数字电路 第四章 负反馈放大器

1、直流负反馈能稳定静态工作点 2、串联负反馈使得输入电阻升高
并联负反馈使得输入电阻减小 3、电压负反馈能够稳定输出电压，
使得输出电阻减小 电流负反馈能够稳定输出电流， 使得输出电阻增大 4、负反馈均能展宽通频带， 且减小非线性失真
例：判断反馈类型，若为负反馈说明反馈 对放大器性能的影响
vbe = vi − v f R1 负反馈 C1
Xo
无反馈：Ri =
加入反馈后：
Vi′ Ii
Rif
= Vi Ii
= Vi′+ V f
=
Vi′ I1i Ii
+
Vf Vi′
⋅
Xo Xo
= Ri (1+ AF)
串联负反馈使输入电阻增加（1+AF）倍
2 并联反馈
Ii
I
' i
RS V i I f Ri
Is
X o 无反馈：
Ri
=
Vi
I
' i
加入反馈后：
产生了输出信号，电路 已失去正常放大功能， 处于
“自激”状态。
(3) 环路增益
AF
当AF >> 1时
=
xf x′i
Af
=A 1+ AF
≈
A AF
=
1 F
此时，闭环增益只取决于反馈系数F ，不受晶体管 参数以及其它干扰的影响，放大性能比较稳定。 这种情况称为“深度负反馈”
4.4 负反馈对放大器性能的影响
Vo Io
Vof
=
Vo
+
AX
' i
= Vo + A( X i
−Xf)
= Vo − AX f = Vo − AFVof
加入反馈后：
Rof
= Vof Io
Vof
= Vo 1+ AF
Rof
=
Ro
1 1+ AF
电压负反馈使输出电阻 减小（1+AF）倍
2 电流反馈
∑ XXi ==00
X
' i
X
' i
Io
Ro
Re：直流反馈
Rf1和Rf2：直流反馈 Re1：级间交流反馈 √
Re2：本级交流反馈
3、判断串联反馈和并联反馈
-----------输入端连接方式 在放大电路的输入端，反馈信号和输入信号有两种连接方式： 串联和并联
串联反馈：反馈信号和输入信号以电压的形式叠加。
vi' = vi ± v f ——反馈没有引回到输入端 （反馈信号和输入信号分别加在输入回路的不同两个电极上）
第四章 负反馈放大器
这一章主要包括四个部分： 1、反馈的类型的判断 （重点） 2、反馈放大器放大倍数的计算 3、反馈对电路性能的影响
4.1 反馈放大器的基本概念
一、什么是反馈？
将输出量（电压、电流）的一部分或全部通过一定的网 络反馈到输入回路的过程。 放大电路无反馈也称开环，放大电路有反馈也称闭环。 反馈元件：跨接在输入和输出回路之间的元件。
Rif
= Vi Ii
=
Vi I i′ + I f
=
Ri
1+ I f ⋅ Xo
I i′ X o
= Ri 1+ AF
并联负反馈使输入电阻减小（1+AF）倍
五、负反馈对放大器输出电阻的影响
1 电压反馈
x
' i
Xi = 0 ∑
——只与反馈放大器输出端的采样有关
Io
Ro
AX
' i
Voof
RL
无反馈：
Ro =
Vi
R2
串联反馈
VCC
RC1 C2
R4
RC 2
C3
T1 R7
vR3 f
C4
T2
RL VO
R5
R6
C5
电压反馈
vbe = vi − v f R1 负反馈C1
Vi
R2
串联反馈
VCC
RC1 C2
R4
RC 2
C3
T1 R7
vR3 f
C4
T2
RL VO
R5
R6
C5
电压反馈
① 能够稳定输出电压， 使得输出电阻减小 ② 使得输入电阻升高 ③ 展宽通频带 ④ 减小非线性失真
Ø 对增益的影响 Ø 对通频带的影响 Ø 对非线性失真的影响 Ø 对输入、输出电阻的影响
一 、提高放大倍数的稳定性
∆Af
= A + ∆A 1+ ( A + ∆A)F
−A 1+ AF
∆Af
=
∆A
[1+ ( A + ∆A)F ](1+ AF )
Af
=A 1+ AF
∆Af =
1
. ∆A
Af 1 + ( A + ∆A)F A
vi
vo
Re
vi
vo
反馈元件
2、判断直流反馈和交流反馈
直流反馈：反馈信号只有直流成分。 交流反馈：反馈信号只有交流成分。 交直流反馈：反馈信号中既含直流成分又含交流成分。
注：一般将交流反馈和交直流反馈统称为交流反馈，即反
