第六章 放大電路中的反饋1.理解反饋的概念,了解負(fù)反饋對放大電路性能的影響。2.了解負(fù)反饋的類型。3.掌握負(fù)反饋的分析的方法。第一節(jié) 基本概念1.反饋的基本概念反饋是指把放大電路輸出回路中某個(gè)電量（電壓或電流）的一部分或全部，通過一定的電路形式（反饋網(wǎng)絡(luò)）送回到放大電路的輸入回路，并同輸入信號一起參與控制作用，以使放大電路某些性能獲得改善的過程。2.反饋的類型2.1正反饋和負(fù)反饋若引回的信號削弱了輸入信號，就稱為負(fù)反饋。若引回的信號增強(qiáng)了輸入信號，就稱為正反饋。 這里所說的信號一般是指交流信號，所以判斷正負(fù)反饋，就要判斷反饋信號與輸入信號的相位關(guān)系，同相是正反饋，反相是負(fù)反饋。加強(qiáng)輸入信號 正反饋 用于振蕩器削弱輸入信號 負(fù)反饋 用于放大器正反饋雖能提高放大倍數(shù)，但同時(shí)也加劇了放大電路性能的不穩(wěn)定性，主要用于振蕩電路；負(fù)反饋雖降低了放大倍數(shù)，但卻換來了放大電路性能的改善，負(fù)反饋的作用：穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)；穩(wěn)定放大倍數(shù)；提高輸入電阻；降低輸出電阻，擴(kuò)展通頻帶2.2直流反饋和交流反饋實(shí)際上，反饋的概念在討論靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的電路時(shí)已經(jīng)運(yùn)用過了。在分壓式電流負(fù)反饋偏置電路中，通過射極電阻Re，將輸出回路中的直流電流IE以VE = IERe的形式回送到了輸入回路，使三極管發(fā)射結(jié)兩端的電壓VBE = VB IERe ，受到輸出電流的影響，從而使輸出電流趨于穩(wěn)定。這種輸出電量影響輸入電量的方式就是反饋。不過這里的反饋僅僅是直流電量的反饋（交流量被Ce旁路），稱為直流反饋。直流反饋主要用于穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。如果將Ce去掉，這時(shí)輸出回路中的交流信號也將反饋到輸入回路，并使放大電路的性能發(fā)生一系列的改變，這種交流信號的反饋稱為交流反饋，實(shí)際放大電路中，一般同時(shí)存在直流反饋和交流反饋，本單元主要討論交流反饋對放大電路性能的影響。 在放大電路技術(shù)中，除了有目的地引入某種反饋（稱為人工反饋）外，有時(shí)因?yàn)槟撤N雜散參數(shù)（雜散電容和雜散電感）的存在，將輸出信號反饋到輸入端從而產(chǎn)生所謂的寄生反饋。寄生反饋是有害的，嚴(yán)重時(shí)可使放大電路不能正常工作，在實(shí)踐中，應(yīng)當(dāng)竭力避免和消除。2.3電壓反饋和電流反饋根據(jù)反饋信號從輸出端的取樣對象來分類。如果反饋信號取自電壓，即反饋信號與輸出電壓成正比，稱為電壓反饋。如果反饋信號取自電流，即反饋信號與輸出電流成正比，稱為電流反饋。電壓反饋 穩(wěn)定輸出電壓 減小輸出電阻電路電流 穩(wěn)定輸出電流 增大輸出電阻2.4串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋根據(jù)反饋信號與外加輸入信號在放大電路輸入回路的連接方式來分類。如果在放大電路的輸入回路中，反饋信號與外加輸入信號以電壓的形式相疊加，也就是說反饋信號與外加輸入信號二者相互串聯(lián)，則稱為串聯(lián)反饋。反饋信號與外加輸入信號以電流的形式相疊加，也就是說反饋信號與外加輸入信號二者相互并聯(lián)，則稱為并聯(lián)反饋。3.