第6章 负反馈放大电路

第六章负反馈放大器第一节负反馈的基本概念第二节负反馈放大器的分类及判断方法第三节负反馈对放大电路性能的影响第四节负反馈放大器的分析法一反馈的定义第一节反馈的概念二单环反馈放大器的理想模型三基本反馈方程式（一）反馈的定义：反馈——是将输出信号的一部分或全部通过一定的电路馈送回到放大电路的输入端，并对输入信号产生影响。开环——放大电路无反馈也称开环。闭环——放大电路有反馈也称闭环。第一节反馈的基本概念一反馈的基本概念：UiReRcUfUdiUo如图所示反馈电路可分为两部分：简化的反馈电路1.基本放大器A：可由单级或多级放大器组成。2.反馈网络B：一般由无源网络组成。上述反馈放大器的一般形式可由方框图来概括（二）反馈放大器的构成：图反馈电路的方框图反馈环——由基本放大器A和反馈网络B构成的闭合环路。所示图为一单环反馈放大器的方框图：XO基本放大器A反馈网络B-XfXdiXiB——反馈网络；——比较器（相加点）Xi——是输入信号；Xf——是反馈信号；Xdi(=Xi－Xf)—为净输入信号；X——广义信号量(电流或电压)；——带传输方向的支路；A——基本放大器；反馈环XO基本放大器A反馈网络B-XfXdiXi正向传输反向传输理想模型的假定：（1）.正向传输:信号只经过基本放大器，而不经过反馈网络。（2）.反向传输:信号只经过反馈网络，而不经过基本放大器。电压反馈：反馈信号的大小与输出电压成比例的反馈——称为电压反馈；电流反馈：反馈信号的大小与输出电流成比例的反馈——称为电流反馈。（三）输出取样方式XiRCReRbX0UCC（四）与输入连接方式反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的同一个电极，则为并联反馈；否则，为串联反馈。例如，对CE组态放大器来说:Xf并联反馈串联反馈•反馈信号Xf和Xi加到同一个电极（基极），则为并联反馈。•反馈信号Xf和Xi未加到同一个电极，则为串联反馈Xf（五）反馈极性负反馈:加入反馈后，净输入信号|Xdi||Xi|，输出幅度下降。正反馈:加入反馈后，净输入信号|Xdi||Xi|,输出幅度增加。（六）交流反馈和直流反馈1.反馈信号中只有交流成分时为交流反馈；3.反馈信号只有直流成分时为直流反馈；2.反馈信号中既有交流成分又有直流成分时为交直流反馈。二、基本反馈方程式•基本反馈方程式：为分析反馈放大器的基本公式1.放大电路的开环增益：2.反馈网络的反馈系数：3.基本反馈方程式：A=Xo/XdiB=Xf/XoAf=A/(1+AB)=A/FXO基本放大器A反馈网络B-XfXdiXi推导过程•根据信号的不同物理意义不同。Xi=Xdi+Xf=Xdi+ABXdi=(1+AB)Xdi所以Af=Xo/Xi=AXdi/(1+AB)Xdi=A/(1+AB)=A/FXO基本放大器A反馈网络B-XfXdiXiXf=BX0=ABXdi因为A=X0/Xdi;X0=AXdi推导过程索引4.反馈深度:•深负反馈下，F1（或AB1），此时反馈方程式可简化为：•因为F=1+AB反映了反馈对放大电路影响的程度，所以F称为反馈深度。三、基本反馈方程式其中，AB称为环路增益。•F越大，反馈深度越深；Af=A/(1+AB)A/AB=1/B•当F1时.使AfA,为负反馈；•当F1时，使AfA,为正反馈；当F=0时.使Af=,为临界自激。由于:Af=A/(1+AB)=1/F第二节负反馈的分类负反馈类型有四种:一电流串联负反馈二电压串联负反馈三电流并联负反馈四电压并联负反馈•分析反馈的属性、求电压增益等动态参数。判断反馈类型（或组态）的方法1．判断是电流反馈还是电压反馈—用输出电压短路法：输出电压短路法：令输出电压u0=0,若Xf=0，则为电压反馈；否则为电流反馈。2．判断是串联反馈还是并联反馈—用馈入信号连接方式法：馈入信号连接方式法：若反馈信号Xf串入输入回路，则为串联反馈；否则为并联反馈。