第五章 負反饋放大電路 第一節 學習要求第二節 反饋的基本概念與分類第三節 負反饋對放大電路性能的改善第四節 深負反饋放大電路的分析方法第一節 學習要求1判斷-在掌握反饋的基本概念和類型的基礎上， 判斷反饋組態及其作用。2 引入-在熟悉各種反饋對放大電路性能影響的基礎上，按要求引入適當的負反饋。3計算-掌握深度負反饋電路交流性能指標的估算。學習重點： 根據實際要求，引入適當的負反饋。學習難點： 反饋組態的判別和性能指標的估算。第二節反饋的基本概念與分類一、反饋的基本概念1. 開環放大器或基本放大器 圖7.1是一個放大器電路，它具有單向性的特點，信號只有從輸入到輸出一條通路，不存在其它的通路， 特別是沒有從輸出到輸入的通路。這種放大器叫做開環放大器或基本放大器。2、閉環放大器為了改善基本放大器的性能， 從基本放大器的輸出端到輸入端引入一條反向的信號通路，構成這條通路的網絡叫做反饋網絡，這個反向傳輸的信號叫做反饋信號。由基本放大器和反饋網絡構成的放大器叫做閉環放大器或反饋放大器。 所謂反饋，就是通過一定的電路形式（反饋網絡）， 把放大電路輸出信號的一部分或全部按一定的方式送回到放大電路的輸入端， 并影響放大電路的輸入信號。這樣，電路輸入端的實際信號不僅有信號源直接提供的信號， 還有輸出端反饋回輸入端的反饋信號。3、反饋放大器一般模型任何反饋放大器都可以抽象為一個模型來分析， 其基本放大器和反饋網絡都具有單向性。圖7.2中各函數之間的關系為：上式中為基本放大電路的輸入信號， 、分別為反饋放大電路的輸入、輸出信號，為反饋網絡的輸出信號， 為基本放大電路的增益， 為反饋網絡的傳輸系數，稱為環路增益。若用表示反饋放大電路的增益，則有上式中稱為放大電路的反饋深度，它是衡量反饋程度的一個重要指標。即引入反饋后，增益減少了，這種反饋一般稱為負反饋。即引入反饋后，增益增大了，這種反饋一般稱為正反饋。正反饋雖然可以提高放大電路的增益，但性能不穩定，一般很少用。這就是說，放大電路在沒有輸入信號時，也有輸出信號，叫做放大電路的自激。4、反饋的類型（1）正反饋與負反饋（2）內部反饋與外部反饋（3）交流反饋、直流反饋和交直流反饋（4）電壓反饋與電流反饋（5）并聯反饋與串聯反饋二、四種類型的負反饋組態（1）電壓串聯負反饋（2）電壓并聯負反饋（3）電流串聯負反饋（4）電流并聯負反饋1. 電壓串聯負反饋（1） 反饋極性的判別方法：電路如圖7.3所示，基本放大電路就是一只集成運放， 用A表示；反饋網絡是由R1和R2組成的分壓器，用F表示。 下面用瞬時極性法判別電路的反饋極性，方法如下：斷開反饋通路，給定原輸入信號一個極性；根據該極性，逐步推斷基本放大器中有關信號的相應極性；確定反饋信號vF的極性；根據vI與vF的極性，確定凈輸入信號vID與vI、vF之間的數值關系：（2）電壓反饋與電流反饋的判別方法：先區分基本放大器A和反饋網絡F；判別F的輸入端與A的輸出端的連接方式：并聯的稱為電壓反饋 ；串聯的稱為電流反饋。（3）并聯反饋與串聯反饋的判別方法： 先區分基本放大器A和反饋網絡F； 判別F的輸出端與A的輸入端的連接方式： 并聯的稱為并聯反饋；串聯的稱為串聯反饋。