1、模拟电子技术基础安徽理工大学电气工程系主讲：黄友锐第十一讲第十一讲09 09 放大电路中的反馈放大电路中的反馈 9.1 反馈的概念 9.2 反馈的基本方程 9.3 四种负反馈类型的分析 9.4 负反馈对放大电路性能的影响 9.1.1 9.1.1 反馈的定义反馈的定义 9.1.2 9.1.2 负反馈和正反馈负反馈和正反馈 9.1.3 9.1.3 电压反馈和电流反馈电压反馈和电流反馈 9.1.4 9.1.4 串联反馈和并联反馈串联反馈和并联反馈 9.1.5 9.1.5 交流反馈和直流反馈交流反馈和直流反馈9 9.1 反馈的概念反馈的概念 9.1.1反馈的定义反馈的定义 在放大电路中信号的传输是从输
2、入端到输在放大电路中信号的传输是从输入端到输出端，这个方向称为正向传输。反馈就是将输出端，这个方向称为正向传输。反馈就是将输出信号取出一部分或全部送回到放大电路的输出信号取出一部分或全部送回到放大电路的输入回路，与原输入信号相加或相减后再作用到入回路，与原输入信号相加或相减后再作用到放大电路的输入端。反馈信号的传输是反向传放大电路的输入端。反馈信号的传输是反向传输。所以放大电路无反馈也称输。所以放大电路无反馈也称开环开环，放大电路放大电路有反馈也称有反馈也称闭环闭环。反馈的示意图见图。反馈的示意图见图09.01。图图09.01 反馈概念方框图反馈概念方框图 图中：图中：是输入信号，是输入信号，
3、是反馈信号，是反馈信号，称为净输入信号。称为净输入信号。iXfXiXfiiXXX所以有所以有 9.1.2负反馈和正反馈负反馈和正反馈负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，等效增益提高。，等效增益提高。正反馈和负反馈的判断法之一：瞬时极性法正反馈和负反馈的判断法之一：瞬时极性法 在放大电路的输入端，假设一个输入信号对地为某一在放大电路的输入端，假设一个输入信号对地为某一极性，可用极性，可用“+”、“-”或或“”、“”表示。按信号传输方表示。按信号传输方向依次判断相关点的瞬时极性，直至判断出反馈信号的瞬向依次判断相关点的瞬时极性，直至判断
4、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；反之为正反馈。反馈；反之为正反馈。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，则为电流反馈。电流反馈。9.1.39.1.3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
5、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。电压与电流反馈的简易判断方法电压与电流反馈的简易判断方法一般来说：一般来说：反馈元件直接接在输出端为电压反馈。反馈元件直接接在输出端为电压反馈。反馈元件只要没有直接接到输出端，均反馈元件只要没有直接接到输出端，均为电流反馈。为电流反馈。（特别注意：负载不属于放大器，因此不（特别注意：负载不属于放大器，因此不能算作反馈元件。）能算作反馈元件。）9.1.4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路的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，则为同一个电极，则为并联反馈并联反馈；反之，加在放大
