第3章 放大电路中的负反馈

负反馈放大器的基本关系式
为了研究各种形式负反馈放大器的共同特点， 我 们可以把负反馈放大器抽象为下图所示的方框图形式。
主要包括基本放大电路和反馈网络两大部分。若 没有反馈网络，仅有基本放大电路，则该电路就是一 个开环放大电路。有了反馈网络， 该电路则为闭环 放大电路。图中箭头表示信号的传递方向。在这里我 们是按照理想情况来考虑的，即在基本放大电路中， 信号是正向传递， 而在反馈网络中，信号是反向传 递。
器的闭环放大倍数（或称闭环增益）， A f 表示，
Af
Xi
Xo
Xo
Af
Xi
Xo
Xd
Xo
Xd X f
1
Xf
Xo
Xo Xd
即
Af
A
1 AF
此式即负反馈放大器放大倍数（即闭环放大倍数）
的一般表达式，又称为基本关系式，它反映了闭环放
大倍数与开环放大倍数及反馈系数之间的关系，在以
后的分析中经常使用。
在式中，
量以电流的方式叠加，输入量和反馈量则均用电流表
示。
反馈的类型与判别
1.反馈的分类及判别
对反馈可以从不同的角度进行分类。 按反馈的极 性可分为正反馈和负反馈；按反馈信号与输出信号的 关系可分为电压反馈和电流反馈；按反馈信号与输入 信号的关系可分为串联反馈和并联反馈；按反馈信号 的成分又可分为直流反馈和交流反馈。
可以通过增加放大电路的级数来弥补。
(2)
若|1＋
A
F
|＜1， 则|
Af
|＞| A |。 这
种情况为正反馈，反馈的引入加强了净输入信号。
(3) 若|1＋
A
F
|=0， 则|
Af
|→∞。这就是说，
即使没有输入信号，放大电路也有信号输出，这时的
放大电路处于“自激”状态。除振荡电路外，自激状
态一般情况下是应当避免或消除的。
2）
这是按照反馈信号的成分来划分的。放大电路中 存在着直流分量和交流分量，反馈信号也是如此。若 反馈的信号仅有交流成分， 则仅对输入回路中的交流 成分有影响，这就是交流反馈；若反馈的信号仅有直 流成分，则仅对输入回路中的直流成分有影响，这就 是直流反馈。
（a）图中反馈信号的交流成分被Ce旁路掉， 在Re 上产生的反馈信号只有直流成分，因此是直流反馈。
上述各种类型的反馈电路中，我们将主要讨论其 中的负反馈电路。这样，将输出端采样与输入端叠加 两方面综合考虑， 实际的负反馈放大器可以分为如下 四种基本类型：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。
2. 四种基本负反馈类型
为了对电压串联、电压并联、电流串联、电流并 联四种基本负反馈的性能有更深的了解，我们将以具 体反馈电路为例， 对这些类型一一进行判断和分析。
图（b）中， R是采样电阻。 由于运放同相输入 端的电流很小，因而流过R的电流If近似等于负载RL 中的电流Io。 R两端的电压Uf≈Io，可见，加在同相输 入端的反馈信号Uf与输出电流Io成正比，或者说反馈 信号取自输出电流，因而也是电流反馈。
4） 串联反馈与并联反馈
这是按照反馈信号在输入回路中与输入信号相叠 加的方式不同来分类的。反馈信号反馈至输入回路， 与输入信号有两种叠加方式： 串联和并联。如果反馈 信号与输入信号是串联接在基本放大器的输入回路中, 则为串联反馈；如果反馈信号与输入信号是并联接在 基本放大器的输入回路中,则为并联反馈。
输入量X、i
、
Xo
、
Xf
、X d
输出量、 反馈量及净输入量。这些量均为
一般化的信号，它们可以是电压，也可以是电流。
为了适用于更一般的情况， 这里都用A 相量形式表示。
是放大器的开环放大倍数（或称开环增益），
A
XO
Xd
F 是反馈网络的反馈系数，
F
Xi
Xo
我们称输出量 X O 与输入量 X i 之比为该放大
Xd Xi X f XiF XO XiF AXd
即
Xd
Xi
1 A F
此式说明，
负反馈的作用使净输入量|
A
F
|减小
到无反馈时的1/|1＋
Aห้องสมุดไป่ตู้
F
|，从而使放大倍数也下降1/|1
＋
AF
|。
负反馈的引入虽然减小了放大器的放大倍数， 但
是它却可以改善放大器其它很多性能，而这些改善一
