1、第六章 放大电路中的反馈 内容 6/1 反馈的基本概念及判断方法 6/2 负反馈放大电路的四种基本组态 6/3 负反馈放大电路的方块图及一般表达式 6/4 深度负反馈放大电路放大倍数的分析 6/5 负反馈对放大电路性能的影响 6/1 反馈的基本概念及判断方法 6/1/1 反馈的基本概念 一、什么是反馈 无反馈的放大电路在实际应用中不能满足人们的要求，为此 在电子电路中，非常广泛地应用反馈，构成了反馈放大电路。 电子电路输出量的一部分或全部通过一定的方式电子电路输出量的一部分或全部通过一定的方式 引回到输入回路，影响输入量，称为反馈。引回到输入回路，影响输入量，称为反馈。 怎样引回怎样引回 是从
2、输出是从输出 电压还是电压还是 输出电流输出电流 引出反馈引出反馈 影响输入电压影响输入电压 还是输入电流还是输入电流 多少多少怎样引出怎样引出 反馈放大电路：由基本放大电路与反馈网络 组成的闭合回路 净输入量输入量反馈量 正反馈-xi=|xi-xf|xi 使放大电路净输入量增大的反 馈。（输出量增大） 负反馈- xi=|xi-xf|xi 使放大电路净输入量减小的反 馈。（输出量减小） 二、正反馈与负反馈 负反馈可以多方面的改善放大电路的性能。 具有自动调节作用。若外界不稳定因素（温度变化、电源 电压变化、输出负载变化等）引起放大倍数a增大，导致输出 增大，负反馈的作用，则是输出的增大受到抑制
3、，稳定输出信 号。 还可以扩展放大电路的频带宽度、减少非线性失真、改变 输入及输出电阻。 正反馈往往使放大电路性能变坏，有时还会使放大电路产生自 激，无法工作。当有时也可以利用正反馈实现信号产生。 “ “找联系找联系”：找输出回路与输入回路的联系，若有：找输出回路与输入回路的联系，若有 则有反馈，否则无反馈。则有反馈，否则无反馈。 引入反馈引入反馈 了吗？了吗？ 将输出电压全将输出电压全 部反馈回去部反馈回去 无反馈无反馈 6/1/2 反馈的判断 1、有无反馈的判断 “找联系找联系”：是找输出回路与输入回路的联：是找输出回路与输入回路的联 系，不仅是输出端与输入端的联系！系，不仅是输出端与输入
4、端的联系！ 既在输入回路又既在输入回路又 在输出回路，因在输出回路，因 而引入了反馈。而引入了反馈。 直流反馈若电路将直流量反馈到输入回路，则称直流反馈。 电路中引入直流反馈的目的：一般是为了稳定静态工作点q。 交流反馈若电路将交流量反馈到输入回路，则称交流反馈。 交流反馈目的：为了获得合适的交流量放大。 2/ 直流反馈与交流反馈 交流直流 负反馈 直流 负反馈 2 2、直流反馈和交流反馈的判断、直流反馈和交流反馈的判断 仅有直流仅有直流 反馈反馈 仅有交流仅有交流 反馈反馈 “ “看通路看通路”，即看反馈是存在于直流通路还是交流通路。，即看反馈是存在于直流通路还是交流通路。 3 3、局部反馈
5、和级间反馈、局部反馈和级间反馈 只对多级放大电路中某一级起反馈作用的称为局部只对多级放大电路中某一级起反馈作用的称为局部 反馈，将多级放大电路的输出量引回到其输入级的输反馈，将多级放大电路的输出量引回到其输入级的输 入回路的为级间反馈。入回路的为级间反馈。 通过通过r3引入的是局部反馈引入的是局部反馈 通过通过r4引入的是级间反馈引入的是级间反馈 通常，重点研究级间反馈或称总体反馈。通常，重点研究级间反馈或称总体反馈。 f u fid uuu引入负反馈 用用“瞬时极性法瞬时极性法”判断反馈极性：判断反馈极性： 假设某一瞬时，在放大电路的输入端加入一个假设某一瞬时，在放大电路的输入端加入一个正极
6、性正极性的输入的输入 信号（信号（电压或电流电压或电流），按信号传输方向依次判断相关点的瞬时），按信号传输方向依次判断相关点的瞬时 极性，直至判断出极性，直至判断出反馈信号的瞬时极性反馈信号的瞬时极性。如果反馈信号的瞬时。如果反馈信号的瞬时 极性使极性使净输入减小净输入减小，则，则为负反馈为负反馈；反之；反之为正反馈为正反馈。 引入正反馈 + 判断时，不考虑输入量变化， 只考虑反馈量对输入量的影响 正、负反馈的判断正、负反馈的判断 二、反馈极性的判断 6/2/四种负反馈组态 交流负反馈稳定放大电路的输出量，任何因素引起的输出量 的变化均将得到抑制。包括输入量变化所引起的输出量的变 化也会同样受