馈信号中只要含有交流成分即称为交流反馈。
判断方法：画出直流通路和交流通路， 直流通路上存在反馈就是直流反馈； 若交流通路存在反馈就是交流反馈。
•在放大电路中，把输出回路的电量（电压或电流）馈送到输 入回路的过程称为反馈。
•本章主要讨论负反馈对放大电路性能的改善。
•从反馈基本概念出发，应用瞬时极性法判断反馈极性并确定 四种类型的反馈组态。
•负反馈可以提高增益的恒定性、减小非线性失真、拟制噪声、 扩展频带和控制输入电阻和输出电阻。
•性能的改善与反馈深度有关，反馈愈深，改善程度愈好。但 反馈深度不宜无限增大，否则易引起自激振荡。
VRoo
Vo RL
I of
=
Io
+
AX
' i
=
Io + A( X i − X f )
= Io − AX f = Io − AFIof
无反馈：
Ro =
Vo Io
加入反馈后：
Rof
=
Vo I of
I of
= Io 1+ AF
Rof = Ro (1+ AF )
电流负反馈使输出电阻 增加（1+AF）倍
小结：
0
t0
t
xi ∑ xi'
xo
0
tt
xo
xf
xf
0
t
负反馈只能改善反馈环内 产生的非线性失真，对于 输入波形的失真没有改善
作用
t
失真的反馈信号使净输入信号产生相反的失真， 从而弥补了放大电路本身的非线性失真
四、负反馈对放大器输入电阻的影响
1 串联反馈
Ii
RS
Vi
VS
V' i
Ri
——只与反馈放大器输入端的连接方式有关
Af
=
xo xi
——闭环增益
对于负反馈：
xi′ = xi − x f
Af
=
xo xi
=
Axi′ x′i + x f
=
1+
A
xo xi'
⋅
xf xo
=A
1+ AF
(A =
xo ) x′i
(2) 反馈深度 |1+ AF| = A Af
a . 若 1 + AF > 1，则 Af < A，表示引入的是“负反 馈” b . 若 1+ AF < 1，则 Af > A，表示引入的是“正反馈” c . 若 1 + AF = 0，则 Af → ∞，表示没有输入信号却
输出电压‘短路’，反馈 消失，所以是电压反馈
输出电压‘短路’，反 馈消失，所以是电压反 馈
输出电压‘短路’，反馈仍 存在，所以是电流反馈
5、判断反馈的极性－正反馈和负反馈
定义：正反馈：引入反馈后，放大倍数增大 （净输入量增加）
负反馈：引入反馈后，放大倍数减小 （净输入量减少）
只有负反馈能起稳定输出量的作用，而正反馈会 破坏放大电路的稳定性，甚至使其无法工作。
解： A0＝104时，
Af
A =
1+ AF
=
1
+
104 104 •
0.01
=
99
A0＝8×103时，Af
A =
1+ AF
=
1
+
8
8 ×103 ×103 •
0.01
=
98.8
开环放大倍数A0的相对变化量为：
∂A A
=
8×103 −104 104
=
−20%
闭环放大倍数Af的相对变化量为：
∂Af = 98.8 − 99 = −0.2%
当∆A << A时
∆Af = 1 . ∆A Af 1 + AF A
有反馈时，增益的稳定性比无反馈时提高了(1+AF)倍。
放大电路增益的稳定性提高后，在输入量一 定时，就可得到较稳定的输出。
所以：引入电压负反馈能够稳定输出电压； 引入电流负反馈能够稳定输出电流。
例1 某放大电路的开环电压放大倍数A＝104，如果由于某种原 因，使A下降为8×103。现引入反馈系数F=0.01负反馈，试求 闭环电压放大倍数Af和开环电压放大倍数A的相对变化量。
T2 C3 RL VO
R6
反馈
第三步，看输入端连接：引回输入端——并联反馈
第四步，瞬时极性法：——负反馈
电流并联负反馈
4.3 负反馈放大电路的增益
xi
∑
x
' i
xo
xf
(1) 表达式的推导
基本放大器的增益： A = xo xi′
——开环增益
反馈网络的反馈系数： F = x f xo
反馈放大器的增益：
反馈引自于输 出端，所以是
电压反馈
反馈没有引自 于输出端，所 以是电流反馈
vo ≈ i f Rf i f ∝ vo
是电压反馈
v f = Reie ≈ Reic ∝ ic (io ) ∴ 是电流反馈
反馈引自于输出端， 所以是电压反馈
