电路与模拟电子技术原理第9章1负反馈课件.ppt
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如果反馈通路与输入通路接在放大电路 的不同点，通常就可以判定为串联反馈， 因为这时只能以电压方式相加减。
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39
2．串联负反馈增大输入电阻
引入串联负反馈F后的输入电阻
将增大
Rif(Series-Feed)＝ui/ii
Rif(Series-Feed)＝(1+AF)Ri 即串联负反馈将导致输入电阻增大到
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22
负反馈放大电路（续）
正反馈不利于系统的稳定，负反馈则 有利于系统的稳定。为了获得稳定的 输出信号，应该使用负反馈。
把负反馈应用到放大电路
xi、x‘i、xo、xf对应到哪些电路变量？ 要么用电压表示，要么用电流表示。 取决于该放大电路应用场合。
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23
8.5.1 运放的线性应用（运算电路）
把式(9-5)两边同时对A求导，得到
dAf 1 dA Af 1 AF A
上式说明引入负反馈以后，放大倍数的相 对变化率降低了（1+AF）倍，换句话说， 负反馈使放大倍数的稳定性提高了（1+AF） 倍。
负反馈以降低放大倍数为代价，换取提高 放大倍数的稳定性。
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10
负反馈放大倍数举例
11
负反馈放大倍数举例（续）
(2) A的波动幅度为A×(±10%)=±103
A的波动范围为104±103，即9000～11000
(3)Af的相对变化量
dAf ＝ 1 Af 1＋AF
dA＝
1
A 1＋104 ×
× 0.01
(±
10%) ≈±
0.1%
在A变化±10%的情况下，Af只变化了±0.1%
Af的变化幅度范围是 Af(1±0.1%)=99.01×(1±0.1%)，即98.9～99.1
反馈的一般特征：基本放大器A构成了 信号的前向通路，反馈网络F构成了信 号的反向通路，前向通路和反向通路 共同构成了反馈回路。
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21
反馈的基本过程
反馈网络首先测量基本放大器的输出 信号xo，这称为采样；
再把采样值xo变换为反馈信号xf， 最得后到用基反本馈放信大号电路xf去的修净正输输入入信信号号x‘xi。i， 如馈负果；反修如馈正果。的修结正果的使结果|x'i使|增|x大'i|，变就小是，正就反是
开环输入电阻的(1+AF)倍。
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3．并联负反馈减小输入电阻
引入并联负反馈F后的输入电阻变小了 Rif(Shunt-Feed)＝Ri/(1+AF)
即并联负反馈将导致输入电阻降低到 开环输入电阻的1/(1+AF)倍。
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41
8.5.1 运放的线性应用（运算电路）
9.2.1 输出采样：电压反馈和电流反馈 9.2.2 输入叠加：串联反馈和并联反馈 9.2.3 负反馈放大电路的四种组态 9.2.4 直流反馈和交流反馈 9.2.5 负反馈对放大电路性能的改善
x'i＝xi－xf
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8
1．闭环放大倍数
xo与xi的比值称为闭环放大倍数Af，于是
Af＝xo/xi
于是
Af
A 1 AF
上环式放说大明倍，数放A降大低器了的（闭1环+A放F）大倍倍，数或Af比者开说 引入负反馈后，放大倍数降低了（1+AF） 倍。
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9
2．放大倍数的稳定性
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3
9.1.1 前馈和反馈（开环与闭环）
1．前馈和开环
思路：干扰信号造成失真，就应该由干 扰信号补偿。
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4
前馈放大器的缺点
使用开环控制的前馈放大器，抑制干 扰的性能并不好，这是因为：
首先，前馈只能用来纠正可以测量的干 扰，这使得它对那些难以测量的干扰无 能为力；
第9章 负反馈放大器
9.1 负反馈 9.2 负反馈放大电路 9.3 负反馈放大电路举例
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1
9.1 负反馈
由于放大器件自身的非线性以及温度、湿 度、电源电压波动、噪声信号等各类环境 因素的干扰，使输出信号产生失真。
怎么解决输出信号的失真？
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2
