放大电路中的负反馈

1 谁 若 游 戏 人 生 ， 他 就 一 事 无 成 ；谁 不 能 主 宰 自 己 ， 便 永 远 是 一 个 奴 隶 。 歌 德 2 第 四 章 放 大 电 路 中 的 负 反 馈本 章 教 学 要 求1 掌 握 负 反 馈 的 概 念 和 四 种 基 本 类 型 负 反 馈 放 大 器 的 电 路结 构 、 工 作 原 理 、 基 本 分 析 方 法 。2 掌 握 四 种 负 反 馈 放 大 器 类 型 的 判 断 。3 掌 握 负 反 馈 对 放 大 器 性 能 的 影 响 ， 并 能 根 据 需 要 引 入 适 当的 负 反 馈 。4 掌 握 在 深 度 负 反 馈 条 件 下 放 大 器 电 压 增 益 的 近 似 计 算 。5 掌 握 利 用 波 特 图 进 行 负 反 馈 放 大 器 稳 定 性 分 析 的 方 法 。 了解 相 位 补 偿 的 原 理 。 3 4-1 负 反 馈 的 基 本 概 念 所 谓 反 馈 ， 就 是 将 输 出 信 号 进 行 检 测 ， 以 某 种 形 式 反 馈 到 放 大 器 的 输入 端 ， 与 输 入 信 号 相 比 较 ， 对 放 大 器 的 输 入 信 号 进 行 调 整 ， 达 到 减 小 输 出 误差 ， 改 善 放 大 器 性 能 指 标 的 要 求 。 4-1-1 放 大 器 的 反 馈 反 馈 网 络 B基 本 放 大 器AiX fX X oX由 图 可 知 ， 基 本 放 大 器 的 净 输 入 信 号 为fi XXX 若 基 本 放 大 器 的 增 益 为 A， 反 馈网 络 的 反 馈 系 数 为 B， 则 有of BXX 因 此 可 得 反 馈 放 大 器 的 增 益 （ 又 称闭 环 增 益 ） Af 为 ABAXXA iof 1 通 常 定 义 为 反 馈 深 度 ，这 是 一 个 很 重 要 的 指 标 ABF 1 4 放大器输出输入取 + 加 强 输 入 信 号 正 反 馈 用 于 振 荡 器取 - 削 弱 输 入 信 号 负 反 馈 用 于 放 大 器开 环闭 环负 反 馈 的 作 用 ： 稳 定 静 态 工 作 点 ； 稳 定 放 大 倍 数 ； 改 善 输 入 电阻 和 输 出 电 阻 ； 扩 展 通 频 带 ， 改 善 输 出 信 号 波 形 。反馈网络叠加反馈信号实际被放大信号反 馈 电 路 框 图 5反 馈 电 路 的 三 个 环 节 ：放 大 ： doXXA 反 馈 ： ofXXB 叠 加 ： fid XXX 基本放大电路AodX oX反馈回路FfXiX + 输 出 信 号输 入 信 号 反 馈 信 号差 值 信 号 6 基本放大电路AodX oX反馈回路FfXiX +do XXA 开 环 放 大 倍 数 ioF XXA 闭 环 放 大 倍 数ofXXB 反 馈 系 数 7负 反 馈 放 大 电 路 放 大 倍 数 的 一 般 表 达 式 ： 基本放大电路AodX oX反馈回路FfXiX + ABXXXXXX XXXA odofdf oioF 111 ABA1 BAo1 反 馈 深 度定 义 ： 8 负 反 馈 放 大 器 的 闭 环 放 大 倍 数当 AB1时 ，结 论 ： 当 AB1 很 大 时 ， 负 反 馈 放 大 器 的 闭环 放 大 倍 数 与 晶 体 管 无 关 ， 只 与 反 馈 网 络 有关 。 即 负 反 馈 可 以 稳 定 放 大 倍 数 。BAAAF 1BA F 1 9 下 面 是 具 有 反 馈 的 放 大 器 的 一 个 实 例 U fUR1 RfUi UO基 本 放大 器 反 馈网 络反 馈 网 络 Rf和 R1对输 出 电 压 信 号 Uo取样 得 到 反 馈 信 号 Uf 在 与 输 入 信 号Ui进 行 比 较 后得 到 放 大 器 的净 输 入 信 号 。然 后 送 入 放 大器 进 行 放 大 。 根 据 反 馈 深 度 ， 我 们 可 以 判 断反 馈 的 性 质 和 反 馈 的 强 弱 11 ABF这 时 放 大 器 增 益 减 小 ， 为 负 反 馈 ； 01 ABF这 时 放 大 器 增 益 增 加 ， 为 正 反 馈 ； 11 ABF这 时 放 大 器 增 益 为 无 穷 大 ，放 大 器 自 激 振 荡 。 对 于 负 反 馈 ， 总 是 大 于 1， 而 且 ， 此 值 越 大 ，说 明 负 反 馈 越 强 ， 放 大 器 的闭 环 增 益 下 降 得 越 多 。ABF 1 10 4-1-2 负 反 馈 的 类 型 根 据 反 馈 信 号 是 对 输 出 电 压 信 号 取 样 还 是 对 输 出 电 流 信 号 取 样 ， 以 及 取 样信 号 反 馈 到 输 入 端 后 是 与 输 入 信 号 是 串 联 比 较 还 是 并 联 比 较 可 以 对 负 反 馈放 大 器 进 行 分 类 。 在 输 出 端 ， 如 果 反 馈 信 号 是 对 输 出 电 压 取 样 ， 也 就 是 说 反 馈 信 号 与 输 出 电压 有 关 ， 则 称 为 电 压 反 馈 ； 如 果 反 馈 信 号 是 对 输 出 电 流 取 样 ， 也 就 是 说 反馈 信 号 与 输 出 电 流 有 关 ， 则 称 为 电 流 反 馈 。在 输 入 端 ， 如 果 反 馈 到 输 入 端 的 信 号 是 以 电 压 形 式 出 现 ， 与 输 入 电 压 串联 比 较 ， 则 称 为 串 联 反 馈 ； 如 果 反 馈 到 输 入 端 的 信 号 是 以 电 流 形 式 出 现 ，与 输 入 电 流 并 联 比 较 ， 则 称 为 并 联 反 馈 。因 此 ， 一 共 可 分 为 四 种 不 同 类 型 的 负 反 馈 ， 即 ：（ 1） 电 压 串 联 负 反 馈 （ 2） 电 压 并 联 负 反 馈（ 3） 电 流 并 联 负 反 馈（ 4） 电 流 串 联 负 反 馈 。 