路可分为电压反馈和电流反馈两类。电压反馈的反馈信号取自输出电压，反馈量与输出电压成正比，如图5.1.2（a）和（b）所示。电流

5、反馈的反馈信号取自输出电流，反馈量与输出电流成正比，如图5.1.2（c）和(d)所示。（2）串联反馈和并联反馈根据与输入端的连接方式，反馈放大电路可分为串联反馈和并联反馈两类。在输入端，若反馈网络与基本放大电路串联连接，反馈信号和输入信号以电压形式出现，输入信号与反馈信号两者串联后获得净输入信号，则是串联反馈，如图5.1.2（a）和（c）所示。在输入端，若反馈网络与基本放大电路并联连接，反馈信号和输入信号以电流形式出现，输入信号与反馈信号两者并联后获得净输入信号，则是并联反馈，如图5.1.2（b）和（d）所示。（3）负反馈和正反馈根据反馈极性，反馈放大电路可分为负反馈和正反馈。若反馈信号削弱了

6、原来的输入信号，使净输入信号xid减小，这种反馈称为负反馈，由式 idoxxA 和式 AFAxxA1iof可知，此时Af A。若反馈信号加强了原输入信号，使净输入信号xid增大，这种反馈称为正反馈。显然，正反馈使Af A。此时，（1AF）1。（4）交流反馈、直流反馈和交、直流反馈 根据反馈到输入端的信号是交流还是直流，或同时存在，可以将反馈放大电路中的反馈分为交流反馈、直流反馈和交、直流反馈。如果反馈仅存在于交流通路中，反馈到输入端的信号只含有交流量，则称为交流反馈；如果反馈仅存在于直流通路中，反馈到输入端的信号只含有直流量，则称为直流反馈；如果反馈既存在于交流通路中，又存在于直流通路中，反馈

7、到输入端的信号既含有交流量，又含有直流量，则称为交、直流反馈。综合考虑输入端与输出端的连接方式，从总体出发，负反馈放大电路可以分为四种反馈组态：电压串联负反馈，电压并联负反馈，电流串联负反馈，电流并联负反馈。如图5.1.2所示。图图5.1.2四种反馈组态电路的方框图四种反馈组态电路的方框图(a)电压串联负反馈电压串联负反馈(b)电压并联负反馈电压并联负反馈(c)电流串联负反馈电流串联负反馈(d)电流并联负反馈电流并联负反馈2、负反馈放大电路的判别（1）电路有无反馈的判断在对一个放大电路分析之前，首先必须明确该电路是否存在反馈，有无反馈的判断方法是看放大电路的输出回路与输入回路之间是否存在反馈网

8、络（或反馈通路），并由此影响放大电路的净输入量。若有，则存在反馈，电路为闭环的形式；若无，就不存在反馈，电路为开环的形式。（2）交、直流反馈的判断交、直流反馈的判断方法是：存在于放大电路交流通路中的反馈为交流反馈。引入交流负反馈是为了改善放大电路的交流性能；存在于直流通路中的反馈为直流反馈。引入直流负反馈的目的是为了改善放大电路的直流性能，如稳定放大电路的静态工作点。（3）正、负反馈的判别 判断放大电路中的反馈是正反馈还是负反馈通常采用瞬时极性法。具体方法是：先假设放大电路输入端信号在某一瞬间对地的极性为（）或（）；然后以此为依据，根据各级电路输出端与输入端信号的相位关系（同相或反相），逐级判

9、断电路中各相关点电流的流向和电位的极性，标出反馈回路中各相关点的瞬时极性；最后得到反馈到馈入端信号的极性；通过比较反馈端信号与输入端信号的极性来判断电路的净输入信号是被加强了还是被削弱了，若净输入信号被加强，则为正反馈；若净输入信号被削弱，则为负反馈。（4）电压、电流反馈的判别电压、电流反馈的判别方法是：令输出端交流短路（即令输出电压等于零），若反馈电压消失，则为电压反馈，否则为电流反馈。（5）串联、并联反馈的判别串联、并联反馈简易判别方法是：输入信号和反馈信号在不同节点引入为串联反馈，在同一节点引入为并联反馈。【案例分析案例分析5.1.15.1.1】试分析图5.1.3所示的反馈放大电路。图图

