1、第五章第五章 反馈放大器反馈放大器 5.1 反馈的概念反馈的概念 5.2 四种负反馈类型的分析四种负反馈类型的分析 5.3 反馈的基本方程反馈的基本方程 5.4 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 反馈的定义反馈的定义 负反馈和正反馈负反馈和正反馈 交流反馈和直流反馈交流反馈和直流反馈5.1 5.1 反馈的概念反馈的概念反馈的定义反馈的定义 正向传输正向传输放大电路中信号的传输是从输放大电路中信号的传输是从输入端到输出端。入端到输出端。反馈反馈将输出信号取出一部分或全部送回将输出信号取出一部分或全部送回到放大电路的输入回路，与原输入信号相到放大电路的输入回路，与原输入信号相加
2、或相减后再作用到放大电路的输入端。加或相减后再作用到放大电路的输入端。反向传输反向传输反馈信号的传输反馈信号的传输有无反馈的鉴别有无反馈的鉴别:看输出量对净输入量有无影响看输出量对净输入量有无影响例例:按极性分按极性分:负反馈和正反馈负反馈和正反馈 负反馈加入反馈后，净输入信号加入反馈后，净输入信号|Xi|Xi|输出幅度增加输出幅度增加。正反馈和负反馈的判断法之一正反馈和负反馈的判断法之一：瞬时极性法瞬时极性法（1）假设一个输入信号对地的极性，可用假设一个输入信号对地的极性，可用“+”、“-”或或“”、“”表示。表示。（2）按信号传输方向依次判断相关点的瞬时极性，按信号传输方向依次判断相关点的
3、瞬时极性，直至判断出反馈信号的瞬时极性。直至判断出反馈信号的瞬时极性。（3）如果反馈信号的瞬时极性使净输入减小，则如果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。为负反馈；反之为正反馈。按交直流分按交直流分:交流反馈和直流反馈交流反馈和直流反馈 交流反馈交流反馈反馈信号只有交流成分反馈信号反馈信号只有交流成分反馈信号 直流反馈直流反馈反馈信号只有直流成分反馈信号只有直流成分 交直流反馈交直流反馈既有交流成分又有直流成分既有交流成分又有直流成分 将输出电压将输出电压短路短路，若反馈信号为零，若反馈信号为零，则为电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为则为电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为
4、电流反馈。电流反馈。按输出取样方式分按输出取样方式分:电压反馈和电流反馈电压反馈和电流反馈电压反馈：电压反馈：反馈信号的大小与输出电压成比反馈信号的大小与输出电压成比 例的反馈称为电压反馈；例的反馈称为电压反馈；电压反馈与电流反馈的判断：电压反馈与电流反馈的判断：电流反馈：电流反馈：反馈信号的大小与输出电流成比反馈信号的大小与输出电流成比 例的反馈称为电流反馈。例的反馈称为电流反馈。按输入端连接方式分按输入端连接方式分:串联反馈和并联反馈串联反馈和并联反馈 反馈信号与输入信号加在放大电路输入回反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的同一个电极，则为路的同一个电极，则为并联反馈并联反馈；反之，加
5、在；反之，加在放大电路输入回路的两个电极，则为放大电路输入回路的两个电极，则为串联反馈。串联反馈。此时反馈信号与输入信号是电流相加减的关系。此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。对于运算放大器来说，反馈信号与输入信对于运算放大器来说，反馈信号与输入信号同时加在同相输入端或反相输入端，则为号同时加在同相输入端或反相输入端，则为并并联反馈联反馈；一个加在同相输入端一个加在反相输；一个加在同相输入端一个加在反相输入端则为入端则为串联反馈。串联反馈。对于三极管来说，反馈信号与输入信号同对于三极管来说，反馈信号与输入信号同时加在输入三极管的基极或发射极，则为时加在输入三极管的基极或发射极，则为并联并
