第8章集成運放負反饋放大電路

1.反饋電路類型判斷方法2.負反饋對放大器性能的影響3.深度負反饋電路放大倍數近似估算4.自激條件8.1反饋的基本概念

8.1.1什么叫反饋所謂反饋：把輸出信號的一部分或全部引回到輸入回路，與輸入信號作比較（相加或相減），然后用比較所得的偏差信號去控制輸出信號。XoXiXdXfAF-+比較環節偏差信號

基本放大器輸入信號

反饋信號輸出信號

反饋網絡負反饋放大器方框圖圖8.1射極輸出器UbeRbReRLUiUo+VCCT射極輸出器的電路如圖8.1所示。Uf8.1.2反饋放大電路的分類

不同類型的反饋具有不同的特點和規律，對放大器性能指標有不同的影響。1.按反饋的極性分按照反饋的極性，可以分為正反饋和負反饋兩大類。正反饋:反饋信號增強輸入信號（相加）。負反饋:反饋信號削弱輸入信號（相減）。瞬時極性法判斷步驟：假設輸入量的瞬時極性。根據電路輸出量與輸入量的相位關系，決定輸出量和反饋量的瞬時極性。根據反饋量與輸入量的關系判斷是正反饋還是負反饋。若比較后，加強了輸入信號則為正反饋；若比較后，削弱了輸入信號則是負反饋。判斷圖8.2所示電路的反饋極性只考慮由引起的電壓，用表示，圖8.2負反饋放大電路+__+Ui+_Uo+RLRfR1_(+)(+)(+)Uid+_Uf判斷圖8.3所示電路的反饋極性圖中用括號標出極性為電壓的瞬時極性。RfR1++圖8.3正反饋放大電路+Ui_+A_±Uz_Uo-UidUf(+)(-)(-)2.

按反饋信號交直流成分劃分

按反饋信號的變直流成分可以分為直流（靜態）反饋和交流（動態）反饋。直流反饋:反饋信號是直流量。影響電路的直流性能，直流負反饋的目的是穩定靜態工作點。交流反饋:反饋回來的信號是交流量。影響電路的交流性能，交流負反饋的目的是為了改善放大器的性能指標。具有交直流反饋信號的電路圖8.4具有兩條反饋通路的電路Ui_+C1_+UoC2R1R23.按反饋和輸出信號關系劃分

按反饋信號和輸出信號的關系，分為電壓反饋和電流反饋兩類。電壓反饋：取自輸出電壓與之成正比，穩定輸出電壓。判定方法：輸出端短接法。RL=0，若電壓反饋電流反饋電流反饋：取自輸出電流與之成正比。穩定輸出電流。圖8.5電流負反饋放大電路_+RLUf+RfUid_Uo(+)R’(+)R1(+)UiIo++__電流反饋4.按反饋和輸入信號關系劃分

按照反饋信號和輸入信號的關系，可以分成串聯反饋和并聯反饋兩類。

串聯反饋：在輸入回路中，輸入信號、反饋信號和偏差信號串聯連接。以電壓形式相加減并聯反饋：在輸入回路中，輸入信號、反饋信號和偏差信號并聯連接。以電流形式相加減IidRL(-)+_UsIsUid+_+IfRbRfR1rid+(+)_圖8.6并聯負反饋電路-(+)__+RLUf+RfUidUoR’(+)R1(+)UiIo++___+負反饋的四種組態：

⑴電壓串聯負反饋

⑵電壓并聯負反饋⑶電流串聯負反饋⑷電流并聯負反饋多個反饋環，以整個放大器的反饋為主的反饋環，級間局部反饋，單級反饋。[例8.1]判斷圖8.7所示電路的反饋類型。UidRLRbRf2Rf1R2R1_____++++圖8.7負反饋放大電路A1A2Is(+)(+)(-)(+)UsIidIfUo1Uo+[例8.2]判斷圖8.8所示電路的反饋類型。Uo(+)Uid(-)(+)(+)UiRe1RfCf圖8.8分立元件兩級負反饋放大電路Uf+Vcc各種負反饋放大器方塊圖，如圖所示。