11 四 种 不 同 类 型 的 负 反 馈 的 方 框 图 Uf U R L Uoa bUi Au Bu a b电 压 串 联 电 流 串 联 R L UoIoa bUi UUf Ag Bra bR LI If Uoa bIi Au Bua b电 压 并 联 b IoR LI If UoaIi Au Bua b电 流 并 联 12 Uo各 类 反 馈 在 电 路 连 接 形 式 上 的 一 般 区 别 。R Lb bXf XXi Au Bu 电 压 反 馈 在 输 出 端反 馈 网 络 的 输 入端 与 放 大 器 的 输出 端 是 并 联 连 接 将 放 大 电 路 输出 端 短 路 ， 反馈 网 络 输 入 端被 短 路 ， 反 馈网 络 取 样 信 号为 零 。 电 流 反 馈 R L UoIobXi XXf Ag Br b 反 馈 网 络 的 输 入端 与 放 大 器 的 输出 端 是 并 联 连 接 将 放 大 电 路 输 出 端短 路 ， 反 馈 网 络 输入 端 仍 可 获 得 输 出电 流 信 号 。 将 放 大 电 路输 出 端 短 路 ，反 馈 信 号 消失 为 电 压 反馈 ， 否 则 为电 流 反 馈 13 各 类 反 馈 在 电 路 连 接 形 式 上 的 一 般 区 别 。在 输 入 端 串 联 反 馈 U f UaUi a Au Bu反 馈 信 号 与 输入 信 号 是 串 联电 压 比 较 将 放 大 电 路 输 入 端对 地 短 路 ， 反 馈 信号 仍 能 输 入 到 基 本放 大 器 中并 联 反 馈 I I faIi Au Bua反 馈 信 号 与 输入 信 号 是 并 联电 流 比 较将 放 大 电 路输 入 端 对 地短 路 ， 网 络输 出 端 被 短路 ， 反 馈 信号 不 能 输 入到 基 本 放 大器 中 将 放 大 电 路 输 入 端 短 路 ， 反 馈 信号 仍 能 输 入 到 基 本 放 大 电 路 中 为串 联 反 馈 ， 否 则 为 并 联 反 馈如 果 反 馈 回 来 的 信 号 输 入 到 基 本 放 大 电 路 的 份 量 越 多 ， 则 反 馈 效果 就 越 好 。 对 于 串 联 反 馈 ， 电 源 内 阻 越 小 ， 反 馈 效 果 就 越 好 ； 对于 并 联 反 馈 ， 电 源 内 阻 越 大 ， 反 馈 效 果 就 越 好 。 14 4-1-3负 反 馈 的 判 别1.反 馈 类 型 的 判 别在 输 出 端 ， 将 输 出 端 短 路 ， 使 输 出 电 压 为 0， 若 反 馈 网 络 输 入 端 接 地 ， 反 馈 消 失 ，即 为 电 压 反 馈 ； 否 为 电 流 反 馈 。在 输 入 端 ， 将 放 大 器 输 入 端 对 地 短 路 ， 反 馈 网 络 输 出 端 接 地 ， 即 为 并 联 反 馈 ； 否 则为 串 联 反 馈 。 R1 RLR fUi Uo Rs IoUiUs RRLR f UoR s UiUs RLR f Uo RR f Io UoR1 RLUi 电 压串 联反 馈 电 流并 联反 馈 电 压并 联反 馈 电 流串 联反 馈 只 要 反 馈 网 络 连 接 在 基 本 放 大 器 的 信 号 输 入 端 就 是 并 联 反 馈 ， 否 则 就 是 串 联 反 馈 。只 要 反 馈 网 络 直 接 连 接 在 放 大 电 路 输 出 端 就 是 电 压 反 馈 ， 否 则 就 是 电 流 反 馈 。也 可 从 电 路 连 接 形 式 上 来 判 别 反 馈 类 型 15b UCCUoUi2Ui1 C2C1 RB RC RLe2. 正 、 负 反 馈 的 判 别1） 等 效 放 大 器一 个 放 大 电 路 ， 不 论 是 单 级 放 大 电 路 （ 包 括 单 级 运 放 电 路 ） 还 是 多 级 放 大 电 路 （ 包括 多 级 运 放 电 路 ） 都 可 以 等 效 为 一 个 有 两 个 输 入 端 和 一 个 输 出 端 的 放 大 器 。 这 两 个输 入 端 也 是 一 个 同 相 输 入 端 和 一 个 反 相 输 入 端 。 单 级 晶 体 管 放 大 电 路 Au RLUi2Ui1 Uobe信 号 电 压 从 集 电 极 输 出 时 ， 当 信 号 从 基 极 输 入 时 ， 输 出 电 压 与 输 入 电 压 反 相 ；当 信 号 从 发 射 极 输 入 时 ， 输 出 电 压 与 输 入 电 压 同 相 。 所 以 ， 基 极 为 反 相 输 入 端 ，发 射 极 为 同 相 输 入 端 。 16 多 级 晶 体 管 放 大 电 路 e1 c2 UCCRB1 R E2RC2RC1 UoRLV2V1 C2b1C1Ui c2b1 Aue1 RLUi Uo 信 号 从 第 二 极 集 电 极 输 出 ， 当 信 号 从 第 一 级 晶 体 管 基 极 输 入 时 ， 经过 两 次 反 相 ， 输 出 电 压 与 输 入 电 压 同 相 ； 当 信 号 从 第 一 级 晶 体 管 发 射 极输 入 时 ， 则 输 出 电 压 与 输 入 电 压 同 相 。 所 以 b1为 同 相 输 入 端 ， e1为 反 相 输入 端 。 17 2） 正 、 负 反 馈 的 判 别在 得 到 等 效 放 大 器 后 ， 正 、 负 反 馈 的 判 别 一 般 采 用 瞬 时 极 性 判 别 法 。 IfIIiU iRsUs RLR f Uo设 在 某 一 瞬 间 UI为 正 极 性 ， 即 反 相 端 电 位 比 地 高这 时 ， 电 流 Ii流 向 放 大 器放 大 器 输 出 端 电 位 为 负 ， 即 比 地 低Rf两 端 电 位 左 高 右 低 ， IF向 上 流所 以 ， 流 进 放 大 器 的 净 输 入 电 流 为 I=Ii-If反 馈 使 净 输 入 信 号 减 小 。 