《電子技術(shù)基礎(chǔ)》課件2課題四

課題四負(fù)反饋放大電路4.1反饋的基本概念

4.2負(fù)反饋放大器電路分析

4.3

負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響

4.1反饋的基本概念4.1.1反饋的定義在基本放大器中，信號(hào)由輸入端加入，經(jīng)過(guò)放大器放大后，從放大器的輸出端取出，信號(hào)為單方向正向傳送。如果通過(guò)一定的電路將輸出信號(hào)（電壓或電流）的一部分或全部，反方向送回放大器的輸入端，這樣一個(gè)反向傳輸信號(hào)的過(guò)程稱(chēng)為反饋過(guò)程。在放大電路中引入反饋后，電路中增加了反饋網(wǎng)絡(luò)，使電路構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng),稱(chēng)為反饋放大器。無(wú)反饋的放大電路為開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，稱(chēng)為基本放大器。反饋放大器的方框圖如圖4.1所示。圖中Xi、Xo、Xf分別表示放大電路的輸入量、輸出量和反饋量，Xi′表示基本放大器實(shí)際得到的信號(hào)，稱(chēng)為凈輸入信號(hào)。它等于輸入量Xi與反饋量Xf的疊加，即Xi=Xi+Xf。引入反饋后，為了分析方便，把未接反饋網(wǎng)絡(luò)的放大器叫基本放大器，把包含反饋網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)稱(chēng)為反饋放大器。.........圖4.1反饋放大器方框圖

4.1.2是否存在反饋的判別

一個(gè)電路是否存在反饋，要看電路中有無(wú)反饋支路，有反饋支路的就有反饋，不存在反饋支路的就沒(méi)有反饋。反饋支路就是通過(guò)反饋元件（電阻、電容和電感等）能把輸出端的輸出量送回到輸入回路的支路。如圖4.2（a）中射極電阻R4、R5既與輸出電路有聯(lián)系，又與輸入電路有聯(lián)系；在圖4.2（b）中，R3支路及R1、R2支路連接于輸出與輸入之間，這些都是反饋元件。圖4.2判別有無(wú)反饋的電路4.1.3直流反饋和交流反饋電路中的反饋元件可以反映直流量的變化，也可以反映交流量的變化，前者稱(chēng)為直流反饋，后者稱(chēng)為交流反饋。如圖4.2（a）中的R4，它兩端并有電解電容C3，C3對(duì)交流電呈通路，即R4上無(wú)交流壓降，只有直流壓降，因此R4起直流反饋?zhàn)饔?。R5兩端沒(méi)有并電容，它上面除產(chǎn)生直流壓降外，還有通過(guò)負(fù)載的交變電流所產(chǎn)生的壓降，因此它起直流反饋和交流反饋的雙重作用。在圖4.2（b）中，C2有隔直流通交流的作用，所以R3起交流反饋?zhàn)饔茫琑2上通過(guò)的交流電被C3旁路到地，故R2只起直流反饋?zhàn)饔?。不過(guò)，最可靠的方法還是分別畫(huà)出交、直流等效電路來(lái)辨認(rèn)。如果反饋元件存在于直流通路中，則為直流反饋；若反饋元件存在于交流通路中，則為交流反饋。圖4.2所示電路的直流、交流通路分別如圖4.3和圖4.4所示，分析所得結(jié)論與上述相同。圖4.3圖4.2電路的直流通路圖4.4圖4.2電路的交流通路4.1.4正反饋和負(fù)反饋

1.基本概念引入反饋后，削弱輸入信號(hào)、使放大器輸出幅度減小的反饋稱(chēng)為負(fù)反饋。反之，增強(qiáng)輸入信號(hào)、使放大器輸出幅度增大的反饋稱(chēng)為正反饋。