7、到抑制，所以交流负反馈使电路的交流放大能 力下降。 从输出端来看，反馈量既可以来源于输出电压/又可来源于输 出电流。反馈量取自输出电压将使输出电压稳定。反馈量取 自输出电流将使输出电流稳定。 从输入端来看，反馈量可以以电压方式相叠加，反馈的结果 是减少净输入电压。也可以以电流方式相叠加，反馈的结果 是减少净输入电流。 不同的输入连接方式和输出取样方式互相组合，可以得到 负反馈放大电路的四种基本组态： 输入-串联和并联 输出-电压和电流 串联负反馈并联负反馈 ui=ud+ufii=id+if 电压串联负反馈电流串联负反馈 电压并联负反馈 电流并联负反馈 6/2/2 反馈组态的判断反馈组态的判断
8、对于输出端，输出端点与反馈端点接成对于输出端，输出端点与反馈端点接成同一点同一点(反馈端点电压反馈端点电压 =uo），为，为电压反馈电压反馈。不是同一点，为电流反馈。不是同一点，为电流反馈。 对于输入端，输入端点与反馈端点接成对于输入端，输入端点与反馈端点接成同一点（输入电流同一点（输入电流=反馈反馈 电流电流+净输入电流）净输入电流），为，为并联反馈并联反馈。不是同一点，为串联反馈。不是同一点，为串联反馈。 电压串联负反馈电压并联负反馈 电流串联负反馈 电流并联负反馈 电流并联负反馈 电压串联负反馈 反馈电路的选择 小结 输出特性决定取样。 电压负反馈稳定负载电压 电流负反馈稳定负载电流 输
9、入特性决定串并联 串联负反馈电路所加信号源必须是恒压源 （因为如果是恒流源，则净输入电压等于源电流与电路 输入电阻的乘积，而不受反馈电压的影响） 并联负反馈电路所加信号源必须是恒流源 （因为如果是恒压源，则净输入电流等于源电压除以电 路输入电阻，而不受反馈电压的影响） 6/3/1 负反馈放大电路的方框图表示法 o i x a x o f x x f i o f x x a i f x x fa 基本放大电路的放大增益/ 反馈系数 整个负反馈放大电路的放 大增益（闭环放大倍数）/ 环路放大倍数 6/3负反馈放大电路的方框图及一般表达式 ii xu ii xi 一、电压串联负反馈 i o uu u
10、 u a o f uu u u f i o uuf u u a 电压放大控制 oi uu 不同的反馈组态中/各放大增益的物理意义不同，量纲也不同。 电压负反馈中 6/3/2 四种组态电路的方框图 电流负反馈中 oo xi oo xu 串联负反馈中 并联负反馈中 二、电流串联负反馈 i o iu u i a o f ui i u f i o iuf u i a 电压转换成电流控制 oi iu 6/3/2 四种组态电路的方框图 三、电压并联负反馈 i o ui i u a o f iu u i f i o uif i u a 电流转换成电压控制 oi ui 四、电流并联负反馈 i o ii i i
11、 a o f ii i i f i o iif i i a 电流放大控制 oi ii af 在四种组态中均无量纲。 负反馈放大电路放大倍数的量纲 反馈组态反馈组态功能功能 电压串联电压串联电压控制电压电压控制电压 电压并联电压并联电流控制电压电流控制电压 电流串联电流串联电压控制电流电压控制电流 电流并联电流并联电流控制电流电流控制电流 a f f a io uu of uu io uu io iu of ui io iu io ii of ii io ii io ui of iu io ui ii i fi o i o f xfax xa xx x x x a fa a af 1 af a
12、af 1 6/3/3 负反馈放大电路的一般表达式 一般表达式 中频段，均为实数 af0，电路引入负反馈，整个电路的放大倍数af等于基本 放大电路放大倍数a的1/（1+af) 6/4 深度负反馈放大电路放大增益的分析 1 1 11 o f fi xa a axaf f af o f i oo if iff o x a x xx xx xxx f x ifi uuu 可忽略净输入量 ifi iii 可忽略净输入量 6/4/1 深度负反馈的实质 深度并联负反馈时： 深度串联负反馈时： 实用的放大电路中多引入深度负反馈，因此重点是分离出反 馈网络，求出反馈系数 。 f 不同组态可忽略的净输入量是不同的