故 为 负 反 馈从 电 路 连 接 形 式 上 也 可 进 行 正 、 负 反 馈 的 判 别对 于 电 压 反 馈 ， 如 果 反 馈 网 络 是 无源 网 络 （ 如 电 阻 网 络 ） ， 反 馈 信 号只 有 连 接 到 放 大 电 路 的 反 相 输 入 端才 能 使 净 输 入 信 号 减 小 ， 才 是 负 反馈 。 R1 RLR fU i Uo 18 对 于 电 流 反 馈 ， 则 要 分 两 种 情 况 讨 论 （ 1） 反 馈 网 络 是 接 入 到 输 出 回路 的 负 载 侧 Rs IoUiUs RRLR f Uo RR f Io UoR1 RLUi反 馈 信 号 连 接 到 放 大 电 路 的 反 相 端为 负 反 馈 放 大 电 路 。一 般 来 说 ， 由 集 成 运 放 组 成 的 放 大 器 ， 其 反 馈 支 路 只 能 接 入 到 放 大 器 输 出 回 路 的负 载 侧 ， 所 以 其 电 流 反 馈 放 大 电 路 ， 反 馈 信 号 必 须 接 入 到 放 大 器 的 反 相 输 入 端 才是 负 反 馈 。（ 1） 反 馈 网 络 没 有 接 入 到 输出 回 路 的 负 载 侧 IoURE3 IoV3Rf RC3 RE3 UCCRB1 RE2RC2RC1 UoRLV2V1 C2RE1C1Ui由 图 可 知 ， 信 号 从 V1基 极 输 入 ， 经过 三 次 反 相 从 V3集 电 极 输 出 ， 所 以V1基 极 为 反 相 输 入 端 ， 射 极 为 同 相输 入 端 。 反 馈 电 路 连 接 到 同 相 输 入端 ， 根 据 瞬 时 极 性 判 别 法 可 知 ， 该电 路 为 负 反 馈 。对 于 电 压 反 馈 ， 反 馈 信 号 接 入 到 放 大 器 反 相 端 为 负 反 馈 ， 否 则 为 正 反 馈 。对 于 电 流 反 馈 ， 如 果 反 馈 网 络 接 到 输 出 回 路 的 负 载 侧 ， 则 反 馈 信 号 接 入 放 大 器 反 相端 为 负 反 馈 ， 否 则 为 正 反 馈 ； 如 果 反 馈 网 络 没 有 接 到 输 出 回 路 的 负 载 侧 ， 则 反 馈 信号 接 入 放 大 器 同 相 端 为 负 反 馈 ， 否 则 为 正 反 馈 ； 19 4.1.4交 流 反 馈 与 直 流 反 馈交 流 反 馈 ： 反 馈 只 对 交 流 信 号 起 作 用 。直 流 反 馈 ： 反 馈 只 对 直 流 起 作 用 。若 在 反 馈 网 络 中 串 接 隔 直 电 容 ， 则 可 以 隔 断直 流 ， 此 时 反 馈 只 对 交 流 起 作 用 。在 起 反 馈 作 用 的 电 阻 两 端 并 联 旁 路 电 容 ， 可以 使 其 只 对 直 流 起 作 用 。有的反馈只对交流信号起作用；有的反馈只对直流信号起作用；有的反馈对交、直流信号均起作用。 20增 加 隔 直 电 容 C后 ， Rf只 对 交 流 起 反 馈 作 用 。注：本电路中C1、C2也起到隔直作用。 + C1RB1 RC1 RB21RB22 RC2RE2 CEC3C2 +ECuoui +T1 T2RfRE1 C 21增 加 旁 路 电 容 C后 ， Rf只 对 直 流 起 反 馈 作 用 。C + C1RB1 RC1 RB21RB22 RC2RE2 CEC3C2 +ECuoui +T1 T2RfRE1 22负反馈 交 流 反 馈直 流 反 馈 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 馈稳 定 静 态 工 作 点4.1.5负 反 馈 的 分 类 用于改善放大电路性能 23 4.1.6 反 馈 类 型 的 判 别 方 法分 析 步 骤 ：3. 是 否 负 反 馈 ？4. 是 负 反 馈 ！ 那 么 是 何 种 类 型 的 负 反 馈 ？（ 判 断 反 馈 的 组 态 ）1. 找 出 反 馈 网 络 （ 电 阻 ） 。2. 是 交 流 反 馈 还 是 直 流 反 馈 ？ 24 一 、 电 压 反 馈 与 电 流 反 馈 判 别 方 法 ：电 压 反 馈 一 般 从 后 级 放 大 器 的 集 电 极 采 样 。电 流 反 馈 一 般 从 后 级 放 大 器 的 发 射 极 采 样 。二 、 并 联 反 馈 与 串 联 反 馈 判 别 方 法 ：并 联 反 馈 的 反 馈 信 号 接 于 晶 体 管 基 极 。串 联 反 馈 的 反 馈 信 号 接 于 晶 体 管 发 射 极 。注意：直流反馈中，输出电压指UCE，输出电流指IE或IC。从 输 出 端 看 ： 按 电 路 结 构 、 采 样 形 式 、 输 出 端 短 路 法 分 析 。从 输 入 端 看 ： 按 电 路 结 构 、 反 馈 信 号 性 质 、 比 较 形 式 分 析 。 25 三 、 正 反 馈 与 负 反 馈 的 判 别 方 法 瞬 时 极 性 法假 设 输 出 端 信 号 有 一 定 极 性 的 瞬 时 变 化 ， 依 次经 过 反 馈 、 比 较 、 放 大 后 ， 再 回 到 输 出 端 ， 若 输出 信 号 与 原 输 出 信 号 的 变 化 极 性 相 反 ， 则 为 负 反馈 。 反 之 为 正 反 馈 。如 果 是 电 压 反 馈 ， 则 要 从 输 出 电 压 的 微 小 变 化 开 始 。如 果 是 电 流 反 馈 ， 则 要 从 输 出 电 流 的 微 小 变 化 开 始 。判 断 时 在 输 入 端 也 要 反 映 出 反 馈 信 号 与 输 入 信号 的 比 较 关 系 。 26 例 1： 判 断 Rf是 否 负 反 馈 ， 若 是 ， 判 断 反 馈 的 组 态 。