反饋的判別（重點(diǎn) 難點(diǎn)）3.1正負(fù)反饋判斷負(fù)反饋，加入反饋后，凈輸入信號 ，輸出幅度下降。正反饋，加入反饋后，凈輸入信號 ，輸出幅度增加方法一(瞬時(shí)極性法,動畫在放大電路的輸入端，假設(shè)一個(gè)輸入信號的電壓極性，可用"+"、""或""、""表示。按信號傳輸方向依次判斷相關(guān)點(diǎn)的瞬時(shí)極性，直至判斷出反饋信號的瞬時(shí)電壓極性。如果反饋信號的瞬時(shí)極性使凈輸入減小，則為負(fù)反饋；反之為正反饋。方法二正反饋可使輸出幅度增加，負(fù)反饋則使輸出幅度減小。在明確串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋后，正反饋和負(fù)反饋可用下列規(guī)則來判斷：反饋信號和輸入信號加于輸入回路一點(diǎn)時(shí)，瞬時(shí)極性相同的為正反饋，瞬時(shí)極性相反的是負(fù)反饋；反饋信號和輸入信號加于輸入回路兩點(diǎn)時(shí)，瞬時(shí)極性相同的為負(fù)反饋，瞬時(shí)極性相反的是正反饋。對三極管來說這兩點(diǎn)是基極和發(fā)射極，對運(yùn)算放大器來說是同相輸入端和反相輸入端。 注意：推斷反饋信號瞬時(shí)極性時(shí)，應(yīng)遵從放大電路的放大原理，對單級放大電路而言,共射電路輸出電壓與輸入電壓反相、共集電路和共基電路輸出電壓與輸入電壓同相。3.2電壓反饋和電流反饋將輸出電壓"短路"，若反饋回來的反饋信號為零，則為電壓反饋；反饋信號仍然存在，則為電流反饋。 輸出端與反饋輸入端同點(diǎn)相連，則為電壓反饋；否則，為電流反饋。3.3串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋反饋信號與輸入信號加在放大電路輸入回路的同一個(gè)電極上，則為并聯(lián)反饋，此時(shí)反饋信號與輸入信號是電流相加減的關(guān)系；反之，加在放大電路輸入回路的兩個(gè)電極上，則為串聯(lián)反饋，此時(shí)反饋信號與輸入信號是電壓相加減的關(guān)系。對于三極管來說，反饋信號與輸入信號同時(shí)加在輸入三極管的基極或發(fā)射極，則為并聯(lián)反饋，此時(shí)反饋信號與輸入信號是電流相加減的關(guān)系；一個(gè)加在基極，另一個(gè)加在發(fā)射極則為串聯(lián)反饋，此時(shí)反饋信號與輸入信號是電壓相加減的關(guān)系。 對于運(yùn)算放大器來說，反饋信號與輸入信號同時(shí)加在同相輸入端或反相輸入端，則為并聯(lián)反饋；一個(gè)加在同相輸入端，另一個(gè)加在反相輸入端則為串聯(lián)反饋。輸入端與反饋輸出端同點(diǎn)相連，則為并聯(lián)反饋；否則，為串聯(lián)反饋。3.4直流反饋和交流反饋反饋信號只有交流成分時(shí)為交流反饋，反饋信號只有直流成分時(shí)為直流反饋，既有交流成分又有直流成分時(shí)為交直流反饋。若在反饋網(wǎng)絡(luò)中串聯(lián)隔直電容，則可以隔斷直流，此時(shí)反饋只對交流起作用。在起反饋?zhàn)饔玫碾娮鑳啥瞬⒙?lián)旁路電容，可以使其只對直流起作用。3.5反饋組態(tài)的判斷(動畫一(動畫二例題7 試判斷圖所示電路的反饋組態(tài)解: 根據(jù)瞬時(shí)極性法，見圖中的紅色“”、“”號，可知經(jīng)電阻R1加在基極B1上的是直流并聯(lián)負(fù)反饋。因反饋信號與輸出電流成比例，故為電流反饋。結(jié)論是直流電流并聯(lián)負(fù)反饋。 經(jīng)Rf 加在E1上的是交流負(fù)反饋。反饋信號和輸入信號加在三極管兩個(gè)輸入電極，故為串聯(lián)反饋。