模擬電子技術(shù)第5章課件

1、第五章 負(fù)反饋放大電路5.1 反饋放大電路的組成及基本類型 5.1.1 反饋放大電路的組成及基本關(guān)系式反饋在電子電路中，反饋是指把輸出量（輸出電壓或輸出電流）的一部分或全部通過反饋網(wǎng)絡(luò)，用一定的方式送回到放大電路的輸入回路，以影響輸入量（放大電路的輸入電壓或輸入電流）的過程。反饋放大電路的組成反饋放大電路由基本放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)組成，如圖5.1.1所示。 圖5.1.1反饋放大電路的框圖 反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大電路一起組成一個閉合環(huán)路。通常假設(shè)反饋環(huán)內(nèi)的信號是單向傳輸?shù)模葱盘枏妮斎氲捷敵龅恼騻鬏斨唤?jīng)過基本放大電路，反饋網(wǎng)絡(luò)的正向傳輸作用被忽略；而信號從輸出到輸入的反向傳輸只經(jīng)過反饋網(wǎng)絡(luò)，基本放大

2、電路的反向傳輸作用被忽略。判斷、分析、計算反饋放大電路時都要用到這個合理的設(shè)定。 反饋放大電路的基本關(guān)系式如圖5.1.1所示，反饋放大電路中輸入信號xi、反饋信號xf與凈輸入信號xid的關(guān)系為 基本放大電路的放大倍數(shù)（開環(huán)放大倍數(shù)）為 反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù)為 由于 ，則 所以反饋放大電路的放大系數(shù)為 上式又稱閉環(huán)增益，它反映了反饋放大電路的基本關(guān)系，也是分析反饋問題的基本出發(fā)點(diǎn)。其中（1AF）是描述反饋強(qiáng)弱的物理量，稱為反饋深度，它是反饋電路定量分析的基礎(chǔ)。反饋深度的不同，反饋放大電路的特性可以有質(zhì)的差別，具體表現(xiàn)有以下四種情況：（1）若1AF0，則Af，這表明放大電路在沒有輸入信號時，也會有輸

3、出信號，這種現(xiàn)象稱為自激振蕩。（2）若1AF1，則AfA，即引入反饋后，閉環(huán)放大倍數(shù)增大，這種反饋為正反饋。正反饋雖然能使放大電路的增益提高，但會使放大電路性能不穩(wěn)定，故在放大電路中一般很少采用。 (3）若1AF1，則AfA，即放大電路引入反饋后，閉環(huán)放大倍數(shù)減小，這種反饋稱為負(fù)反饋。 （4）若1AF1，則Af1/F，這種反饋稱為深度負(fù)反饋。當(dāng)電路處于深度負(fù)反饋時，閉環(huán)放大倍數(shù)幾乎完全由反饋系數(shù)決定，幾乎和開環(huán)放大倍數(shù)無關(guān)。由于反饋網(wǎng)絡(luò)一般是由電阻、電容等無源元件組成，通常比較穩(wěn)定，因此當(dāng)滿足深度負(fù)反饋的條件1AF1時，閉環(huán)放大倍數(shù)也比較穩(wěn)定。5.1.2反饋放大電路的基本類型及判斷 若將反饋放

4、大電路的基本放大電路與反饋網(wǎng)絡(luò)均看成為兩端口網(wǎng)絡(luò)，則依不同的連接方式，反饋放大電路可分為不同的反饋類型。1、反饋放大電路的分類（1）電壓反饋和電流反饋根據(jù)輸出端取樣對象，反饋放大電路可分為電壓反饋和電流反饋兩類。電壓反饋的反饋信號取自輸出電壓，反饋量與輸出電壓成正比，如圖5.1.2（a）和（b）所示。電流反饋的反饋信號取自輸出電流，反饋量與輸出電流成正比，如圖5.1.2（c）和(d)所示。（2）串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋根據(jù)與輸入端的連接方式，反饋放大電路可分為串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋兩類。在輸入端，若反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大電路串聯(lián)連接，反饋信號和輸入信號以電壓形式出現(xiàn)，輸入信號與反饋信號兩者串聯(lián)后獲得凈輸入信

5、號，則是串聯(lián)反饋，如圖5.1.2（a）和（c）所示。在輸入端，若反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大電路并聯(lián)連接，反饋信號和輸入信號以電流形式出現(xiàn)，輸入信號與反饋信號兩者并聯(lián)后獲得凈輸入信號，則是并聯(lián)反饋，如圖5.1.2（b）和（d）所示。 （3）負(fù)反饋和正反饋根據(jù)反饋極性，反饋放大電路可分為負(fù)反饋和正反饋。若反饋信號削弱了原來的輸入信號，使凈輸入信號xid減小，這種反饋稱為負(fù)反饋，由式 和式 可知，此時Af A 。 若反饋信號加強(qiáng)了原輸入信號，使凈輸入信號xid增大，這種反饋稱為正反饋。顯然，正反饋使Af A 。此時， （1AF ）1 。（4）交流反饋、直流反饋和交、直流反饋 根據(jù)反饋到輸入端的信號是交流還是