u o uf ube=ui-uf uc1ub2uc2uo ufube uc1 ub2 uc2+ C1 RB1 RC1 RB21RB22 RC2RE2RE1 CEC3C2 +ECuoui +T1 T2R f此 电 路 是 电 压 串 联 负 反 馈 ，对 直 流 不 起 作 用 。 27 分 析 中 用 到 了 三 极 管 的 集 电 极 与 基 极 相 位 相反 这 一 性 质 。+ C1RB1 RC1 RB21R B22 RC2RE2RE1 CEC3C2 +ECuoui +T1 T2Rfubeube 28 这 里 分 析 的 是 交 流 信 号 ， 不 要 与 直 流 信 号 混 淆 。分析中用到的电压、电流要在电路中标出。并且注意符号的使用规则。如果反馈对交直流均起作用，可以用全量。 当 为 交 流 反 馈 时 ， 瞬 时 极 性 法 所 判 断 的 也 是 相位 的 关 系 。 电 路 中 两 个 信 号 的 相 位 不 是 同 相 就是 反 相 ， 因 此 若 两 个 信 号 都 上 升 ， 它 们 一 定 同相 ； 若 另 一 个 信 号 下 降 而 另 一 个 上 升 ， 它 们 一定 反 相 。 29 例 2： 判 断 Rf是 否 负 反 馈 ， 若 是 ， 判 断 反 馈 的 组 态 。+UCCRC C2C1 Rfui uoi ibif 电 压 反 馈并 联 反 馈 uo if ib=i+ifu o此 电 路 是 电 压 并 联 负 反 馈 ， 对 直 流 也 起 作 用 。 30 +UCCRC C2C1 Rfui uoi ibif问 题 ： 三 极 管 的 静 态 工 作 点 如 何 提 供 ？ 能 否 在反 馈 回 路 加 隔 直 电 容 ？不 能 ！ R f为 三 极 管 提 供 静 态 电 流 ！ Rf 的 作 用 ：1. 提 供 静 态 工 作 点 。2. 直 流 负 反 馈 ， 稳 定静 态 工 作 点 。3. 交 流 负 反 馈 ， 稳 定放 大 倍 数 。 31 例 3： 判 断 Rf是 否 负 反 馈 ， 若 是 ， 判 断 反 馈 的 组 态 。电流反馈并联反馈i E2 uF iF iBuC1 uB2 uC1uB2iB2iE2 uoui i iBiF uFRE2RfRE1 RC1 RC2 +UCCiE2 32 例 4： 判 断 Rf是 否 负 反 馈 ， 若 是 ， 判 断 反 馈 的 组 态 。电 流 并 联 负 反 馈 。 对 直 流 也 起 作 用 ， 可 以 稳定 静 态 工 作 点 。 uoui i iBiF uFRE2RfRE1 RC1 RC2 +UCCiE2uC1 uB2 33 例 5： 判 断 如 图 电 路 中 RE1、 RE2的 负 反 馈 作 用 。RCRB1RB2 RE1RE2 C EC2C1 +UCCuoui ube ie 电 流 串 联 反 馈RE2对 交 流 反馈 不 起 作 用1. 对 交 流 信 号 ： ie ue ube=ui-ueibieRE1： 电 流 串 联 负 反 馈 。 34 2. 对 直 流 信 号 ： RE1、 RE2对直 流 均 起 作用 ， 通 过 反馈 稳 定 静 态工 作 点 。反 馈 过 程 ： I E RCRB1RB2 RE1RE2 CEC2C1 +UCCuoui UBE IEUB UEUE=IE(RE1+RE2) UBE=UBUEIBIE恒 定 CCBB BB URR RU 21 2 35 例 6： 判 断 如 图 电 路 中 RE3的 负 反 馈 作 用 。 +UCCT1 T2 T3RB1 RC1 RB2 RC2RB3 RC3RE3ui ube1 ufie3i e3 uf ube1=uiuf uc1uc2ib3ie3 电 流 串 联 负 反 馈 。 36 小 结 ： 1、 反 馈 类 型 ： 正 反 馈 与 负 反 馈 ； 电 压 反 馈 与 电 流反 馈 ； 串 联 反 馈 与 并 联 反 馈 ； 直 流 反 馈 与 交 流 反 馈 。 2、 负 反 馈 放 大 电 路 的 四 种 基 本 组 态 ： 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 ； 3、 用 瞬 时 极 性 法 判 别 正 反 馈 和 负 反 馈 。 4、 按 采 样 形 式 、 电 路 结 构 、 输 出 短 路 法 判 别 电 压反 馈 和 电 流 反 馈 。 5、 按 电 路 结 构 、 比 较 形 式 、 反 馈 信 号 性 质 判 别 串联 反 馈 和 并 联 反 馈 。 37 4-2 负 反 馈 对 放 大 器 性 能 的 影 响4-2-1 提 高 放 大 倍 数 的 稳 定放 大 倍 数 的 稳 定 性 是 放 大 器 的 一 个 重 要 指 标 。 我 们 一 般 用 放 大 倍 数 的 相 对变 化 量 来 定 义 放 大 倍 数 的 稳 定 性 。 ABAA f 1根 据 AAdFAAdABAAd f f 11 1 有由 于 负 反 馈 时 F1， 所 以 ， 闭 环 增 益 的 相 对 变 化 量 小 于 开 环 增 益 相 对 变化 量 。 放 大 倍 数 的 稳 定 性 得 以 提 高 ， 而 且 ， 反 馈 越 深 ， 放 大 倍 数 的 稳 定性 越 好 。 对 于 深 度 负 反 馈 ， F1， 则 有 BABAFAAf 11 可 见 ， 在 深 度 负 反 馈 下 ， 闭 环 增 益 几 乎 与 开 环 增 益 无 关 ， 也 就 是 说 ， 闭 环增 益 几 乎 不 受 开 环 增 益 变 化 的 影 响 ， 因 而 ， 增 益 稳 定 性 得 到 了 极 大 的 提 高 。 38 应 当 指 出 ， 对 于 不 同 类 型 的 负 反 馈 ， 由 于 取 样 信 号 、 反 馈 信 号 不 同 ， A 、 B、 Af所表 示 的 含 义 是 不 同 的 ， 它 所 稳 定 的 对 象 也 是 不 同 的 ， 串 联 电 压 负 反 馈 ， 开 环 增 益 、 反 馈 系 数 和 闭 环 增 益 分 别 为 Au、 Bu、 Auf。 