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1、第4章 放大电路中的负反馈电子技术基础第4章 放大电路中的负反馈 负反馈可以改善放大电路多方面的性能，在实用放大电路中，几乎都采用负反馈。本章首先介绍反馈的基本概念、反馈的类型及判断方法、反馈放大电路的一般表达式，然后介绍负反馈的4种组态对及负反馈对放大电路性能的影响。第4章 放大电路中的负反馈4.1 反馈的基本概念与分类4.1.1 反馈的基本概念1什么叫反馈所谓反馈就是将放大电路输出回路的电量（电压或电流）部分或全部通过反馈网络送到放大电路输入回路的过程。带反馈的放大电路组成框图如图4-1所示，可见，它是一个闭合环路。其信号流程为：原输入信号Xi 与反馈信号Xf（图中用 表示比较环节）后得到
2、净输入信号Xi，Xi通过基本放大电路放大后得输出信号X。，而X。通过反馈网络得到反馈信号Xf。图中X 表示电压，也可表示电流。第4章 放大电路中的负反馈2为什么要引入反馈我们知道，放大电路的基本任务是放大变化量。也就是说，要求它的输出变化量唯一取决于输入变化量。如果输入变化量一定，则输出变化量也应该一定，这就是说放大电路的工作是稳定的。但事实上，放大电路的稳定性难免会受到许多内外因素的影响，比如，温度变化、负载变化、电源电压波动、元器件老化等。如果考虑这些因素的影响，当输入变化量一定时，在输出回路中必然会引起不应有的附加变化量，这时就说放大电路的工作是不稳定的。若附加变化量太大，还会使放大电路
3、不能正常工作。那么，怎样才能保证放大电路能够稳定地工作呢？可以设想，如果将输出量通过某种方式送回到放大电路的输入回路，用输出量去正确地修改输入量，就可以保持输出量的稳定。这就是要引入反馈的原因。在前面讨论的某些电路中，实际上已经采用了反馈来改善放大电路的性能。下面用反馈的概念进行说明。第4章 放大电路中的负反馈【例4-1】共集电极放大电路如图4-2所示，当输入Ui 电压定时，若某原因引起输出电压U0 减小，试利用反馈概念来分析稳定输出U0 电压的过程。第4章 放大电路中的负反馈分析：图中，Ui 认为原输入量，U0为输出量，Re 既在输入回路中，又在输出回路中，所以Re 为反馈网络，它将输出量U
4、0反馈到输入回路与原输入量Ui进行比较，得到净输入量Ube。这里反馈量Uf = Ue = Uo ，净输入量Ui= Ube = Ui - Uf = Uf - U0 。所以，反馈过程如下：可见，虽然某原因引起U0 减小，但通过反馈过程后使U。增大，若增大的量和减小的量近似相等，则保持了U0 基本稳定。事实上，也正是由于有了反馈，才使该电路的输出电阻很小，具有近似恒压源特性。第4章 放大电路中的负反馈【例4-2】工作点稳定的共发射极放大电路如图4-3所示，当交流输入电压Ui等于零，且其他条件都不变，只有温度升高引起ICQ 增大时，试分析稳定静态工作点的反馈过程。 第4章 放大电路中的负反馈分析：由于
5、交流输入电压Ui 等于零，因此，直流电压UB就是原输入量，它是U CC 在Rb2 上的分压，由第二章已知，UB 近似等于常数。而Re 既在输入回路，又在输出回路，所以R e为反馈网络，它对静态电流IEQ ICQ进行取样，得到反馈电压UE ICQRe ，UE与 UB进行比较得到净输入量UBEQ =UB-UE，所以，反馈过程如下：可见，Re愈大，则同样的ICQ 引起的UE 愈大，也就是说，反馈愈强，稳定工作点的效果就愈好。在上两例中，有一个共同特点，就是净输入量Xi等于原输入量Xi减去反馈量Xf，即Xi=Xi - Xf或者说Xi Xi。这是提高放大电路工作稳定性的重要判据，也就是后面将要讲到的负反