10、5.1.3 电压串联负反馈电路电压串联负反馈电路分析、讨论：分析、讨论：在图5.1.3所示电路中，Rf为输出回路与输入回路之间的反馈电阻，且反馈信号存在于交、直流通路中，因此该反馈为交、直流反馈。直流负反馈用于稳定静态工作点，对放大电路的动态性能没有影响，故对直流反馈，一般不再进一步分析其反馈组态。对于交流反馈，假设输入电压vI的瞬时值为正，由于是同相输入方式，所以对应的输出电压vO为正，集成运放反相输入端R2上的反馈电压vF也为正，此时输入电压与反馈电压相位相同，从而使加入集成运放的净输入电压vId减少（vIdvIvF），因而R2引入的是负反馈；若将输出端短路，则反馈电压消失，因此该电路为电

11、压反馈；又输入信号和反馈信号分别加在集成运放的同相输入端和反相输入端，因此该电路为串联反馈；即该电路的组态为：交、直流，电压，串联，负反馈。显然，电压反馈系数 f22OFvRRRvvF。【案例分析【案例分析5.1.25.1.2】试分析图5.1.4所示的反馈放大电路。图图5.1.4 5.1.4 电压并联负反馈电路电压并联负反馈电路分析、讨论：分析、讨论：在图5.1.4所示电路中，Rf为输出回路与输入回路之间的反馈电阻，且反馈信号存在于交、直流通路中，因此该反馈为交、直流反馈。在输入端，反馈网络与基本放大电路并联连接，反馈信号和输入信号以电流形式出现，输入信号与反馈信号两者并联后获得净输入信号，故

12、为并联反馈。在输出端，反馈网络与基本放大电路、负载电阻RL并联，反馈信号iF取样于输出 电压vO故为电压反馈。假设输入电压vI的瞬时值为正，由于是反相输入方式，所以对应的输出电压vO为负，此时输入电压与反馈电压相位相反，反馈电流使加入集成运放的净输入电流iId减少（iIdiIiF），因而RF引入的是负反馈。因此该电路的组态为：交、直流，电压，并联，负反馈。显然，互导反馈系数 fOfOOFg1RvRvviF【案例分析案例分析5.1.35.1.3】试分析图5.1.5所示的反馈放大电路。图图5.1.5电流串联负反馈电路电流串联负反馈电路分析、讨论：分析、讨论：在图5.1.5所示电路中，Rf为输出回路

13、与输入回路之间的反馈电阻，且反馈信号存在于交、直流通路中，因此该反馈为交、直流反馈。在输入端，反馈网络与基本放大电路串联连接，反馈信号和输入信号以电压形式出现，输入信号与反馈信号两者串联后获得净输入信号，故为串联反馈。在输出端，反馈网络与基本放大电路、负载电阻RL串联，反馈信号vFiORf，反馈信号取样于输出电流iO，故为电流反馈。假设输入电压vI的瞬时值为正，由于是同相输入方式，所以对应的输出电压vO为正，反馈电阻Rf产生的反馈电压vF也为正，反馈电流使加入集成运放的净输入电压vId减少（vIdvv-），因而Rf引入的是负反馈。因此该电路的组态为：交、直流，电流，串联，负反馈。显然，互阻反馈

14、系数 fOfOOFrRiRiivF。【案例分析案例分析5.1.45.1.4】试分析图5.1.6所示的反馈放大电路。图图5.1.6电流并联负反馈放大电路电流并联负反馈放大电路分析、讨论：分析、讨论：在图5.1.6所示电路中，Rf为输出回路与输入回路之间的反馈电阻，且交、直流通路中均存在反馈信号，因此该反馈为交、直流反馈。在输入端，反馈网络与基本放大电路并联连接，反馈信号和输入信号以电流形式出现，输入信号与反馈信号两者并联后获得净输入信号，故为并联反馈。在输出端，反馈网络与基本放大电路、负载电阻RL串联，反馈信号iF取样于输出电流iO，故为电流反馈。假设输入电压vI的瞬时值为正，由于是反相输入方式