6、电路；反之，加在放大电路输入回路的两个电极，则为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此时反馈信号与输入信号是电流相加减的关系。号是电流相加减的关系。此时反馈信号与输入信号此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。是电压相加减的关系。对于运算放大器来说，反馈信号与输入信号同时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，则为并联反馈；一个加在同相输入端或反相输入端，则为并联反馈；一个加在同相输入端一个加在反相输入端则为串联反馈。加在同相输入端一个加在反相输入端则为串联反馈。对于三极管来说，反馈信号与输入信号同时加对于三极管来说，反馈信号与输入信号
7、同时加在输入三极管的基极或发射极，则为并联反馈；一在输入三极管的基极或发射极，则为并联反馈；一个加在基极一个加在发射极则为串联反馈。个加在基极一个加在发射极则为串联反馈。9.1.5交流反馈和直流反馈交流反馈和直流反馈 反馈信号只有交流成分时为交流反反馈信号只有交流成分时为交流反馈，反馈信号只有直流成分时为直流反馈，反馈信号只有直流成分时为直流反馈，既有交流成分又有直流成分时为交馈，既有交流成分又有直流成分时为交直流反馈。直流反馈。正反馈可使输出幅度增加，负反馈则使输出幅度减正反馈可使输出幅度增加，负反馈则使输出幅度减小。小。在明确串联反馈和并联反馈后，正反馈和负反馈可在明确串联反馈和并联反馈后
8、，正反馈和负反馈可用下列规则来判断：用下列规则来判断：反馈信号和输入信号加于输入回路反馈信号和输入信号加于输入回路一点（并联反馈）一点（并联反馈）时，瞬时极性相同的为正反馈，瞬时时，瞬时极性相同的为正反馈，瞬时极性相反的是负反馈；极性相反的是负反馈；反馈信号和输入信号加于输入回路反馈信号和输入信号加于输入回路两个不同点（串两个不同点（串联反馈）联反馈）时，瞬时极性相同的为负反馈，瞬时极性相反时，瞬时极性相同的为负反馈，瞬时极性相反的是正反馈。对三极管来说这两点是基极和发射极，对的是正反馈。对三极管来说这两点是基极和发射极，对运算放大器来说是同相输入端和运算放大器来说是同相输入端和反反相相 输入
9、端。输入端。正反馈和负反馈的判断法之二：正反馈和负反馈的判断法之二：以上输入信号和反馈信号的瞬时极性都是指以上输入信号和反馈信号的瞬时极性都是指对地而言，这样才有可比性。对地而言，这样才有可比性。例题例题 09.1:09.1:试判断图试判断图09.0209.02所示电路的反馈组态。所示电路的反馈组态。解解:根据瞬时极性法，见图根据瞬时极性法，见图中的红色中的红色“+”、“-”号，可号，可知经电阻知经电阻R1加在基极加在基极B1上的上的是直流并联负反馈。因反馈是直流并联负反馈。因反馈信号与输出电流成比例，故信号与输出电流成比例，故又为电流反馈。结论：是直又为电流反馈。结论：是直流电流并联负反馈。
10、流电流并联负反馈。图09.02 例题09.01图 经经Rf 加在加在E1上是交流负反馈。反馈信号和输入上是交流负反馈。反馈信号和输入信号加在信号加在T1两个输入电极，故为串联反馈。两个输入电极，故为串联反馈。结论：结论：交流电压串联负反馈。交流电压串联负反馈。例题例题09.2:试判断图试判断图09.03所示电路的反馈组态所示电路的反馈组态 解解:根据瞬时极性根据瞬时极性法，见图中的红色法，见图中的红色+-号，可知是负反馈。号，可知是负反馈。因反馈信号和输因反馈信号和输入信号加在运放入信号加在运放A1的的两个输入端，故为串两个输入端，故为串联反馈。联反馈。图09.03 例题09.02图 因反馈信
11、号与输出电压成比例，故为电压因反馈信号与输出电压成比例，故为电压反馈。反馈。结论：交直流串联电压负反馈。结论：交直流串联电压负反馈。动 画 9-1动画9-2例例1:1:判断图示电路中判断图示电路中R RE1E1、R RE2 E2 的负反馈作用。的负反馈作用。R RE2E2对交流不起作对交流不起作用，用，R RE1E1对交、直对交、直流均起作用流均起作用电流串联反馈电流串联反馈RCRB1RB2RE1RE2CEC2C1+UCCuoui+另外再看几个例子：另外再看几个例子：思考思考例例2 2：判断判断R Rf f是否负反馈，若是，判断是否负反馈，若是，判断反馈的类型。反馈的类型。+C1RB1RC1R