結(jié)論：交流電壓串聯(lián)負(fù)反饋。4.反饋放大電路的一般表達(dá)式4.1方框圖表示法這一過程可用圖所示方框圖來表示。引入反饋后的放大電路稱為反饋放大電路。圖中 是輸入信號， 是反饋信號， 稱為凈輸入信號。所以有 4.2反饋的基本關(guān)系式反饋放大電路是由基本放大電路和反饋網(wǎng)路構(gòu)成的一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，故常稱反饋放大電路為閉環(huán)放大電路，相應(yīng)地稱未引入反饋的放大電路為開環(huán)放大電路。圖中比較與取樣都是通過反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大電路的特定連接方式實(shí)現(xiàn)的。要注意的是，這里的基本放大電路是指考慮了反饋網(wǎng)絡(luò)對放大電路輸入和輸出回路的負(fù)載效應(yīng)，但又將反饋網(wǎng)絡(luò)分離出去后的電路，它可以是單級或多級電路，而且往往還存在著局部反饋?；痉糯箅娐返姆糯蟊稊?shù) 反饋網(wǎng)絡(luò)通常為一線性網(wǎng)絡(luò)，由一些電阻、電容等組成，其傳輸系數(shù)定義為常稱為反饋系數(shù)。為了突出反饋的實(shí)質(zhì)，忽略次要因素，簡化分析過程，通常又假定： （1）信號從輸入端到輸出端的傳輸只通過基本放大電路，而不通過反饋網(wǎng)絡(luò)；（2）信號從輸出端反饋到輸入端只通過反饋網(wǎng)絡(luò)而不通過基本放大電路。也就是說，信號傳輸具有單向性。實(shí)踐表明，這種假定是合理而有效的，符合這種假定的方框圖稱為理想方框圖。對圖所示單一環(huán)路反饋的理想方框圖有如下關(guān)系：由此可得反饋放大電路的閉環(huán)放大倍數(shù)為：這是反饋放大電路的基本關(guān)系式，也是分析閉環(huán)反饋放大電路的重要公式。這里 可以是電壓也可以是電流， 的具體含義由反饋類型決定。在上式中，稱為閉環(huán)放大倍數(shù)，它表示了反饋放大電路的基本關(guān)系，是分析反饋問題的出發(fā)點(diǎn)。稱為反饋深度，是一個(gè)反映反饋強(qiáng)弱的物理量，也是反饋電路定量分析的基礎(chǔ)。為了分析方便，在以后討論反饋放大電路性能時(shí)，除頻率特性外，均假定工作信號在中頻范圍，且反饋網(wǎng)絡(luò)具有純電阻性質(zhì)，因此，均可用實(shí)數(shù)表示。于是上式變?yōu)椋宏P(guān)于負(fù)反饋的一般關(guān)系式，下面進(jìn)行幾點(diǎn)討論：(1) 當(dāng)時(shí)，為負(fù)反饋；當(dāng)時(shí)，為正反饋；當(dāng)時(shí)，反饋效果為；   當(dāng)時(shí)，即使放大電路沒有外加輸入信號，但卻有一定的輸出信號。這種情況稱為自激振蕩。這是正反饋的一種特殊情況。(2)如果>>1，亦即>>1，稱為深度負(fù)反饋。此時(shí)則有：  (3)對于負(fù)反饋放大電路，放大的概念是廣義的。引入不同類型負(fù)反饋的放大電路，放大倍數(shù)的物理意義不同，電路的功能也不同，見表。不同方式負(fù)反饋放大電路的Af及功能比較反饋方式iXoF （量綱）Af （量綱）電路功能電壓串聯(lián)負(fù)反饋UiUo（無量綱）（無量綱）放大電壓電壓并聯(lián)負(fù)反饋IiUo（電導(dǎo)）（電阻）將輸入電流變換為輸出電壓電流串聯(lián)負(fù)反饋UiIo（電阻）（電導(dǎo)）將輸入電壓變換為輸出電流電流并聯(lián)負(fù)反饋IiIo（無量綱）（無量綱）放大電流從表中不難看出，Af除可能是通常意義的電壓放大倍數(shù)或電流放大倍數(shù)外，還可能表明電流電壓轉(zhuǎn)換關(guān)系或電壓電流轉(zhuǎn)換關(guān)系。