6、直流，或同時存在，可以將反饋放大電路中的反饋分為交流反饋、直流反饋和交、直流反饋。如果反饋僅存在于交流通路中，反饋到輸入端的信號只含有交流量，則稱為交流反饋；如果反饋僅存在于直流通路中，反饋到輸入端的信號只含有直流量，則稱為直流反饋；如果反饋既存在于交流通路中，又存在于直流通路中，反饋到輸入端的信號既含有交流量，又含有直流量，則稱為交、直流反饋。 綜合考慮輸入端與輸出端的連接方式，從總體出發(fā)，負(fù)反饋放大電路可以分為四種反饋組態(tài)：電壓串聯(lián)負(fù)反饋，電壓并聯(lián)負(fù)反饋，電流串聯(lián)負(fù)反饋，電流并聯(lián)負(fù)反饋。如圖5.1.2所示。 圖5.1.2四種反饋組態(tài)電路的方框圖(a) 電壓串聯(lián)負(fù)反饋 (b) 電壓并聯(lián)負(fù)反饋

7、(c) 電流串聯(lián)負(fù)反饋(d) 電流并聯(lián)負(fù)反饋2、負(fù)反饋放大電路的判別（1）電路有無反饋的判斷在對一個放大電路分析之前，首先必須明確該電路是否存在反饋，有無反饋的判斷方法是看放大電路的輸出回路與輸入回路之間是否存在反饋網(wǎng)絡(luò)（或反饋通路），并由此影響放大電路的凈輸入量。若有，則存在反饋，電路為閉環(huán)的形式；若無，就不存在反饋，電路為開環(huán)的形式。（2）交、直流反饋的判斷交、直流反饋的判斷方法是：存在于放大電路交流通路中的反饋為交流反饋。引入交流負(fù)反饋是為了改善放大電路的交流性能；存在于直流通路中的反饋為直流反饋。引入直流負(fù)反饋的目的是為了改善放大電路的直流性能，如穩(wěn)定放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。 （3）正、

8、負(fù)反饋的判別 判斷放大電路中的反饋是正反饋還是負(fù)反饋通常采用瞬時極性法。具體方法是：先假設(shè)放大電路輸入端信號在某一瞬間對地的極性為（）或（）；然后以此為依據(jù)，根據(jù)各級電路輸出端與輸入端信號的相位關(guān)系（同相或反相），逐級判斷電路中各相關(guān)點(diǎn)電流的流向和電位的極性，標(biāo)出反饋回路中各相關(guān)點(diǎn)的瞬時極性；最后得到反饋到饋入端信號的極性；通過比較反饋端信號與輸入端信號的極性來判斷電路的凈輸入信號是被加強(qiáng)了還是被削弱了，若凈輸入信號被加強(qiáng)，則為正反饋；若凈輸入信號被削弱，則為負(fù)反饋。（4）電壓、電流反饋的判別電壓、電流反饋的判別方法是：令輸出端交流短路（即令輸出電壓等于零），若反饋電壓消失，則為電壓反饋，否則

9、為電流反饋。（5）串聯(lián)、并聯(lián)反饋的判別串聯(lián)、并聯(lián)反饋簡易判別方法是：輸入信號和反饋信號在不同節(jié)點(diǎn)引入為串聯(lián)反饋，在同一節(jié)點(diǎn)引入為并聯(lián)反饋。 【案例分析5.1.1】試分析圖5.1.3所示的反饋放大電路。圖5.1.3 電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路分析、討論：在圖5.1.3所示電路中，Rf為輸出回路與輸入回路之間的反饋電阻，且反饋信號存在于交、直流通路中，因此該反饋為交、直流反饋。直流負(fù)反饋用于穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，對放大電路的動態(tài)性能沒有影響，故對直流反饋，一般不再進(jìn)一步分析其反饋組態(tài)。對于交流反饋，假設(shè)輸入電壓vI的瞬時值為正，由于是同相輸入方式，所以對應(yīng)的輸出電壓vO為正，集成運(yùn)放反相輸入端R2上的反饋電壓v