12、B21RB22RC2RE2RE1CEC3C2+UCCuoui+T1T2Rf电压串联负反馈（交流反馈）电压串联负反馈（交流反馈）+C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2RE1C3C2+UCCuoui+T2Rf 若若Rf与与T发射极相接如图所示，引发射极相接如图所示，引入的是何种类型的入的是何种类型的反馈？反馈？T1 电流串联正反馈电流串联正反馈例例3 3：判断图示电路：判断图示电路R Rf f的反馈类型的反馈类型。电流并联负反馈（交、直流反馈）电流并联负反馈（交、直流反馈）+uouiRE2RfRE1RC1RC2+UCC+9.2 反馈的基本方程 9.2.1 9.2.1 闭环放大倍数的一般表达
13、式闭环放大倍数的一般表达式 9.2.2 9.2.2 反馈深度反馈深度 9.2.3 9.2.3 环路增益环路增益9.2.1闭环放大倍数的一般表达式 根据图根据图09.01可以推导出反馈放大电路的基本可以推导出反馈放大电路的基本方程。放大电路的开环放大倍数方程。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 以上几个量都采用了复数表示，因为以上几个量都采用了复数表示，因为要考虑实际电路的相移。由于要考虑实际电路的相移。由于FAAXXXAXXA1fiiiofFAXXXXXXofioif式中：式中：称为环路增益
14、。称为环路增益。FAfiiXXX9.2.2反馈深度 称为反馈深度称为反馈深度 它反映了反馈对放大电路影响的程度。它反映了反馈对放大电路影响的程度。可分为下列三种情况可分为下列三种情况 (1)当当 1时，时，相当于，相当于负反馈负反馈 (2)当当 1时，时，相当于，相当于正反馈正反馈 (3)当当 =0 时，时，=，相当于输入为，相当于输入为 零时仍有输出，故称为零时仍有输出，故称为“自激状态自激状态”。FA1FA1fAAFA1FA1FA1fAAAfAfA 9.2.3环路增益 FAFFAAA11f 环路增益环路增益 是指放大电路和反馈是指放大电路和反馈网络所形成环路的增益，当网络所形成环路的增益，
15、当 1时称为时称为深度负反馈深度负反馈，与，与 1+1相相当。于是闭环放大倍数当。于是闭环放大倍数:FAFAFA 也就是说在深度负反馈条件下，闭环放也就是说在深度负反馈条件下，闭环放大倍数近似等于反馈系数的倒数大倍数近似等于反馈系数的倒数，与有源器与有源器件的参数基本无关。一般反馈网络是无源元件的参数基本无关。一般反馈网络是无源元件构成的，其稳定性优于有源器件，因此深件构成的，其稳定性优于有源器件，因此深度负反馈时的放大倍数比较稳定。度负反馈时的放大倍数比较稳定。由此可见：对于复杂的负反馈电路，增由此可见：对于复杂的负反馈电路，增益的计算可简化为反馈系数的计算。益的计算可简化为反馈系数的计算。
16、在此还要注意的是在此还要注意的是 、和和 可以是可以是 电压信号电压信号，也可以是电流信号。，也可以是电流信号。iXfXoX 1.当它们都是电压信号时，当它们都是电压信号时，、无量纲，无量纲，和和 是电压放大倍数。是电压放大倍数。AfAFAfA 2.当它们都是电流信号时，当它们都是电流信号时，、无量纲，无量纲，和和 是电流放大倍数。是电流放大倍数。AfAFAfA 3.当它们既有电压信号也有电流信号时，当它们既有电压信号也有电流信号时，、有量纲，有量纲，和和 也有专门的放大倍数的也有专门的放大倍数的 称谓。称谓。fAAAfAF解解:在求电压放大倍数表达式时，可以把在求电压放大倍数表达式时，可以把