当 负 载 电阻 增 大 造 成 输 出 电 压 增 大 时 ， 反 馈 电 压 也 增 加 ， 而 反 馈 电 压 的 增 加 将 使 得 净 输 入电 压 减 小 ， 最 终 使 输 出 电 压 下 降 而 保 持 基 本 稳 定 。串 联 电 流 负 反 馈 ， 开 环 增 益 、 反 馈 系 数 和 闭 环 增 益 分 别 为 Ag、 Br、 Agf。 当 负 载 电 阻增 大 造 成 输 出 电 流 减 小 时 ， 反 馈 电 压 也 减 小 ， 而 反 馈 电 压 的 减 小 将 使 得 净 输 入 电 压增 加 ， 最 终 使 输 出 电 流 增 加 而 保 持 基 本 稳 定 。并 联 电 压 负 反 馈 ， 开 环 增 益 、 反 馈 系 数 和 闭 环 增 益 分 别 为 A r、 Bg、 Arf。 当 负 载 电 阻增 大 造 成 输 出 电 压 增 大 时 ， 反 馈 电 流 也 增 加 ， 而 反 馈 电 流 的 增 加 将 使 得 净 输 入 电 流减 小 ， 最 终 使 输 出 电 压 下 降 而 保 持 基 本 稳 定 。并 联 电 流 负 反 馈 ， 开 环 增 益 、 反 馈 系 数 和 闭 环 增 益 分 别 为 Ai、 Bi、 Aif。 当 负 载 电 阻增 大 造 成 输 出 电 流 减 小 时 ， 反 馈 电 流 也 减 小 ， 而 反 馈 电 流 的 减 小 将 使 得 净 输 入 电 流增 加 ， 最 终 使 输 出 电 流 增 加 而 保 持 基 本 稳 定 。 由 此 可 见 ， 电 压 负 反 馈 可 以 使 输 出 电 压 稳 定 ， 电 流 负 反 馈 可 以 使 输 出 电 流 稳 定 。 39 4-2-2 减 小 放 大 器 非 线 性 失 真放 大 器 在 大 信 号 工 作 时 ， 不 可 避 免 地 要 产 生 非 线 性 失 真 ， 引 入 负 反 馈 以 后 ， 可 以 使这 种 非 线 性 失 真 得 到 改 善 。 基 本 放 大 器iu ou 反 馈 网 络基 本 放 大 器 iu fu u ou基 本 放 大 器 产 生 失 真基 本 放 大 器 对 信 号 负半 周 放 大 能 力 较 小 负 反 馈 减 小 失 真反 馈 信 号 与 输 入信 号 比 较 后 产 生预 失 真 信 号 使 输 出 信号 较 少 了失 真负 反 馈 改 善 非 线 性 失 真 实 际 上 是 通 过 负 反 馈 先 产 生 一 个 预 失 真 信 号 来 实 现 的 ， 这 种 预失 真 信 号 来 自 于 输 出 信 号 的 失 真 ， 因 此 负 反 馈 只 能 改 善 放 大 器 的 非 线 性 失 真 ， 而 不 能消 除 失 真 。负 反 馈 改 善 非 线 性 失 真 的 效 果 与 反 馈 深 度 有 关 ， 反 馈 越 深 改 善 效 果 越 好 。 在 深 度 负反 馈 时 ， ， 放 大 电 路 的 输 出 几 乎 与 基 本 放 大 电 路 无 关 ， 基 本 放 大 电 路 的 非线 性 失 真 也 就 得 到 了 抑 制 。BA f /1 40 4-2-3 扩 展 放 大 电 路 的 通 频 带放 大 电 路 的 通 频 带 也 是 衡 量 放 大 电 路 性 能 的 一 个 重 要 指 标 。 引 入 负 反 馈 以 后 ， 可 以使 放 大 电 路 的 通 频 带 得 到 展 宽 下 面 以 低 通 滤 波 器 为 例低 通 滤 波 器 的 开 环 频 率 特 性 为 huu fjfAjfA /1)( 引 入 负 反 馈 以 后 ， 并 假 设 反 馈 网 络 为 纯 电 阻 网 络 ， B为 实 数 ， 则 闭 环 增 益 的 频率 特 性 为 huufhu huuuf fBAjf AfjfBA fjfABjfA jfAjfA )1(1)/1/(1 )/1/()(1 )()( )1/( BAAA uuuf 式 中 为 闭 环 增 益 引 入 负 反 馈 后 闭 环 放 大 电 路 的 带 宽 为 BWBAfBABW uhuf )1()1( 应 该 指 出 ， 通 频 带 的 扩 展 是 以 放 大 器 增 益 减 小 为 代 价 的 ， 实 际 上 引 入 负 反 馈 后 ， 放大 电 路 的 带 宽 增 益 积 是 不 变 的 。 即 BWAfABAAfBAABW uhuuuhuuff )1/()1( 41 4-2-4 改 变 输 入 、 输 出 电 阻1.对 输 入 电 阻 的 影 响 FXXABXXX fi )1(对 于 负 反 馈 ， 输 入 信 号 与 净 输 入 信 号 的 关 系 为所 以 ， 对 于 串 联 负 反 馈 有 FUUi并 联 负 反 馈 有 FIIi1） 串 联 负 反 馈 提 高 输 入 电 阻 A BiIiU UfU iR oX根 据 输 入 电 阻 的 定 义 有 iiiiif FRIFUIUR ii IUR 式 中 所 以 ， 串 联 负 反 馈 使 输 入 电 阻 提 高 了 F倍 42 2） 并 联 负 反 馈 降 低 输 入 电 阻 A BiI iRIfIiU oX同 样 根 据 输 入 电 阻 的 定 义 有 FRFIUIUR iiiiif IUR ii式 中 所 以 ， 并 联 负 反 馈 使 闭 环 输 入 电 阻 减 小 到 基 本 方 大 器 输 入 电 阻 的 1/F 由 此 可 见 ， 串 联 负 反 馈 可 以 使 输 入 电 阻 增 大 ， 而 并 联 负 反 馈可 以 使 输 入 电 阻 减 小 。 所 以 引 入 负 反 馈 是 改 变 输 入 电 阻 的 一个 重 要 手 段 。 43 2.