10、F也為正，此時輸入電壓與反饋電壓相位相同，從而使加入集成運(yùn)放的凈輸入電壓vId減少（vIdvIvF），因而R2引入的是負(fù)反饋；若將輸出端短路，則反饋電壓消失，因此該電路為電壓反饋；又輸入信號和反饋信號分別加在集成運(yùn)放的同相輸入端和反相輸入端，因此該電路為串聯(lián)反饋；即該電路的組態(tài)為：交、直流，電壓，串聯(lián)，負(fù)反饋。顯然，電壓反饋系數(shù) ?！景咐治?.1.2】試分析圖5.1.4所示的反饋放大電路。 圖5.1.4 電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路分析、討論：在圖5.1.4所示電路中，Rf為輸出回路與輸入回路之間的反饋電阻，且反饋信號存在于交、直流通路中，因此該反饋為交、直流反饋。在輸入端，反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大電路并聯(lián)

11、連接，反饋信號和輸入信號以電流形式出現(xiàn)，輸入信號與反饋信號兩者并聯(lián)后獲得凈輸入信號，故為并聯(lián)反饋。在輸出端，反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大電路、負(fù)載電阻RL并聯(lián)，反饋信號iF取樣于輸出 電壓vO故為電壓反饋。假設(shè)輸入電壓vI的瞬時值為正，由于是反相輸入方式，所以對應(yīng)的輸出電壓vO為負(fù)，此時輸入電壓與反饋電壓相位相反，反饋電流使加入集成運(yùn)放的凈輸入電流iId減少（iIdiIiF），因而RF引入的是負(fù)反饋。因此該電路的組態(tài)為：交、直流，電壓，并聯(lián)，負(fù)反饋。顯然，互導(dǎo)反饋系數(shù) 【案例分析5.1.3】試分析圖5.1.5所示的反饋放大電路。 圖5.1.5電流串聯(lián)負(fù)反饋電路分析、討論：在圖5.1.5所示電路中，Rf為

12、輸出回路與輸入回路之間的反饋電阻，且反饋信號存在于交、直流通路中，因此該反饋為交、直流反饋。在輸入端，反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大電路串聯(lián)連接，反饋信號和輸入信號以電壓形式出現(xiàn)，輸入信號與反饋信號兩者串聯(lián)后獲得凈輸入信號，故為串聯(lián)反饋。在輸出端，反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大電路、負(fù)載電阻RL串聯(lián)，反饋信號vFiORf ，反饋信號取樣于輸出電流iO，故為電流反饋。假設(shè)輸入電壓vI的瞬時值為正，由于是同相輸入方式，所以對應(yīng)的輸出電壓vO為正，反饋電阻Rf產(chǎn)生的反饋電壓vF也為正，反饋電流使加入集成運(yùn)放的凈輸入電壓vId減少（vIdvv-），因而Rf引入的是負(fù)反饋。因此該電路的組態(tài)為：交、直流，電流，串聯(lián)，負(fù)反饋。顯然

13、，互阻反饋系數(shù) ?！景咐治?.1.4】試分析圖5.1.6所示的反饋放大電路。圖5.1.6電流并聯(lián)負(fù)反饋放大電路分析、討論：在圖5.1.6所示電路中，Rf為輸出回路與輸入回路之間的反饋電阻，且交、直流通路中均存在反饋信號，因此該反饋為交、直流反饋。在輸入端，反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大電路并聯(lián)連接，反饋信號和輸入信號以電流形式出現(xiàn)，輸入信號與反饋信號兩者并聯(lián)后獲得凈輸入信號，故為并聯(lián)反饋。在輸出端，反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大電路、負(fù)載電阻RL串聯(lián)，反饋信號iF取樣于輸出電流iO，故為電流反饋。假設(shè)輸入電壓vI的瞬時值為正，由于是反相輸入方式，所以對應(yīng)的輸出電壓vO為負(fù)，電阻R3上產(chǎn)生的信號電壓極性是上負(fù)下正，反

14、饋電阻Rf中流過的反饋電流等于輸入電流iI（即信號電流），是輸出電流iO在電阻Rf支路的分流，iF-（iOR3）/（R3+Rf），iF以分流的形式使加入集成運(yùn)放的凈輸入電流iId減少（iIdiIiF），因而Rf引入的是負(fù)反饋。因此該電路的組態(tài)為：交、直流，電流，并聯(lián)，負(fù)反饋。顯然，電流反饋系數(shù) ?！景咐治?.1.5】試分析圖5.1.7（a）和圖5.1.7（b）所示放大電路的反饋組態(tài)。圖5.1.7分立元件構(gòu)成的放大電路（a）交流電壓并聯(lián)負(fù)反饋（b）交流電流串聯(lián)負(fù)反饋分析、討論：由于反饋通路中串有電容C，所以只有交流信號能夠通過，為交流反饋電路，所以電路中的信號用交流瞬時值的符號表示。（1）圖5