9.1 负反馈
9.1.1 前馈和反馈（开环与闭环） 9.1.2 利用负反馈稳定放大倍数 9.1.3 相移、正反馈与自激振荡
【例9-1】某负反馈放大器，已知开环放大倍 数A＝104，反馈系数F＝0.01。
(1)求闭环放大倍数Af； (2)已知A的相对变化量为±10%，计算A的波 动范围；
(3)求Af的相对变化量，以及Af的变化范围。
【解】
A
10 4
10 4
(1)
Af
1
AF
1 10 4
0.01 101
99.0
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17
自激振荡
(3)若 1 A F 0 ，则 Af ，这种 状态称为自激振荡。
自激振荡是一种强烈的正反馈，当反 馈放大器发生自激振荡时，即使没有 外加输入信号，也会有输出信号。这 时放大器已失去放大作用，其输出完 全不受输入控制。
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18
频率、相移与系统稳定性
上述讨论说明，输入信号的频率不同，放大环节 和反馈环节所产生的相移也不同，所以负反馈放 大器对不通频率的输入信号会表现出不同的放大 特性。
9.2.1 输出采样：电压反馈和电流反馈 9.2.2 输入叠加：串联反馈和并联反馈 9.2.3 负反馈放大电路的四种组态 9.2.4 直流反馈和交流反馈 9.2.5 负反馈对放大电路性能的改善
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24
9.2.1 输出采样：电压反馈和电流反馈
在稳一定般的负对反象馈，系也统是中反，馈输网出络信所号采样xo是的要 对象。
其次，需要针对每一种干扰设计特定的 调节电路F，所以电路复杂。
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5
2．反馈和闭环
反馈：根据所测量的输出来调整输入。
由于存在着信号的回路，所以称为闭环 控制。
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6
（负）反馈控制的优点
反馈控制不考虑干扰的特性，只要输 出变量有波动即可实现调节作用，因 此可采用通用调节器，所以反馈系统 实现起来很简单。
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12
3．深度负反馈
上述讨论表明，负反馈对放大倍数稳定性
的改善程度取决于（1+AF）的值，所以 （1+AF）是表明负反馈性能的一个重要指 标，称为反馈深度。
当深度负反馈，即1+AF>>1时
Af
A 1 AF
A AF
1 F
可 反见馈深系数度F负有反关馈，时而，与闭开环环放放大大倍倍数数AAf仅无仅关与。
电压反馈和电流反馈的区分来自放大电路 输出端，而且它们的名字就表明了负反馈 放大电路所稳定的电路变量。
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26
1．电压反馈和电流反馈的判断
电压反馈和电流反馈表现在输出回路 的不同，它们的实现框图如图9-5所示。
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电压反馈
电压反馈如图9-5(a)所示，反馈电路的输入 端口与基本放大电路的输出端口并联，反 馈电路的输入电压等于输出电压uo；
由于反馈电路由无源元件所构成，在没有 输入的情况下，显然不应有任何输出，
所以根据输出电压为零时，反馈信号是否 存在就可以判断一个反馈是否为电压反馈： 如 是果电u压o为反零馈时。，反馈信号uf和if也为零，就
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电流反馈
电流反馈如图9-5(b)所示，反馈电路的 输入端口与基本放大电路的输出端口 串联，反馈电路的输入电流等于输出 电流io；
考虑相移
A f
1
A A F
显然闭环放大倍数的大小取决于分母 (1)若 |1 A F | 1 ，则 | Af || A | ，说明
引入反馈后放大倍数减小，此时为负
反馈。
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正反馈
(2)若 1 A F 1 ，则 Af A ，引入 反馈后放大倍数增大，此时为正反馈。
正反馈时，输出信号xo不断增大，放大 器终将进入饱和状态从而失去放大作 用，所以正反馈对于放大器的稳定性 是有害的。
由于相移，直流条件下的负反馈在交流条件下可 能会变成正反馈，甚至发生自激振荡，这将危害 负反馈系统的稳定性，所以在设计负反馈系统时 应避免发生正反馈和自激振荡。
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19
第9章 负反馈放大器
9.1 负反馈 9.2 负反馈放大电路 9.3 负反馈放大电路举例
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20
9.2 负反馈放大电路
负反馈最终成为电路设计和自动控制 中十分重要的基础理论，并用事实证 明了它的有效性。