6、联反馈；反馈；一个加在基极一个加在发射极则为一个加在基极一个加在发射极则为串联串联反馈。反馈。四种负反馈类型的分析 电压串联负反馈电压串联负反馈 电压并联负反馈电压并联负反馈 电流串联负反馈电流串联负反馈 电流并联负反馈电流并联负反馈 图中：图中：是输入信号，是输入信号，是反馈信号，是反馈信号，称为净输入信号。称为净输入信号。反馈概念方框图iXfXiXfiiXXX 所以有所以有 反馈的基本方程反馈的基本方程一、闭环放大倍数的一般表达式 放大电路的开环放大倍数放大电路的开环放大倍数 ofXXFiofXXA反馈网络的反馈系数反馈网络的反馈系数放大电路的闭环放大倍数放大电路的闭环放大倍数 ioXXA
7、FAAXXXAXXA1fiiiofFAXXXXXXofioif式中：称为环路增益。FAfiiXXX二、反馈深度二、反馈深度 称为反馈深度称为反馈深度 讨论：(1)当 1时，相当负反馈 (2)当 1时，相当正反馈 (3)当|=0 时，=，相当于输入为零时仍有输出，故称为“自激状态”。FA1FA1fAAFA1FA1FA1fAAAfAfA三、三、环路增益环路增益 环路增益环路增益 是指放大电路和反馈网络是指放大电路和反馈网络所形成环路的增益，当所形成环路的增益，当 1时称为时称为深度深度负反馈负反馈，与，与 1+1相当。于是闭环放大相当。于是闭环放大倍数倍数FAFAFFAAA11fFAFA电压串联负
8、反馈电压串联负反馈电压并联负反馈电压并联负反馈电流并联负反馈电流并联负反馈电流串联负反馈电流串联负反馈电压串联负反馈电压串联负反馈 （1 1）判断方法）判断方法：(a)(a)分立元件放大电分立元件放大电路路1.1.负反馈：负反馈：瞬时极性法瞬时极性法2.2.电压反馈：电压反馈：RL=0,Vo=0,Vf=0RL=0,Vo=0,Vf=03.3.串联反馈：串联反馈：vi,vf,vbevi,vf,vbe在同一在同一回路回路反馈类型的识别举例反馈类型的识别举例(b)(b)集成运放放大电路集成运放放大电路电压并联负反馈电压并联负反馈电压并联负反馈电压并联负反馈1.1.负反馈：负反馈：瞬时极性法瞬时极性法2
9、.2.电压反馈：电压反馈：RL=0,Vo=0,Vf=0RL=0,Vo=0,Vf=03.3.并联反馈：并联反馈：Ii,If,IdIi,If,Id在同一点在同一点电流串联负反馈电流串联负反馈 (a)1.1.负反馈：瞬时极性法负反馈：瞬时极性法2.2.电流反馈：电流反馈：RL=0,Vo=0,Vf0RL=0,Vo=0,Vf03.3.串联反馈：串联反馈：vi,vf,vbevi,vf,vbe在同一回路在同一回路(b)电流并联负反馈并联电流负反馈并联电流负反馈(a)(b)电压串电流并电压并电流串XoVoIoVoIoXi Xf Xd电压电流电流电压A=Xo/XdAVAIARAGF=Xf/XoFVFIFGFRA
10、F=Xo/XiAVFAIFARFAGF 例题09.1:试判断图09.02所示电路 的反馈组态。解:根据瞬时极性法，见图中的红色“+”、“-”号，可知经电阻R1加在基极B1上的是直流并联负反馈。因反馈信号与输出电流成比例，故又为电流反馈。结论：是直流电流并联负反馈。图09.02 例题09.01图 经Rf 加在E1上是交流负反馈。反馈信号和输入信号加在T1两个输入电极，故为串联反馈。结论：交流电压串联负反馈。例题09.2:试判断图09.03所示电路 的反馈组态。解:根据瞬时极性法，见图中的红色“+”、“-”号，可知是负反馈。因反馈信号和输入信号加在运放A1的两个输入端，故为串联反馈。图09.03
