电工学第七章负反馈

反馈通路
电压反馈
反馈通路
电流反馈
电压反馈
反馈通路
7.4
负反馈放大电路的四种组态
电压串联负反馈放大电路
电压并联负反馈放大电ห้องสมุดไป่ตู้ 电流串联负反馈放大电路 电流并联负反馈放大电路
7.4.1
7.4.2 7.4.3 7.4.4
7.4.1
电压串联负反馈放大电路
特点： 输入以电压形式求和（KVL）： vid=vi- vf 稳定输出电压
输入电阻
ri 106Ω （很大）
输出电阻
ro 100Ω （很小）
图7.1.3 运算放大器的电路模型
vO＝Avo(vP－vN)
（ V－＜ vO ＜V＋ ）
注意输入输出的相位关系
当Avo(vP－vN) V＋ 时 vO＝ V＋
当Avo(vP－vN) V-时 vO＝ V电压传输特性 vO＝ f (vP－vN) 线性范围内 vO＝Avo(vP－vN) Avo——斜率
从放大器角度看 增益为 Avd
vo R4 vi2 vi1 R1
（该电路也称为差分电路或减法电路）
二、求和电路
根据 虚短、虚 断和N点 的KCL得：
vn vp 0
v i1 - v n vi2 - v n v n - vo R1 R2 R3
R3 R3 - vo vi1 vi 2 R1 R2
内部反馈
Ib hie vbe hrevce hfeib
ic hoe vce
外部反馈
框图
基本放大电路的输入 信号（净输入信号）
输出信号
反馈放大电路 的输入信号
反馈信号 反馈通路——信号反向传输的渠道
开环 ——无反馈通路 闭环 ——有反馈通路
判断电路是否存在反馈通路
反馈通路 （本级）
反馈通路 （本级）
通过某种方式送回到输入回路 的过程。
瞬时电位变化极性——某时刻电位的斜率
电路有
vo ＝ Avo (vp－vn) vn 0，vp(vi)不变 → (vp－vn)↓→ vo↓
引入反馈后
使输出减小了，增益Av＝vo/vi下降了，这时的反馈称为负反馈。
3. 虚假短路
图中输出通过负反馈的作用，
使vn自动地跟踪vp， 即vp≈vn，或vid＝vp－vn≈0。 这种现象称为虚假短路，简称 虚短
电流负反馈：稳定输出电流，具有恒流特性
例1.分析图所示电路中Rf所引入的交流反馈的类型。
+ U CC
if
Rf C1
+
Rc1
Rb2
Rc2 + C2 +
ui
ii
R1
iid
R2
∞
+
uo
+
T1
ui
-
ii
iid
T2 Rf
uo
-
if
Re1
Re2
(a)
(b)
if
Rf
ui
(+)
ii
R1
iid
(+)
∞
+
(-)
+
R2
即 vid=vi- vf 即
iid=ii-if
反馈信号送回到放大电路的输入端后，与输入信号的求 和方式只有两种，一种是以电压的形式求和，即反馈信号和 输入信号同为电压；另外一种是以电流的形式求和，即反馈 信号和输入信号同为电流。 判断是串联反馈还是并联反馈时，通常根据输入端反馈 信号与输入信号的比较方式来分析：当二者以电压的方式进 行比较时，为串联反馈；若二者以电流的方式进行比较时， 为并联反馈。
若继续有 R4 R1 ,
R3 R1 R4 R4 vo ( )( )vi2 vi1 R1 R2 R3 R1
R 当 R4 3 , 则 vo R4 (vi2 vi1 ) R1 R2 R1
则 vo vi2 vi1
R4 R3 时， R1 R2 R4 vo (vi2 vi1 ) R1
vn≈ vp＝ 0 ， ii＝0 所以 i1＝i2
即
v i vn vn vo R1 R2 vo R2 Av （可作为公式直接使用） vi R1
2. 几项技术指标的近似计算 （2）输入电阻Ri
vi vi Ri R1 ii vi / R1
（3）输出电阻Ro Ro→0
7.2.2
vp≈vn， ip＝-in＝0
所以
R1 v i vp vn vo R1 R2 vo R1 R2 R2 （可作为公式直接使用） Av 1 vi R1 R1
4. 几项技术指标的近似计算
（2）输入电阻Ri
输入电阻定义 v Ri i ii 根据虚短和虚断有
vi＝vp，ii ＝ ip≈0 所以 Ri vi ii
电压负反馈
xf=Fvo ， xid= xi－xf RL vo vo xf xid