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7
9.1.2 利用负反馈稳定放大倍数
首先根据负反馈系统框图9-3推导负反 馈系统的性能参数。
基本放大器A的输入输出特性方程为
xo＝Ax'i 反馈网络F的特性方程为
xf＝Fxo 叠加环节的特性方程为
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13
深度负反馈（续）
放大倍数A反映了半导体放大器件的特 性，它通常是不稳定的；
反馈系数F所反应的是反馈网络的特性， 只要我们选用稳定的器件构成反馈网 络，F就能够稳定，进而让整个放大器 的放大倍数变得十分稳定。
利用深度负反馈的可以获得非常稳定 的放大倍数。
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14
35
串联反馈和并联反馈
根据反馈信号与输入信号的叠加方式 是电压叠加还是电流叠加，可以把反 馈分为串联反馈和并联反馈。
如果反馈信号与输入信号采用电压叠 加方式，就称为串联反馈；
如果反馈信号与输入信号采用电流叠 加方式，就称为并联反馈。
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36
串联反馈和并联反馈（续）
反馈放大的输入端采用串联反馈还是 并联反馈，取决于输入信号源，
3．电流负反馈增大输出电阻
既然电流负反馈能够稳定输出电流， 根据图9-7的诺顿等效电路，可知欲稳 定输出电流，必须增大输出电阻。
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32
电流负反馈增大输出电阻（续）
所以电流负反馈具有增大输出电阻的 特性。
如引果入基电本流放负大反电馈路F后A的的输输出出电电阻阻为为Ro， Rof(Current-Feed)，则 Rof(Current-Feed)＝(1+AF)Ro
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9.2.2 输入叠加：串联反馈和并联反馈
在输入端，反馈信号xf要负责修正输入 信号xi以便产生净输入信号x‘i，这种修 正通常是通过一个叠加环节实现的。
因为在反馈放大电路中，这些信号要 么电压，要么是电流，所以叠加环节 所叠加的，也只能是要么是电压叠加， 要么是电流叠加。
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对应到负反馈放大电路，如果要稳定 输出电压，就应该采样输出电压；如 果要稳定输出电流，就应该采样输出 电流。
简单地说，要稳定谁，就采样谁。
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电压反馈和电流反馈
如果反馈电路所采样的是输出电压，就称 为电压反馈。
如果反馈电路所采样的是输出电流，就叫 做电流反馈。
电压负反馈将获得稳定的输出电压，电流 负反馈将获得稳定的输出电流。
如果输入信号源是电压源，就应该采 用串联反馈；
如果输入信号源是电流源，就应该采 用并联反馈。
14:
串联反馈和并联反馈表现在输入回路 的不同，它们的实现框图如图9-8所示。
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串联反馈和并联反馈的判断（续）
根据电路结构判断
如果反馈通路与输入通路接在放大电路 的同一点，通常就可以判定为并联反馈， 因为只有接在同一点，才能发生分流；
深度负反馈（续）
实践中，反馈网络通常是由电阻、电 容等无源元件所构成，其参数很稳定， 于是可以得到稳定的F；
而基本放大器通常由具有极高开环放 大倍数的集成运放构成，于是A极大。 满足1+AF>>1这个条件是很容易办到 的事，所以深度负反馈很有实际意义。
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15
9.1.3 相移、正反馈与自激振荡
根据输出电流为零时，反馈信号是否 存在就可以判断一个反馈是否为电流 反为馈零：，如就果是电io为流零反时馈，。反馈信号uf和if也
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2．电压负反馈减小输出电阻
根据戴维南定理，从任何放大电路的输出 端看进去，可以把它等效为电压源与电阻 的并联支路，其中uos为开路输出电压，Ro 为等效输出电阻。
即电流负反馈将导致输出电阻增大到 开环输出电阻的(1+AF)倍。
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8.5.1 运放的线性应用（运算电路）
9.2.1 输出采样：电压反馈和电流反馈 9.2.2 输入叠加：串联反馈和并联反馈 9.2.3 负反馈放大电路的四种组态 9.2.4 直流反馈和交流反馈 9.2.5 负反馈对放大电路性能的改善
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电压负反馈减小输出电阻（续）
既然电压负反馈能够获得稳定的输出电压， 自然就意味着获得了更小的输出电阻，由 此可知，电压负反馈能够减小输出电阻。