15、.1.7（a）所示的兩級放大電路由共射（T1）和共集（T2）兩級放大電路構(gòu)成。圖中，Rf和C串聯(lián)構(gòu)成的反饋支路將輸出電壓的一部分饋入引回到T1的輸入端b1 。圖中，反饋信號和放大電路的輸入信號接于基本放大電路的同一輸入端；若將輸出電阻RL短接（vo0），反饋信號將消失。因此，圖5.1.7（a）所示放大電路為電壓并聯(lián)反饋電路。假設(shè)T1輸入電壓vi的瞬時值為正，由于是反相輸入方式，所以T1對應(yīng)的輸出電壓vc1為負(fù)，T2的vb2為負(fù)、ve2為負(fù)，電阻R e2上產(chǎn)生的信號電壓極性是上負(fù)下正，視電容器C對交流信號短路，則反饋電阻Rf兩端的信號電壓為vfvRe2，即有if（vfvRe2）/Rf ，if以分

16、流的形式使加入集成運(yùn)放的凈輸入電流iid減少（iidiiif），如圖5.1.7（a）中所示，因此，Rf引入的是負(fù)反饋。由于由Rf和C串聯(lián)構(gòu)成的反饋支路只能通過交流信號，所以是交流反饋電路。所以，圖5.1.7（a）所示的兩級放大電路的組態(tài)為：交流，電壓，并聯(lián)，負(fù)反饋。（2）圖5.1.7（b）所示的三級放大電路由一級共源（T1）和二級共射（T2、T3）電路組成。圖中，Rf和C串聯(lián)構(gòu)成的反饋支路將輸出電流io（即 ie3）的一部分饋入引回到T1的源極s1，反饋信號是輸出電流的一部分。反饋信號和放大電路的輸入信號接于基本放大電路的不同的輸入端；若將輸出電阻RL短接（vo0），因ie3僅受基極電流ib3

17、的控制而依然存在，即反饋信號不為零，因此，圖5.1.7（b）所示放大電路為電流、串聯(lián)反饋電路。 假設(shè)輸入電壓vi的瞬時值為正，由于是反相輸入方式，所以T1對應(yīng)的輸出電壓vd1為負(fù)，T2的vb2為負(fù)、vc2為正，T3的vb3為正、ve3為正，視電容器C對交流信號短路，則反饋電流在電阻Rs上產(chǎn)生的反饋電壓vf（即vRS）也為正，由Rf引入的反饋電流使加入集成運(yùn)放的凈輸入電壓vid減少（vidvivf），如圖5.1.7（b）中所示，因而Rf引入的是負(fù)反饋。由于由Rf和C串聯(lián)構(gòu)成的反饋支路只能通過交流信號，所以是交流反饋電路。所以，圖5.1.7（b）所示的三級放大電路的組態(tài)為：交流，電流，串聯(lián)，負(fù)反饋

18、。5.2負(fù)反饋對放大電路性能的影響 在放大電路中引入交流負(fù)反饋后，放大電路的交流性能會得到多方面的改善。5.2.1 提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性 放大電路引入交流負(fù)反饋以后得到的最直接、最顯著的效果就是提高了放大電路放大倍數(shù)的穩(wěn)定性。在輸入信號一定的情況下，當(dāng)環(huán)境溫度、電路參數(shù)、負(fù)載和電源電壓發(fā)生變化時，放大電路的放大倍數(shù)會發(fā)生變化。通常用放大倍數(shù)相對變化量的大小來表示放大電路放大倍數(shù)穩(wěn)定性的程度。在中頻段，式 ，中的Af 、A和F均為實(shí)數(shù)，對其求微分可得可得上式表明，放大電路引入了負(fù)反饋以后，放大電路放大倍數(shù)Af 的相對變化量dAf /Af 僅為其基本放大電路放大倍數(shù)A的相對變化量dA /A的（1+

19、AF）分之一，也就是說，放大電路引入了負(fù)反饋以后，放大倍數(shù)的穩(wěn)定性提高了（1+AF）倍。當(dāng)環(huán)路增益AF 1時，即深度負(fù)反饋時，閉環(huán)放大倍數(shù) 上式表明，Af幾乎僅取決于由電阻、電容等無源元件構(gòu)成的反饋網(wǎng)絡(luò)，而與三極管等有源器件的參數(shù)基本無關(guān)，因而引入了深度負(fù)反饋的放大電路可以大大地提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性。值得注意的是：不同的反饋組態(tài)對相應(yīng)增益的穩(wěn)定性有所提高。電壓負(fù)反饋使電壓增益的穩(wěn)定性提高，電流負(fù)反饋使電流增益的穩(wěn)定性提高。 5.2.2減小非線性失真和展寬通頻帶1、減小非線性失真由于組成放大電路的三極管、場效應(yīng)管等有源器件均具有非線性特性，當(dāng)輸入信號為幅值較大的正弦波時，輸出信號往往不是正弦波，