2.判別方法具體判別方法采用“瞬時(shí)極性法”，即假定信號(hào)源某一瞬間所在處極性為正，然后根據(jù)電路各點(diǎn)的相位與信號(hào)源相位的相對(duì)關(guān)系，標(biāo)出電路各點(diǎn)電壓的極性，再看這種極性的變化反映到電路輸入端的作用是削弱輸入信號(hào)，還是增強(qiáng)輸入信號(hào)。若是削弱，則為負(fù)反饋；反之，則為正反饋。圖4.5正反饋電路和負(fù)反饋電路4.1.5串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋

1.基本概念所謂串聯(lián)反饋，就是反饋電路輸出端和信號(hào)源是串聯(lián)的，即反饋信號(hào)和外加信號(hào)串聯(lián)疊加，如圖4.6（a）所示。串聯(lián)反饋的主要特點(diǎn)是增加了反饋環(huán)內(nèi)的輸入電阻。因此，也有可能提高整個(gè)放大電路的輸入電阻。所謂并聯(lián)反饋，就是反饋電路輸出端和信號(hào)源是并聯(lián)連接的，即反饋信號(hào)和外加信號(hào)并聯(lián)疊加。如圖4.6（b）所示。并聯(lián)反饋的主要特點(diǎn)是減小了反饋環(huán)路內(nèi)的輸入電阻。圖4.6串聯(lián)和并聯(lián)反饋結(jié)構(gòu)方框圖(a)串聯(lián)反饋；(b)并聯(lián)反饋

2.判別方法判別反饋放大電路是串聯(lián)反饋還是并聯(lián)反饋，只要將信號(hào)源內(nèi)阻RS短路，看反饋電壓是否存在。若反饋電壓存在，是串聯(lián)反饋；若反饋電壓不存在，是并聯(lián)反饋。例如，在圖4.2電路中，按上述方法判別，可知圖4.2（a）電路為串聯(lián)反饋，經(jīng)簡(jiǎn)化后的電路如圖4.7(a)所示；圖4.2（b）電路為并聯(lián)反饋，經(jīng)簡(jiǎn)化后的電路如圖4.7（b）所示。圖4.7判別串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋的簡(jiǎn)化電路4.1.6電壓反饋和電流反饋

1.基本概念電流反饋：是指反饋電路輸入端和放大電路負(fù)載串聯(lián)連接，是電流取樣，故稱(chēng)為電流反饋，如圖4.8(a)所示。電壓反饋：是指反饋電路輸入端和放大電路負(fù)載并聯(lián)連接，反饋電壓和輸出電壓成正比，是電壓取樣，故稱(chēng)為電壓反饋，如圖4.8（b）所示。圖4.8電壓反饋和電流反饋結(jié)構(gòu)方框圖（a）電流反饋；（b）電壓反饋

2.判別方法判別是電壓反饋還是電流反饋，只要將放大電路輸出端負(fù)載短路，看反饋是否存在，若反饋電壓不存在，是電壓反饋；若反饋電壓仍存在，是電流反饋。例如圖4.2（a）電路，當(dāng)短路RL后反饋電壓仍存在，故是電流反饋。圖4.2（b）短路RL后，反饋電壓不存在，則是電壓反饋。4.2負(fù)反饋放大器電路分析

4.2.1電流并聯(lián)負(fù)反饋放大電路圖4.9是一種較常見(jiàn)的電流并聯(lián)負(fù)反饋電路。

1.判別反饋極性用瞬時(shí)極性法標(biāo)出各處的信號(hào)極性或后，可以看出圖4.9電路是負(fù)反饋，反饋信號(hào)與信號(hào)源電壓US反相，將部分抵消US對(duì)ib1的影響，圖中的RS為信號(hào)源內(nèi)阻。+-圖4.9電流并聯(lián)負(fù)反饋典型應(yīng)用放大電路