17、A1和和A2看成看成一个运算放大器，见图中棕色线框。因一个运算放大器，见图中棕色线框。因A1和和A2 都是都是反相输入的，因此可确定输入信号和输出信号之间反相输入的，因此可确定输入信号和输出信号之间的极性关系。的极性关系。该电路相当于该电路相当于同相比例运算同相比例运算电路，所以电路，所以:例例09.03：求图：求图09.04电路的电压放大倍数。电路的电压放大倍数。图09.04 例题09.03电路图651RRAvv9.3 四种负反馈类型的分析9.3.1 电压串联负反馈9.3.2 电压并联负反馈9.3.3 电流串联负反馈9.3.4 电流并联负反馈 负反馈的类型共有负反馈的类型共有四种组态四种组态
18、: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 在此要分析反馈组在此要分析反馈组态、求放大倍数等。态、求放大倍数等。9.3.1 9.3.1 电压串联负反馈电压串联负反馈 对图对图09.05(a)09.05(a)所示电路，根据瞬时极性法判断，经所示电路，根据瞬时极性法判断，经Rf加加在发射极在发射极E1 1上的反馈电压为上的反馈电压为+，与输入电压极性相同，与输入电压极性相同，（1 1）判断方法）判断方法：图图 09.05 09.05 串联电压负反馈串联电压负反馈(a)(a)分立元件放大电路分立元件放大电路且加在输入回路的两点，
19、且加在输入回路的两点，故为串联负反馈。反馈故为串联负反馈。反馈信号与输出电压成比例，信号与输出电压成比例，是电压反馈。后级对前是电压反馈。后级对前级的这一反馈是交流反级的这一反馈是交流反馈，同时馈，同时Re1上还有第一上还有第一级本身的负反馈，这将级本身的负反馈，这将在下面分析。在下面分析。对图对图(b)，因输入，因输入信号和反馈信号加在运信号和反馈信号加在运放的两个输入端，故为放的两个输入端，故为串联反馈，根据瞬时极串联反馈，根据瞬时极性判断是负反馈，且为性判断是负反馈，且为电压负反馈。结论是电压负反馈。结论是交交直流串联电压负反馈。直流串联电压负反馈。图图09.05 09.05 串联电压负
20、反馈串联电压负反馈(b)(b)集成运放放大电路集成运放放大电路 反馈系数：反馈系数：ioiofVVXXAvvvvvvvvFAA1ofofVVXXFvv对于图对于图09.02(a)：对于图对于图09.02(b)：e1fe1RRRFvv1f1RRRFvv （2 2）闭环放大倍数）闭环放大倍数 对于串联电压负反馈，在输入端是输对于串联电压负反馈，在输入端是输入电压和反馈电压相减，所以入电压和反馈电压相减，所以9.3.2 电压并联负反馈 电压并联负反馈电路电压并联负反馈电路如图如图09.06所示。因反馈信所示。因反馈信号与输入信号在一点相加，号与输入信号在一点相加，为并联反馈。根据瞬时极为并联反馈。根
21、据瞬时极性法判断，为负反馈，且性法判断，为负反馈，且为电压负反馈。因为并联为电压负反馈。因为并联反馈在输入端采用电流相反馈在输入端采用电流相加减。即加减。即:图09.06 电压并联负反馈具有电阻的量纲具有电阻的量纲具有电阻的量纲具有电阻的量纲具有电导的量纲具有电导的量纲iofIVAviivviviFAA1fofo1/RVRVFiv1f11f1ioiof1RRFRRARIVVVAivvivv而电压增益为而电压增益为:ifi IIIio/IVAviiof/IVAviof/VIFiv 称为互阻增益，称为互阻增益，称为互导反馈系数称为互导反馈系数,相乘无量纲。对于深度负反馈，互阻增益为相乘无量纲。对于
22、深度负反馈，互阻增益为fviAivFivviFAivviFA1f 9.3.3电流串联负反馈 电流串联负反馈电路如图电流串联负反馈电路如图09.07所示。图所示。图(a)是是基本放大电路将基本放大电路将Ce去掉而构成，图去掉而构成，图(b)是由集成运是由集成运放放(见下页见下页)构成。构成。对图对图(a)，反馈电，反馈电压从压从Re1上取出，根据上取出，根据瞬时极性和反馈电压瞬时极性和反馈电压接入方式，可判断为接入方式，可判断为串联负反馈。因输出串联负反馈。因输出电压短路，反馈电压电压短路，反馈电压仍然存在，故为串联仍然存在，故为串联电流负反馈。电流负反馈。图09.07(a)电流串联负反馈对图对
