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 反馈的基本概念反馈的基本概念 5.2 5.2 负反馈对放大器性能的影响负反馈对放大器性能的影响 5.3 5.3 负反馈放大器的分析方法负反馈放大器的分析方法 5.4 5.4 负反馈放大器的自激振荡负反馈放大器的自激振荡 将电路的输出信号通过一定形式的反馈网络部分将电路的输出信号通过一定形式的反馈网络部分或全部送回到输入回路的过程。或全部送回到输入回路的过程。5.1 5.1 反馈的基本概念反馈的基本概念TUBEICICUEIB+CTRb1CCRb1b2RVL+uoR-u+-ib2CcReCeIC稳定工作点电路：稳定工作点电路：一、反馈的
2、定义一、反馈的定义反馈的方框图表示法及各符号的意义反馈的方框图表示法及各符号的意义输入信号输入信号输出信号输出信号净输入信号净输入信号反馈信号反馈信号iXXoA开环增益开环增益oXXfF 反馈系数反馈系数AFOXiXiXfX-+二、反馈放大器的基本关系式二、反馈放大器的基本关系式ioXXAofXXFfiiXXX闭环增益闭环增益fAofoifioiofXXXXXXXXXA1DAFAAAf1三、反馈的极性三、反馈的极性1 1.反馈的极性反馈的极性负反馈负反馈引入反馈后使净输入量减小。引入反馈后使净输入量减小。正反馈正反馈引入反馈后使净输入量增加。引入反馈后使净输入量增加。2 2.反馈极性的判断法反
3、馈极性的判断法-瞬时极性法瞬时极性法 假设某一瞬时，在放大电路的输入端加入一个正极假设某一瞬时，在放大电路的输入端加入一个正极性的输入信号，然后按信号传输方向依次判断后级相关性的输入信号，然后按信号传输方向依次判断后级相关点的瞬时极性，直至判断出反馈信号的瞬时极性。如果点的瞬时极性，直至判断出反馈信号的瞬时极性。如果反馈信号的瞬时极性使净输入减小，则为负反馈；反之反馈信号的瞬时极性使净输入减小，则为负反馈；反之为正反馈。为正反馈。是负反馈是负反馈,交流反馈交流反馈,是负反馈是负反馈,交直流反馈交直流反馈,例例1：下图电路中哪些是反馈支路下图电路中哪些是反馈支路,判断下图中的反馈极性，判断下图中
4、的反馈极性，是交流反馈还是直流反馈是交流反馈还是直流反馈?。VVfL+VCC+TRbe+e2Rc2c1-O-uRfuRRCb1b1Rb2Cu+-2T1+iu-Re1VVVfRiuu-f-R+-A+d+u1+uRo+V+_-+1R5R6RccRO2u4uRi3R7R3CC1C2C4VV+AuOiu1RR2CC+V3R是负反馈是负反馈,交流反馈交流反馈,是负反馈是负反馈,直流反馈直流反馈是负反馈是负反馈,交直流交直流反馈反馈四、反馈放大器的分类四、反馈放大器的分类1 1.反馈放大器的分类反馈放大器的分类从输出端来看从输出端来看电压反馈电压反馈电流反馈电流反馈从输入端来看从输入端来看串联迭加串联迭加
5、并联迭加并联迭加电压串联电压串联 电流串联电流串联 电压并联电压并联 电流并联电流并联反馈的四种类型反馈的四种类型电压串联负反馈电压串联负反馈uuAuuFOUiUiUfU电压并联负反馈电压并联负反馈uiAiuFOUfIiIiI电流串联负反馈电流串联负反馈iuAuiFOIiUiUfUiiAiiFfIiIiIOI电流并联负反馈电流并联负反馈2 2.反馈类型的判断反馈类型的判断（1 1）首先在电路中找到反馈元件和反馈电路）首先在电路中找到反馈元件和反馈电路（2 2）观察输出端，看反馈电路与输出端有没）观察输出端，看反馈电路与输出端有没 有公共节点，有，是电压反馈；没有，有公共节点，有，是电压反馈；没