反饋系數(shù)是只決定于反饋網(wǎng)絡(luò)而與負(fù)載無關(guān)的物理量。因此，在深度負(fù)反饋條件下，Af，表明f也是與負(fù)載無關(guān)的物理量。此時(shí)o， 可以認(rèn)為o是i的受控源。當(dāng)反饋網(wǎng)絡(luò)參數(shù)確定后，o唯一地受i的控制。第二節(jié) 負(fù)反饋對放大電路的影響（了解結(jié)論）1. 降低放大倍數(shù)由負(fù)反饋放大電路的一般表達(dá)式 可知，閉環(huán)放大倍數(shù)僅是開環(huán)放大倍數(shù)的分之一，因?yàn)樨?fù)反饋，故，引入負(fù)反饋后，放大電路的放大倍數(shù)降低。負(fù)反饋雖使閉環(huán)放大倍數(shù)降低，但卻換來了其他性能的改善。2. 提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性我們知道，放大電路放大倍數(shù)的數(shù)值取決于電路中元器件的參數(shù)。而晶體管的更換，電源電壓的不穩(wěn)，溫度及負(fù)載的變化等都將使放大倍數(shù)發(fā)生變化，因此，一般情況下，放大倍數(shù)是不穩(wěn)定的。利用負(fù)反饋的自動調(diào)節(jié)原理，可以抑制放大倍數(shù)的變化，從而提高其穩(wěn)定性。放大倍數(shù)的穩(wěn)定性可用它的相對變化量來表示。3. 減小非線性失真以及抑制干擾和噪聲（動畫放大電路中，由于晶體管等器件的非線性，當(dāng)輸入信號幅度較大時(shí)，放大電路的輸出波形將產(chǎn)生失真，如圖所示。設(shè)反饋為電壓串聯(lián)負(fù)反饋，輸入信號vi（Xi）為正弦波，輸出信號vo（Xo）變成了上大下小的失真波形。引人負(fù)反饋后，輸出波形將得到改善。以電壓串聯(lián)負(fù)反饋為例，由于反饋網(wǎng)絡(luò)是線性網(wǎng)絡(luò)，所以，反饋電壓波形與輸出電壓波形一樣，也是上大下小。該波形與原輸入波形（正弦波）迭加，結(jié)果使凈輸入電壓波形產(chǎn)生了“預(yù)失真”即vbe（Xi'）變成了上小下大?！邦A(yù)失真”正好抵消了部分因晶體管特性引起的非線性失真，從而使輸出波形基本上是正弦波。需要指出的是，由于負(fù)反饋的引入，在減小非線性失真的同時(shí)，降低了輸出幅度，而且對輸入信號的固有失真，負(fù)反饋是無能為力的。4. 展寬頻帶由于晶體管某些參數(shù)隨頻率而變化，電路中又總是存在一些電抗性元件，因而使放大倍數(shù)也隨頻率而變，放大電路通頻帶比較窄。而引入負(fù)反饋是展寬通頻帶的有效措施之一。由于在深度負(fù)反饋時(shí)，顯然，此時(shí)放大器的放大倍數(shù)只與反饋網(wǎng)絡(luò)參數(shù)有關(guān)。如果反饋網(wǎng)絡(luò)里不含L、C等電抗元件，是一個(gè)純電阻電路，則可近似認(rèn)為反饋放大器的放大倍數(shù)為一常數(shù)，即可使頻帶增寬。5. 改變輸入輸出電阻5.1對輸入電阻的影響輸入電阻是從放大電路輸入端看進(jìn)去的等效電阻。因?yàn)榉答伔糯箅娐份斎攵说姆答伔绞接写?lián)和并聯(lián)之分，故負(fù)反饋對放大電路輸入電阻的影響與串聯(lián)反饋還是并聯(lián)反饋直接有關(guān)。