（4）電壓串聯負反饋的特點： 反饋電壓與輸出電壓成比例 穩定輸出電壓，降低輸出電阻 Vid=Vi-Vf要求RS小，反饋效果明顯 AVF指的是輸出電壓與輸入電壓之比例題1：試分析圖7.4所示電路存在的反饋，并判斷其反饋組態。解：（1）采用瞬時極性法判斷反饋極性。可得經反饋后的減少，故為負反饋。（2）反饋網絡F是由R4、R5構成的，其輸入端與RL并聯， 所以為電壓反饋；（3）反饋網絡F的輸出電壓VF與輸入電壓Vi串聯， 故為串聯反饋 。因此，該電路屬于電壓串聯負反饋放大電路。2. 電流并聯負反饋電路如圖7.5所示 （1）用瞬時極性法判別反饋極性：（2）判別是電壓反饋還是電流反饋：因為F的輸入端與A的輸出端串聯，所以為電流反饋。（3） 判別是并聯反饋還是串聯反饋：因為F的輸出端與A的輸入端并聯，所以為并聯反饋。所以該電路反饋形式為電流并聯負反饋。（4）電流并聯負反饋特點： 反饋電流與輸出電流成比例。 輸出電流趨向于維持恒定。 因為，所以要求RS大，反饋效果明顯 AIF指的是輸出電流與輸入電流之比。即：例題2：由硅三極管T1、T2組成的反饋電路如圖7.6所示，試分析電路結構和其中存在的反饋，并判斷其反饋組態。 解（1）電路結構分析該電路為2級直接耦合的共射極放大電路，它們之間通過Rf實現級間反饋。輸入信號為電流源IS， 內阻RS的值很高而被忽略；輸出量為電流IO，因此它是電流放大器。解（2）直流反饋分析如果是直流負反饋， 那么其目的就是穩定電路的靜態工作點。可以用瞬時極性法判別之。解（3）交流反饋組態判別用瞬時極性法判別反饋極性可知， 由反饋網絡Rf引入的反饋是負反饋。 電壓或電流反饋：電流反饋串聯或并聯反饋：并聯反饋3、電壓并聯負反饋 電路如圖7.7所示，該電路的反饋極性和反饋組態的判斷與上述方法一樣，下面只介紹該類型電路的特點： 輸出電壓趨向于維持恒定 因為，所以要求RS大，反饋效果明顯 ARF指的是輸出電壓與輸入電流之比，即：其中4、電流串聯負反饋 電路如圖7.8所示，該電路的反饋極性和反饋組態的判斷與上述方法一樣，下面只介紹該類型電路的特點： 輸出電流趨向于維持恒定。 因為，所以要求RS小，反饋效果明顯 AGF指的是輸出電流與輸入電壓之比，即：小結：反饋放大電路中的電壓、電流信號及AF和F和含義，（見教材P290表7.3.1）例題（P319 7.2.2）推導圖7.9所示電路框圖閉環增益的表達式。返回第三節負反饋對放大電路性能的改善一、提高增益的穩定性穩定性是放大電路的重要指標之一。在輸入一定的情況下，放大電路由于各種因素的變化，輸出電壓或電流會隨之變化，因而引起增益的改變。引入負反饋，可以穩定輸出電壓或電流，進而使增益穩定 。上式表明：引入深負反饋的情況下，負反饋放大器的增益只與反饋系數F有關，因此有很高的穩定性。 由于增益的穩定性是用其絕對值的相對變化來表示的，因此上式可以表示為：上式表明：引入負反饋以后，增益的穩定度提高了1+AF倍二、擴展通頻帶從本質上說，頻帶限制是由于放大電路對不同頻率的信號呈現出不同的放大倍數而造成的。負反饋具有穩定閉環增益的作用，因而對于頻率增大（或減小）引起的放大倍數下降，同樣具有穩定作用。也就是說，它能減小頻率變化對閉環增益的影響，從而展寬閉環增益的頻率。