2.判別反饋類(lèi)型從輸入端看，有ib1=ii-if，是并聯(lián)反饋。反饋信號(hào)取自V2發(fā)射極電阻Re上的壓降，而Re兩端的電壓又正比于輸出電流（ie2與輸出電流成正比），因此是電流反饋。當(dāng)然，也可用輸出端uo短路后uf（反饋電壓）不為零來(lái)判斷。由此可見(jiàn)，圖4.9是一種電流并聯(lián)負(fù)反饋放大器。該電路的電壓放大倍數(shù)穩(wěn)定，比未引進(jìn)負(fù)反饋時(shí)的輸入電阻要小，輸出電阻要大。圖4.10（a）是另一種類(lèi)型的電流并聯(lián)負(fù)反饋放大電路，其交流等效電路如圖4.10(b)所示。圖4.10另一種電流并聯(lián)負(fù)反饋放大電路及其等效電路(a)電路圖；(b)交流等效電路

其反饋類(lèi)型的分析方法如下：判別反饋極性：逐級(jí)遞推，從信號(hào)流程可看出，V1采用共集電極（同相）方式，第二級(jí)V2采用共基極（同相）方式，第三級(jí)V3采用共發(fā)射極（反相）方式。因此加到第一級(jí)V1基極的反饋信號(hào)極性為，故為負(fù)反饋。判別反饋類(lèi)型：將輸入信號(hào)對(duì)地短路，反饋電壓不存在；將負(fù)載電阻短路，反饋信號(hào)依然存在，因此圖4.10（a）是電流并聯(lián)負(fù)反饋。4.2.2電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路圖4.11是一種常用的電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路。

1.判別反饋極性用瞬時(shí)極性法假定V1基極電壓極性為，故集電極為，經(jīng)反饋電阻Rf后加至V1基極的反饋信號(hào)極性為，該信號(hào)將抵消一部分輸入信號(hào)，故屬負(fù)反饋。+--圖4.11電壓并聯(lián)負(fù)反饋典型應(yīng)用放大電路

2.判別反饋類(lèi)型當(dāng)US為的瞬間，Uo為，所以此時(shí)If方向由基極b指向集電極c，則+-Ib=Ii-If顯然是并聯(lián)反饋，而當(dāng)輸出端Uo短路后，Uf為零，是電壓反饋。由此可見(jiàn)，圖4.11是一種電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大器。

3.反饋控制過(guò)程當(dāng)某種原因使輸出電壓Uo增加時(shí)，將引起反饋電流If增加。由于凈輸入電流Ii′=IB=Ii-If，當(dāng)Ii一定時(shí)，If增加引起凈輸入電流Ii′(=Ib)減小，從而使輸出電壓Uo減小而穩(wěn)定。上述自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程可以表示為由此可見(jiàn)，在電壓并聯(lián)負(fù)反饋中，自動(dòng)調(diào)節(jié)的三要素是：輸出電壓Uo，反饋電流If，凈輸入電流Ii′。由于圖4.11電路的反饋信號(hào)取自輸出電壓，因而穩(wěn)定了電壓，放大器輸出電阻減小，這是電壓負(fù)反饋的共性。另外，如果V1的b、e極之間輸入電壓不變，由于增加了一個(gè)反饋電流If，即Ii=Ib+If，相當(dāng)于輸入端多了一個(gè)并聯(lián)支路，所以放大器的輸入電阻比未引入負(fù)反饋前也減小了。對(duì)于高頻放大電路來(lái)說(shuō)，減小輸入電阻可以削弱晶體管的極間分布電容和放大器頻率特性所造成的不利影響，同時(shí)也提高了放大器的穩(wěn)定性。4.2.3電流串聯(lián)負(fù)反饋放大電路常見(jiàn)的電流串聯(lián)負(fù)反饋放大器如圖4.12（a）所示，其交流通路如圖4.12(b)所示。圖4.12電流串聯(lián)負(fù)反饋放大器典型應(yīng)用電路(a)電路圖；(b)交流通路