13、。 深度负反馈的实质是 在分析中认为净输入 量为零。 深度负反馈的虚短路与虚开路 理想运放的性能指标： 开环差模增益aod= 差模输入电阻rid= 输出电阻ro=0 集成运放同向输入端和反向输入端的电位分别是up、un，电流分 别是ip、in。当集成运放工作在线性区， uo=aod(up-un)/ uo为有限值，而aod= /因此净输入电压up-un=0， up=un ， 称两个输入端“虚短路”。 深度负反馈的虚短路与虚开路 理想运放的输入电阻为无穷大，所以两个输入端的输入电流也均 为零，ip=in=0 即从集成运放输入端看进去相当于断路，称为“虚断路” 对于理想运放，由于aod=，即使两输入
14、端加微小电压，输入电 压都将超出线性范围。因此集成运放电路必须引入负反馈，使净 输入量趋于零，才能保证集成运放工作在线性区。 6/4/2 深度负反馈网络的分析 1、电压串联负反馈 21 1 rr r u u f o f uu 关键是寻找反馈网络，确定反馈网络中的元件。 *反馈量仅决定于输出量。因此反馈系数仅决定于反馈网络， 而与放大电路的输入、输出特性及负载电阻无关。 2 1 1 1 o uuf iuu ur a ufr 电路的输入为电压源（恒压源）。 放大增益与负载电阻无关。引入深度负反馈后，电路的输出可 近似为受控恒压源。可见，电压负反馈能够稳定输出电压。 输出电压与负 载无关。 利用“虚
15、断路” 2、电流串联负反馈电路 r i ri i u f o o o f ui 电路的放大增益 电压放大增益 11 o iuf iui i a ufr r r r fu ri u u a l l uif lo i o uf 1 电路的输入为电压源。 电路的输出可近似为受控电流源， 。输出电流与 负载电阻无关。可见，电流负反馈能够稳定输出电流。 1 oi iu r 输出电流与负载 无关。 输出电压与负 载有关。 3、电压并联负反馈电路 ru r u u i f o o o f iu 1 r fi u a iui o uif 1 ifsisfs iiui ri r 净输入电流很小（虚断） ssiu
16、sf o s o usf r r rfri u u u a 11 rs愈大，反馈 作用愈大 电路的输入为电流源。 电路的输出可近似为受控恒压源。 当信号源内阻为 时，电压增益为 s r 4、电流并联负反馈电路 21 2 rr r i i f o f ii )1 ( 1 2 1 r r fi i a iii o iif 当信号源内阻为 时，电压增益为 s r s l s l iuss lo s o usf r r r r r r fri ri u u a)1 ( 1 2 1 虚短0 np uu 虚断 if ii 122fr irri 2fro iii 2 12 io r ii rr 电路的输入为
17、电流源。电路的输出可近似为受控恒流源。 求解深度负反馈放大电路放大增益的一般步骤： （1）正确判断反馈组态； （2）求解反馈系数 ； （3）利用 求解 、 （或 ）。f f a uf a usf a 小结 输出特性决定取样。 输入特性决定串并联 串联负反馈适用于输入信号为电压源 并联负反馈适用于输入信号为电流源 （1）电压负反馈能够稳定输出电压； （2）电流负反馈能够稳定输出电流。 反馈电路的选择 f uf a 【6/4/1】所示电路中，已知r110k， r2100k ， r32k， rl5k，求解在深度负反馈条件下的 解： 首先判断反馈类型：电流串联负反馈 1 321 3 11 ri rrr
18、 r riu orf 反馈电压： 12 23 rr rro ii iii 由“虚断”可知， 而得到： 3 1 123 ro r ii rrr uf a 13 123 f ui o u r r f irrr 【6/4/1】所示电路中，已知r110k， r2100k ， r32k， rl5k，求解在深度负反馈条件下的 123 13 1 30 oo ufll ifui uurrr arr uufr r 反馈系数： 电压放大增益： uf a 【6/4/2】已知r210k， r4100k，求解深 度负反馈条件下的电压放大增益 解：解：电压串联负反馈 反馈系数： 电压增益： 111 1 2 4 r r f
19、u u a uui o uf 11 1 42 2 rr r u u f o f uu f a uf a 1 2 f e uu oef u r f urr 1 1 1 f o fuf iuue r u aa ufr 【6/4/3】（1）判断电路中引入了那种组态的交流负反馈； （2）求出在深度负反馈条件下的 和 【解】： （1）电压串联负反馈 （2）反馈系数： 电压增益： 均为正号。和 同相，与 uff io aa uu 【6/4/4】（1）判断电路中引入了哪种组态的交流负反馈； （2）求出在深度负反馈条件下的 和 【解】：（1）电流并联负反馈 （2）反馈电流 反馈系数 放大增益 o fe e f