6、有，是电流反馈。是电流反馈。（3 3）观察输入端，看反馈电路与输入端有没）观察输入端，看反馈电路与输入端有没 有公共节点，有，是并联反馈；没有，有公共节点，有，是并联反馈；没有，是串联反馈是串联反馈VVfL+VCC+TRbe+e2Rc2c1-O-uRfuRRCb1b1Rb2Cu+-2T1+iu-Re1V两图均是电压串联反馈两图均是电压串联反馈VV-fARi+duu-f-R+u1+uRo例例2 2 判断如图所示电路的反馈类型判断如图所示电路的反馈类型VCC_CIRCLEVCC_CIRCLE+ALRRfifid1i1Ruoiu+TLR-cui-b+iCC+sRi+VOuu-ssRRffi两图均是电
7、压并联反馈两图均是电压并联反馈+-Rc1c2RRfRe2RsLR1T2Tic2ifsius-u+O+-uiCC+Vibuu-1AiiR+ioidifiofRRLR+-两图均是电流并联反馈两图均是电流并联反馈+CTRb1CCRb1b2RVL+uoR-u+-ib2CcReic+u-fbeu+-两图均是电流串联反馈两图均是电流串联反馈u-uR+1f-o+LRR+iA+-du+-fuoi例例3 3 试判断下列电路的反馈极性和类型试判断下列电路的反馈极性和类型+_V1fI12R12TiR2+uRTRRsR34RCCVVEEuoT3VVA+2AuiOu1RR2R3R45RR6（1 1）串联反馈）串联反馈
8、五、五、信号源对反馈效果的影响信号源对反馈效果的影响 所以所以u us s应为恒压源，即信号源内阻应为恒压源，即信号源内阻R RS S越小越好越小越好。uu-+uf-1R+uLd-R+o+AfR-u+S-i+uRsfiduuu 要想反馈效果明显，就要求要想反馈效果明显，就要求u uf f变化能有效变化能有效引起的引起的 变化变化。du（2 2）并联反馈）并联反馈 所以所以i is s应为恒应为恒流流源，即信号源内阻源，即信号源内阻R RS S越大越好越大越好。uuAs-R+oRR+Lf+isiidififidiii 要想反馈效果明显，就要求要想反馈效果明显，就要求i if f变化能有效变化能有
9、效引起的引起的 变化变化。di5.2 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 提高增益的稳定性提高增益的稳定性 减少非线性失真减少非线性失真 扩展频带扩展频带 改变输入电阻和输出电阻改变输入电阻和输出电阻 在放大器中引入负反馈可以改善放大器的性在放大器中引入负反馈可以改善放大器的性能，但是以牺牲增益为代价的能，但是以牺牲增益为代价的一一.提高增益的稳定性提高增益的稳定性闭环时闭环时FAAAf1则则2)1(1AFdAdAf只考虑幅值有只考虑幅值有AFAAf1即闭环增益相对变化量比开环减小了即闭环增益相对变化量比开环减小了1+1+AF AF 倍倍AdAAFAdAff11两边同
10、除两边同除fA二、改善放大器的非线性失真二、改善放大器的非线性失真Auiufuiuoud加反馈前加反馈前加反馈后加反馈后AF+失真失真改善改善uouo三、扩展放大器的通频三、扩展放大器的通频带带 放大电路加入负反馈后，增益下降，但通频带却加宽了。放大电路加入负反馈后，增益下降，但通频带却加宽了。无反馈时放大器的通频带：无反馈时放大器的通频带：fbw=f HfL f H可以证明：可以证明：fbwf=(1+AF)fbw020lg|A|（dB）F（Hz）Am fL fH fLf fHf Amf有反馈时放大器的通频带：有反馈时放大器的通频带：fbwf=f HffLf f Hf四、负反馈对输入电阻的影响
11、四、负反馈对输入电阻的影响(1)(1)串联负反馈使输入电阻增加串联负反馈使输入电阻增加 有反馈时有反馈时：无无反馈时反馈时：idiii=iuiuR)(1iAFR iiif=iuRifd=iuu iod=iFuu idd=iAFuu id)1(=iAFu+RiuooR-Riu+-+duii+o-uLRAi+Ro+oLiuiA+ouRu-dRiu+-RRfu-f+R1ifi(2)(2)并联负反馈使输入电阻减小并联负反馈使输入电阻减小 无无反馈时：反馈时：有反馈时：有反馈时：diiii=iuiuR iiif=iuRfdi=iiu Fuiuodi=AFiiuddi=)1(=diAFiu AFR 1=i