6、馈，只有负反馈才能提高放大电路工作的稳定性，否则，只能更加恶化其稳定性。第4章 放大电路中的负反馈4.1.2 反馈的分类及其判断反馈的类型有多种，根据反馈量的成分区分，有直流反馈和交流反馈；根据反馈极性区分，有正反馈和负反馈；根据反馈网络与基本放大电路在输出回路的连接方式区分，有电压反馈和电流反馈；根据反馈网络与基本放大电路在输入回路的连接方式区分，有串联反馈和并联反馈。对于已给定的放大电路，在判断反馈类型之前，应当先判断电路中有无反馈，在有反馈的前提下，再去判断反馈类型。第4章 放大电路中的负反馈1有无反馈的判断判断有无反馈，关键是看电路中有无反馈网络，如果存在能够将输出回路的电量送到输入回
7、路的网络，就有反馈，如图4-2和图4-3中的Re就是反馈网络，反馈网络通常由电阻、电容等元件组成。第4章 放大电路中的负反馈2反馈的分类及其判断（1）直流反馈和交流反馈有了反馈网络，不一定在静态和动态情况下都有反馈。这时应该进一步分清是直流反馈还是交流反馈。通常情况下，利用电容的“隔直（流）通交（流）”特性来判断放大电路是直流反馈还是交流反馈。如果反馈通路中的电容一端接地，则该电路为直流反馈放大电路；如果电容串连在反馈通路中，则该电路为交流反馈放大电路；如果反馈通路中只有电阻或只有导线，则该电路为交直流反馈放大电路。第4章 放大电路中的负反馈若反馈信号中只有直流成分，则称为直流反馈，直流反馈影
8、响放大电路的直流性能，它是用来稳定放大电路静态工作点的。若反馈信号中只有交流成分，则称为交流反馈，交流反馈影响放大电路的交流性能，它是用来改善放大电路动态性能的，如增益、输入电阻、输出电阻及带宽等。当然，若反馈信号中同时有直流和交流成分，则简称为交直流反馈。如图4-3所示电路中，由于Re上并联了旁路电容Ce，它对交流量可视为短路，即Re无交流电压反馈到输入回路，所以该电路无交流反馈。但由于Ce对直流量可视为开路，即Re上有直流电压反馈到输入回路，所以具有直流反馈，它是用来稳定静态工作点的。而图4-2电路中，Re上既有直流量，又有交流量，所以它有交直流反馈。第4章 放大电路中的负反馈（2）正反馈
9、和负反馈在反馈放大电路中，反馈信号送回到输入回路与原输入信号共同作用后，对净输入信号的影响有两种结果：一种是使净输入信号的变化得到增强，这种反馈称为正反馈；另一种是使净输入信号的变化得以削弱，这种反馈称为负反馈。当反馈信号接入输入节点时，若反馈信号与原输入信号的瞬时极性相同，则为正反馈，若反馈信号与原输入信号的瞬时极性相反，则为负反馈。当反馈信号接入非输入节点时，若反馈信号与原输入信号的瞬时极性相同，则为负反馈，若反馈信号与原输入信号的瞬时极性相反，则为正反馈。要使反馈能起到预期的作用（即输入量一定时，能使输出量稳定，不受其他因素的影响），那么，反馈量与原输入量在输入回路进行比较时，必须具有正