15、，所以对应的输出电压vO为负，电阻R3上产生的信号电压极性是上负下正，反馈电阻Rf中流过的反馈电流等于输入电流iI（即信号电流），是输出电流iO在电阻Rf支路的分流，iF-（iOR3）/（R3+Rf），iF以分流的形式使加入集成运放的净输入电流iId减少（iIdiIiF），因而Rf引入的是负反馈。因此该电路的组态为：交、直流，电流，并联，负反馈。显然，电流反馈系数 f33OFiRRRiiF。【案例分析案例分析5.1.55.1.5】试分析图5.1.7（a）和图5.1.7（b）所示放大电路的反馈组态。图图5.1.7分立元件构成的放大电路分立元件构成的放大电路（a）交流电压并联负反馈（）交流电压并联

16、负反馈（b）交流电流串联负反馈）交流电流串联负反馈分析、讨论：分析、讨论：由于反馈通路中串有电容C，所以只有交流信号能够通过，为交流反馈电路，所以电路中的信号用交流瞬时值的符号表示。（1）图5.1.7（a）所示的两级放大电路由共射（T1）和共集（T2）两级放大电路构成。图中，Rf和C串联构成的反馈支路将输出电压的一部分馈入引回到T1的输入端b1。图中，反馈信号和放大电路的输入信号接于基本放大电路的同一输入端；若将输出电阻RL短接（vo0），反馈信号将消失。因此，图5.1.7（a）所示放大电路为电压并联反馈电路。假设T1输入电压vi的瞬时值为正，由于是反相输入方式，所以T1对应的输出电压vc1为

17、负，T2的vb2为负、ve2为负，电阻R e2上产生的信号电压极性是上负下正，视电容器C对交流信号短路，则反馈电阻Rf两端的信号电压为vfvRe2，即有if（vfvRe2）/Rf，if以分流的形式使加入集成运放的净输入电流iid减少（iidiiif），如图5.1.7（a）中所示，因此，Rf引入的是负反馈。由于由Rf和C串联构成的反馈支路只能通过交流信号，所以是交流反馈电路。所以，图5.1.7（a）所示的两级放大电路的组态为：交流，电压，并联，负反馈。（2）图5.1.7（b）所示的三级放大电路由一级共源（T1）和二级共射（T2、T3）电路组成。图中，Rf和C串联构成的反馈支路将输出电流io（即

18、ie3）的一部分馈入引回到T1的源极s1，反馈信号是输出电流的一部分。反馈信号和放大电路的输入信号接于基本放大电路的不同的输入端；若将输出电阻RL短接（vo0），因ie3仅受基极电流ib3的控制而依然存在，即反馈信号不为零，因此，图5.1.7（b）所示放大电路为电流、串联反馈电路。假设输入电压vi的瞬时值为正，由于是反相输入方式，所以T1对应的输出电压vd1为负，T2的vb2为负、vc2为正，T3的vb3为正、ve3为正，视电容器C对交流信号短路，则反馈电流在电阻Rs上产生的反馈电压vf（即vRS）也为正，由Rf引入的反馈电流使加入集成运放的净输入电压vid减少（vidvivf），如图5.1.

19、7（b）中所示，因而Rf引入的是负反馈。由于由Rf和C串联构成的反馈支路只能通过交流信号，所以是交流反馈电路。所以，图5.1.7（b）所示的三级放大电路的组态为：交流，电流，串联，负反馈。5.2负反馈对放大电路性能的影响负反馈对放大电路性能的影响 在放大电路中引入交流负反馈后，放大电路的交流性能会得到多方面的改善。5.2.1 5.2.1 提高放大倍数的稳定性提高放大倍数的稳定性 放大电路引入交流负反馈以后得到的最直接、最显著的效果就是提高了放大电路放大倍数的稳定性。在输入信号一定的情况下，当环境温度、电路参数、负载和电源电压发生变化时，放大电路的放大倍数会发生变化。通常用放大倍数相对变化量的大