12、+ARu-Li+uoRiR-Rd+-+diuoifouiRffii+uoLiRu-uiuAo+Rid-R+-oi+Rdii五、负反馈对输出电阻的影响五、负反馈对输出电阻的影响(1)(1)电压负反馈使输出电阻减小电压负反馈使输出电阻减小XAooR+-UIF0iXXfX0iXfiXX令则UFARIXARIUooiooooRIFAU)1(DRFARIURoooof1忽略反馈网络输入电流，则(2)(2)电流负反馈使输出电阻提高电流负反馈使输出电阻提高XAooR+-UIF0iXXfX0iXfiXX令则IFARUXARUIooioo忽略反馈网络输入电压，则ooRUFAI)1(oooofDRRFAIUR)1
13、(六、为改善性能引入负反馈的一般原则六、为改善性能引入负反馈的一般原则 要稳定直流量要稳定直流量 引直流负反馈引直流负反馈 要稳定交流量要稳定交流量 引交流负反馈引交流负反馈 要稳定输出电压要稳定输出电压 引电压负反馈引电压负反馈 要稳定输出电流要稳定输出电流 引电流负反馈引电流负反馈 要增大输入电阻要增大输入电阻 引串联负反馈引串联负反馈 要减小输入电阻要减小输入电阻引并联负反馈引并联负反馈例：例：在下面的放大器中按要求引入适当的反馈。在下面的放大器中按要求引入适当的反馈。（1 1）希望加入信号后，）希望加入信号后，i ic3c3的数值基本不受的数值基本不受R R6 6改变的影响。改变的影响
14、。VVVV1512T2TR3RC34+VRCCRT1RR76R-u+iuo+-f1R（2 2）希望接入负载后，输出电压）希望接入负载后，输出电压U UO O基本稳定。基本稳定。VVVV1512T2TR3RC34+VRCCRT1RR76R-u+iuo+-f2R（3 3）希望输入端向信号源索取的电流小）希望输入端向信号源索取的电流小。VVVV1512T2TR3RC34+VRCCRT1RR76R-u+iuo+-f2R5.3 5.3 负反馈放大器的基本分析方法负反馈放大器的基本分析方法 本节本节重点讨论深度负反馈条件下的近似计算重点讨论深度负反馈条件下的近似计算估算的依据估算的依据即，在深度负反馈条件
15、下，闭环增益只与反馈系即，在深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈系数有关。数有关。所以闭环增益所以闭环增益FAAA 1FFFAA1 在深度负反馈条件下：在深度负反馈条件下：11 FAFAAA 1F根据根据FFAA1 将将ioFXXA ofXXF 代入上式代入上式即：输入量近似等于反馈量即：输入量近似等于反馈量即：净输入量近似等于零即：净输入量近似等于零 由此可得深度负反馈条件下，基本放大电路由此可得深度负反馈条件下，基本放大电路“虚短虚短”、“虚断虚断”的概念的概念得得ifXX 或或0fid XXX深度负反馈条件下：深度负反馈条件下：X Xd d=X Xi i-X Xf f00u u+=u u-
16、（运放电路）（运放电路）u ue e=u ub b（三极管电路）（三极管电路）(1)(1)串联反馈串联反馈u ud d0,0,输入端输入端“虚短虚短”i ii+i+=i ii-i-=0=0 （运放电路）（运放电路）i ib b=0=0（三极管电路）（三极管电路）-u-R+fu+R-u+1fAd+i+-u+fui+-TfR+u-du+A+ifRiifiii+i-i+T-i+ufRiiibif(2)(2)并联反馈并联反馈id0,输入端输入端“虚断虚断”例例1.1.计算深负反馈条件下的电压增益计算深负反馈条件下的电压增益 解：用方法一解：用方法一 求反馈系数：求反馈系数：求闭环电压放大倍数：求闭环电
