第七章 负反馈技术

第七章 负反馈技术一、 内容提要 1、 反馈的基本概念及通用反馈结构反馈：在电子电路中，将输出量的一部分或全部通过一定的网络（反馈网络）以一定方式送回到输入回路，来影响电路性能的电路技术称为反馈。

放大电路引入反馈后组成反馈放大电路。

反馈放大电路的一般结构：主要由基本放大电路和反馈网络两部分组成，二者在输入端通过求和（比较）环节联系，在输出端通过取样环节联系。

根据反馈网络限于本级或跨级，反馈分为单级反馈和级间反馈； 根据反馈送回输入端使信号增强或削弱，反馈分为正反馈和负反馈； 根据反馈信号是直流或交流，反馈分为直流反馈和交流反馈；根据反馈网络和基本放大电路在输入、输出端的连接方式，反馈又分四种类型。

定义：开环增益A ：无反馈的基本放大电路增益；定义式：净输入量输出量==i o x x A 闭环增益A f ：反馈放大电路增益；定义式：原输入量输出量==s o x x A 反馈系数B ：反馈网络传输系数； 定义式：输出量反馈量==o f x x B A 、A f 、B 之间关系通过反馈方程式联系：AB A A f +=12、负反馈对放大电路性能的影响在放大电路中引入负反馈技术对电路性能的改善有： 直流负反馈可以稳定静态工作点； 交流负反馈可以·稳定电路增益（不同的反馈类型稳定的闭环增益不同）；·减小非线性失真和降低噪声（不包括信号源的非线性失真和噪声）； ·展宽电路通频带，·调节电路输入、输出电阻。

1+AB = 1+T 称为反馈深度，负反馈对放大电路性能的改善程度，均和反馈深度有关。

负反馈越强，1+T 越大，改善效果越明显。

正反馈则导致放大电路不稳定甚至产生自激振荡，放大电路要避免出现正反馈。

在基本放大电路由多级放大电路构成时，要考虑负反馈过强可能导致放大器工作不稳定而产生自激的因素。

3、四种基本反馈放大器由于反馈放大电路的输出信号x o 可以是电压或电流，故取样信号有两种可能；信号源提供的输入信号x s 也可以是电压或电流，故比较信号也有两种可能，这由基本放大电路与反馈网络在输出端和输入端的连接方式（串联或并联）决定，从而也决定了负反馈放大电路的类型。

共有四种类型的负反馈放大器： （1）电压放大器：（电压取样电压求和负反馈放大器）；又称电压串联负反馈放大器 输出=输入连接方式：并联-串联of v so vf f i o v v v B B v vA A v vA A ======,,（2）互阻放大器：（电压取样电流求和负反馈放大器）；又称电压并联负反馈放大器 输出=输入连接方式：并联-并联,,fo o r f rf g i so i vvA A A AB B i i v ======（3）跨导放大器：（电流取样电压求和负反馈放大器）；又称电流串联负反馈放大器输出－输入连接方式：串联-串联,,f o og f gf r iso v iiA A A AB B v v i ======（4）电流放大器：（电流取样电流求和负反馈放大器）；又称电流并联负反馈放大器输出－输入连接方式：串联-并联,,f o o i f if R iso i iIA A A AB B i i i ======4、反馈放大器的理想模型与实际模型：反馈放大器的理想模型由单向（正向传输）的开环基本放大电路和单向（反向传输）的反馈网络组成，在理想模型中，反馈网络只包含受控源一个元件；受控源类型由反馈放大器类型决定。

反馈放大器的实际模型则是反馈网络（B 网络）包含有负载（电阻），分析时应考虑将其电阻计入基本放大电路中，此时的开环放大电路称为A 电路（网络），以区别理想模型中的基本放大电路。

5、负反馈放大电路的分析方法 （1）反馈极性的判断采用瞬时极性法：假定x s 瞬时极性，经x s →A →x o →B →x f →x i 定出各瞬时极性，确定净输入量的大小，x i ↑→正反馈， x i ↓→负反馈。

（2）反馈类型的判断 输入端： 若A 、B 在输入端串联，即x s 、x f 、x i 在输入回路以电压形式求和，为串联反馈（电压求和）； 若A 、B 在输入端并联，即x s 、x f 、x i 在输入结点以电流形式求和，为并联反馈（电流求和）。

输出端：若A 、B 在输出端串联，即x f 取自输出电流I o ，为电流反馈； 若A 、B 在输出端并联，即x f 取自输出电压v o ，为电压反馈。

（3）负反馈放大电路性能参数的计算 主要求解其闭环电压增益及输入、输出电阻。

方法一、小信号模型分析法作出负反馈放大电路的小信号模型，利用线性电路定理、定律和分析方法求解。

一般而言负反馈放大电路均可用此方法求解，但更多用于分析较简单的分立元件负反馈放大电路。

方法二、A ，B 网络法（又称方框图分析法或拆环分析法）：由于反馈放大电路性能参数与基本放大电路和反馈网络的电路参数有关联，故可将反馈放大电路拆分为A 放大器（网络）和反馈网络B 。

在A 中求出开环增益A 和输入电阻R i 、输出电阻R o ；在B 网络中求出反馈系数B ，即可由反馈方程式求出闭环增益A f ，并根据反馈类型求出反馈放大电路输入、输出电阻。