20、會產(chǎn)生非線性失真。引入負(fù)反饋可減小非線性失真。當(dāng)放大電路開環(huán)時，假設(shè)正弦信號xi經(jīng)過放大電路A后，輸出信號xo為正半周大，負(fù)半周小的失真波形，如圖5.2.1（a）中所示。而在引入了負(fù)反饋的圖5.2.1（b）所示的電路中，假定負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)是不會引起失真的純電阻網(wǎng)絡(luò)，由于負(fù)反饋信號xf與輸出信號xo的波形相似，即也為正半周大，負(fù)半周小的失真波形，由式（5.1.1） 可知， 失真的反饋信號將使凈輸入信號變?yōu)檎胫苄?，?fù)半周大的預(yù)失真波形。經(jīng)過基本放大電路A放大后，輸出信號的正半周被壓縮，負(fù)半周被擴(kuò)展，彌補(bǔ)了基本放大電路本身的非線性失真，使輸出波形趨于正弦波，從而減小了非線性失真，如圖5.2.1（b）中

21、所示。 值得注意的是，負(fù)反饋只能改善環(huán)內(nèi)（放大電路內(nèi)部）產(chǎn)生的非線性失真；另外，負(fù)反饋對非線性失真的改善是有限度的；負(fù)反饋加入不當(dāng)會產(chǎn)生自激。負(fù)反饋除了能減小非線性失真外，還能在一定程度上擬制放大電路內(nèi)部的干擾和噪聲。圖5.2.1 負(fù)反饋對非線性失真的改善（a） 無負(fù)反饋時信號波形 （b） 引入負(fù)反饋后信號波形2、展寬通頻帶放大電路通頻帶的定義式 為BWf Hf L。在阻容耦合放大電路中，由于耦合電容、三極管結(jié)電容和連線分布電容的存在，信號頻率在低頻段和高頻段時，其放大倍數(shù)都會下降。在放大電路中引入了負(fù)反饋后，放大電路的放大倍數(shù)下降了，但通頻帶卻加寬了，如圖5.2.2所示。理論推導(dǎo)表明，引入了

22、負(fù)反饋后，放大電路的中頻放大倍數(shù)下降了（1AF）倍，但同時，放大電路的閉環(huán)通頻帶BWf比開環(huán)通頻帶BW展寬了（1AF）倍，即BWf =（1AF）BW 因此，中頻放大倍數(shù)與通頻帶的乘積將基本不變，即 AmfBWfAmBW 負(fù)反饋展寬放大電路通頻帶的大致原理可解釋為：當(dāng)放大電路輸入等幅不同頻率的輸入信號時，低頻段和高頻段的輸出信號幅值會比中頻段的小，因此反饋信號的幅值也小，由式xid=xi-xf 可知，其對凈輸入信號的削弱作用也小，所以放大倍數(shù)在低頻段和高頻段減小的程度比中頻段的小，從而展寬了通頻帶。圖5.2.2 負(fù)反饋展寬放大電路的通頻帶5.2.3改變輸入和輸出電阻 1、負(fù)反饋對輸入電阻的影響負(fù)

23、反饋對輸入電阻的影響取決于輸入端的反饋類型，是串聯(lián)負(fù)反饋、還是并聯(lián)負(fù)反饋，而與是電壓反饋還是電流反饋無關(guān)。（1）串聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻增加在串聯(lián)負(fù)反饋電路中，反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大電路的輸入電阻串聯(lián)，如圖5.2.3所示，所以，串聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻增加。如圖，可求得串聯(lián)負(fù)反饋放大電路的輸入電阻為Ri = vid/iid (5.2.6） 由此可見，串聯(lián)負(fù)反饋使基本放大電路的輸入電阻增加了（1AF）倍。圖5.2.3 串聯(lián)負(fù)反饋電路框圖（2）并聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻減小在并聯(lián)負(fù)反饋電路中，反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大電路的輸入電阻并聯(lián)，如圖5.2.4所示，所以，并聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻減小。如圖，可求得并聯(lián)負(fù)反饋放大電路的輸

24、入電阻為 ，Ri = vi/iid （5.2.7） 由此可見，并聯(lián)負(fù)反饋使基本放大電路的輸入電阻減小了（1AF）倍。圖5.2.4 并聯(lián)負(fù)反饋電路框圖2、負(fù)反饋對輸出電阻的影響負(fù)反饋對輸出電阻的影響取決于反饋取樣的方式，是電壓負(fù)反饋、還是電流負(fù)反饋，而與反饋網(wǎng)絡(luò)在輸入端的連接方式無關(guān)。 (1) 電壓負(fù)反饋使輸出電阻減小電壓負(fù)反饋取樣于放大電路的輸出電壓，具有穩(wěn)定輸出電壓、使放大電路接近于恒壓源的作用，故必然使其輸出電阻減小。理論推導(dǎo)表明，引入了電壓負(fù)反饋后，放大電路的輸出電阻Rof將減小為無反饋時Ro的1/（1+AF）倍。反饋深度（1AF）越大，輸出電阻Rof越小。(2)電流負(fù)反饋使輸出電阻增大