20、 i rr r i 2 2 fe e o f ii rr r i i f 2 2 2 1 1 e f iif o i o iif r r fi i i i a f a usf a f a 源电压放大增益 s le e f s l iis o usf r rr r r r r fu u a / 1 1 2 2 【6/4/4】（1）判断电路中引入了哪种组态的交流负反馈； （2）求出在深度负反馈条件下的 和 f a usf a 提高增益的稳定性提高增益的稳定性 减少非线性失真减少非线性失真 扩展频带扩展频带 改变输入电阻和输出电阻改变输入电阻和输出电阻 在放大器中在放大器中 引入负反馈引入负反馈 降
21、低了放大倍数降低了放大倍数 使放大器的性能得以改善：使放大器的性能得以改善： 6/5 负反馈对放大电路性能的影响负反馈对放大电路性能的影响 6/5/1 稳定放大倍数 1 f a a af f aaf 中频段 、和 均为实数， 对上式求微分 2 2 11 1 af da af afdadaaf daf 1 1 f f da d aaaf a 例如，当a变化10时， 若（1af）100，则 af仅变化0/1 即闭环增益相对变化量比开环减小了1+af倍 fa a af 1 闭环时： 6/5/1 稳定放大倍数 注意：放大增益的稳定性是以损失放大倍数为代价的。在 深度负反馈条件下 即闭环增益只取决于反馈
22、网络。当反馈网络由稳定的 线性元件组成时，闭环增益将有很高的稳定性。 1 f a f i i i i u r (1) if iii ifi iii uu uuafu rr ii af i 6/5/2 改变输入电阻和输出电阻 一、对输入电阻的影响 该影响取决于基本放大电路与反馈网络 在电路输入端的连接方式 1/ 串联负反馈增大输入电阻 无反馈时输入电阻： 有反馈时输入电阻： i i i i u r 1 iiii if iifii uuur r iiiaafifi 2/ 并联负反馈减小输入电阻 无反馈时输入电阻： 有反馈时输入电阻： 二、对输出电阻的影响 负反馈对输出电阻的影响取决于反馈网络与输
23、出端的连接方式，即电压反馈和电流反馈。 o i u x 外加交流电压 断开负载电阻 令 输出电阻的计算 / 0 o o o oo o r uaf r afuu i )1 ()( 1 oo of o u r a r if 10 of afr 二、对输出电阻的影响 电压负反馈输出电路的恒压源特性： uo作用于反馈网络，得到反馈量 xf=fuo/-xf又作为净输入量作用于 基本放大电路，产生输出电压- afuo 1/ 电压负反馈减小输出电阻 af ru afi r u i oo o o o o 1 )( (1) o ofo o u rr i af 1/ of o afr i 受控电流源 。 2/ 电
24、流负反馈增大输出电阻 电流负反馈放大电路的输出电阻 恒流源特性 io作用于反馈网络，得到反馈量 xf=fio/-xf又作为净输入量作用于 基本放大电路，产生输出电压- afio 交流负反馈对输入电阻输出电阻的影响 if r if r of r 反馈组态电压串联电流串联电压并联电流并联 （或 ） 增大（ ）增大（ ）减小（0 ）减小（ 0 ） （或 ） 减小（ 0 ）增大（ ）减小（0 ）增大（ ） of r af1 h m h f f j a a 1 hf mf hm mm hh h hf f f j a ffafj faa fa a a 1 )1 (1 )1 ( 1 (1) mhfh ffa f 6/5/3 展宽频带 为讨论方便，设反馈网络为纯电阻网络，且在低频段和高频段各有一个拐 点。中频放大倍数为am/上限截止频率为fh，下限截止频率为fl 引入反馈后 高频段，由第五章可知： 1 l f m l a f f f jf f a fajf f fa a a lf mf m l m m lf 1 )1 ( 1 1 同理可得：负反馈放大电路的下限频率 放大电路加入负反馈后，增益下降，但通频带却加放大电路加入负反馈后，增益下降，但通频
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