电压负反馈稳定输出电压
电流负反馈
xf=Fio ， xid= xi－xf RL io io xf xid

电流负反馈稳定输出电流
判断方法：负载短路法
将负载短路（未接负载时输出对地短路），反馈量为零— —电压反馈。 将负载短路，反馈量仍然存在——电流反馈。
判断电路中的级间交流反馈是串联反馈还是并联反馈
并联反馈
xf (if )
级间反馈通路
判断电路中的级间交流反馈是串联反馈还是并联反馈
串联反馈
级间反馈通路
x f ( v f)
7.3.5
电压反馈与电流反馈
电压反馈与电流反馈由反馈网络在放大电路输出 端的取样对象决定
电压反馈：反馈信号xf和输出电压成比例，即xf=Fvo
电流反馈：反馈信号xf与输出电流成比例，即xf=Fio
并联结构
串联结构
当取出的反馈信号与输出电压成比例时，即以放大电路的 输出电压作为反馈网络的输入信号，这种反馈称为电压反馈。 当取出的反馈信号与输出电流成比例时，即以电流作为反 馈网络的输入信号，这种反馈称为电流反馈。
判断是电压反馈还是电流反馈时，通常使用“输出短路 法”。即在输出端假设负载短路，使输出电压u0=0，观察反 馈信号是否还存在，若反馈信号消失，说明反馈信号与输出 电压成比例，为电压反馈；若反馈信号仍然存在，说明反馈 信号与输出电流成比例，而与输出电压无关，为电流反馈。
反馈通路 （级间）
7.3.2
直流反馈与交流反馈
根据反馈到输入端的信号是交流，还是直流， 或同时存在，来进行判别。
直流反馈
交、直流反馈
(a)直流通路
(b)交流通路
7.3.3
正反馈与负反馈
由图所示的反馈放大电路组成框图可以看出，反馈信号送 回输入回路与原输入信号共同作用后，对净输入信号的影响有 两种结果： 一种是使净输入信号比没有引入反馈的时候减小了，而净 输入量的变化必然会引起输出量发生相应的变化，因此这种反 馈称为负反馈； 一种是使净输入信号比没有引入反馈的时候增加了，这 种反馈就称为正反馈。 判别方法：瞬时极性法。即在电路中，从输入端开始，沿着 信号流向，标出某一时刻有关节点电压变化的斜率
理想运算放大器
1. vo的饱和极限值等于运放 的电源电压V＋和V－
2. 运放的开环电压增益很高 若（vP－vN）＞0 则 vO= +Vom=V＋ 若（vP－vN）＜0 则 vO= –Vom=V－
3. 若V－< vO <V＋ 则 （vP－vN）0 4. 输入电阻ri的阻值很高 使 iP≈ 0、iN≈ 0 5. 输出电阻很小， ro ≈ 0
电压控制的电压源
RL↓→vo↓→vf↓→vid(=vi－vf)↑ vo↑
7.4.2
电压并联负反馈放大电路
特点： 输入以电流形式求和（KCL）： iid=ii-if

稳定输出电压 电流控制的电压源
7.4.3
电流串联负反馈放大电路
特点： 输入以电压形式求和（KVL）： vid=vi- vf 稳定输出电流
综上所述，该图的反馈类型为电压并联负反馈。
+ U CC
Rc1
(-)
（3）输出电阻Ro
Ro→0
5. 电压跟随器 根据虚短和虚断有 vo＝vn≈ vp＝ vi
Av vo 1 vi
（可作为公式直接使用）
二、 反相放大电路
1. 基本电路
（a）电路图
（b）由虚短引出虚地vn≈0 图7.2.2 反相放大电路
2. 几项技术指标的近似计算
（1）电压增益Av
根据虚短和虚断的概念有
2. 微分电路
dvI vO RC dt
7.3
反馈的基本概念与分类
什么是反馈
直流反馈与交流反馈 正反馈与负反馈 串联反馈与并联反馈 电压反馈与电流反馈
7.3.1
7.3.2 7.3.3 7.3.4 7.3.5
7.3.1
什么是反馈
将电子系统输出回路的电量（电压或电流）， 送回到输入回路的过程。