25、電流負(fù)反饋取樣于放大電路的輸出電流，具有穩(wěn)定輸出電流、使放大電路接近于恒流源的作用，故必然使其輸出電阻增大。理論推導(dǎo)表明，引入了電流負(fù)反饋后，放大電路的輸出電阻Rof將增大為無反饋時Ro的（1+AF）倍。反饋深度（1AF）越大，輸出電阻Rof越大。5.3 負(fù)反饋的正確選用與穩(wěn)定性5.3.1 放大電路引入負(fù)反饋的一般原則1、引入負(fù)反饋的一般原則引入負(fù)反饋將會影響放大電路多方面的性能，而反饋的組態(tài)不同，所產(chǎn)生的影響也各不相同。因此，在設(shè)計負(fù)反饋放大電路時，應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用對放大電路性能的要求，引入合適的負(fù)反饋。工程設(shè)計時，一般依循以下幾點(diǎn)原則：（1）要穩(wěn)定直流量（如靜態(tài)工作點(diǎn)）應(yīng)引入直流負(fù)反饋；要改

26、善放大電路的動態(tài)（交流）性能（如穩(wěn)定放大倍數(shù)，展寬通頻帶，減小非線性失真等）應(yīng)引入交流負(fù)反饋。（2）根據(jù)信號源的性質(zhì)決定是引入串聯(lián)負(fù)反饋，還是引入并聯(lián)負(fù)反饋。當(dāng)信號源是恒壓源或內(nèi)阻較小的電壓源時，應(yīng)引入串聯(lián)負(fù)反饋。當(dāng)信號源是恒流源或內(nèi)阻較大的電壓源時，應(yīng)引入并聯(lián)負(fù)反饋。（3）根據(jù)對放大電路輸出信號的要求，選擇是引入電壓負(fù)反饋，還是引入電流負(fù)反饋。當(dāng)要求放大電路輸出穩(wěn)定的電壓信號時，應(yīng)選擇電壓負(fù)反饋。當(dāng)要求放大電路輸出穩(wěn)定的電流信號時，應(yīng)選擇電流負(fù)反饋。（4）在需要進(jìn)行信號變換時，應(yīng)選擇合適的負(fù)反饋組態(tài)。例如，電壓串聯(lián)負(fù)反饋組態(tài)適用于電壓控制的電壓源；電流并聯(lián)負(fù)反饋組態(tài)適用于電流控制的電流源；電

27、壓并聯(lián)負(fù)反饋組態(tài)適用于電流控制的電壓源；電流串聯(lián)負(fù)反饋組態(tài)適用于電壓控制的電流源。（5）為改善放大電路的放大性能，應(yīng)合理的選擇負(fù)反饋的組態(tài)。例如，要提高輸入電阻，應(yīng)引入串聯(lián)負(fù)反饋；要減小輸入電阻，應(yīng)引入并聯(lián)負(fù)反饋，等等。 【案例分析5.3.1】在圖5.3.1所示的電路中，為了改善以下性能，應(yīng)引入何種負(fù)反饋？并將分析結(jié)果在電路圖中標(biāo)出。（1）提高輸入電阻、穩(wěn)定輸出電流； （2）降低輸入電阻、穩(wěn)定輸出電壓。 圖5.3.1 案例分析5.3.1電路圖分析、求解：為了保證引入負(fù)反饋，用瞬時極性法標(biāo)出電路各相關(guān)點(diǎn)的瞬時極性，如圖5.3.1中所示。設(shè)，由Tl的基極b1輸入的信號vi的瞬時對地極性vb1為“”

28、，Tl集電極與基極反相，則vc1為“”，T2的基極vb2也為“”，而T2的集電極c2與b2反相，vc2為“”，T3的基極vb3也為“”，vc3與vb3反相應(yīng)為“”，ve3與vb3同相應(yīng)為“”。這樣標(biāo)明各相關(guān)點(diǎn)的瞬時極性后，就可以方便地看出，要引入負(fù)反饋應(yīng)如何連接電路。為提高輸入電阻，在輸入端應(yīng)引入串聯(lián)負(fù)反饋；要穩(wěn)定輸出電流，在輸出端應(yīng)引入電流負(fù)反饋。而要降低輸入電阻，在輸入端應(yīng)引入并聯(lián)負(fù)反饋；要穩(wěn)定輸出電壓，在輸出端應(yīng)引入電壓負(fù)反饋。(1）如圖5.3.1中所示，在T3的發(fā)射極與Tl的發(fā)射極間通過反饋電阻Rf1連接，由T3的e3接到T1的el，通過Rf1引入了電流串聯(lián)負(fù)反饋。從而滿足了提高輸入電