Rof(Voltage-Feed)
Ro 1 AF
电压负反馈将导致输出电阻降低到开环输
出电阻的1/(1+AF)倍。
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39
2．串联负反馈增大输入电阻
引入串联负反馈F后的输入电阻
将增大
Rif(Series-Feed)＝ui/ii
Rif(Series-Feed)＝(1+AF)Ri 即串联负反馈将导致输入电阻增大到
14:29:36
22
负反馈放大电路（续）
正反馈不利于系统的稳定，负反馈则 有利于系统的稳定。为了获得稳定的 输出信号，应该使用负反馈。
把负反馈应用到放大电路
xi、x‘i、xo、xf对应到哪些电路变量？ 要么用电压表示，要么用电流表示。 取决于该放大电路应用场合。
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23
8.5.1 运放的线性应用（运算电路）
把式(9-5)两边同时对A求导，得到
dAf 1 dA Af 1 AF A
上式说明引入负反馈以后，放大倍数的相 对变化率降低了（1+AF）倍，换句话说， 负反馈使放大倍数的稳定性提高了（1+AF） 倍。
负反馈以降低放大倍数为代价，换取提高 放大倍数的稳定性。
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负反馈放大倍数举例
11
负反馈放大倍数举例（续）
(2) A的波动幅度为A×(±10%)=±103
A的波动范围为104±103，即9000～11000
(3)Af的相对变化量
dAf ＝ 1 Af 1＋AF
dA＝
1
A 1＋104 ×
× 0.01
(±
10%) ≈±
0.1%
在A变化±10%的情况下，Af只变化了±0.1%
Af的变化幅度范围是 Af(1±0.1%)=99.01×(1±0.1%)，即98.9～99.1
反馈的一般特征：基本放大器A构成了 信号的前向通路，反馈网络F构成了信 号的反向通路，前向通路和反向通路 共同构成了反馈回路。
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反馈的基本过程
反馈网络首先测量基本放大器的输出 信号xo，这称为采样；
再把采样值xo变换为反馈信号xf， 最得后到用基反本馈放信大号电路xf去的修净正输输入入信信号号x‘xi。i， 如馈负果；反修如馈正果。的修结正果的使结果|x'i使|增|x大'i|，变就小是，正就反是
开环输入电阻的(1+AF)倍。
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3．并联负反馈减小输入电阻
引入并联负反馈F后的输入电阻变小了 Rif(Shunt-Feed)＝Ri/(1+AF)
即并联负反馈将导致输入电阻降低到 开环输入电阻的1/(1+AF)倍。
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8.5.1 运放的线性应用（运算电路）
9.2.1 输出采样：电压反馈和电流反馈 9.2.2 输入叠加：串联反馈和并联反馈 9.2.3 负反馈放大电路的四种组态 9.2.4 直流反馈和交流反馈 9.2.5 负反馈对放大电路性能的改善
x'i＝xi－xf
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1．闭环放大倍数
xo与xi的比值称为闭环放大倍数Af，于是
Af＝xo/xi
于是
Af
A 1 AF
上环式放说大明倍，数放A降大低器了的（闭1环+A放F）大倍倍，数或Af比者开说 引入负反馈后，放大倍数降低了（1+AF） 倍。
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2．放大倍数的稳定性
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9.1.1 前馈和反馈（开环与闭环）
1．前馈和开环
思路：干扰信号造成失真，就应该由干 扰信号补偿。
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前馈放大器的缺点
使用开环控制的前馈放大器，抑制干 扰的性能并不好，这是因为：
首先，前馈只能用来纠正可以测量的干 扰，这使得它对那些难以测量的干扰无 能为力；
第9章 负反馈放大器
9.1 负反馈 9.2 负反馈放大电路 9.3 负反馈放大电路举例
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1
9.1 负反馈
由于放大器件自身的非线性以及温度、湿 度、电源电压波动、噪声信号等各类环境 因素的干扰，使输出信号产生失真。
怎么解决输出信号的失真？
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9.1 负反馈
9.1.1 前馈和反馈（开环与闭环） 9.1.2 利用负反馈稳定放大倍数 9.1.3 相移、正反馈与自激振荡
【例9-1】某负反馈放大器，已知开环放大倍 数A＝104，反馈系数F＝0.01。
