三极管放大器中负反馈

第3章放大电路中的负反馈反馈极性和反馈类型的判断负反馈对电路性能的影响学习要点3.1反馈3.1.1反馈的基本概念反馈：将放大电路输出信号（电压或电流）的一部分或全部，通过某种电路（反馈电路）送回到输入回路，从而影响输入信号的过程。反馈到输入回路的信号称为反馈信号。根据反馈信号对输入信号作用的不同，反馈可分为正反馈和负反馈两大类型。反馈信号增强输入信号的叫做正反馈；反馈信号削弱输入信号的叫做负反馈。xi+xd基本放大电路A反馈网络F－xfxo反馈放大电路的原理框图ooFxxAxxxxxfdfid反馈信号起了削弱净输入信号的作用，引入的是负反馈。反馈的正、负极性通常采用瞬时极性法判别。晶体管、场效应管及集成运算放大器的瞬时极性如图所示。晶体管的基极（或栅极）和发射极（或源极）瞬时极性相同，而与集电极（或漏极）瞬时极性相反。集成运算放大器的同相输入端与输出端瞬时极性相同，而反相输入端与输出端瞬时极性相反。A－+Δ+(a)晶体管(b)场效应管(c)集成运算放大器++++－－3.1.2反馈极性+ui－RL+uo－+UCCRCC1C2VRB1RB2RE+uf－+ube－++例：判断图示电路的反馈极性。解：设基极输入信号ui的瞬时极性为正，则发射极反馈信号uf的瞬时极性亦为正，发射结上实际得到的信号ube（净输入信号）与没有反馈时相比减小了，即反馈信号削弱了输入信号的作用，故可确定为负反馈。例：判断图示电路的反馈极性。+-++++1R2R1CRFR1ER2ER2CRIu1C2CeCCCV1VT2VTFu(+)(+)(-)(+)3CSR3RLR结论：当反馈信号和输入信号（电压或电流）由同一输入端引入时，若两者极性相同，为正反馈；若两者极性相反，为负反馈。当反馈信号和输入信号（电压或电流）由不同输入端引入时，若两者极性相同，为负反馈；若两者极性相反，为正反馈。对于单级运放组成的反馈电路，可以认为：反馈支路接到反向输入端为负反馈；接到同向输入端为正反馈。而多级运放组成的反馈电路要用瞬时极性法逐级判断。直流反馈和交流反馈+ui－RL+uo－+UCCRCC1C2VRB1RB2RE+uf－+ube－+++ui－RL+uo－+UCCRCC1C2VRB1RB2RE+uf－+ube－++负反馈电路的类型及其判别根据反馈信号是取自输出电压还是取自输出电流，可分为电压反馈和电流反馈。电压反馈的反馈信号xf取自输出电压uo，xf与uo成正比。电流反馈的反馈信号xf取自输出电流io，xf与io成正比。电压反馈和电流反馈的判别，通常是将放大电路的输出端交流短路（即令uo=0），若反馈信号消失，则为电压反馈，否则为电流反馈。根据反馈网络与基本放大电路在输入端的连接方式，可分为串联反馈和并联反馈。串联反馈的反馈信号和输入信号以电压串联方式叠加，ud=ui－uf，以得到基本放大电路的输入电压ud。并联反馈的反馈信号和输入信号以电流并联方式叠加，id=ii－if，以得到基本放大电路的输入电流ii。串联反馈和并联反馈可以根据电路结构判别。当反馈信号和输入信号接在放大电路的同一点（另一点往往是接地点）时，一般可判定为并联反馈；而接在放大电路的不同点时，一般可判定为串联反馈。综合以上两种情况，可构成电压串联、电压并联、电流串联和电流并联4种不同类型的负反馈放大电路。1、电压串联负反馈①设ui瞬时极性为正，则uo的瞬时极性为正，经RF返送回反相输入端，uf的瞬时极性为正，ud与没有反馈时相比减小了，即反馈信号削弱了输入信号的作用，故为负反馈。②将输出端交流短路，RF直接接地，反馈电压uf=0，即反馈信号消失，故为电压反馈。uo+VCCui+++---ufΘ2、电压并联负反馈①设ui（ii）瞬时极性为正，则uo的瞬时极性为负，if的方向与图示参考方向相同，即if瞬时极性为正，id与没有反馈时相比减小了，即反馈信号削弱了输入信号的作用，故为负反馈。②将输出端交流短路，RF直接接地，反馈电流if=0，即反馈信号消失，故为电压反馈。+-++CRSu1C2CCCVVT-OuFRSR-Iu(-)(+)LR3、电流串联负反馈①设ui瞬时极性为正，则uo的瞬时极性为正，经RF返送回反相输入端，uf的瞬时极性为正，ud与没有反馈时相比减小了，即反馈信号削弱了输入信号的作用，故为负反馈。②将输出端交流短路，尽管uo=0，但io仍随输入信号而改变，在R上仍有反馈电压uf产生，故可判定不是电压反馈，而是电流反馈。