20、小来表示放大电路放大倍数稳定性的程度。在中频段，式 AFAxxA1iof，中的Af、A和F均为实数，对其求微分可得22f111）（）（）（AFdAAFAFdAdAAFdA可得AdAAFAdA11ff上式表明，放大电路引入了负反馈以后，放大电路放大倍数Af 的相对变化量dAf/Af 仅为其基本放大电路放大倍数A的相对变化量dA/A的（1+AF）分之一，也就是说，放大电路引入了负反馈以后，放大倍数的稳定性提高了（1+AF）倍。当环路增益AF 1时，即深度负反馈时，闭环放大倍数 FAFAA11f上式表明，Af几乎仅取决于由电阻、电容等无源元件构成的反馈网络，而与三极管等有源器件的参数基本无关，因而引

21、入了深度负反馈的放大电路可以大大地提高放大倍数的稳定性。值得注意的是：不同的反馈组态对相应增益的稳定性有所提高。电压负反馈使电压增益的稳定性提高，电流负反馈使电流增益的稳定性提高。5.2.25.2.2减小非线性失真和展宽通频带减小非线性失真和展宽通频带1、减小非线性失真由于组成放大电路的三极管、场效应管等有源器件均具有非线性特性，当输入信号为幅值较大的正弦波时，输出信号往往不是正弦波，会产生非线性失真。引入负反馈可减小非线性失真。当放大电路开环时，假设正弦信号xi经过放大电路A后，输出信号xo为正半周大，负半周小的失真波形，如图5.2.1（a）中所示。而在引入了负反馈的图5.2.1（b）所示的

22、电路中，假定负反馈网络是不会引起失真的纯电阻网络，由于负反馈信号xf与输出信号xo的波形相似，即也为正半周大，负半周小的失真波形，由式（5.1.1）可知，失真的反馈信号将使净输入信号变为正半周小，负半周大的预失真波形。经过基本放大电路A放大后，输出信号的正半周被压缩，负半周被扩展，弥补了基本放大电路本身的非线性失真，使输出波形趋于正弦波，从而减小了非线性失真，如图5.2.1（b）中所示。fiidxxx值得注意的是，负反馈只能改善环内（放大电路内部）产生的非线性失真；另外，负反馈对非线性失真的改善是有限度的；负反馈加入不当会产生自激。负反馈除了能减小非线性失真外，还能在一定程度上拟制放大电路内部

23、的干扰和噪声。图图5.2.1 负反馈对非线性失真的改善负反馈对非线性失真的改善（a）无负反馈时信号波形无负反馈时信号波形 （b）引入负反馈后信号波形引入负反馈后信号波形2、展宽通频带放大电路通频带的定义式 为BWf Hf L。在阻容耦合放大电路中，由于耦合电容、三极管结电容和连线分布电容的存在，信号频率在低频段和高频段时，其放大倍数都会下降。在放大电路中引入了负反馈后，放大电路的放大倍数下降了，但通频带却加宽了，如图5.2.2所示。理论推导表明，引入了负反馈后，放大电路的中频放大倍数下降了（1AF）倍，但同时，放大电路的闭环通频带BWf比开环通频带BW展宽了（1AF）倍，即BWf=（1AF）B

24、W 因此，中频放大倍数与通频带的乘积将基本不变，即 AmfBWfAmBW 负反馈展宽放大电路通频带的大致原理可解释为：当放大电路输入等幅不同频率的输入信号时，低频段和高频段的输出信号幅值会比中频段的小，因此反馈信号的幅值也小，由式xid=xi-xf 可知，其对净输入信号的削弱作用也小，所以放大倍数在低频段和高频段减小的程度比中频段的小，从而展宽了通频带。图图5.2.2 负反馈展宽放大电路的通频带负反馈展宽放大电路的通频带5.2.35.2.3改变输入和输出电阻改变输入和输出电阻 1、负反馈对输入电阻的影响负反馈对输入电阻的影响取决于输入端的反馈类型，是串联负反馈、还是并联负反馈，而与是电压反馈还