(1)求闭环放大倍数Af； (2)已知A的相对变化量为±10%，计算A的波 动范围；
(3)求Af的相对变化量，以及Af的变化范围。
【解】
A
10 4
10 4
(1)
Af
1
AF
1 10 4
0.01 101
99.0
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自激振荡
(3)若 1 A F 0 ，则 Af ，这种 状态称为自激振荡。
自激振荡是一种强烈的正反馈，当反 馈放大器发生自激振荡时，即使没有 外加输入信号，也会有输出信号。这 时放大器已失去放大作用，其输出完 全不受输入控制。
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频率、相移与系统稳定性
上述讨论说明，输入信号的频率不同，放大环节 和反馈环节所产生的相移也不同，所以负反馈放 大器对不通频率的输入信号会表现出不同的放大 特性。
9.2.1 输出采样：电压反馈和电流反馈 9.2.2 输入叠加：串联反馈和并联反馈 9.2.3 负反馈放大电路的四种组态 9.2.4 直流反馈和交流反馈 9.2.5 负反馈对放大电路性能的改善
14:29:36
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9.2.1 输出采样：电压反馈和电流反馈
在稳一定般的负对反象馈，系也统是中反，馈输网出络信所号采样xo是的要 对象。
其次，需要针对每一种干扰设计特定的 调节电路F，所以电路复杂。
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2．反馈和闭环
反馈：根据所测量的输出来调整输入。
由于存在着信号的回路，所以称为闭环 控制。
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（负）反馈控制的优点
反馈控制不考虑干扰的特性，只要输 出变量有波动即可实现调节作用，因 此可采用通用调节器，所以反馈系统 实现起来很简单。
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3．深度负反馈
上述讨论表明，负反馈对放大倍数稳定性
的改善程度取决于（1+AF）的值，所以 （1+AF）是表明负反馈性能的一个重要指 标，称为反馈深度。
当深度负反馈，即1+AF>>1时
Af
A 1 AF
A AF
1 F
可 反见馈深系数度F负有反关馈，时而，与闭开环环放放大大倍倍数数AAf仅无仅关与。
电压反馈和电流反馈的区分来自放大电路 输出端，而且它们的名字就表明了负反馈 放大电路所稳定的电路变量。
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1．电压反馈和电流反馈的判断
电压反馈和电流反馈表现在输出回路 的不同，它们的实现框图如图9-5所示。
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电压反馈
电压反馈如图9-5(a)所示，反馈电路的输入 端口与基本放大电路的输出端口并联，反 馈电路的输入电压等于输出电压uo；
由于反馈电路由无源元件所构成，在没有 输入的情况下，显然不应有任何输出，
所以根据输出电压为零时，反馈信号是否 存在就可以判断一个反馈是否为电压反馈： 如 是果电u压o为反零馈时。，反馈信号uf和if也为零，就
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电流反馈
电流反馈如图9-5(b)所示，反馈电路的 输入端口与基本放大电路的输出端口 串联，反馈电路的输入电流等于输出 电流io；
考虑相移
A f
1
A A F
显然闭环放大倍数的大小取决于分母 (1)若 |1 A F | 1 ，则 | Af || A | ，说明
引入反馈后放大倍数减小，此时为负
反馈。
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正反馈
(2)若 1 A F 1 ，则 Af A ，引入 反馈后放大倍数增大，此时为正反馈。
正反馈时，输出信号xo不断增大，放大 器终将进入饱和状态从而失去放大作 用，所以正反馈对于放大器的稳定性 是有害的。
由于相移，直流条件下的负反馈在交流条件下可 能会变成正反馈，甚至发生自激振荡，这将危害 负反馈系统的稳定性，所以在设计负反馈系统时 应避免发生正反馈和自激振荡。
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第9章 负反馈放大器
9.1 负反馈 9.2 负反馈放大电路 9.3 负反馈放大电路举例
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9.2 负反馈放大电路
负反馈最终成为电路设计和自动控制 中十分重要的基础理论，并用事实证 明了它的有效性。
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9.1.2 利用负反馈稳定放大倍数
首先根据负反馈系统框图9-3推导负反 馈系统的性能参数。
基本放大器A的输入输出特性方程为