8.2

負反饋放大器的基本關系式

8.2.1負反饋放大器的方塊圖開環放大倍數

反饋系數

比較環節

XoXiXdXfAF-+8.2.2負反饋放大器基本關系式

負反饋放大器的基本關系式,如圖所示。

XoXiXdXfAF-+反映了反饋對放大器性能指標的影響程度，稱為反饋深度。幅值的大小為：閉環放大倍數為：

反饋深度:基本關系式

反饋信號和輸入信號實際上是相減的結果，所以這種情況屬于負反饋。

反饋信號和輸入信號實際上是相加的結果，屬于正反饋。

則當當則當無反饋則屬于正反饋，不過這是正反饋中的一個特殊情況，這時沒有輸入就有輸出，這種現象稱為自激。為深度負反饋(WithStrongNegativeFeedback)則有

放大倍數近似估算公式

當則是反饋放大器的一個重要指標。對不同類型的反饋電路具有不同的量綱。電壓串聯：電壓并聯：電流串聯：電流并聯：由于負反饋的自動調節作用，在輸入信號不變的情況下，輸出信號也趨于保持不變。負反饋放大器閉環放大倍數的穩定性是比較高的。在深度負反饋條件下，有

反饋網絡一般是由電阻電容等無源元件組成的，比較穩定。

8.3.1提高放大倍數的穩定性8.3

負反饋對放大電路性能的影響

加了負反饋以后放大倍數的穩定性到底提高了多少呢?就中頻區的情況作些分析。

此時均為實數

假定開環放大倍數變化了dA，即開環放大倍數變化了dA時，閉環放大倍數相應變化dA/(l十AF)2。dA/A來表示開環放大倍數的相對不穩定程度，用dAf/Af來表示閉環放大倍數的相對不穩定程度。這兩個相對不穩定程度之間的關系可以計算如下：例：設計一個放大倍數的不穩定程度≤0.1%的放大器，但是只有放大倍數的不穩定程度≤20%的放大器，可以采用負反饋來解決這個問題。但是，加多深的負反饋才合適呢？所以反饋深度(1+AF)=200。如果現有的放大器的放大倍數為10000倍，那么求得此時的閉環放大倍數為：如果只需要10倍的放大倍數，那么還可以加深反饋深度。即應用反饋放大器的基本關系式來決定反饋深度：

8.3.2擴展放大器的通頻帶負反饋降低了由于信號頻率變化而引起的放大倍數的不穩定程度，結果就表現為擴展了放大器的通頻帶。中頻區，輸入信號被削減較多；低頻和高頻區，輸入信號被削減較少。f開環帶寬閉環帶寬20lg|A|圖8.8放大器的幅頻特性加反饋后的關系：加反饋前后的高頻關系：放大器的通頻帶可以近似認為通頻帶的數值就等于上限頻率的數值。集成運放下限頻率為0，集成運放的通頻帶就是上限頻率。這樣，就可以說加了反饋以后放大器的通頻帶為加反饋前的倍。中頻放大倍數和帶寬的乘積為一常數。這說明負反饋放大器擴展帶寬是靠犧牲中頻放大倍數而得到的。8.3.3減小放大器非線性和內部噪聲的影響

放大器的非線性：就是放大倍數隨信號的大小而變化。會把輸入的正弦信號變成一個非正弦的輸出信號，即產生非線性失真。非正弦信號是很多不同頻率的正弦波的和。非線性失真，就是電路在傳輸信號的過程中產生了新的頻率成分(即所謂諧波)。放大器的一種典型的開環傳輸特性如圖所示；它表明了Uo與Ui之間的非線性關系。圖8.9放大器的傳輸特性UiUo1—開環特性2—閉環特性即深度負反饋，閉環放大倍數近似為