17、压放大倍数：feeofuuRRRuuF 11e1fe1uuiouf1RRRFuuAVVfL+VCC+TRbe+e2Rc2c1-O-uRfuRRCb1b1Rb2Cu+-2T1+iu-Re1反馈系数反馈系数:闭环增益闭环增益闭环电压增益闭环电压增益 解：用方法一解：用方法一。se2e2fosousfRRRRRRRARiRiuuASLiifSSLLe2fe2c2fRRRii e2fe2c2fiiRRRiiF e2e2fRRRFAiiiif1Rc1c2R+Vc2i-ROsR-ff12+uTisRRTiCCibiuLe2 例例2.2.计算深负反馈条件下的电压增益计算深负反馈条件下的电压增益解：利用解：利
18、用虚短虚短和和虚断虚断可知可知1f1iffioufRRRiRiuuA VCC_CIRCLEVCC_CIRCLE+A+LRRfifid1i1Ruoiu 例例3.3.计算深负反馈条件下的电压增益计算深负反馈条件下的电压增益fii 1 uu例例2.2.运放组成的电流串联负反馈运放组成的电流串联负反馈闭环电压增益闭环电压增益:利用利用虚短虚短和和虚断虚断可知可知:ifuuuu foioufuuuuA 11RRRiRiLoLo 解：用方法二。解：用方法二。VVVO+fAuR-1RL-R+oiuu-+i二二.估算输入输出电阻估算输入输出电阻在深度负反馈条件下：在深度负反馈条件下：注：表中的输入、输出电阻均
19、指注：表中的输入、输出电阻均指反馈环反馈环中的输入、输出电阻。中的输入、输出电阻。（1 1）电压串联负反馈）电压串联负反馈举例举例 RifRifRb1ROf0VV+uRRRe1-b1e2RRb1RRCc2uc1-TOf1CCC+L2+ViTb2ifRifRofR（2 2）电压并联负反馈）电压并联负反馈Rif0RifRSROf0+-RcRsLRTiius-u+OCC+VibfRififRifRRof（3）电流并联负反馈）电流并联负反馈ROfRC2Rif0RifRSROf+Vic2RRiCCsLie2c2+uiTsRROic1+fT-2fu1R-bRifRRifofRofR综合举例综合举例1：求电
20、压放大倍数、输入电阻、求电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。输出电阻。+V+_-+1R5R6RccRO2u4uRi3R7R3CC1C2C4综合举例综合举例2：求电压放大倍数、输入电阻、求电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。输出电阻。VVVV+e1-1RRRCc3uc1T1CC3+ViTifRofRTR2e2c2R2Cf1RRf2uo+-一一.产生产生自激振荡的原因及条件自激振荡的原因及条件1.自激振荡现象自激振荡现象 在不加输入信号的情况下，放大电路仍会产在不加输入信号的情况下，放大电路仍会产生一定频率的信号输出。生一定频率的信号输出。4.5 负反馈放大电路的自激振荡及消除方法负反馈放大电路的自激
21、振荡及消除方法+iL+u-+u放大器放大器-oR fidXXX 基本放大电路基本放大电路AdX oX 反馈网络反馈网络FfX iX+2.产生自激振荡的原因产生自激振荡的原因 中频时：中频时：|idXX 高频或低频时，放大器产生的附加相移达到高频或低频时，放大器产生的附加相移达到180时。时。为负反馈。为负反馈。|idXX 变为正反馈。变为正反馈。此时，若满足此时，若满足|dfXX 则则Xi=0，仍会有输出信号。，仍会有输出信号。3.自激振荡的条件自激振荡的条件1FA幅值条件幅值条件180)12(fan相位条件相位条件（附加相移）（附加相移）基本放大电路基本放大电路AdX oX 反馈网络反馈网络