11、例题09.02图 因反馈信号与输出电压成比例，故为电压反馈。结论：交直流串联电压负反馈。例题09.4:回答下列问题。图09.09 例题09.4电路图求图 09.09 在静态时运放的共模输入电压;若要实现串联电压反馈,Rf 应接向何处?要实现串联电压负反馈,运放的输入端极性如何确定？求引入电压串联负反馈后的闭环电压放大倍数。解：静态时运放的共模输入电压，即静态时 T1和T2的集电极 电位。图09.09 例题09.4电路图 Ic1=Ic2=Ic3/2V7.97.09V9156V666241515BE3B3E3EER2B3221EECCR2VVVVVVRRRVVVV5mA5.0mA13.5157.9
12、c1C1CCC2C1C2C1e3EEE3C3RIVVVIIRVVI 解:可以把差动放大电路看成运放A的输入级。输入信号加在T1的基极，要实现串联反馈，反 馈信号必然要加在B2。所以要实现串联电压反解既然是串联反馈,反馈和输入信号接到差放的两个输入端。要实现负反馈，必为同极性信号。差放输入端的瞬时极性，见图中红色标号。根据串联反馈的要求，可确定B2的极性，见图中绿色标号，由此可确定运放的输入端极性。馈,Rf应接向B2。图09.09 例题09.4电路图 解:求引入电压串联负反馈后的闭环电压增 益，可把差放和运放合为一个整体看待。图09.09 例题09.4电路图为了保证获得运放绿色标号的极性，B1相
13、当同相输入端，B2相当反向输入端。为此该电路相当同相输入比例运算电路。所以电压增益为2bf1RRAvv负反馈对放大电路性能的影响 1 1 负反馈对增益的影响负反馈对增益的影响 2 2 负反馈对输入电阻的影响负反馈对输入电阻的影响 3 3 负反馈对输出电阻的影响负反馈对输出电阻的影响 4 4 负反馈对通频带的影响负反馈对通频带的影响 5 5 负反馈对非线性失真的影响负反馈对非线性失真的影响 6 6 负反馈对噪声、干扰和温漂的影响负反馈对噪声、干扰和温漂的影响1 1 负反馈对增益的影响负反馈对增益的影响ioiofVVXXAvvvvvvvvFAA1AAAFAAAFAAFAAFAAFAd)1(1d)1
14、(d)1(dd)1(dff22f 有反馈时增益的稳定性比无反馈时提高了(1+AF)倍。2 2 负反馈对输入电阻的影响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 iiiiiiifiiiif)1()1(RFAIVFAIFAVVIVVIVRvvvvvvvvvvvv 串联负反馈对 输入电阻的影响IVRi(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oiifiiiif iVFIVIIVIVRivvvidvv1iiiiiiiFArFAIIV 并联负反馈对 输入电阻的影响iiidIVr3 负反馈对输出电阻的影响 电压负反馈可以使输出电阻减小，这与电压负
15、反馈可以使输出电压稳定是相一致的。输出电阻小，带负载能力强，输出电压的降落就小，稳定性就好。以串联电压负反馈为例，有(1)电压负反馈使输出电阻减小图09.11 电压负反馈对输出电阻的影响图09.12电压负反馈对输出电阻的影响 图09.12为求输出电阻的等效电路，将负载电阻开路，在输出端加入一个等效电压Vo，并将输入端接地。于是有式中 是负载开路时的电压放大倍数。oooooooofoooiooo)1(RFAVRVFAVRXAVRXAVIvvvvFARIVRvooooof1ovA(2)电流负反馈使输出电阻增加 电流负反馈可以使输出电阻增加。图09.13 电流负反馈对输出电阻的影响 ofiIFAXA