如果是

定量分析XoXiXdXfAF-+X’h-AFXhXh負反饋放大器只能削弱放大器內部產生的諧波，對于混在輸入信號中的諧波，負反饋放大器將會把它和有用信號一樣放大。對于放大器內部產生的噪聲，負反饋也同樣可以削弱它們，道理和削弱放大器內部產生的諧波完全一樣。8.3.4對輸入電阻和輸出電阻的影響在放大器中引入負反饋以后，它的輸入電阻和輸出電阻會有很大的變化。對輸入電阻的影響決定于引入的反饋是串聯還是并聯，與引入的是電壓還是電流反饋關系不大；對輸出電阻的影響則決定于引入的是電壓反饋還是電流反饋，與引入的是串聯反饋還是并聯反饋關系不大。

UidAIiUfXo8.10串聯負反饋方塊圖RiUiF⒈對輸入電阻的影響⑴串聯負反饋開環放大器的輸入電阻UiRiIiAFUsIfXo8.11并聯負反饋方塊圖Id⑵并聯負反饋開環放大器的輸入電阻⒉對輸出電阻的影響⑴電壓負反饋將電壓負反饋開環放大器輸出用電壓源等效，如圖8.12所示。

+U’oFI’oXfXi=0Xd圖8.12電壓負反饋方塊圖AoXdRo_⑵電流負反饋將開環放大器輸出電流源等效如圖8.13所示。I’o+U’o_FXfXi=0Xd圖8.13電流負反饋方塊圖ASXdRo開環放大器的短路輸出電流開環放大器輸出電阻RoI’o+U’o_FXfXi=0Xd圖8.13電流負反饋方塊圖ASXdRo電流串聯負反饋時輸出電阻為電流并聯負反饋時的輸出電阻為

結論串聯負反饋增大放大器的輸入電阻；并聯負反饋減小放大器的輸入電阻。電壓負反饋，穩定輸出電壓，減小輸出電阻；電流負反饋，穩定輸出電流，增大輸出電阻。輸入電阻、輸出電阻增大和減小的數量都與反饋深度有關。

8.4.1深度負反饋條件下放大倍數的近似計算在深度負反饋條件下，

8.4負反饋放大電路的計算⒈電壓串聯負反饋

+_Uo電壓串聯負反饋放大電路Ui++++U+U-____UidUfRfR1RLIid集成運放的輸入電阻rid很大，所以Iid≈0。用U+、U-分別表示運放同相端、反相端對地電位，則有U+≈U-電壓串聯負反饋放大電路Ui++++U+U-____UidUfRfR1RLIid⒉電壓并聯負反饋IsIfIidUsUidUoRbRLRfR1++++U-U+____電壓并聯負反饋電路IsIfIidUsUidUoRbRLRfR1++++U-U+____電壓并聯負反饋電路⒊電流串聯負反饋+_UiUidUoRRLUfR1Io+++___電流串聯負反饋電路所以有所以+_UiUidUoRRLUfR1Io+++___電流串聯負反饋電路⒋電流并聯負反饋所以有IiIfIidUsUidUoRbRLRfR1R++++____電流并聯負反饋電路IoIiIfIidUsUidUoRbRLRfR1R++++____電流并聯負反饋電路Io⒌分立元件負反饋放大電路計算舉例如圖所示是單管電流串聯負反饋放大電路，+VCCRcRb1Rb2C1C2+_+_Re電流串聯負反饋放大電路UiUoUidUfIoRL++__如圖所示是多級電流并聯負反饋放大電路，UsRs+VCCCfRfUoIfIi電流并聯負反饋電路RLRe2Ic2Id8.5反饋放大器的自激前面討論了負反饋能改善放大器的性能，而且反饋深度愈大，改善的效果愈好。但是實踐表明，在一定條件下，當反饋放大器出現的情況時，閉環放大倍數就趨于無窮大，產生稱為自激的現象。8.5.1自