A 网络是除去B 网络的反馈作用但考虑了其负载效应后得出的放大电路，具体实施应遵循“串联开路，并联短路”的原则构成。

B 网络的输出端（左端）也是根据“串联开路，并联短路”的原则作出，而输入端（右端）电路形式则是由取样信号确定。

方法三、深度负反馈放大电路性能参数的估算 满足 1+AB >>1，称为深度负反馈。

由B AB A A f 11≈+=反馈放大器闭环增益与A 网络无关，仅由反馈网络B 确定。

对电压放大器（电压串联负反馈放大器）：v f v B A 1≈；对互阻放大器（电压并联负反馈放大器）：1r f g A B ≈；对互导放大器（电流串联负反馈放大器）：1g f rA B ≈；对电流放大器（电流并联负反馈放大器）：if i B A 1≈；对于求闭环电压增益，只有电压串联型可由v vf B A 1≈直接求出，其余三种反馈类型需要由A f 再转换成A vf 。

深度负反馈放大电路输入、输出电阻的估算： 串联负反馈：输入电阻→∞； 并联负反馈：输入电阻→0 。

电压负反馈：输出电阻→0； 电流负反馈：输出电阻→∞。

5、负反馈放大电路的稳定性 （1）稳定性判断由于电路中存在电抗元件，由此产生的附加相移使在中频段的负反馈在高频、低频段可能变成正反馈。

环路增益 )()()()()()(ωϕωωωωωj e j B j A j B j A j T ==当ω=ω180o ，负反馈变成正反馈。

此时只要满足自激振幅条件： 1)(≥ωj T ， 则反馈放大器工作不稳定，产生自激振荡。

所以当负反馈放大电路的环路增益T （j ω）=－1时，电路将产生自激而失去正常放大功能。

（2）增益裕量和相位裕量 要使负反馈放大器正常工作，仅保证不产生自激振荡远远不够，还应保证其工作状态距不稳定状态有一个相当的距离。

远离程度用稳定裕量表示。

有两项衡量的指标：增益裕量和相位裕量。

其绝对值越大，距不稳状态越远，电路稳定性越好。

增益裕量：附加相移为180o 时对应的幅值裕度。

要求：dBj T GM o 10)(lg 20180-≤-=ω相位裕量：幅值1)(=ωjT时对应的相位裕度。

要求：ooPM45180≥-=φ（3）补偿技术可以采用频率补偿技术来保证反馈放大器的稳定。

补偿技术的实质就是设法修改环路增益函数（主要是基本放大器电压传递函数），以保证反馈放大电路在希望的闭环增益值上能稳定的工作。

对于高增益放大电路，为保证电路稳定，主极点必须足够低，有四种补偿方法：·在反馈放大电路的环路增益函数中引入新极点，并使之成为主极点。

它将明显改变环路增益的频率特性，使发生自激振荡的条件被破坏；·修改主极点。

在基本放大电路产生最低极点频率的电路结点处并接一只大补偿大电容，以压低该结点的极点频率使之成为主极点；·极点分离技术，又称密勒电容补偿。

补偿的小电容接在产生最低极点频率那一级电路的反馈回路中（连接输入输出），利用密勒效应分离前后级的两个极点频率（小的更小，大的更大），从而大大扩大了环路增益在－20dB/十倍频程的范围。

·通过修改反馈路径来进行频率补偿。

反馈路径改变，环路增益的极点相应也随之改变。

二、难点与重点分析1、反馈网络和反馈类型的判断反馈网络是在放大电路交流通路中联系其输出/输入的电路部分（交流反馈）。

输入端反馈类型判别：分立元件电路中，反馈引到基极一般是并联反馈（电流求和）；引到发射极一般是串联反馈（电压求和）；在以集成运放作基本放大电路的电路中，反馈和输入信号从运放同一端引入，是并联反馈，从运放不同端引入，是串联反馈。

输出端反馈类型判别：输出端短路，若反馈消失（反馈网络不存在），是电压反馈，否则是电流反馈。

2、负反馈放大电路性能参数的计算·小信号模型分析法反馈放大电路采用小信号模型后，运用线性电路分析法（对回路或结点列KCL、KVL方程；或分压、分流公式等等）对放大电路求解。

例1 求解如图电路跨导增益o gfii Av=解：电路的射极电阻引入了电流串联负反馈。

采用跨导参数的小信号等效电路如下：v b'e rbe g m v b'e 在等效电路中，输出电流()()Co m b eC LRi g VR R'=-+；（1）反馈电压()b ef m b e Eb evv g v Rr'''=+；输入回路KVL方程，1[1()]i b e f b e m Eb ev v v v g Rr'''=+=++（2）由（1）和（2）式得出解答()11()Cmo C Lgfim Eb eRgi R RAv g Rr'-+==++。

例2 求如图电流并联负反馈电路的互阻增益和电压增益。

已知VmAgkrmeb/9.18,28.5=Ω='。

反馈电阻R F = 82kΩ，电容C C！、C C2和C E对信号短路。

R F解：画出跨导参数的小信号等效电路。

其中：i iSv iR =R Fv b 'e18.9v b 'e由输出结点列出KCL 方程：0o o b e m b e C Fv v vg v R R ''-++= （1）由输入结点列出KCL 方程：12//b e b e b e b e o i S b e F v v v v v i R R R r R '''''-=+++ （2） 求解（1）（2）两式，消去b e v '并带入相关数据， 求得互阻增益为65.8orf iv A k i ==-Ω电压增益11(65.8) 6.5810o o vf rf i i S S v v A A v i R R ====-⨯=-由集成运放作基本放大电路构成的负反馈电路用小信号模型求解过程可参见习题7- 16的解法一。