RL io io vf (=ioRf ) vi 一定时 vi d
电压控制的电流源
7.4.4
电流并联负反馈放大电路
特点： 输入以电流形式求和（KCL）： iid=ii-if 稳定输出电流 电流控制的电流源
特点小结：
串联反馈：输入端电压求和（KVL） 并联反馈：输入端电流求和（KCL） 电压负反馈：稳定输出电压，具有恒压特性
若 R1 R2 R3
则有 - vo vi1 vi 2
（该电路也称为加法电路）
三
积分电路和微分电路
1. 积分电路
根据“虚短”， vP vP 0 得 根 据 “ 虚 断 ” ， ii 0 vI 得 因此 i2 i1
R
电容器被充电，其充电电流为 i 2 设电容器C的初始电压为零，则
7.1
集成电路运算放大器
1. 集成电路运算放大器的内部组成单元
图7.1.1
集成运算放大器的内部结构框图
1. 集成电路运算放大器的内部组成单元
图7.1.2 运算放大器的代表符号 （a）国家标准规定的符号 （b）国内外常用符号
2. 运算放大器的电路模型
通常： 开环电压增益 Avo的104 （很高）
同相输入和反相输入放大电 路的其他应用
一、
求差电路
二、
三、
求和电路
积分电路和微分电路
一
求差电路
从结构上看， 它是反相 输入和同相输入相结合的放 大电路。 根据虚短、虚断和N、P 点的KCL得： vn vp
vi1 v n v n vo R1 R4 vi2 v p vp 0 R2 R3
具体做法：
先假设输入信号在某一瞬间的极性为正（即相对 于公共端而言有增加的趋势），用“+”号表示。 然后根据各种放大电路的输出信号与输入信号的相 位关系，从输入到输出一级一级的标出电路中相关各点电位 或电流的瞬时极性，以确定输出回路到输入回路的反馈信号 的瞬时极性。 最后判断反馈信号是削弱净输入信号还是增强了净 输入信号，如果是削弱净输入信号，则为负反馈，如果是增 强了净输入信号，则为正反馈。
图7.1.4 运放的简化电路模型
理想：ri≈∞ ro≈0 Avo→∞ vo＝Avo(vp－vn)
7.2.1
基本线性运放电路
一、 同相放大电路
二、 反相放大电路
一、 同相放大电路
1. 基本电路
（a）电路图
（b）小信号电路模型 图7.2.1 同相放大电路
2. 负反馈的基本概念
开环 闭环
反馈：将放大电路输出量，
1 1 vI vN vO i2dt dt C C R
1 vO vIdt RC
（积分运算）
式中，负号表示vO与vI在相位上是相反的。
1. 积分电路
当vI为阶跃电压时，有
1 vO vI dt Vi t Vi t RC RC
vO与 t 成线性关系
uo
解：（a）图所示的电路中，设输入电压瞬时极性 为（+），从反相端输入，所以输出端为（-）， 可画出各电流的瞬时流向如图中所示，净输入电 流比没有反馈的时候小，故为负反馈。
if
Rf
ui
(+)
ii
R1
iid
(+)
+
∞
+
(-)
uo
R2
在输出端判断反馈的取样方式，将输出端短接， u 输出电压uo ＝0，反馈电流 i f o 0 ，所以为电 Rf 压反馈。在输入端，反馈信号和输入信号连接在同一 节点，二者是以电流的方式求和，故为并联反馈。
由于运放的输入电阻ri很大，所以，运放两输入端之间的
ip＝-in ＝ (vp－vn) / ri ≈0，这种现象称为虚断。 由运放引入负反馈而得到的虚短和虚断两个重要概念，是 分析由运放组成的各种线性应用电路的利器，必须熟练掌握。
4. 几项技术指标的近似计算 （1）电压增益Av
根据虚短和虚断的概念有
反馈通路 负反馈
净输入量增大
正反馈
净输入量减小
反馈通路
本级负反馈
反馈通路 净输入量减 小
级间反馈通路 净输入量减小
级间负反馈
7.3.4
串联
串联反馈与并联反馈
并联
由反馈网络在放大电路输入端的连接方式判定
串联：输入以电压形式求和（KVL） -vi+vid+vf=0 并联：输入以电流形式求和（KCL） ii-iid-if=0