（1）串聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻增大在串聯(lián)負(fù)反饋電路中，由于Vf和Vi串聯(lián)作用于輸入端，Vf抵消了Vi的一部分，因此，在Vi 相同的情況下，輸入電流Ii比沒有反饋時(shí)減小，故輸入電阻rif = ViIi 增大了。分析表明，串聯(lián)負(fù)反饋使閉環(huán)輸入電阻增加到開環(huán)輸入電阻的（1FA）倍。（2）并聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻減小在并聯(lián)負(fù)反饋電路中，由于If對Ii有分流作用，因此，在Ib一定時(shí)，If的出現(xiàn)將使Ii 增大。也就是說，引入并聯(lián)負(fù)反饋后使得閉環(huán)輸入電阻減小，故Ii 增大。 可以證明，引入并聯(lián)負(fù)反饋后，使閉環(huán)輸入電阻rif降到開環(huán)輸入電阻ri的 1 /（1+FA）。5.1.2對輸出電阻的影響放大電路對負(fù)載而言，可等效為一個(gè)信號源。這個(gè)信號源的內(nèi)阻就是放大電路的輸出電阻。由于輸出有電壓反饋與電流反饋兩種方式，故輸出電阻的變化趨勢就與電壓反饋還是電流反饋直接有關(guān)。（1） 電壓負(fù)反饋使放大電路的輸出電阻減小在負(fù)反饋電路中，由于電壓負(fù)反饋能夠穩(wěn)定輸出電壓，即使RL發(fā)生變化，也能保持輸出電壓穩(wěn)定，放大電路近似于恒壓源，其效果相當(dāng)于減小了電路的輸出電阻。分析表明，電壓負(fù)反饋使放大電路閉環(huán)輸出電阻減小到開環(huán)輸出電阻的（2）電流負(fù)反饋使放大電路的輸出電阻增大當(dāng)引入電流負(fù)反饋后，電路具有穩(wěn)定輸出電流的作用，即使RL發(fā)生變化，也能保持輸出電流基本穩(wěn)定，放大電路近似于恒流源，其效果相當(dāng)于增大了電路的輸出電阻。引入電流負(fù)反饋后，電路的閉環(huán)輸出電阻增加到開環(huán)輸出電阻的（1AF）倍。綜上所述，負(fù)反饋對放大電路輸入和輸出電阻的影響，可歸納以下兩點(diǎn)： 放大電路引入負(fù)反饋后，輸入電阻的改變?nèi)Q于輸入端的聯(lián)接方式，而與輸出端的取樣對象（電壓或電流）無直接關(guān)系（取樣對象將決定AF的含義），串聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻增加，并聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻減小，增加和減小的程度取決于反饋深度。 放大電路引入負(fù)反饋以后，輸出電阻的改變?nèi)Q于輸出端的取樣對象，而與輸入端的聯(lián)接方式無直接關(guān)系，電壓負(fù)反饋使輸出電阻減小，電流負(fù)反饋使輸出電阻增加，增加和減小的程度決定于反饋深度凡是串聯(lián)負(fù)反饋，都使輸入電阻提高，即凡是并聯(lián)負(fù)反饋，都使輸入電阻降低，即凡是電壓負(fù)反饋，都能穩(wěn)定輸出電壓，使輸出電阻降低，即凡是電流負(fù)反饋，都能穩(wěn)定輸出電流，使輸出電阻增大，即第三節(jié) 深度負(fù)反饋放大電路的計(jì)算多級負(fù)反饋放大電路的應(yīng)用十分廣泛，其開環(huán)放大倍數(shù)一般很大，容易滿足（AF）>>的深負(fù)反饋條件，多數(shù)可以作為深負(fù)反饋放大電路來處理。因此這種估算方法有很大的實(shí)用意義。本節(jié)將著重討論這種方法。