对 输 出 电 阻 的 影 响1） 电 压 负 反 馈 A B 开 路 fXX XiX fX 0BUfX oUoIoRAX 根 据 输 出 电 阻 的 定 义 ， 将 信 号源 置 零 （ Xi= 0） ， X=Xf， 将 外接 负 载 电 阻 断 开 ， 外 加 电 压 ， 求 出Uo与 Io的 约 束 关 系 设 反 馈 网 络 输 入 端 开 路 ， 则 有 )1( ABRURABUURAXURAXUI ooo ooo foooo 所 以 有 ooooof RFABRIUR 11 可 见 ， 电 压 负 反 馈 使 输 出 电 阻 减 小 为 基 本 放 大 器 的 1/F。 44 2） 电 流 负 反 馈 A B 短 路 fXX XiX fX 0BUfX oUoIoRAX反 馈 网 络 只 对 电 流 取 样 ， 与 电 压 无关 ， 故 认 为 反 馈 网 络 输 入 端 短 路 。 输 入 信 号 为 零 ， X=Xf， 则 有 ooofooooo ABIRUAXRUAXRUI 所 以 有 ooooof FRABRIUR )1(可 见 ， 电 流 负 反 馈 使 输 出 电 阻 增 加 F倍 由 此 可 见 ， 电 流 负 反 馈 可 以 使 输 入 电 阻 增 大 ， 而 电 压 负反 馈 可 以 使 输 出 电 阻 减 小 。 所 引 入 不 同 的 负 反 馈 可 以 使 输 出电 阻 增 加 或 减 小 。 45 4-3 深 度 负 反 馈 的 工 程 计 算 负 反 馈 放 大 电 路 可 以 采 用 等 效 电 路 的 方 法 进 行 分 析 ， 但 是 其 计 算 较 为 复 杂 。在 工 程 上 ， 对 于 深 度 负 反 馈 ， 可 用 Af=1/B来 近 似 计 算 。 但 要 注 意 的 是 ， 对 于 不 同 类 型 的 反 馈 ， Af和 B的 含 义 是 不 同 的 ， 对 于 需 要计 算 电 压 放 大 倍 数 时 ， 要 根 据 不 同 类 型 的 负 反 馈 进 行 不 同 的 处 理 。1. 串 联 电 压 负 反 馈例 4-1 串 联 电 压 负 反 馈 放 大 器 ， 在 深 度 负 反 馈 下 ， 试 计 算 其 闭 环 电 压 增 益 。R 1 RLR fUi Uo解 在 深 度 负 反 馈 条 件 下 ， 串 联 电 压 负 反 馈 的 闭环 增 益 为 uiouf BUUA 1由 于 串 联 负 反 馈 使 放 大 电 路 输 入 电 阻 增 大 ， 放 大 电路 输 入 端 可 近 似 为 “ 虚 开 ” ， 所 以 有fofu RR RUUB 所 以 RRRRRBA ffuuf 11 46 2.并 联 电 流 负 反 馈例 4-2 并 联 电 流 负 反 馈 放 大 器 ， 在 深 度 负 反 馈 下 ， 试 计 算 其 闭 环 电 压 增 益 。Rs IoU iUs RRLR f Uo解 在 深 度 负 反 馈 条 件 下 ， 并 联 电 流 负 反 馈的 闭 环 增 益 为 iioif BIIA 1由 于 并 联 负 反 馈 使 放 大 电 路 输 入 电 阻 减 小 ， 放大 器 输 入 端 可 近 似 为 “ 虚 短 ” 。 所 以 有fofi RR RIIB 所 以 RRRRRBIIA ffiioif 11在 输 出 端 ， ， 在 输 入 端 ， 由 于 可 近 似 为 “ 虚 短 ” ， 则 有 。所 以 有 其 放 大 电 路 闭 环 电 压 增 益 为Loo RIU ssi RUI /RsRRRRRARI RIUUA LfsLifss Lsouf )1(0 47 3.并 联 电 压 负 反 馈例 4-3 并 联 电 压 负 反 馈 放 大 器 ， 在 深 度 负 反 馈 下 ， 试 计 算 其 闭 环 电 压 增 益 。U iRsUs RLR f Uo解 在 深 度 负 反 馈 条 件 下 ， 并 联 电 压 负 反 馈的 闭 环 增 益 为 giorf BIUA 1由 于 并 联 负 反 馈 使 放 大 电 路 输 入 电 阻 减 小 ，放 大 器 输 入 端 可 近 似 为 “ 虚 短 ” 。 有fofg RUIB 1所 以 fgiorf RBIUA 1在 输 入 端 ， 由 于 可 近 似 为 “ 虚 短 ” ， 则 有 。 所 以 其 放 大 电 路 闭 环 电 压 增益 为 ssi RUI / RsRRARIUUUA fsrfsi osouf 1 48 4.串 联 电 流 负 反 馈例 4-4 串 联 电 流 负 反 馈 放 大 器 ， 在 深 度 负 反 馈 下 ， 试 计 算 其 闭 环 电 压 增 益 。RR f I o UoR1 RLUi解 在 深 度 负 反 馈 条 件 下 ， 串 联 电 流 负反 馈 的 闭 环 增 益 为 riogf BUIA 1由 于 串 联 负 反 馈 使 放 大 电 路 输 入 电 阻 增 大 ， 放大 电 路 输 入 端 可 近 似 为 “ 虚 开 ” ， 有fofr RRR RRIUB 1 1所 以 111 RR RRRBA frgf 在 输 出 端 ， ， 所 以 有Loo RIU 11 )( RR RRRRRAURIUUA LfLgfi Loiouf 49 例 4-5 由 分 立 元 件 组 成 的 带 有 反 馈 的 放 大 电 路 ， 试 判 断 其 反 馈 类 型 ， 并 近似 计 算 其 电 压 增 益 。 UCCV1 V2Rs RC1 RC2Rf R E2 IoIfIius uo解 根 据 三 极 管 基 极 与 集 电 极 电 压 相 位 关系 知 ， V1基 极 与 放 大 电 路 输 出 端 电 压同 相 ， 故 V1 基 极 是 同 相 输 入 端 ， 而 发射 极 则 是 反 向 输 入 端 。（ 2） 确 定 反 馈 类 型 。