1.判別反饋極性從圖4.12(a)可看出，輸入端反饋電壓與輸入電壓是串聯(lián)的，用瞬時(shí)極性法判別，反饋信號(hào)削弱輸入信號(hào)，故其是一種串聯(lián)負(fù)反饋電路。

2.判別反饋類(lèi)型該電路的反饋電壓取自V1管的射極電位Ue，其中直流反饋電壓Ue正比于Ie，起穩(wěn)定直流靜態(tài)工作點(diǎn)的作用，所以直流反饋電阻應(yīng)是Rf與Re的串聯(lián)。由于Re接有旁路電容Ce，故對(duì)交流無(wú)反饋?zhàn)饔茫涣鞣答侂娮鑳H為Rf（如圖4.12（b）所示的交流通路），而Rf上的壓降Uf正比于電流Ie，即正比于輸出電流信號(hào)Io，由此可判斷出電路為電流反饋。當(dāng)然，也可通過(guò)輸出端Uo短路時(shí)Uf不會(huì)消失來(lái)判斷為電流反饋。

3.反饋控制過(guò)程當(dāng)某種原因使輸出電流Io（Io為流過(guò)RL′的電流，該電路中即為Ic（集電極電流），RL′=Rc∥RL）增加，則反饋電壓

f≈Io·Rf增加，由于凈輸入電壓為當(dāng)Ui一定時(shí)，Uf增加，凈輸入電壓Ui′便減小，從而使輸出電流Io減小，使Io穩(wěn)定。式中，Ube為V1管基極與射極間的電壓。上述自動(dòng)調(diào)節(jié)的過(guò)程可表示為4.2.4電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路常用的單級(jí)電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大器電路如圖4.13（a）所示，其交流通路如圖4.13（b）所示。圖4.13電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大器典型應(yīng)用電路（a）電路圖；（b）交流通路

1.判別反饋類(lèi)型圖4.13（a）的反饋信號(hào)Uf取自V1的發(fā)射極電位。若將輸出端短路，則反饋信號(hào)消失，故是一種電壓反饋。

2.判別反饋極性用瞬時(shí)極性法判別，可得Ub（V1基極信號(hào)電壓）和Ue（即Uf）極性相同，反饋信號(hào)削弱輸入信號(hào)，所以這是負(fù)反饋，在輸入端有Ui=Ube+Uf故是一種串聯(lián)反饋。綜合上述判別結(jié)果，圖4.13（a）是一種電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路。

3.判別電路組態(tài)從圖4.13可看出，電路的輸入電壓加在基極與集電極之間，輸出電壓從發(fā)射極和集電極輸出。所以集電極是輸入、輸出交流電壓的公共端，是共集電極電路。又由于輸出電壓從發(fā)射極輸出，所以又叫射極輸出器。

4.反饋控制過(guò)程當(dāng)某種原因引起輸入電壓Uo增加時(shí)，將產(chǎn)生下述自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)果使輸出電壓Uo穩(wěn)定。從上述自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程可看出，在電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大器中，自動(dòng)調(diào)節(jié)的三要素是：輸出電壓Uo，反饋電壓Uf，凈輸入電壓4.2.5判斷反饋類(lèi)型和性質(zhì)舉例

例4.1判斷圖4.14電路中所有的交流反饋，指出反饋網(wǎng)絡(luò)、反饋類(lèi)型和反饋性質(zhì)。

解將輸出端短路，看反饋信號(hào)與輸出電壓Uo和電流Io中哪一個(gè)成正比，來(lái)判斷是電壓反饋還是電流反饋。將輸入端短路，使輸入信號(hào)為零，看反饋信號(hào)是否能加到放大器凈輸入端，來(lái)判斷是串聯(lián)反饋還是并聯(lián)反饋。再利用瞬時(shí)極性法判斷電路的反饋性質(zhì)。圖4.14多級(jí)反饋放大電路