可以證明：引入負反饋后，放大器的通頻帶擴展了1+AF倍-見教材P293注意：對于電壓串聯負反饋情況， 展寬的是電壓增益的頻帶(1+ AF倍)。對于其它三種類型能否展寬電壓增益的頻帶與其它條件有關。三、對輸入、輸出電阻的影響（1）串聯負反饋使輸入電阻增加 由于基本放大電路與反饋電路在輸入回路串聯，如圖7.10所示。因為削弱了的作用，導致在同樣的下，比無反饋時小，因此，串聯負反饋具有提高輸入電阻的作用。上式表明：串聯負反饋使輸入電阻增大倍。（2）并聯負反饋使輸入電阻減少 由于基本放大電路與反饋電路在輸入回路中并聯， 如圖 7.11所示，由于，在相同的Vi作用下，因If的存在而使Ii增加，因此，并聯負反饋使輸入電阻Rif=Vi/Ii減小。所以，并聯負反饋使輸入電阻減小倍。（3）電壓負反饋使輸出電阻減小由于電壓負反饋具有穩定輸出V0的作用，即RL改變時，維持V0基本不變，相當于內阻很小的電流源。電壓負反饋的引入，使R0比無反饋時小。可以證明：Rof= Ro /(1+AoF)其中Ao：RL短路的開環放大倍數。（4）電流負反饋使輸出電阻增大由于電流負反饋具有穩定輸出I0的作用，即RL改變時，維持I0基本不變，相當于內阻很大的電流源。電流負反饋的引入，使R0比無反饋時大。可以證明：Rof=(1+AoF)Ro其中Ao：RL開路的開環放大倍數。四、減少非線性失真 由于放大器均存在非線性傳輸特性如圖7.12所示，特別是輸入信號幅度較大的情況下 ， 放大器可能工作到它的傳輸特性的非線性部分，使輸出波形產生非線性失真。引入負反饋后，可以使這種失真減少。在深度負反饋的情況下：上式表明：負反饋放大器的增益與基本放大器的增益無關，所以電壓放大器的閉環傳輸特性可以近似用一條直線表示，如圖7.12中的曲線2。與曲線1相比，在同樣輸出電壓幅度的情況下，斜率（即增益）下降了，但增益隨輸入信號的大小而改變的程度卻大為減小，著說明輸出與輸入之間幾乎呈線性關系，即減少了非線性失真。注意：負反饋減少非線性失真是指反饋環內的失真。P295 表7.3.2負反饋對放大電路性能的影響返回第四節深負反饋放大電路的分析方法一、深負反饋條件下的近似估算這就是說，只要求出F，AF的值也就確定。例1（P296例7.4.1）電路如圖7.13所示，試近似計算放大電路的電壓增益， 定性分析放大電路的輸入輸出電阻。在深負反饋條件下，放大電路的增益為：根據電壓反饋的特點，反饋放大器的輸出電阻Rif遠比運算放大器本身的輸出電阻ro要小。二、虛短、虛斷概念的運用現在讓我們利用虛短、虛斷的概念重新解例1例2 電路如圖7.14所示，它是三極管射極偏置電路，其交流通路見圖7.15，試近似電路的電壓增益。將上式與第三章的計算結果 作一比較可知，當電路處于深度負反饋，例如在值甚大時， 可以簡化為其物理意義是明顯的。根據電流串聯負反饋的特點，圖7.14（圖7.15）所示電路的輸人電阻提高很多； 而由于電流反饋的作用， BJT的恒流特性得到改善，故其輸出電阻大為增加，但它作為電壓放大電路使用時，其實際的輸出電阻RofRc。電流串聯負反饋電路一般用作電壓-電流變換器。 因其輸入電阻高的特點，有時亦可作為多級放大電路的輸入級使用。例3 電路如圖7.16所示，請判斷電路中存在的反饋組態，并導出電壓增益表達式。設運放是理想的。解