22、FfX iX+fdXX 0ddXFAX 自激振荡条件：自激振荡条件：1 FA分解为幅值条件与相位条件：分解为幅值条件与相位条件：由以上分析知：由以上分析知：二二.稳定判椐稳定判椐及稳定裕度及稳定裕度方法一：方法一：则放大器稳定。否则自激。则放大器稳定。否则自激。0)dB(lg20FA0-90-180FA m mGdB0lg20 FA 180fa 满足：满足：同理，为了切实保证稳定，要留有同理，为了切实保证稳定，要留有-10dB的余量，称为的余量，称为幅值裕度幅值裕度mG方法二方法二：dB0lg20FA 180fa 满足：满足：则放大器稳定。否则自激。则放大器稳定。否则自激。为了切实保证稳定，要
23、留有为了切实保证稳定，要留有45余量，称为余量，称为相位裕度相位裕度m 三三.负反馈放大电路稳定性分析负反馈放大电路稳定性分析(2)作作F1lg20水平线水平线(1)作出作出A的幅频响应和相频响应波特图的幅频响应和相频响应波特图F1lg20在水平线在水平线Alg20 与与的交点作垂线交相频响应曲线的一点的交点作垂线交相频响应曲线的一点(3)判断是否满足相位裕度判断是否满足相位裕度 m 45 若该点若该点 135 a 满足相位裕度，稳定；否则不稳定。满足相位裕度，稳定；否则不稳定。在相频响应的在相频响应的点处作垂线交点处作垂线交 于于P点点 135 a Alg20 若若P点在点在 水平线之下，稳
24、定；否则不稳定。水平线之下，稳定；否则不稳定。F1lg20或或判断稳定性方法：判断稳定性方法：01lg20lg20lg20FAFA将将 写为：写为：1FA即：即：FA1lg20lg20举例：举例：设一基本放大器的增益为：设一基本放大器的增益为：三三.负反馈放大电路稳定性分析负反馈放大电路稳定性分析)105)(1105j)(1100.5j(1766u fjffA.4101.设反馈系数设反馈系数 ，分析其稳定性，分析其稳定性10.F.三个极点频率为：三个极点频率为：fp1=0.5106Hz，fp2=5106Hz，fp3=5107Hz。其中其中fp1=0.5106Hz最低，它决定了整个基本放大器的最
25、低，它决定了整个基本放大器的上限频率，称为主极点频率。上限频率，称为主极点频率。(1)作出作出A的幅频响应和相频响应波特图的幅频响应和相频响应波特图解：解：(2)作作dB201lg20F的水平线的水平线Alg20 与与F1lg20(3)水平线水平线 相交于相交于E点。点。与与E点相对应的附点相对应的附加相位移为加相位移为 ，因此，放大器是不因此，放大器是不稳定的。稳定的。2250(dB)20uAlg20406080f50k500k5M50M500M0-90-180 -135-225-270f十十倍倍频频程程dB/20 十十倍倍频频程程dB/40 F1lg20E2.将反馈系数将反馈系数 改为改为
26、 ，分析其稳定性分析其稳定性001.0.F解：解：(1)作作dB601lg20F的水平线的水平线F1lg20(2)水平线水平线 相交于相交于D点。点。Alg20 与与与与D点相对应的附加相点相对应的附加相位移为位移为 ，因此，放，因此，放大器是稳定的。且大器是稳定的。且 m 135450(dB)20uAlg20406080f50k500k5M50M500M0-90-180 -135-225-270f十十倍倍频频程程dB/20 十十倍倍频频程程dB/40 F1lg20D 反馈深度越深，反馈深度越深，越容易自激。越容易自激。F越大，水平线越大，水平线下移，越下移，越F1lg20容易自激容易自激F越