1.判斷反饋性質(zhì)的規(guī)律判斷反饋放大電路反饋性質(zhì)（即正反饋和負(fù)反饋）的規(guī)律主要有兩條：（1）晶體管單級(jí)放大電路輸入與輸出之間的相位關(guān)系為：

·共發(fā)射極放大電路：Uo（輸出信號(hào)）與Ui（輸入信號(hào)）反相。

·共集電極放大電路：Uo與Ui同相。

·共基極放大電路：Uo與Ui同相。（2）反饋放大電路輸入端三個(gè)信號(hào)的相位關(guān)系為：

·當(dāng)Ui′（凈輸入信號(hào)）=Ui+Uf（反饋信號(hào)）時(shí)，為正反饋。

·當(dāng)Ui′=Ui-Uf時(shí)，為負(fù)反饋。

2.瞬時(shí)極性法在假定輸入信號(hào)Ui瞬時(shí)極性的前提下，利用晶體管單級(jí)放大電路輸入與輸出之間相位關(guān)系的上述規(guī)律，判斷出同一瞬間反饋信號(hào)Uf極性的方法，稱(chēng)為瞬時(shí)極性法。運(yùn)用瞬時(shí)極性法判斷單級(jí)或多級(jí)反饋放大電路的性質(zhì)時(shí)，可按如下步驟進(jìn)行：

·先判斷單級(jí)或多級(jí)電路中各單級(jí)放大器各為共什么極的電路。

·找出連接單級(jí)或多級(jí)放大電路輸入與輸出、起反饋?zhàn)饔玫姆答伨W(wǎng)絡(luò)或反饋元件。

·利用瞬時(shí)極性法判別反饋信號(hào)的極性。

·寫(xiě)出凈輸入信號(hào)、原輸入信號(hào)與反饋信號(hào)的關(guān)系，從而確定反饋的性質(zhì)。根據(jù)以上基本原則和方法，對(duì)圖4.14電路進(jìn)行判斷如下：第一級(jí)為共發(fā)射極電路，由反饋網(wǎng)絡(luò)R3引入了局部的串聯(lián)電流負(fù)反饋。第二級(jí)為共集電極電路，由反饋網(wǎng)絡(luò)R4引入了局部的串聯(lián)電壓負(fù)反饋。第三級(jí)為共發(fā)射極電路，由反饋網(wǎng)絡(luò)R7引入局部的串聯(lián)電流負(fù)反饋。第一級(jí)和第三級(jí)之間還有兩路大環(huán)路反饋或稱(chēng)越級(jí)反饋。分述如下：一路由反饋網(wǎng)絡(luò)R5、R3構(gòu)成。反饋信號(hào)Uf為輸出電壓Uo在R3上的分壓，并與信號(hào)源輸出電壓Uo相串，故屬于串聯(lián)電壓反饋（用短路法同樣也可得到證實(shí)）。令Ui的瞬時(shí)極性對(duì)V1基極為，則V1的集電極c、V2的基極b、發(fā)射極e、V3基極b均為，而V3集電極為，地為，使得R3上的反饋電壓Uf為上（V1的e極）下（地）。因此，輸入回路中三個(gè)電壓之間的關(guān)系為+--++-表明是負(fù)反饋。所以，這一路為串聯(lián)電壓負(fù)反饋。另一路越級(jí)反饋反饋網(wǎng)絡(luò)由R7和R8構(gòu)成。若Ui的瞬時(shí)極性對(duì)V1基極b仍為，可判定V3發(fā)射極為。顯然圖4.14電路中所示If的方向是正確的，滿(mǎn)足了+-的關(guān)系（或看這時(shí)R7上的電壓UR7極性為上下，使V1基極電壓極性為），故為負(fù)反饋;令Uo=0時(shí)，If依然存在，說(shuō)明輸入為并聯(lián)關(guān)系。因此，這一路為并聯(lián)電流負(fù)反饋。圖4.14電路的信號(hào)處理過(guò)程如下（圖中的RS為信號(hào)源內(nèi)阻）：