般是采用别的措施难以做到的。 至于放大倍数的下降，
1） 电压串联负反馈
电压串联负反馈的实际电路和连接方框图分别如 （a）图与（b）图所示。图（a）中，Rf、R1为反馈元 件， 它们构成的反馈网络在输出与输入之间建立起联 系。从电路的输出端来分析，反馈信号是输出电压Uo 在Rf、R1组成的分压电路中R1上所分取的电压Uf，反 馈 电 压 是 输 出 电 压 Uo 的 一 部 分 。 假 设 将 输 出 短 路 ， Uo=0，则 Uf=0, 因此，这个反馈是电压反馈。
上述稳定输出电压的过程也说明，电压负反馈放 大器具有恒压源的性质， 而恒压源的内阻很小。这就 是说，放大器的输出电阻因引入电压负反馈而减小了， 这是电压负反馈的又一重要特点。
判断是电压反馈还是电流反馈的常用办法是负载 电阻短路法（亦称输出短路法）。这种办法是假设将 负载电阻RL短路， 也就是使输出电压为零。此时若原 来是电压反馈，则反馈信号一定随输出电压为零而消 失；若电路中仍然有反馈存在， 则原来的反馈应该是 电流反馈。
我们用这个方法判断下图所示电路为何种反馈。
（a）图中反馈元件为Cf。若将输出端短路，即令 Uo=0，则反馈信号不存在， 因而是电压反馈。
电压负反馈具有稳定输出电压的作用。 设输入信 号Ui不变，若负载电阻RL因某种原因减小使输出电压 Uo减少，则经Rf、R1分压所得反馈信号Uf亦减小，结 果使净输入信号Ud增大(Ud=Ui-Uf)，使Uo增大，即抑制 了Uo的减少。这个稳压过程可表示如下：
RL UO U f Ud
UO
可见， 引入电压负反馈后，因其它原因（这个原 因不是输入电压的变化）导致输出电压变化的趋势因 负反馈的自动调节作用而受到抑制，使输出电压基本 稳定。
以输入端来分析，反馈信号与输入信号相串联，
它们是以电压的形式在输入回路中叠加的，即Ud=UiUf，假设把反馈节点（运放的反相输入端）对地短路， 使Uf=0，输入信号仍能加入运放的同相输入端，因此， 这是串联反馈。由瞬时极性法， 设Ui瞬时为“+”，根 据运放的输入输出特性，则输出Uo亦为“+”，反馈至 反相输入端亦为“+”，这样，反馈的引入使运放的净 输入信号Ud减小，因而是负反馈。总起来讲， （a） 图所示电路是一个电压串联负反馈放大电路。
（b）图所示电路中，Re为反馈元件。当输入信号 瞬时极性为“+”时， 三极管V的基极电流及集电极电 流瞬时增加，使发射极电位瞬时为“+”，结果使净输 入信号 Ube被削弱了，因而为负反馈放大器。
（c）图为运放组成的放大电路，Rf为反馈元件。 当输入电压Ui瞬时极性为“+”时，即反相输入端为 “+”，根据运放的输入与输出之间的相位关系，输出 端应与反相输入端反相，故应为“-”， 经反馈电阻Rf 反馈到同相输入端亦为“-”， 这样运放的净输入信号 （U--U+）被增加了，因此由Rf构成的是正反馈放大电 路。
(4) 若|
A
F
|〉〉1，则
Af
A
1
1 AF F
此式说明， 当|
AF
|1〉〉1时，放大器的闭环放大倍
数仅由反馈系数来决定，而与开环放大倍数
A
几乎
无关。这种情况称为“深度负反馈”。因为反馈网络
一般由R、 C等无源元件组成，它们的性能十分稳定，
所以反馈系数
F
也十分稳定。 因此，深度负反馈时，
放大器的闭环放大倍数比较稳定。
第3章
3-1 概述 3-2 负反馈对电路的影响
3-1 概述
反馈的基本概念
所谓反馈，就是将放大电路输出回路信号的一部 分或全部， 通过反馈网络回送到输入回路从而影响 （增强或削弱）净输入信号的过程。
使净输入信号增强的为正反馈，使净输入信号削 弱的为负反馈。这样，在反馈电路中，电路的输出不 仅取决于输入，而且还取决于输出本身，因而就有可 能使电路根据输出状况自动地对输出进行调节，达到 改善电路性能的目的。
在不同的反馈类型中， 它们都有不同的含义。
从输出回路看，分为电压反馈和电流反馈，电压反馈
时，输出量用电压表示，
X
O
UO
、X f
F
UO；电流反
馈时，输出量用电流表示，
XO IO
、X f
F IO
。
从输入回路看，分为串联反馈和并联反馈，串联