3．判断是正反馈还是负反馈—用瞬时极性法瞬时极性法：设定信号输入端的瞬时极性，沿反馈回路（A入A出B入B出）标定瞬时极性,若Xf的极性使得净输入信号增大则为正反馈；否则为负反馈。一电流串联负反馈（一）判断反馈类型：1.找反馈网络：存在反向传输渠道(Re)。2.电压与电流反馈：令u0=0时,Uf0，故为电流反馈3.串联与并联反馈：Uf串入输入回路，故为串联反馈。4.反馈极性：（瞬时极性法）Udi(=Ui-Uf)减小，故为负反馈结论：此电路为电流串联负反馈。UiUoUccUfRbRcRe++（步骤）AGUiUfReRcRbUdi+-+-IoBR电流串联负反馈的一般形式（二）可将电流串联负反馈电路写成一般形式：（二）增益和反馈系数的表示方法：•对于电流串联负反馈:XoIo;XfUf；XdiUdi。AG=输出电流／输入电压；具有电导量纲（mA/v），——AG称为互导增益。1.开环互导增益：2.闭环互导增益：3.反馈系数：AG=Io／Udi；AGf=Io／Ui；BR=Uf／Io；AGUiUfReRcRbUdi+-+-IoBR5．反馈深度：4．基本反馈方程式：本例中：F=1+BRAG；AGf=Io/UiBR=Uf／Io=IoRe／Io=Re；=AG/(1+BRAG)无量纲•转换为电压增益为：AUf=Uo/Ui=IoR’L/Ui=AGfR’LAGUiUfReRcRbUdi+-+-IoBR二电压串联负反馈（一）判断反馈类型：（步骤）1.找反馈网络：存在反向传输渠道(Re、Rf)。2.电压与电流反馈：令Uo=0时,Uf=0，故为电压反馈。3.串联与并联反馈：4.反馈极性：（用瞬时极性法）结论：此电路为电压串联负反馈。电压串联负反馈放大电路++-UiUo+UccUfRbRc1ReRc2Re+-RfUf串入输入回路，故为串联反馈。Udi(=Ui-Uf)减小，故为负反馈+AUUiUfReRcRbUdi+-+-UoBURf+-电压串联负反馈放大电路的一般形式（二）可将电压串联负反馈电路写成一般形式：（三）增益和反馈系数的表示方法：•对于电压串联负反馈:XoUo;XfUf;XdiUdi。AU=输出电压／输入电压；无量纲1.开环电压增益：2.闭环电压增益：3.反馈系数：AU=Uo/UdiAUf=Uo/UiBU=Uf／Uo无量纲AUUiUfReRcRbUdi+-+-UoBURf+-5.反馈深度：4.基本反馈方程式：本例中：F=1+AUBUAUfBU=Re1/(Re1+Rf)=AU/（1+AUBU）无量纲AUUiUfReRcRbUdi+-+-UoBURf+-AUf=Uo/Ui6.闭环电压增益：三电流并联负反馈电流并联负反馈放大电路--+（一）判断反馈类型：（步骤）1.找反馈网络：存在反向传输渠道(Re2、Rf)。2.电压与电流反馈：3.串联与并联反馈：反馈信号以If出现，为并联反馈。4.反馈极性：（用瞬时极性法）Idi(=Ii-If)减小故为负反馈结论：此电路为电流并联负反馈。令u0=0时,If0，故为电流反馈UiUo+UccIfRbRc1Rc2Re2+-RfIiIdiIoIfAIUiIfRe2Rc2IiIdiIoBIRf电流并联负反馈放大电路的一般形式（二）可将电流并联负反馈电路写成一般形式：•对于电流并联负反馈:XoIo;XiIiXdiIdi。AI=输出电流／输入电流;无量纲1.开环电流增益：2.闭环电流增益：3.反馈系数：AI=Io/IdiAIf=Io/IiBI=If／Io无量纲无量纲无量纲（三）增益和反馈系数的表示方法：5.反馈深度：4.基本反馈方程式：本例中：F=1+BIAI；AIf=Io/IiBI=If/Io=Re2/(Re2+Rf)；=AI/（1+BIAI）无量纲•转换成电压增益:Auf=Uo／Ui=－IoRL’／IiRif=－AIfRL’／Rif引入反馈后的输入电阻UiUo+UccIfRbRc1Rc2Re2+-RfIiIdiIo四电压并联负反馈（一）判断反馈类型：（步骤）1.