Ui信號(hào)經(jīng)電容C1耦合加至V1管基極，經(jīng)放大后從集電極輸出加至V2基極，從發(fā)射極輸出加至V3基極，放大后從集電極輸出，經(jīng)C2電容耦合，去后級(jí)電路。-+-例4.2圖4.15各電路是集成運(yùn)放組成的放大器，判斷其反饋類(lèi)型及性質(zhì)。圖4.15由集成運(yùn)放組成的反饋放大器

解在分立元件電路中，Ui的一端直接接到基本放大器的一個(gè)輸入端上。區(qū)別串、并聯(lián)反饋時(shí)，只要把基本放大器接Ui的輸入端對(duì)地假想短路，也就是把Ui短路即可。在集成運(yùn)放組成的反饋放大器中，基本放大器是集成運(yùn)放。但Ui是通過(guò)集成運(yùn)放的偏置電阻以后才加到集成運(yùn)放的輸入端，所以，這里把基本放大器輸入端對(duì)地短路就不是把Ui對(duì)地短路，而是Ui經(jīng)偏置電阻加在集成運(yùn)放的哪個(gè)輸入端，就把哪個(gè)輸入端對(duì)地短路?，F(xiàn)以圖4.15（d）電路為例判斷電路的反饋類(lèi)型和性質(zhì)。圖中，將負(fù)載RL假想短路，輸出電流Io仍然流動(dòng)，經(jīng)R3、R4對(duì)放大器輸入端產(chǎn)生作用，故是電流反饋；集成運(yùn)放反相輸入端假想接地，R3的上端接地，反饋消失，故是并聯(lián)反饋。若集成運(yùn)放反相輸入端電壓U

i′上升,則有以下反饋過(guò)程故電路是負(fù)反饋。圖4.15（a）、（b）、(c)所示三個(gè)電路依次是電壓串聯(lián)正反饋、電壓并聯(lián)負(fù)反饋和電流串聯(lián)正反饋。請(qǐng)用上述方法自己判斷。

4.3.1提高了放大倍數(shù)的穩(wěn)定性引入負(fù)反饋以后，放大器的放大倍數(shù)由A變?yōu)锳f=A/(1+Af)。將Af對(duì)A求導(dǎo)，得到4.3負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響上式說(shuō)明，引入負(fù)反饋以后，由于某種原因造成放大器放大倍數(shù)變化時(shí)，負(fù)反饋放大器的放大倍數(shù)變化量只有基本放大器放大倍數(shù)變化量的1/(1+AF)2，放大器放大倍數(shù)的穩(wěn)定性大大提高。

4.3.2展寬頻帶

在放大器的低頻端，由于耦合電容阻抗增大等原因，使放大器放大倍數(shù)下降；在高頻端，由于分布電容、三極管極間電容的容抗減小等原因，使放大器放大倍數(shù)下降。引入負(fù)反饋以后，當(dāng)高、低頻端的放大倍數(shù)下降時(shí)，反饋信號(hào)跟著減小，對(duì)輸入信號(hào)的削弱作用減弱，使放大倍數(shù)的下降變得緩慢，因而通頻帶展寬，如圖4.8所示。圖中A和Af分別表示負(fù)反饋引入前后的放大倍數(shù)，Af和fH分別表示負(fù)反饋引入前的下限頻率和上限頻率，fLF和fHF分別表示引入負(fù)反饋后的下限頻率和上限頻率。圖4.16負(fù)反饋展寬頻帶

根據(jù)分析，引入負(fù)反饋后，放大器下限頻率由無(wú)負(fù)反饋時(shí)的fL下降為fL/（1+AF），而上限頻率由沒(méi)有負(fù)反饋時(shí)的fH上升到（