16、XA ooooo)1(IFAIIFARV osooof)1(RFAIVRi4 负反馈对通频带的影响 放大电路加入负反馈后，增益下降，但通放大电路加入负反馈后，增益下降，但通频带却加宽了，如图频带却加宽了，如图09.14所示。所示。图09.14 负反馈对通频带的影响 无反馈时的通频带f=f HfL f H 有反馈时的放大电路高频段的增益为Hmj1)j(AA)j1/(1)j1/()j(1)j()j(HmHmfFAAFAAAfHmfmHmmj1)1(j1)1/(AFAFAA有反馈时的通频带fF=(1+AF)fH 负反馈放大电路扩展通频带有一个重要的特性，即增益与通频带之积为常数：HmHmmmfHmf
17、)1()1(AFAFAAA5 5 负反馈对非线性失真的影响负反馈对非线性失真的影响负反馈对非线性失真的影响负反馈对非线性失真的影响6 负反馈对噪声、干干扰和 温漂的影响 负反馈只对反馈环内的噪声和干扰有负反馈只对反馈环内的噪声和干扰有抑制作用，且必须加大输入信号后才抑制作用，且必须加大输入信号后才使抑制作用有效。使抑制作用有效。nSVVNSVVVVnVVVVSoFAAAVAAAAVV2112121112VnSAVVNS负反馈放大器的估算方法FFAAA11f11FA深度负反馈则iofXXA ofXXFfiXX0fiiXXX对于深度串联负反馈:fiiVVV,0对于深度并联负反馈:fiiIII,0求
18、VFA就有两种方法方法(一):(1)判断反馈类型 (2)求出反馈系数F (3)由公式FA1f求闭环增益AF(4)转换求出VFA方法(二):(1)判断反馈类型 (2)利用深度负反馈的实质0iX解:判断为电压串联负反馈e1fe1RRRVVFofv1ioiof11efVvRRFVVXXA方法一:方法二:1e1fe1oofoiof1efvRRRRRVVVVVVA解:判断为电压并联负反馈方法一:fofo1/RVRVVIFofGiofIVARfGRF11f11f1ioiof1RRFRRARIVVVAGRv方法二:1f1foo1fo1ioiofRRRRVVRIVRIVVVAv解:判断为电流串联负反馈方法一:
19、RIRIIVFfRoooioGVIAfRFR11RRRARVIVVAvLLGfLioiof方法二:RRRIRIVVVVAfvLoLooiof图09.07(a)电流串联负反馈解:判断为电流并联负反馈f22of2offf=0)(RRRIIFRIIRIi)1(12ffRRFIIAiiioi1L2f1Lf1iLoiof)1(=RRRRRRARIRIVVAiiv方法一:方法二:1L2f1o22Lo1fo1ioiof)1(=RRRRRIRRRRIRIVRIVVVAfv电流并联负反馈10.1 10.1 负反馈放大电路的自激条件负反馈放大电路的自激条件 根据反馈的基本方程，可知当FA1=0 时，相当放大倍数无
20、穷大，也就是不需要输入,放大电路就有输出，放大电路产生了自激。AAAFf=1相位条件相位条件又可写为 幅度条件幅度条件1|FA AF=A+F=(2n+1)n=0,1,2,3将=0 改写为1FAFA1 AF是放大电路和反馈电路的总附加相移，如果在中频条件下，放大电路有180的相移。在其它频段电路中如果出现了附加相移AF，且AF达到180，使总的相移为360，负反馈变为正反馈。如果幅度条件满足要求，放大电路产生自激。在许多情况下反馈电路是由电阻构成的，所以F=0，AF=A+F=A。图10.01是一个同相比例放大电路，其输入、反馈、净输入和输出信号的相位关系如图10.02所示。因运放输出与输入相移为0，若附加相移达到180，则可形成正反馈。图图10.02 10.02 同相比例运算电路同相比例运算电路 矢量图矢量图图图10.01 10.01 同相比例运算电路同相比例运算电路