反馈时，输入量与反馈量以电压的方式叠加，输入量
及反馈量均用电压表示； 并联反馈时，输入量和反馈
量|1＋
A
F
|是开环放大倍数与闭环放大倍
数幅值之比，它反映了反馈对放大电路的影响程度，
称作反馈深度，后面将要看到， 反馈放大器的很多性
能的变化都与反馈深度有关。关于反馈深度，分下面
几种情况予以讨论：
(1) 若|1＋ A F |＞1， 则| A f |＜| A |， 说明
引入反馈后，放大倍数减小了。 这种情况为负反馈。
在串联反馈中，反馈信号与输入信号在输入回路 中是以电压的形式相叠加的，而并联反馈中，反馈信 号与输入信号则是以电流的形式相叠加的。因此，是 以电压形式还是以电流形式相叠加, 也是区分串联反馈 与并联反馈的依据。
为了区分是串联反馈还是并联反馈，我们还可以 假设把输入回路中的反馈节点对地短路。对于串联反 馈来说，这相当于反馈信号Uf=0，于是输入信号Ui与 净输入信号Ud相等，输入信号仍然可加至基本放大电 路中去；而对于并联反馈，反馈节点对地短路将使输 入信号随之也被短路，无法加至基本放大电路， 以此 便可判断是串联反馈还是并联反馈。
（b）图中反馈信号通道仅通交流，不通直流，因 而为交流反馈。
3）
这是按照反馈信号与输出信号之间的关系来划分 的。 若反馈信号与输出电压成正比，就是电压反馈； 与输出电流成正比， 就是电流反馈。从另一个角度说， 看反馈是对输出电压采样还是对输出电流采样，对应 地分别称为电压反馈和电流反馈。 显然，作为采样对 象的输出量一旦消失，则反馈信号也必然随之消失。
1） 正反馈与负反馈
这是按照反馈的极性来分的。当输入量不变时， 若输出量比没有反馈时变大了，即反馈信号加强了净 输入信号，这种情况称为正反馈；
反之，若输出量比没有反馈时变小了，即反馈信 号削弱了净输入信号，这种情况称为负反馈。正反馈 多用于振荡电路和脉冲电路，而负反馈多用于改善放 大电路的性能。
判别反馈的正负通常采用瞬时极性法。 这种方法 是先假定输入信号为某一瞬时极性， 然后再根据各级 输入、输出之间的相位关系依次推断其它有关各点受 瞬时输入信号作用所呈现的瞬时极性（用（+）或 （－）表示），最后看反馈到输入端的作用是加强了 还是削弱了净输入信号。使净输入信号加强的为正反 馈， 削弱的为负反馈。
（d）图也是运放组成的放大电路，Rf为反馈元件。 当输入电压Ui瞬时极性为“+”时， 输入电流Ii增加， 由运放的输入与输出相位关系，输出端瞬时极性为“-
”，因而使反馈电流If增加， 由Ii=Id+If可知， If的增加 削弱了净输入电流Id(相当于从Ii中分走了一个反馈电 流），所以为负反馈电路。
下图为几个反馈电路， 我们现在用瞬时极性法来
判别它们反馈的极性。
（a）图中Rf为反馈元件，当输入信号瞬时极性为 “+”时， 输入电流Ii将增加，根据共射电路集基相位 相反的关系，Ui极性为“+”， 即V1管的b极极性为 “+”，使V1管的c极为“-” ，即V2管的b极为“-”，从 而使V2管的c极为“+”，经C2的输出端电位为“+”， 流经Rf的反馈电流If减少，而净输入电流Id则增加了， 所以为正反馈放大器。
（b）图中，若将输出端短路，即令Uo=0，但反馈 依然存在，请注意，这里反馈信号是R两端电压降Uf， 它并未因Uo等于零而消失，因而是电流反馈。
需要指出的是，在电流反馈电路中，由于直接对 电流采样不方便，因而通常总是让被采样的电流通过 一个小电阻，再对这个小电阻进行采样，把电阻两端 电压反馈给输入回路，故称这小电阻为采样电阻。反 馈信号在形式上是电压信号， 但这个电压与流过小电 阻的电流（这里是输出电流）成正比，因而实质上反 馈信号与输出电流成正比，反馈信号取自输出电流。
需要指出，反馈信号在放大电路输入回路中是以 电压形式（串联反馈）还是以电流形式（并联反馈） 出现，与其在输出回路中的采样方式并无关系。也就 是说，无论是电压反馈还是电流反馈，它们的反馈信 号在输入端都可能以电压或电流两种形式中的一种与 输入信号去叠加。是电压还是电流反馈仅取决于从输 出端的采样方式，而是串联反馈还是并联反馈则仅取 决于输入端的叠加方式。