反馈没有引自 于输出端，所 以是电流反馈
方法3：将输出电压‘短路’，若反馈回来的 反馈信号为零，则为电压反馈；若反馈信号仍 然存在，则为电流反馈。
并联反馈：反馈信号和输入信号以电流的形式叠加。
ii' = ii ± i f ——反馈引回到输入端 （反馈信号和输入信号加在输入回路的同一个电极上）
简单判别方法：是看反馈有没有引回到输入端。
并联反馈
iB = is − i f
vbe
+ v−f
vbe = vi − v f
串联 反馈
并联反馈
串联反馈
4、判断电压反馈和电流反馈
----------输出采样 从需要稳定的输出量和输出端的采样方式来划分，反馈分为：
电压反馈：x f ∝ vo ——反馈量引自于输出端 （反馈信号和输出信号从同一个电极引出）
电流反馈： x f ∝ io ——反馈量没有引自于输出端
（反馈信号和输出信号从不同的两个电极引出）
简单的方法：看电路的反馈量有没有引自于输出端 。
(串联反馈，净输入量是电压）
若两者瞬时极性相同的为负反馈； 若瞬时极性相反的为正反馈。
净输入量ib = ii − i f
if
负反馈
负反馈
+
vf
−
净输入量vbe = vi − v f
我们只关心交流负反馈的情况，那么可 以构成四种类型的反馈组态：
电压串联负反馈 电流串联负反馈 电压并联负反馈 电流并联负反馈
判断的方法——瞬时极性法
VCC
步骤：
① 在放大电路的输入端，假设一 个输入信号的电压极性，可用
vi
Rf
vo
“+”、“-”
② 按信号传输方向(放大网络：输入端→输出端；反馈网络：输出端→输入端)依 次判断相关点的瞬时极性，直至判断出反馈信号的瞬时电压极 性
信号经过电阻
或耦合电容不
改变极性
VCC
③ 判断净输入量(ib、vbe)的正变化反馈
加入反馈后： 若净输入量增加：正反馈； 若净输入量减小：负反馈。
if
vi
Rf
vo
情况一、反馈信号和输入信号加在输入端的
同一个电极 上 (并联反馈，净输入量是电流） 若两者瞬时极性相同的为正反馈；
净输入量ib
= ii
+ if
若瞬时极性相反的为负反馈。
情况二、反馈信号和输入信号分别加在输入端的两个电极上 ：
Af
99
二、展宽通频带
通常把放大倍数在高频和
低频区分别下降到中频 区时放大倍数的0.707倍
时的频率叫作上限截止 频率fH和下限截止频率fL。 它们之差称为放大电路 的通频带或称带宽。
f
' H
= (1+
AF ) •
fH
f
' L
=
fL 1+ AF
负反馈放大电路扩展通频带
三、减小了非线性失真
xi
x
' i
例题 1、试判断图中电路级间反馈的极性，若为 交流反馈，请判断其组态。
VCC
Rf 2
Rf1
vi
vo
Re1
①存在反馈： Rf1和Rf2、Re1——反馈元件
② Rf1：直流反馈
Rf2和Re11：交流反馈
vi
只分析交流反馈
Rf1
Re1
③ 看输出端采样：引自输出端——电压反馈
④ 看输入端连接：没有引回输入端——串联反馈
二、反馈放大器的原理方框图
xi ∑ xi'
xo
xf
注意：
1、x 可能是电压，也可能是电流
2、忽略信号通过反馈网络从输入端向输出端的正向传输 3、忽略反馈信号通过基本放大器从输出端向输入端的反向传 输
表示输入信号和 反馈信号叠加
净输入量
xi ∑ xi'
xo
xf
正反馈： xi′ = xi + x f
⑤ 瞬时极性法：——负反馈
VCC
Rf 2
vo
例2 判断反馈类型
R1 C1
Vi
R2
RC1 C2
T1
R7 R3
VCC
R4
RC 2
T2 C3
R5
R6
RL VO
VCC
第一步，找出反馈元件：R7
R1 C1
RC1 C2
第二步，看输出端采样： 没有引自输出端——电流 Vi
i T1 f
R7
R2
R3
R4 R5
RC 2
反馈信号起增强输入信号的作用
负反馈： xi′ = xi − x f
反馈信号起削弱输入信号的作用
4.2 反馈类型的判断
一、判定有无反馈
方法：检查电路中是否存在反馈网络，即：是否有元器 件、线路既属于输入回路、又属于输出回路，或者跨接 在输入和输出回路之间。
VCC
反馈元件
VCC
Rb
Rc
C f R f Rc