找反馈网络：存在反向传输渠道(Rf)。2.电压与电流反馈：用前述的方法判断(电压反馈)。3.串联与并联反馈：用前述的方法判断(并联反馈)。4.反馈极性：用瞬时极性法判断Idi(=Ii-If)减小，故为负反馈.结论：此电路为电压并联负反馈。电压并联负反馈电路图+-UiUoEc.RfRcIfAUUiRcIdiUoBR+-ARUiRcUoRf+ARIiIf电压并联负反馈的一般形式（二）可将电压并联负反馈电路写成一般形式：（三）增益和反馈系数的表示方法：•对于电压并联负反馈:•XoUo;XiIi;XdiIdi。AR=输出电压／输入电流；量纲(v/mA)，故称为互阻增益。1.开环电压增益：2.闭环电压增益：3.反馈系数：AR=Uo／Idi；ARf=Uo／Ii；BG=If／Uo；无量纲电阻量纲电阻量纲5.反馈深度：4.基本反馈方程式：本例中：F=1+BGAR；ARf=Uo/IiBG=If/Uo=-1/Rf；=AR/（1+BGAR）无量纲•转换成电压增益为Auf＝Uo／Ui＝U0／IiRif＝Arf／Rif引入反馈后的输入电阻UiUoEc.RfRcIfUo-IfRf注意重点例题1:试判断图所示电路的反馈组态。解:据瞬时极性法，见图中的红色“+”、“-”号，可知:1.经电阻R1加在基极B1上的是直流并联负反馈。例题1图2.经Rf加在E1上的是交流负反馈。反馈信号和输入信号加在T1两个输入电极，故为串联反馈。索引结论：是直流电流并联负反馈。因反馈信号与输出电流成比例，故又为电流反馈。结论：交流电压串联负反馈。第三节负反馈对放大电路性能的影响二、负反馈对输入电阻的影响三、负反馈对输出电阻的影响四、负反馈对通频带的影响五、负反馈对非线性失真的影响六、信号源内阻对反馈放大器的影响一、负反馈对增益的影响七、负反馈对噪声、干扰和温漂的影响一负反馈可提高增益的稳定性无论何种负反馈，闭环增益都比开环增益下降1+AB倍，但不同的反馈组态A、B的量纲不同。1.定性分析：由于各种因素的影响:XfXdi2.定量分析：X0(Xi保持不变)AX0A2f)1(ddABAA•有反馈时增益的稳定性比无反馈时提高了(1+AB)倍。ABAA1f对基本反馈方程式求导有•等式两边同时除以Af，得到：AdAABAdAff11二负反馈对通频带的影响放大电路加入负反馈后增益下降，但通频带却加宽了./Hz20lgA020406080/dB101010101010101234567f负反馈对通频带的影响•通频带:f=fH－fLfH无反馈有反馈•无反馈时，增益为80dB,频带宽度为f(如图)•加负反馈后,增益降到60dB,频带宽度变为为ff(如图)fff三负反馈对非线性失真的影响负反馈可以改善放大电路的非线性失真，但是只能改善反馈环内产生的非线性失真。图负反馈对非线性失真的影响AUUiU0UdiUiUfAUAUU0无反馈加负反馈四负反馈对输入电阻的影响(1)串联负反馈使输入电阻增加串联负反馈输入端形式如图：iUUdiUUiiif)1()1(rBAIUBAIUBAUIUUIUriidiUUdiifdi式中ri=rdi为无反馈时的电阻。串联负反馈对输入电阻的影响•负反馈对输入电阻的影响与反馈加入的方式有关:•有反馈的输入电阻：则有：rifri。并联负反馈输入端的形式如图：IUriiifBArAIBIUGRiRdiGdiifdiiIIU1并联负反馈对输入电阻的影响(2)并联负反馈使输入电阻减小•有反馈的输入电阻：•无反馈的输入电阻：diiiIUr五负反馈对输出电阻的影响ototfIUR0•求输出电阻的等效电路：1.将输入信号源短路。2.将负载电阻RL’开路，在输出端加一个测试电压Uot（产生测试电流Iot）。（一）电压负反馈对输出电阻的影响USUfRcRLAUOUdiUdi++--1.电压串联负反馈RLRcRofRof’fiSidiURRRUootUUSootUURRRotofUOSotdiUOototRUBARU