25、是电流反馈无关。（1）串联负反馈使输入电阻增加在串联负反馈电路中，反馈网络与基本放大电路的输入电阻串联，如图5.2.3所示，所以，串联负反馈使输入电阻增加。如图，可求得串联负反馈放大电路的输入电阻为）（AFRiAFvvivvivR1iiididifidiiifRi=vid/iid (5.2.6）由此可见，串联负反馈使基本放大电路的输入电阻增加了（1AF）倍。图图5.2.3 串联负反馈电路框图串联负反馈电路框图（2）并联负反馈使输入电阻减小在并联负反馈电路中，反馈网络与基本放大电路的输入电阻并联，如图5.2.4所示，所以，并联负反馈使输入电阻减小。如图，可求得并联负反馈放大电路的输入电阻为 AF

26、RAFiiviivivR1iididifidiiiif，Ri=vi/iid （5.2.7）由此可见，并联负反馈使基本放大电路的输入电阻减小了（1AF）倍。图图5.2.4 并联负反馈电路框图并联负反馈电路框图2、负反馈对输出电阻的影响负反馈对输出电阻的影响取决于反馈取样的方式，是电压负反馈、还是电流负反馈，而与反馈网络在输入端的连接方式无关。(1)电压负反馈使输出电阻减小电压负反馈取样于放大电路的输出电压，具有稳定输出电压、使放大电路接近于恒压源的作用，故必然使其输出电阻减小。理论推导表明，引入了电压负反馈后，放大电路的输出电阻Rof将减小为无反馈时Ro的1/（1+AF）倍。反馈深度（1AF）越

27、大，输出电阻Rof越小。(2)电流负反馈使输出电阻增大电流负反馈取样于放大电路的输出电流，具有稳定输出电流、使放大电路接近于恒流源的作用，故必然使其输出电阻增大。理论推导表明，引入了电流负反馈后，放大电路的输出电阻Rof将增大为无反馈时Ro的（1+AF）倍。反馈深度（1AF）越大，输出电阻Rof越大。5.3 5.3 负反馈的正确选用与稳定性负反馈的正确选用与稳定性5.3.1 5.3.1 放大电路引入负反馈的一般原则放大电路引入负反馈的一般原则1、引入负反馈的一般原则引入负反馈将会影响放大电路多方面的性能，而反馈的组态不同，所产生的影响也各不相同。因此，在设计负反馈放大电路时，应根据实际应用对放

28、大电路性能的要求，引入合适的负反馈。工程设计时，一般依循以下几点原则：（1）要稳定直流量（如静态工作点）应引入直流负反馈；要改善放大电路的动态（交流）性能（如稳定放大倍数，展宽通频带，减小非线性失真等）应引入交流负反馈。（2）根据信号源的性质决定是引入串联负反馈，还是引入并联负反馈。当信号源是恒压源或内阻较小的电压源时，应引入串联负反馈。当信号源是恒流源或内阻较大的电压源时，应引入并联负反馈。（3）根据对放大电路输出信号的要求，选择是引入电压负反馈，还是引入电流负反馈。当要求放大电路输出稳定的电压信号时，应选择电压负反馈。当要求放大电路输出稳定的电流信号时，应选择电流负反馈。（4）在需要进行信

29、号变换时，应选择合适的负反馈组态。例如，电压串联负反馈组态适用于电压控制的电压源；电流并联负反馈组态适用于电流控制的电流源；电压并联负反馈组态适用于电流控制的电压源；电流串联负反馈组态适用于电压控制的电流源。（5）为改善放大电路的放大性能，应合理的选择负反馈的组态。例如，要提高输入电阻，应引入串联负反馈；要减小输入电阻，应引入并联负反馈，等等。【案例分析案例分析5.3.15.3.1】在图5.3.1所示的电路中，为了改善以下性能，应引入何种负反馈？并将分析结果在电路图中标出。（1）提高输入电阻、稳定输出电流；（2）降低输入电阻、稳定输出电压。图图5.3.1 案例分析案例分析5.3.1电路图电路图