29、阻，穩(wěn)定輸出電流的要求。 （2）如圖5.3.1中所示，在T3的集電極與Tl的基極間通過反饋電阻Rf2連接，由T3的c3接到T1的bl，通過Rf2引入了電壓并聯(lián)負(fù)反饋。從而滿足了降低輸入電阻，穩(wěn)定輸出電壓的要求。2、引入負(fù)反饋應(yīng)注意的問題引入負(fù)反饋是改善放大電路性能的需要。由以上分析可知，要正確適當(dāng)?shù)囊胴?fù)反饋還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）引入負(fù)反饋改善放大電路的性能是以降低放大電路的放大倍數(shù)為代價的，所以基本放大電路的放大倍數(shù)要足夠大，由于理想運(yùn)放的開環(huán)增益A，因此在實(shí)際應(yīng)用中可優(yōu)先考慮使用。（2）引入負(fù)反饋改善放大電路的性能應(yīng)注意選擇適當(dāng)?shù)姆答伾疃?。反饋深度并不是越深越好，如果反饋太深，對于某些?/p>

30、路來說，在一些頻率下產(chǎn)生的附加相移，有可能使原來的負(fù)反饋?zhàn)兂烧答仯趸驎a(chǎn)生自激振蕩，使放大電路失去正常的放大作用處于一種不穩(wěn)定的工作狀態(tài)。（3）要確保引入反饋的極性應(yīng)滿足負(fù)反饋的要求。 （4）引入負(fù)反饋改善放大電路的性能應(yīng)視需要靈活掌握。如電路本身難以同時滿足電壓、電流、串聯(lián)、并聯(lián)反饋的要求，又要確保引入負(fù)反饋，如無特殊限制，可考慮增加放大電路的級數(shù)，改變輸入或輸出方式等。5.3.2 負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定性 自激振蕩自激振蕩現(xiàn)象是指，在不加任何輸入信號的情況下，放大電路的輸出端仍會連續(xù)不斷地產(chǎn)生某一頻率的輸出信號的現(xiàn)象。這一現(xiàn)象與反饋深度有著直接的關(guān)系。產(chǎn)生自激振蕩的原因 在中頻段外，隨著

31、信號頻率的升高或降低，在通頻帶上、下限頻率附近及通頻帶外，放大電路會產(chǎn)生附加的相移，用，=（A，+F，）來表示。 當(dāng)某一頻率的信號使附加相移， = n（n為奇數(shù)）時，反饋信號xf與中頻段相比產(chǎn)生超前或滯后180的附加相移，已經(jīng)完全反相，這必然使放大電路的凈輸入信號增加，從而使原來的負(fù)反饋在這個頻點(diǎn)上變成了正反饋。當(dāng)正反饋信號幅值足夠大時，即使沒有輸入信號，電路輸出端也會有連續(xù)的信號輸出，電路便產(chǎn)生了自激振蕩。這時，電路將失去正常的放大作用而處于一種不穩(wěn)定的工作狀態(tài)。自激振蕩的幅值條件和相位條件 負(fù)反饋放大電路產(chǎn)生自激振蕩的平衡條件條件是其中， 幅值平衡條件（簡稱幅值條件）， 相位平衡條件（簡稱

32、相位條件）， （n為整數(shù)） 只有同時滿足幅值條件和相位條件電路才會產(chǎn)生自激振蕩。在起振過程中，xo有一個從小到大的過程，故起振條件為1負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性的定性分析根據(jù)自激振蕩的平衡條件，可以對負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定性進(jìn)行定性分析。 設(shè)反饋放大電路采用直接耦合方式，且反饋網(wǎng)絡(luò)由純電阻構(gòu)成（即 F，= 0），則附加相移只可能由基本放大電路產(chǎn)生，且為滯后相移，電路只有可能產(chǎn)生高頻段的自激振蕩。在上述條件下，單管負(fù)反饋放大電路可能產(chǎn)生的最大附加相移為-90，不滿足自激振蕩的相位平衡條件，故不可能產(chǎn)生自激振蕩。由此推論，放大電路超過三級以后，放大電路的級數(shù)越多，引入負(fù)反饋后越容易產(chǎn)生高頻自激振蕩。因此，

33、實(shí)用電路中以三級放大電路最為常見。放大電路中耦合電容、旁路電容等越多，引入負(fù)反饋后就越容易產(chǎn)生低頻自激振蕩。而且反饋深度（1AF）越大，幅值條件越容易滿足，產(chǎn)生自激振蕩的可能性就越大。負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定工作的條件負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定工作的條件是：當(dāng) 時， A+F 180；當(dāng)（A+F ）= 180 時， 1。負(fù)反饋放大電路自激振蕩的常用消除方法對于三級或更多級負(fù)反饋放大電路來說，要消除負(fù)反饋放大電路的自激振蕩，就必須破壞其產(chǎn)生自激振蕩的條件。工程上常采用相位補(bǔ)償?shù)姆椒?，通過在負(fù)反饋放大電路中接入適當(dāng)?shù)碾娙莼蜃枞菰?，以改變電路的頻率特性，破壞自激振蕩的條件，消除自激振蕩。常用的簡單相位補(bǔ)償連接方法