10、确的相位或极性关系。第4章 放大电路中的负反馈例如，先假设原输入量Xi 的瞬时极性为“+”；然后沿着基本放大电路对信号的正向传送路径，判断出输出量X。的瞬时极性；再沿着反馈网络对信号的反向传送路径，判断出反馈量Xf瞬时极性；最后，根据Xf 和Xi的瞬时极性进行比较，如果Xf的作用使Xi Xi ，就是负反馈，否则是正反馈。前面已经提到，只有负反馈才能提高放大电路工作的稳定性。因此，在放大电路中，通常引入负反馈。正反馈只能恶化放大电路工作的稳定性。因此，在放大电路中通常不采用正反馈。但是，在振荡电路中却要利用正反馈使电路产生自激振荡。第4章 放大电路中的负反馈【例4-3】电路如图4-4所示，试说明
11、反馈网络，判断是直流反馈还是交流反馈，是正反馈还是负反馈。第4章 放大电路中的负反馈判断：该电路有两条反馈支路，第一条反馈支路由R7、R8和R10组成。它将T3发射极的直流电流和交流电流经R10/（R8+R7）取样后，在R 7上得到交直流反馈电压U f，因此它是交直流反馈。假设VT1基极电位的瞬时极性为“+”，则经VT1反相放大后得T1集电极电位的瞬时极性为“-”，再经VT2 反相放大后得VT2 集电极电位的瞬时极性为“+”，由于三极管发射极电位与基极电位同相，所以VT3发射极电位的瞬时极性为再经R 8、R 7分压后，在R 7上得到的反馈电压Uf的瞬时极性为上正下负。可见，Ube=Ui-Uf，
12、Uf“削弱”了原输入电压Ui的作用（使UbeUi），因此，它是负反馈。也就是说，该反馈支路为直交流负反馈。第二条反馈支路由R5、C2和R6组成，由于C2的隔直流作用，因此该支路只有交流反馈。假设VT3基极电位的瞬时极性为“+”，则VT1、VT2 、VT3经三级反相放大后得T3集电极电位的瞬时极性为“-”，结果使反馈电流If的瞬时方向如图所示。可见，Ib=Ii-If，If“削弱”了原输入电流Ii的作用（使IbBW。其原因是，在输入信号一定的条件下，由于中频段开环放大倍数Am大，输出信号大，反馈信号也大，对原输入信号抵消就大，使净输入信号减小得多，输出信号也减小得多，闭环放大倍数也减小得多；对于高
13、、低频段，由于开环放大倍数A较小，输出信号较小，反馈信号也小，对原输入信号抵消就小，使净输入信号减小得少，输出信号也减小得少，闭环放大倍数也减小得少。因此，引入负反馈后，虽然整个频率特性曲线下降了，但中频段下降较多，高、低频段下降较少，结果展宽了通频带。第4章 放大电路中的负反馈可以证明，引入负反馈后，放大电路的上限频率为下限频率为对于直接耦合放大电路，由于fL=0，即BW=fH-fL=fH，所以这表明，加反馈后，直接耦合放大电路的通频带展宽了（1+AmF）倍。第4章 放大电路中的负反馈4.2.4 对输入和输出电阻的影响根据基本放大电路与反馈网络的接法不同，负反馈对输入和输出电阻的影响有也不相
14、同。1对输入电阻的影响负反馈对输入电阻的影响与输出回路的接法无关，只取决于输入回路是串联负反馈还是并联负反馈。第4章 放大电路中的负反馈（1）串联负反馈使输入电阻增大放大电路在输入回路是串联负反馈的连接方式如图4-13所示。可见，由于在输入回路中增加了一反馈网络的等效电阻与基本放大电路的输入电阻相串联，所以输入电阻增大。反馈越深，输入电阻增大越多。第4章 放大电路中的负反馈（2）并联负反馈使输入电阻减小放大电路在输入回路是并联负反馈的连接方式如图4-14所示。可见，由于在输入回路中增加了反馈网络的等效电阻与基本放大电路的输入电阻相并联，所以输入电阻减小。反馈越深，输入电阻减小越多。第4章 放大