30、分析、求解：分析、求解：为了保证引入负反馈，用瞬时极性法标出电路各相关点的瞬时极性，如图5.3.1中所示。设，由Tl的基极b1输入的信号vi的瞬时对地极性vb1为“”，Tl集电极与基极反相，则vc1为“”，T2的基极vb2也为“”，而T2的集电极c2与b2反相，vc2为“”，T3的基极vb3也为“”，vc3与vb3反相应为“”，ve3与vb3同相应为“”。这样标明各相关点的瞬时极性后，就可以方便地看出，要引入负反馈应如何连接电路。为提高输入电阻，在输入端应引入串联负反馈；要稳定输出电流，在输出端应引入电流负反馈。而要降低输入电阻，在输入端应引入并联负反馈；要稳定输出电压，在输出端应引入电压负反

31、馈。(1）如图5.3.1中所示，在T3的发射极与Tl的发射极间通过反馈电阻Rf1连接，由T3的e3接到T1的el，通过Rf1引入了电流串联负反馈。从而满足了提高输入电阻，稳定输出电流的要求。（2）如图5.3.1中所示，在T3的集电极与Tl的基极间通过反馈电阻Rf2连接，由T3的c3接到T1的bl，通过Rf2引入了电压并联负反馈。从而满足了降低输入电阻，稳定输出电压的要求。2、引入负反馈应注意的问题引入负反馈是改善放大电路性能的需要。由以上分析可知，要正确适当的引入负反馈还应注意以下几点：（1）引入负反馈改善放大电路的性能是以降低放大电路的放大倍数为代价的，所以基本放大电路的放大倍数要足够大，由

32、于理想运放的开环增益A，因此在实际应用中可优先考虑使用。使用。（2）引入负反馈改善放大电路的性能应注意选择适当的反馈深度。反馈深度并不是越深越好，如果反馈太深，对于某些电路来说，在一些频率下产生的附加相移，有可能使原来的负反馈变成正反馈，甚或会产生自激振荡，使放大电路失去正常的放大作用处于一种不稳定的工作状态。（3）要确保引入反馈的极性应满足负反馈的要求。（4）引入负反馈改善放大电路的性能应视需要灵活掌握。如电路本身难以同时满足电压、电流、串联、并联反馈的要求，又要确保引入负反馈，如无特殊限制，可考虑增加放大电路的级数，改变输入或输出方式等。5.3.2 5.3.2 负反馈放大电路的稳定性负反馈

33、放大电路的稳定性 自激振荡自激振荡现象是指，在不加任何输入信号的情况下，放大电路的输出端仍会连续不断地产生某一频率的输出信号的现象。这一现象与反馈深度有着直接的关系。产生自激振荡的原因 在中频段外，随着信号频率的升高或降低，在通频带上、下限频率附近及通频带外，放大电路会产生附加的相移，用，=（A，+F，）来表示。当某一频率的信号使附加相移，=n（n为奇数）时，反馈信号xf与中频段相比产生超前或滞后180的附加相移，已经完全反相，这必然使放大电路的净输入信号增加，从而使原来的负反馈在这个频点上变成了正反馈。当正反馈信号幅值足够大时，即使没有输入信号，电路输出端也会有连续的信号输出，电路便产生了自

34、激振荡。这时，电路将失去正常的放大作用而处于一种不稳定的工作状态。自激振荡的幅值条件和相位条件 负反馈放大电路产生自激振荡的平衡条件条件是1FA其中，幅值平衡条件（简称幅值条件），1FA相位平衡条件（简称相位条件），1n2）（FA（n为整数）只有同时满足幅值条件和相位条件电路才会产生自激振荡。在起振过程中，xo有一个从小到大的过程，故起振条件为FA1负反馈放大电路稳定性的定性分析根据自激振荡的平衡条件，可以对负反馈放大电路的稳定性进行定性分析。设反馈放大电路采用直接耦合方式，且反馈网络由纯电阻构成（即 F，=0），则附加相移只可能由基本放大电路产生，且为滞后相移，电路只有可能产生高频段的自激振