23、图09.07(b)的电路求其互导增益的电路求其互导增益fivAviF1RIRIFvioo图09.07(b)于是于是 1/R，这里忽略了这里忽略了Rf的分流作用。电压增益为的分流作用。电压增益为:fivARRRARVIVVAivvvLLfLioiof9.3.4 电流并联负反馈 电流并联负反馈的电路如图电流并联负反馈的电路如图09.08(a)(b)所示。对于图所示。对于图(a)电路，反馈节点与输入点相同，所以是电流并联负反馈。对电路，反馈节点与输入点相同，所以是电流并联负反馈。对于图于图(b)电路，也为电流并联负反馈。电路，也为电流并联负反馈。图09.08 并联电流负反馈(a)(b)of/=IIF
24、iif22of2offf=0)(RRRIIFRIIRIii)1(12ffRRFAiiiiof22fIRRRI电流放大倍数：电流放大倍数：电流反馈系数是：电流反馈系数是：，以图，以图09.08(b)为例：为例：显然，电流放大倍数基本上只与外电路的参数显然，电流放大倍数基本上只与外电路的参数有关，与运放内部参数无关。电压放大倍数为：有关，与运放内部参数无关。电压放大倍数为：1L2f1Lf1iLoiof)1(=RRRRRRARIRIVVAiivv动画9-1动画9-2 例题例题09.4:回答下列问题。回答下列问题。图图09.09 例题例题09.4电路图电路图求图求图 09.09 在在静态时运放的共静态
25、时运放的共模输入电压模输入电压;若要实现串联若要实现串联电压反馈电压反馈,Rf 应应接向何处接向何处?要实现串联电要实现串联电压负反馈压负反馈,运放运放的输入端极性如的输入端极性如何确定？何确定？求引入电压串求引入电压串联负反馈后的闭联负反馈后的闭环电压放大倍数。环电压放大倍数。解：解：静态时运放的共模输入电压，即静态时静态时运放的共模输入电压，即静态时 T1和和T2的集电极的集电极 电位。电位。图09.09 例题09.4电路图 Ic1=Ic2=Ic3/2V7.97.09V9156V666241515BE3B3E3EER2B3221EECCR2VVVVVVRRRVVVV5mA5.0mA13.5
26、157.9c1C1CCC2C1C2C1e3EEE3C3RIVVVIIRVVI解解 :可以把差动放大电路看成运放可以把差动放大电路看成运放A的输入级。输入信号的输入级。输入信号加在加在T1的基极，要实现串联反馈，反馈信号必然要加在的基极，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所以要实现串联电压反馈馈,Rf应接向应接向B2。解解既然是串联反馈既然是串联反馈,反馈和输入信号接到反馈和输入信号接到差放的两个输入端。差放的两个输入端。要实现负反馈，必为要实现负反馈，必为同极性信号。差放输同极性信号。差放输入端的瞬时极性，见入端的瞬时极性，见图中红色标号。根据图中红色标号。根据串联反
27、馈的要求，可串联反馈的要求，可确定确定B2的极性，的极性，见图中绿色标号，由此可确定运放的输入端极性。见图中绿色标号，由此可确定运放的输入端极性。图09.09 例题09.4电路图 解解:求引入电压串联负反馈后的闭环电压增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。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为了保证获得运放绿色标号的极放绿色标号的极性，性，B1相当同相相当同相输入端，输入端，B2相当相当反向输入端。为反向输入端。为此该电路相当同此该电路相当同相输入比例运算相输入比例运算电路。所以电压电路。所以电压增益为增益为2bf1RRAvv