+-ER+CR1C2CCCVVT-OuB1RIu(+)(+)LRB2RBEu①设ui（ii）瞬时极性为正，则uo的瞬时极性为负，if的方向与图示参考方向相同，即if瞬时极性为正，id与没有反馈时相比减小了，即反馈信号削弱了输入信号的作用，故为负反馈。4、电流并联负反馈②将输出端交流短路，尽管uo=0，但io仍随输入信号而改变，在R上仍有反馈电压uf产生，故可判定不是电压反馈，而是电流反馈。③ii加在集成运算放大器的反相输入端和地之间，而if也加在集成运算放大器的反相输入端和地之间，在同一点，故为并联反馈。++C2+++VCCRc2+－－IfV2Re2U1Re1Rb2R1V1Rc1IiIdRbC1C2UO++++U1ReRb2V+VCCRcRbC1UO－－∞＋A+If－Uo－+UiRfR2R1－∞＋A+Vo2UiUiRRLR2IdIi+RfR13.2负反馈对放大电路性能的影响xi+xd基本放大电路A反馈网络F－xfxo负反馈放大电路的原理框图dXXA00XXFfAFAXXXXXAfdif1001、稳定放大倍数AFAAf1AdAAFAdAff11AAAFAFAFAFAFdAdAff11)1(1)1(122引入负反馈后，闭环放大倍数的相对变化率为开环放大倍数相对变化率的1+AF分之一，因1+AF1，所以即闭环放大倍数的稳定性优于开环放大倍数。如某放大器的开环放大倍数A=1000，由于外界因素（如温度、电源波动、更换元件等）使其相对变化了dA/A=10%，若反馈系数F=0.009，则闭环放大倍数的相对变化为dAf/Af=10%/(1+1000×0.009)=1%。可见放大倍数的稳定性大大提高了。但此时的闭环放大倍数为Af=1000/(1+1000×0.009)=100，比开环放大倍数显著降低，即用降低放大倍数的代价换取提高放大倍数的稳定性。负反馈越深，放大倍数越稳定。在深度负反馈条件下，即1+AF1时，有：FAFAAf11表明深度负反馈时的闭环放大倍数仅取决于反馈系数F，而与开环放大倍数A无关。通常反馈网络仅由电阻构成，反馈系数F十分稳定。所以，闭环放大倍数必然是相当稳定的，诸如温度变化、参数改变、电源电压波动等明显影响开环放大倍数的因素，都不会对闭环放大倍数产生多大影响。2、减小非线性失真AxixoAFxixoxdxf+－无负反馈时产生正半周大负半周小的失真。引入负反馈后，失真了的信号经反馈网络又送回到输入端，与输入信号反相叠加，得到的净输入信号为正半周小而负半周大。这样正好弥补了放大器的缺陷，使输出信号比较接近于正弦波。3、展宽通频带AA0.707AfHfLfAf0.707AffLffHf因为放大电路在中频段的开环放大倍数A较高，反馈信号也较大，因而净输入信号降低得较多，闭环放大倍数Af也随之降低较多；而在低频段和高频段，A较低，反馈信号较小，因而净输入信号降低得较小，闭环放大倍数Af也降低较小。这样使放大倍数在比较宽的频段上趋于稳定，即展宽了通频带。4、改变输入电阻对于串联负反馈，由于反馈网络和输入回路串联，总输入电阻为基本放大电路本身的输入电阻与反馈网络的等效电阻两部分串联相加，故可使放大电路的输入电阻增大。对于并联负反馈，由于反馈网络和输入回路并联，总输入电阻为基本放大电路本身的输入电阻与反馈网络的等效电阻两部分并联，故可使放大电路的输入电阻减小。5、改变输出电阻对于电压负反馈，由于反馈信号正比于输出电压，反馈的作用是使输出电压趋于稳定，使其受负载变动的影响减小，即使放大电路的输出特性接近理想电压源特性，故而使输出电阻减小。对于电流负反馈，由于反馈信号正比于输出电流，反馈的作用是使输出电流趋于稳定，使其受负载变动的影响减小，即使放大电路的输出特性接近理想电流源特性，故而使输出电阻增大。综上所述：（1）放大电路若引入的是串联负反馈，则可以提高放大电路的输入电阻，若引入的是并联负反馈则使输入电阻降低。其提高或降低的程度取决于反馈深度（1＋AF）。（2）放大电路若引入的是电压负反馈，则可减小放大电路的输出电阻，若引入的是电流负反馈则使输出电阻增加，其减小或增加的程度取决于反馈深度（1＋AF）。以上分析了放大电路引入负反馈后对性能的改善及影响。为了改善放大电路的某些性能应如何引入负反馈呢？一般是：（1）要稳定直流量（静态工作点），应该引入直流负反馈。（2）要改善交流性能，应引入交流负反馈。（3）要稳定输出电压，应引入电压负反馈；要稳定输出电流，应引入电流负反馈。（4）要提高输入电阻，应引入串联负反馈；要减小输入电阻，应引入并联负反馈。性能的改善或改变都与反馈深度（1＋AF）有关，且都是以牺牲放大倍数为代价。