35、荡。在上述条件下，单管负反馈放大电路可能产生的最大附加相移为-90，不满足自激振荡的相位平衡条件，故不可能产生自激振荡。由此推论，放大电路超过三级以后，放大电路的级数越多，引入负反馈后越容易产生高频自激振荡。因此，实用电路中以三级放大电路最为常见。放大电路中耦合电容、旁路电容等越多，引入负反馈后就越容易产生低频自激振荡。而且反馈深度（1AF）越大，幅值条件越容易满足，产生自激振荡的可能性就越大。负反馈放大电路稳定工作的条件负反馈放大电路稳定工作的条件是：当 时，A+F 180；当（A+F）=180 时，1。1FAFA负反馈放大电路自激振荡的常用消除方法对于三级或更多级负反馈放大电路来说，要消除

36、负反馈放大电路的自激振荡，就必须破坏其产生自激振荡的条件。工程上常采用相位补偿的方法，通过在负反馈放大电路中接入适当的电容或阻容元件，以改变电路的频率特性，破坏自激振荡的条件，消除自激振荡。常用的简单相位补偿连接方法如图5.3.2中所示。图图5.3.2 消除自激振荡的简单相位补偿电路消除自激振荡的简单相位补偿电路（a）电容滞后补偿电路电容滞后补偿电路 （b）RC滞后补偿电路滞后补偿电路 （c）密勒效应补偿电路密勒效应补偿电路5.45.4深度负反馈放大电路的特点及估算深度负反馈放大电路的特点及估算1 1、深度负反馈放大电路的特点、深度负反馈放大电路的特点 与一般放大器相比，深度负反馈放大电路有以

37、下主要特点：（1）因为深度负反馈放大电路的放大倍数 仅取决于反馈系数 FFAAA11f 即 fAF，而与基本放大电路的开环放大倍数 A基本无关。（2）在深度负反馈放大电路中，电压负反馈使闭环输出电阻Rof0，电流负反馈使闭环输出电阻Rof，串联负反馈使闭环输入电阻Rif，并联负反馈使闭环输入电阻Rif0。（3）在深度负反馈放大电路中，反馈信号xf与外加输入信号xi近似相等，；净输入信号 。ifxx 0idx2 2、深度负反馈放大电路的估算、深度负反馈放大电路的估算 根据上述特点，可简便地求得深度负反馈放大电路的闭环电压放大倍数。当深度负反馈放大电路是电压串联负反馈组态时，放大电路的闭环放大倍数

38、表示为闭环电压放大倍数，此时只需求出 fAF，依据式 FFAAA11f，即可得到 fA对于电压串联负反馈以外的其他三种负反馈组态，既电压并联式、电流串联式和电流并联式负反馈放大电路，可利用 ifXX的近似关系，计算闭环放大电路的电压放大倍数。具步骤如下：（1）分析负反馈放大电路的组态。判断是串联负反馈，还是并联负反馈，以确定关系式中的 和 是电压信号，还是电流信号。ifXXfXiX对于串联负反馈，和 是电压信号，即有 fXiXifVV对于并联负反馈，和 是电流信号，即有 fXiXifII（2）根据实际电路列出与电路参数有关的 表达式。fX（3）依据 的近似关系式，估算反馈放大电路的电压放大倍数

39、。由运算放大器和分立元件所构成的深度负反馈闭环放大电路的工作原理是一样的，因此，分析、计算深度负反馈电压放大倍数的方法也是一样的。ifXX【案例分析案例分析5.4.15.4.1】图5.4.1所示为由集成运算放大器组成的负反馈放大电路。其中，Aod，R15k，Rf 100k。设（1AF）1，试求该放大电路的闭环电压放大倍数Avf。图图5.4.1 电压串联负反馈放大电路电压串联负反馈放大电路分析、求解：分析、求解：解法一由于深度负反馈,（1AF）1，由 ,求解电路放大倍数。FA1f经分析可知，该电路为电压串联负反馈，因此有FFAAA11f由图5.4.1可知，在中频段，和 均为实数，因此上式可写成为

40、fAAFAFAA1f，f11ofvRRRvvF则，该放大电路的闭环电压放大倍数215100511f1vvfRRRFA解法二由深度负反馈时，xf xi，求解电路放大倍数。（1）分析负反馈放大电路的组态经分析可知，该电路为电压串联负反馈，因此有vf vi，vid 0（2）根据实际电路列出与电路参数有关的xf 表达式 of11fvRRRv（3）令xf xi，估算反馈放大电路的电压放大倍数 of11fivRRRvv则，该放大电路的闭环电压放大倍数21510051f1iovfRRRvvA【案例分析案例分析5.4.25.4.2】设图5.4.2所示放大电路满足深度负反馈条件，（1AF）1，其中，Aod，R1