在 输 入 端 由 于 反 馈 电 阻 接 于 放 大 器 信 号 输入 端 ， 故 为 并 联 反 馈 ； 在 输 出 端 ， 由 于 反馈 电 阻 没 有 接 于 放 大 电 路 输 出 端 ， 故 为 电流 反 馈 ； 由 于 反 馈 网 络 没 有 接 到 输 出 回 路 负 载 侧 ， 而 反 馈 网 络 接 入 到 放 大 器 的 同 相输 入 端 ， 故 为 负 反 馈 。 所 以 该 电 路 为 并 联 电 流 负 反 馈 电 路 （ 1） 确 定 等 效 放 大 器 同 相 输 入 端 和 反 相 输 入 端 图 一 50 （ 3） 按 深 度 负 反 馈 计 算 电 压 增 益 iioif BIIA 1放 大 器 输 入 端 可 近 似 为 “ 虚 短 ” 。 所 以 有并 联 电 流 负 反 馈 ， 其 闭 环 增 益 为 fE Eofi RR RIIB 2 2所 以 222 11 EfE fEiioif RRR RRBIIA 在 输 出 端 ， ， 在 输 入 端 ， 由 于 可 近 似 为 “ 虚 短 ” ， 所以 。 所 以 其 放 大 电 路 闭 环 电 压 增 益 为2Coo RIU ssi RUI /RsRRRRRARIRIUUA CEfsCifss Csouf 22220 )1( UCCV1 V2Rs RC1 RC2Rf RE2 IoIfIius uo 51 IoRERB1 UCCRC UoV C2C1Ui RB2 Uf图 二对 于 图 二 电 路（ 1） 确 定 等 效 放 大 器 同 相 输 入 端 和 反 相 输 入 端 显 然 基 极 是 反 相 输 入 端 ，发 射 极 是 同 相 输 入 端 （ 2） 确 定 反 馈 类 型 可 见 反 馈 网 络 没 有 接 到 信 号 输 入 端 ，为 串 联 反 馈 ； 同 样 反 馈 网 络 也 没 有 接到 信 号 输 出 端 ， 为 电 流 反 馈 。根 据 正 负 反 馈 判 断 规 则 ， 由 于 电 流 反 馈 的 反 馈 网 络 没 有 接到 输 出 回 路 的 负 载 侧 ， 而 在 放 大 器 输 入 端 ， 反 馈 网 络 接 入到 放 大 器 同 相 端 ， 故 为 负 反 馈 。所 以 该 电 路 为 串 联 电 流 负 反 馈 电 路 。 52 （ 3） 按 深 度 负 反 馈 计 算 电 压 增 益 串 联 电 流 负 反 馈 ， 有 gioif BUIA 1 Eofg RIUB 在 输 出 端 ， ， 在 输 入 端 ， 由 于 可 近似 为 “ 虚 短 ” ， ， 所以 。 故 其 放 大 电 路 闭 环 电 压增 益 为 Coo RIU 0beU Eofi RIUU ECoECiouf RRIRRIUUA 0 IoRERB1 UCCRC UoV C2C1Ui RB2 Uf在 利 用 深 度 负 反 馈 对 电 路 进 行 近 似 计 算 中 ， 在 运 用 “ 虚 短 ” “ 虚 开 ” 时 要注 意 ：（ 1） 计 算 反 馈 电 流 I f时 ， 将 输 入 端 短 路 ， 计 算 反 馈 电 压 Uf时 ， 将 输 入 端开 路 ；（ 2） 在 并 联 反 馈 中 ， 如 果 输 入 信 号 时 电 流 源 ， 在 将 Ui（ Us） 用 Ii表 示 时 ，应 将 放 大 电 路 输 入 端 开 路 ； 如 果 输 入 信 号 时 电 压 源 ， 在 Ui（ Us） 用 Ii表 示时 ， 应 将 放 大 电 路 输 入 端 短 路 ； 53 4-4 反 馈 放 大 电 路 的 稳 定 性 分 析 引 入 负 反 馈 以 后 ， 放 大 电 路 的 许 多 性 能 都 得 以 改 善 ， 而 且 反 馈 越 深 ， 性 能 改 善越 明 显 。 但 是 负 反 馈 的 引 入 有 可 能 使 放 大 电 路 不 能 稳 定 地 工 作 ， 即 有 可 能 引 起 放 大电 路 自 激 振 荡 ， 而 且 反 馈 越 深 ， 这 种 可 能 性 越 大 。 4-4-1 反 馈 放 大 电 路 稳 定 性 判 据 判 别 稳 定 性 的 方 法 有 根 轨 迹 法 、 奈 奎 斯 特 图 和 波 特 图 法 。 波 特 图 法 因 操 作 方 便而 得 到 广 泛 应 用 。 1.自 激 条 件一 个 系 统 在 中 频 段 是 负 反 馈 。 但 电 路 中 存 在 的 储 能 元 件 （ L、 C） 会 使 电 路 产 生 附 加相 移 ， 如 果 一 个 反 馈 电 路 ， 在 中 频 时 是 负 反 馈 ， 但 在 某 一 个 频 点 上 产 生 的 相 移 为180 o， 这 样 就 变 为 正 反 馈 ， 一 旦 反 馈 又 足 够 强 ， 就 会 产 生 自 激 振 荡 。负 反 馈 电 路 的 传 输 函 数 为 )()(1 )()( sBsA sAsAf 所 以 频 率 响 应 表 达 式 为 )()(1 )()( jBjA jAjAf 54 幅 度 平 衡 条 件 和 相 位 平 衡 条 件 1)()( jBjA当 时闭 环 放 大 倍 数 为 无 穷 大 。 这 意 味 着 ， 没 有 信 号 输 入 ， 仍 然 有 信 号 输 出 ， 亦 即 电 路 产生 自 激 振 荡 。 所 以 电 路 自 激 的 幅 度 平 衡 条 件 和 相 位 平 衡 条 件 为 幅 度 平 衡 条 件 1)()( BA ）（AB相 位 平 衡 条 件一 个 负 反 馈 系 统 ， 必 须 同 时 满 足 幅 度 平 衡 和 相 位 平 衡 条 件 时 ， 才 可 能 自 激 。 ）（ AB 表 示 反 馈 电 路 的 附 加 相 移 达 到 180O， 变 负 反 馈 为 正 反 馈 。 1)()( BA 表 示 反 馈 量 恰 恰 等 于 净 输 入 量 ， 也 就 是 维 持 自 激 振 荡 的 最 小 量 。