34、如圖5.3.2中所示。圖5.3.2 消除自激振蕩的簡單相位補(bǔ)償電路（a） 電容滯后補(bǔ)償電路 （b） RC滯后補(bǔ)償電路 （c） 密勒效應(yīng)補(bǔ)償電路5.4深度負(fù)反饋放大電路的特點(diǎn)及估算1、深度負(fù)反饋放大電路的特點(diǎn) 與一般放大器相比，深度負(fù)反饋放大電路有以下主要特點(diǎn)：（1） 因?yàn)樯疃蓉?fù)反饋放大電路的放大倍數(shù) 僅取決于反饋系數(shù) 即 ，而與基本放大電路的開環(huán)放大倍數(shù) 基本無關(guān)。 （2）在深度負(fù)反饋放大電路中，電壓負(fù)反饋使閉環(huán)輸出電阻Rof0，電流負(fù)反饋使閉環(huán)輸出電阻Rof，串聯(lián)負(fù)反饋使閉環(huán)輸入電阻Rif，并聯(lián)負(fù)反饋使閉環(huán)輸入電阻Rif0。（3）在深度負(fù)反饋放大電路中，反饋信號xf與外加輸入信號xi近似相等

35、， ；凈輸入信號 。 2、深度負(fù)反饋放大電路的估算 根據(jù)上述特點(diǎn)，可簡便地求得深度負(fù)反饋放大電路的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)。 當(dāng)深度負(fù)反饋放大電路是電壓串聯(lián)負(fù)反饋組態(tài)時，放大電路的閉環(huán)放大倍數(shù)表示為閉環(huán)電壓放大倍數(shù)，此時只需求出 ，依據(jù)式 ，即可得到 對于電壓串聯(lián)負(fù)反饋以外的其他三種負(fù)反饋組態(tài)，既電壓并聯(lián)式、電流串聯(lián)式和電流并聯(lián)式負(fù)反饋放大電路，可利用 的近似關(guān)系，計算閉環(huán)放大電路的電壓放大倍數(shù)。具步驟如下：（1）分析負(fù)反饋放大電路的組態(tài)。判斷是串聯(lián)負(fù)反饋，還是并聯(lián)負(fù)反饋，以確定關(guān)系式中的 和 是電壓信號，還是電流信號。 對于串聯(lián)負(fù)反饋， 和 是電壓信號，即有 對于并聯(lián)負(fù)反饋， 和 是電流信號，即有

36、（2）根據(jù)實(shí)際電路列出與電路參數(shù)有關(guān)的 表達(dá)式。 （3）依據(jù) 的近似關(guān)系式，估算反饋放大電路的電壓放大倍數(shù)。 由運(yùn)算放大器和分立元件所構(gòu)成的深度負(fù)反饋閉環(huán)放大電路的工作原理是一樣的，因此，分析、計算深度負(fù)反饋電壓放大倍數(shù)的方法也是一樣的。 【案例分析5.4.1】圖5.4.1所示為由集成運(yùn)算放大器組成的負(fù)反饋放大電路。其中，Aod， R15k，Rf 100k。設(shè)（1AF）1，試求該放大電路的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)Avf 。圖5.4.1 電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路分析、求解：解法一由于深度負(fù)反饋,（1AF）1，由 ,求解電路放大倍數(shù)。 經(jīng)分析可知，該電路為電壓串聯(lián)負(fù)反饋，因此有由圖5.4.1可知，在中頻段， 和 均為實(shí)數(shù)，因此上式可寫成為，則，該放大電路的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)解法二由深度負(fù)反饋時，xf xi ，求解電路放大倍數(shù)。（1）分析負(fù)反饋放大電路的組態(tài)經(jīng)分析可知，該電路為電壓串聯(lián)負(fù)反饋，因此有vf vi ，vid 0（2）根據(jù)實(shí)際電路列出與電路參數(shù)有關(guān)的xf 表達(dá)式 （3）令xf xi ，估算反饋放大電路的電壓放大倍數(shù) 則，該放大電路的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)【案例分析5.4.2】設(shè)圖5.4.2所示放大電路滿足深度負(fù)反饋條件，（1AF）1，其中，Aod，R11k，R2910，R35.1k，Rf10k，RL2k，試求該放大電路的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)Avf 。分析、求解： （1） 分析負(fù)反饋放大