15、电路中的负反馈2对输出电阻的影响负反馈对输出电阻的影响与输入回路的接法无关，只取决于输出回路是电压负反馈还是电流负反馈。电压负反馈，由于稳定的是输出电压，负反馈放大电路趋于恒压特性，所以闭环输出电阻减小：反馈越深，输出电阻减小越多。电流负反馈，由于稳定的是输出电流，负反馈放大电路趋于恒流特性，所以闭环输出电阻增大。反馈越深，输出电阻增大越多。负反馈对放大器输入、输出电阻的影响及效果如表4-1所示第4章 放大电路中的负反馈第4章 放大电路中的负反馈【例4-5】电路如图4-15所示。（1）分别说明由Rf1、Rf2引入的两路反馈的类型及各自的主要作用；（2）指出这两路反馈在影响该放大电路性能方面可能
16、出现的矛盾是什么？（3）为了消除上述可能出现的矛盾，有人提出将Rf2断开，此办法是否可行？为什么？你认为怎样才能消除这个矛盾？第4章 放大电路中的负反馈本题用来熟悉：负反馈对放大器性能的影响。（1）Rf1在第一、第三级之间引入了交、直流电流串联负反馈。直流负反馈可稳定静态工作点；电流串联负反馈可提高输入电阻，稳定输出电流。Rf2在第一、第四级之间引入了交、直流电压并联负反馈。直流负反馈可稳定各级静态工作点，并为输入级T1提供直流偏置；电压并联负反馈可稳定输出电压，同时也降低了整个电路的输入电阻。（2）在所引入的两路反馈中，Rf1提高输入电阻，Rf2降低输入电阻。（3）若将Rf2断开，输入级T1
17、将无直流偏置。因此，应保留Rf2反馈支路的直流负反馈，但应消除其交流负反馈的影响，具体作法是：在RE4两端并联一大电容。第4章 放大电路中的负反馈【例4-6】：在图4-16所示电路中，分别按下列要求接成所需的两级放大器。（1）具有稳定的源电压增益。（2）具有低输入电阻和稳定的输出电流。（3）具有高输出电阻和输入电阻。（4）具有稳定的输出电压和低输入电阻。 第4章 放大电路中的负反馈本题用来熟悉：根据实际要求在基本放大器中正确引入负反馈的方法。分析本题时，特别注意2是差分放大器的反相输入端，3是其同相输入端。（1）要求源电压增益稳定，应引入电压负反馈，题目对输入端的反馈类型没有要求，可如下连接：
18、25，7Rf 4。构成电压串联负反馈。（2）要求输入电阻低，应引入并联负反馈；要求输出电流稳定，应引入电流负反馈。综合起来看，应引入电流并联负反馈，因此，电路应作如下连接：25，6Rf 1。（3）要求输出电阻高，应引入电流负反馈；要求输入电阻高，应引入串联负反馈。综合起来看，应引入电流串联负反馈，因此，电路应作如下连接：35，6Rf 4。（4）要求输出电压稳定，应引入电压负反馈；要求输入电阻低，应引入并联负反馈。综合起来看，应引入电压并联负反馈，因此，电路应作如下连接：35，7Rf 1。第4章 放大电路中的负反馈本章小结本章小结1反馈是将输出信号的一部分或全部以一定方式通过反馈网络反送到输入端，有正反馈和负反馈两种形式。判断时，先在放大电路的输出端和输入端之间找到反馈网络或元器件，然后由瞬时极性判断反馈的性质。放大电路中不允许存在正反馈。负反馈放大电路有四种不同类型。2由放大电路的输出端判别电压或电流反馈，电压负反馈放大电路适合高阻负载，电流负反馈放大电路适合低阻负载。3由放大电路输入端判别串联或并联反馈，串联反馈适用于低内阻的电压信号源，并联反馈适用于高内阻的电流信号源。负反馈是以牺牲放大倍数为代价来改善和调节放大电路性能指标的。闭环放大倍数下降换得了放大倍数稳定性的提高，非线性失真的改善，带宽展宽，输入和输出电阻改变等。第4章 放大电路中的负反馈