负 反 馈 电 路 不 自 激 的 条 件 ）（AB 1)()( BA 或 dBBA 0)()(lg20 或 者 1)()( BA dBBA 0)()(lg20 或 ）（ AB 用 波 特 图判 断 负 反馈 电 路 稳定 的 依 据 55 2.稳 定 性 判 别下 面 的 讨 论 基 于 ： 反 馈 网 络 为 纯 电 路 网 络 ， 反 馈 系 数 相 移 为 零 将 负 反 馈 电 路 不 自 激 条 件 作 一 改 写1)()( BA ）（AB BA 1lg20)(lg20 ）（）（）（ ABA利 用 波 特 图 的 判 别 过 程 如 下 ： B1lg20 cB1lg20 c 第 一 步 ， 画 出 基 本 放 大 器 的 幅 频 波 特 图和 相 频 波 特 图 0-180Alg20 0-180Alg20 第 二 步 ， 将 反 馈 系 数 的 幅 频 特性 画 在 同 一 坐 标 系 中 ， 并 得 到 两 条 曲 线 的交 点 处 的 频 率 c B/1lg20第 三 步 ， 稳 定 性 判 断 。 如 果 ，则 系 统 稳 定 ， 否 则 ， 系 统 是 不 稳 定 的 ）（ cA 稳定不 稳定 56 3.反 馈 放 大 电 路 的 稳 定 裕 度 对 于 一 个 稳 定 的 负 反 馈 系 统 ， 不 仅 要 求 不 进 入 自 激 状 态 ， 而 且 要 求 远 离 自 激 状态 ， 以 保 证 在 外 界 条 件 变 化 时 也 能 使 系 统 稳 定 地 工 作 。 稳 定 裕 度 是 衡 量 稳 定 性 能 的好 坏 的 质 量 指 标 。 )(180 cAom 1） 相 位 裕 度 。 相 位 裕 度 定 义 为 ： 当 时 ， 在 -180o线上 面 与 -180o线 的 距 离 。 即 ： BA /1lg20)(lg20 ）（ cA m 0-180）（ cA B1lg20 cAlg20 mm 越 大 ， 系 统 稳 定 性 越 好 。 通 常 要 求 045m2） 增 益 裕 度 。 增 益 裕 度 定 义 为 ：当 时 ， 在 线之 下 与 的 距 离 ； 或 在0dB线 之 下 与 0dB线 的 距 离 。 即 ：mG 0180）（ A )(lg20 A B/1lg20B/1lg20 BA )(lg20 mGBABAGm )(lg20/1lg20)(lg20 0-180 BA )(lg20 BA )(lg20 mGmG mG对 于 稳 定 的 系 统 ， 为 负 值 ， 越 负 ， 系 统 越 稳 定 dBGm 10通 常 要 求 )(lg20 A 57 例 4-6 一 个 负 反 馈 电 路 ， 其 基 本 放 大 器 的 频 率 特 性 为)10/1)(10/1)(10/1( 10)( 765 5 jfjfjfjfA 试 判 断 反 馈 系 数 为 B1=0.0001和 B2=0.01时 ，负 反 馈 是 否 稳 定 ， 如 果 系 统 稳 定 ， 试 求 稳定 裕 度 。 1Cf 2Cf2/1lg20 B 1/1lg20 B M M201 301 401 501dBfA /)lg20 （20406080100 )(Hzf )(Hzf045 090 0135 0180 0225 0270 解 先 画 出 基 本 放 大 器 的 幅 频 特 性 和 相 频 特 性波 特 图 ， 并 画 出 B1=0.01和 B2=0.0001时 的 幅频 特 性 波 特 图 于 同 一 坐 标 系进 而 求 得 fc1、 fc2和 01 135）（ cA f 02 225）（ cA f可 见 ， 当 B1=0.0001时 ， 系 统 稳 定 ； 当B2=0.01时 ， 系 统 不 稳 定 。由 图 可 见 ， 当 B1=0.0001时 ， 有相 位 裕 度 000 45135180 m增 益 裕 度 dBGm 208060 58 f2/1lg20 B1/1lg20 B M M M201 301 401 501 1Cf 2CfdBfA /)lg20 （20406080100 )(Hzf )(Hzf045 090 0135 0180 0225 0270 多 极 点 负 反 馈 电 路 稳 定 性 讨 论（ 1） 多 极 点 的 负 反 馈 电 路 ， 反 馈 越 深 ，系 统 就 越 不 易 稳 定 。 （ 2） 当 与 交 点 于 线 的 线 段 时 ，系 统 是 稳 定 的 )(lg20 fA B/1lg20)(lg20 fA decdB/20（ 3） 当 与 交 点 于 线 的 线 段 时 ，系 统 是 不 稳 定 的 )(lg20 fA B/1lg20)(lg20 fA decdB/06（ 4） 当 与 交 点 于 线 的 线 段 时 ， 系 统 可 能 稳 定 可 能 不 稳 定 )(lg20 fA B/1lg20)(lg20 fA decdB/04-因 此 ， 单 极 点 和 双 极 点 系 统 是 稳 定 的 ， 三 极 点 系 统 有 可 能 不 稳 定 。 59 从 幅 频 特 性 上 来 看 ， 相 位 补 偿 的 目 标 就 是 要 使 与 交 点尽 量 在 线 的 线 段 )(lg20 A B/1lg20)(lg20 A decdB/204-4-2反 馈 放 大 器 的 相 位 补 偿引 入 负 反 馈 可 以 改 善 放 大 器 的 性 能 ， 但 是 过 深 的 负 反 馈 却 使 系 统 可 能 不 稳定 ， 增 加 反 馈 深 度 往 往 受 到 稳 定 性 的 限 制 。 采 用 相 位 补 偿 技 术 可 以 较 好 的解 决 这 一 问 题 。 。 1.滞 后 补 偿所 谓 滞 后 补 偿 ， 就 是 在 基 本 放 大 电 路 中 插 入 一 个 使 其 频 率 特 性 相 位 滞 后 的RC电 路 ， 达 到 稳 定 负 反 馈 放 大 器 的 目 的 。1） 主 极 点 补 偿 主 极 点 就 是 在 放 大 器 中 时 间 常