41、1k，R2910，R35.1k，Rf10k，RL2k，试求该放大电路的闭环电压放大倍数Avf。分析、求解：分析、求解：（1）分析负反馈放大电路的组态经分析可知，该电路为电流并联负反馈，因此有if ii，iid0（2）根据实际电路列出与电路参数有关的xf 和xi 的表达式f33Lof33ofRRRRvRRRii1iiRvi（3）令xf xi，即if ii 1if33LoRvRRRRv则，该放大电路的闭环电压放大倍数92.51.51101.5231f3Liovf）（）（RRRRRvvA图图5.4.2 电流并联负反馈放大电路电流并联负反馈放大电路【案例分析案例分析5.4.35.4.3】案例分析3.6

42、.1第（3）问的电路，如图5.4.3所示，设图示负反馈放大电路满足深度负反馈的条件，试求该放大电路的闭环电压放大倍数Avf。图图5.4.3 【案例分析【案例分析5.4.3】负反馈放大电路】负反馈放大电路分析、求解：分析、求解：（1）分析负反馈放大电路的组态经分析可知，该电路为电流串联负反馈，因此有vf vi，vid 0（2）根据实际电路列出与电路参数有关的Xf表达式vf ieRe11icRe11vi 而，vo icRL，RLRc1 RL（3）令xf xi，则该放大电路的闭环电压放大倍数50512101.5311eLe11cLciovfRRRiRivvA 本章小结本章小结 1、几乎所有实用的放大

43、电路中都要引入负反馈。反馈是指将放大电路输出信号（电压或电流）的部分或全部通过一定的电路（反馈电路）回送到输入回路的反送过程。2、在熟练掌握反馈基本概念的基础上，能对反馈进行正确判断尤为重要，它是正确分析和设计反馈放大电路的前提。3、负反馈放大电路有四种类型：电压串联负反馈、电压并联负反馈、电流串联负反馈及电流并联负反馈放大电路。它们的性能各不相同。串联负反馈适用于内阻较小的信号源即电压源，并联负反馈适用于内阻较大的信号源即电流源，电压负反馈能稳定输出电压（近似于恒压输出），电流负反馈能稳定输出电流（近似于恒流输出），因此，上述四种组态负反馈放大电路又常被对应称为压控电压源、流控电压源、压控电

44、流源和流控电流源电路。4、引入负反馈后，虽然使放大电路的闭环增益 减小，但是放大电路的许多性能指标得到了改善，如提高了电路增益的稳定性、减小了非线性失真、扩展了通频带等。不同类型负反馈对放大电路产生的影响各不相同，串联负反馈使输入电阻提高，并联负反馈使输入电阻下降，电压负反馈降低了输出电阻，电流负反馈使输出电阻增加。而上述所有性能的改善程度都与反馈深度1+有关。实际应用中，可依据不同类型负反馈对放大电路产生的不同作用，选择引入符合设计要求的负反馈类型。5、引入负反馈可以改善放大电路的许多性能，而且反馈越深，性能改善越显著。但由于电路中有电容等电抗性元件存在，它们的阻抗随信号频率而变化，因而使 的大小和相位都随频率而变化，当幅值条件 1及相位条件（AF）180同时满足时，电路就会从原来的负反馈变成正反馈而产生自激振荡。AFAA1fFAFAFAFA6、当深度负反馈放大电路是电压串联负反馈组态时，放大电路的闭环放大倍数 表示为闭环电压放大倍数，此时只需求出 fAF依据式 FA/1f，即可得到 fA。对于任何组态的深度负反馈放大电路，均可以利用 ifXX的近似关系，计算闭环放大电路的电压放大倍数。但对不同组态的负反馈放大电路，上式的具体表现形式有所不同：对于串联负反馈，和 是电压信号，即有 fXiXifVV对于并联负反馈，和 是电流信号，即有 fXiXifII