xo＝Ax'i 反馈网络F的特性方程为
xf＝Fxo 叠加环节的特性方程为
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深度负反馈（续）
放大倍数A反映了半导体放大器件的特 性，它通常是不稳定的；
反馈系数F所反应的是反馈网络的特性， 只要我们选用稳定的器件构成反馈网 络，F就能够稳定，进而让整个放大器 的放大倍数变得十分稳定。
利用深度负反馈的可以获得非常稳定 的放大倍数。
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串联反馈和并联反馈
根据反馈信号与输入信号的叠加方式 是电压叠加还是电流叠加，可以把反 馈分为串联反馈和并联反馈。
如果反馈信号与输入信号采用电压叠 加方式，就称为串联反馈；
如果反馈信号与输入信号采用电流叠 加方式，就称为并联反馈。
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串联反馈和并联反馈（续）
反馈放大的输入端采用串联反馈还是 并联反馈，取决于输入信号源，
3．电流负反馈增大输出电阻
既然电流负反馈能够稳定输出电流， 根据图9-7的诺顿等效电路，可知欲稳 定输出电流，必须增大输出电阻。
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电流负反馈增大输出电阻（续）
所以电流负反馈具有增大输出电阻的 特性。
如引果入基电本流放负大反电馈路F后A的的输输出出电电阻阻为为Ro， Rof(Current-Feed)，则 Rof(Current-Feed)＝(1+AF)Ro
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9.2.2 输入叠加：串联反馈和并联反馈
在输入端，反馈信号xf要负责修正输入 信号xi以便产生净输入信号x‘i，这种修 正通常是通过一个叠加环节实现的。
因为在反馈放大电路中，这些信号要 么电压，要么是电流，所以叠加环节 所叠加的，也只能是要么是电压叠加， 要么是电流叠加。
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对应到负反馈放大电路，如果要稳定 输出电压，就应该采样输出电压；如 果要稳定输出电流，就应该采样输出 电流。
简单地说，要稳定谁，就采样谁。
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电压反馈和电流反馈
如果反馈电路所采样的是输出电压，就称 为电压反馈。
如果反馈电路所采样的是输出电流，就叫 做电流反馈。
电压负反馈将获得稳定的输出电压，电流 负反馈将获得稳定的输出电流。
如果输入信号源是电压源，就应该采 用串联反馈；
如果输入信号源是电流源，就应该采 用并联反馈。
14:
串联反馈和并联反馈表现在输入回路 的不同，它们的实现框图如图9-8所示。
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串联反馈和并联反馈的判断（续）
根据电路结构判断
如果反馈通路与输入通路接在放大电路 的同一点，通常就可以判定为并联反馈， 因为只有接在同一点，才能发生分流；
深度负反馈（续）
实践中，反馈网络通常是由电阻、电 容等无源元件所构成，其参数很稳定， 于是可以得到稳定的F；
而基本放大器通常由具有极高开环放 大倍数的集成运放构成，于是A极大。 满足1+AF>>1这个条件是很容易办到 的事，所以深度负反馈很有实际意义。
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9.1.3 相移、正反馈与自激振荡
根据输出电流为零时，反馈信号是否 存在就可以判断一个反馈是否为电流 反为馈零：，如就果是电io为流零反时馈，。反馈信号uf和if也
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2．电压负反馈减小输出电阻
根据戴维南定理，从任何放大电路的输出 端看进去，可以把它等效为电压源与电阻 的并联支路，其中uos为开路输出电压，Ro 为等效输出电阻。
即电流负反馈将导致输出电阻增大到 开环输出电阻的(1+AF)倍。
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8.5.1 运放的线性应用（运算电路）
9.2.1 输出采样：电压反馈和电流反馈 9.2.2 输入叠加：串联反馈和并联反馈 9.2.3 负反馈放大电路的四种组态 9.2.4 直流反馈和交流反馈 9.2.5 负反馈对放大电路性能的改善
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电压负反馈减小输出电阻（续）
既然电压负反馈能够获得稳定的输出电压， 自然就意味着获得了更小的输出电阻，由 此可知，电压负反馈能够减小输出电阻。
Rof(Voltage-Feed)
Ro 1 AF
电压负反馈将导致输出电阻降低到开环输
出电阻的1/(1+AF)倍。
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