27、大，表明越大，表明反馈深度越深反馈深度越深结论：结论：0(dB)20uAlg20406080f50k500k5M50M500M0-90-180 -135-225-270f十十倍倍频频程程dB/20 十十倍倍频频程程dB/40 F1lg20D基本放大电基本放大电 1点点 FA基本放大基本放大增大增大 FE相交点交在相交点交在 的的-20dB/十倍频程处，放大电路是稳定的。十倍频程处，放大电路是稳定的。Alg20 四四.自激振荡的消除方法自激振荡的消除方法思考思考 如果如果 在在0dB线以上只有一个转折频率，则无线以上只有一个转折频率，则无论反馈深度如何，电路都能稳定工作，对吗？论反馈深度如何，电
28、路都能稳定工作，对吗？Alg20 0dB线以上只有一个转折频率，则线以上只有一个转折频率，则在在0dB线以上的线以上的Alg20 斜率为斜率为-20dB/十倍频程。十倍频程。无论反馈深度如何，相交点都交在无论反馈深度如何，相交点都交在 的的-20dB/十倍频十倍频程处，放大电路是稳定的。程处，放大电路是稳定的。Alg20 因此，消除自激振荡的指导思想是，人为地降低第一个极因此，消除自激振荡的指导思想是，人为地降低第一个极点的频率，拉大它与第二个极点频率之间的距离，确保相交点的频率，拉大它与第二个极点频率之间的距离，确保相交点出现在第一、二极点频率之间，即相交在点出现在第一、二极点频率之间，即相
29、交在-20dB/十倍频程十倍频程处。处。1.电容补偿法电容补偿法 同前例，为了对它进行频率补偿，在产生主极点的电容同前例，为了对它进行频率补偿，在产生主极点的电容旁边并联电容旁边并联电容C P，这样使，这样使fp1发生了改变，令发生了改变，令 f p2、fp3不变。不变。Z2PH105)(21CCRf1p10+1C3A2A1A1R2RR3C23CSuuoPCCP设反馈系数设反馈系数 ，分析可得：分析可得：放大器是稳定的。放大器是稳定的。10.F.在实际应用中，常将在实际应用中，常将电容电容 跨接在的输入跨接在的输入和输出端之间，代替和输出端之间，代替CP。这样就可以减小。这样就可以减小补偿电容
30、的值。补偿电容的值。Cp0-90-180 -135-225-270f十十倍倍频频程程dB/20 F1lg20D5k0(dB)20uAlg20406080f0.05k50M0.5k50k500k5M十十倍倍频频程程dB/20 本章小结本章小结1将电子系统输出回路的电量（电压或电流），以一定的方式送回到输将电子系统输出回路的电量（电压或电流），以一定的方式送回到输入回路的过程称为反馈。入回路的过程称为反馈。2电路中常用的负反馈有四种组态：电压串联负反馈，电压并联负反馈电路中常用的负反馈有四种组态：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。可以通过观察法，输出短路法和瞬，电流串
31、联负反馈和电流并联负反馈。可以通过观察法，输出短路法和瞬时极性法等方法判断电路反馈类型。时极性法等方法判断电路反馈类型。FAAAf1.3负反馈电路的四种不同组态可以统一用方框图加以表示，其闭环增益负反馈电路的四种不同组态可以统一用方框图加以表示，其闭环增益的表达式为：的表达式为：4负反馈可以全面改善放大电路的性能，包括：提高放大倍数的稳定性负反馈可以全面改善放大电路的性能，包括：提高放大倍数的稳定性，减小非线性失真，抑制噪声，扩展频带，改变输入、输出电阻等。，减小非线性失真，抑制噪声，扩展频带，改变输入、输出电阻等。FAf1.5在深负反馈条件下，可用在深负反馈条件下，可用 或或“虚短虚短”“虚断虚断”法估算电路的闭法估算电路的闭环增益。环增益。6负反馈电路的反馈深度如果过大，将有可能产生自激振荡。可以采用负反馈电路的反馈深度如果过大，将有可能产生自激振荡。可以采用频率补偿技术消除自激振荡。但这样会使电路的频带变窄。频率补偿技术消除自激振荡。但这样会使电路的频带变窄。