根據(jù)前面的討論可知：在反饋放大電路中                                    在深度負(fù)反饋條件下        由以上幾式可得 即 XiXf凡是串聯(lián)負(fù)反饋 fUi凡是并聯(lián)負(fù)反饋 IfIi利用上述概念就可方便地估算出閉環(huán)電壓放大倍數(shù)，下面舉例說明。圖15    例電路             圖16    例電路例 估算圖15所示深負(fù)反饋放大電路的電壓放大倍數(shù)uf 。解 分析可知，圖15為電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路反饋電壓                  深度負(fù)反饋條件下          UiUf電壓放大倍數(shù)         即                   例 估算圖16所示深負(fù)反饋放大電路的源電壓放大倍數(shù)usf、。解 圖16所示是電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路。深負(fù)反饋時(shí) IiIf故                    Ii（sRf）UoUs                    又由于引入并聯(lián)負(fù)反饋后輸入電阻if很小所以                 將以上兩式合并整理得源電壓放大倍數(shù)從以上兩例中可以看出，放大電路引入深度電壓負(fù)反饋后，電壓放大倍數(shù)與負(fù)載電阻無關(guān)，說明輸出電壓穩(wěn)定近似于恒壓源。例中，如果信號源無內(nèi)阻，即Us直接加在發(fā)射結(jié)上，顯然反饋電阻的大小不會影響Ib的大小，即反饋是不起作用的。由此可見，電路引入并聯(lián)負(fù)反饋時(shí)，只有存在電阻Rs，反饋才起作用，而且Rs愈大，反饋的影響愈明顯。例  求解圖17所示深負(fù)反饋放大電路的電壓放大倍數(shù)Auf 。                 圖17    例電路 解  由于電路引入了電流串聯(lián)負(fù)反饋，故有  UiUf                 由電路可知                UfIeeIcReUi                               其中                       電壓放大倍數(shù)              可見，當(dāng)電路引入深度電流負(fù)反饋時(shí)，電壓放大倍數(shù)和負(fù)載電阻RL有關(guān)。這是因?yàn)椋娏髫?fù)反饋使輸出電流穩(wěn)定，即RL變化時(shí)，輸出電流不變，而輸出電壓隨RL的變化而變化。只有當(dāng)RL保持不變時(shí)，才能使輸出電壓穩(wěn)定。例 設(shè)圖18所示電路滿足深度負(fù)反饋條件，試估算電路的電壓放大倍數(shù)Auf？已知R1100k，R2 = 100 * Arabic 100k，R3 = 50 * Arabic 50k。               圖18    例電路解  由電路可判斷其反饋組態(tài)為電壓串聯(lián)負(fù)反饋，故有1.5      三、深度負(fù)反饋條件下輸入、輸出電阻的估算        在深度負(fù)反饋條件下，估算輸入、輸出電阻的方法是將反饋環(huán)所包括的電路按理想情況處理，即可以認(rèn)為：對于串聯(lián)負(fù)反饋：    Rif對于并聯(lián)負(fù)反饋：    Rif0對于電壓負(fù)反饋：    Rof0 對于電流負(fù)反饋：    Rof例  電路如圖19所示，估算深負(fù)反饋時(shí)電路的輸入、輸出電阻。解  由圖分析可知，Rf引入了級間電流串聯(lián)負(fù)反饋，所以在輸入端，Rb不在反饋環(huán)內(nèi)，故閉環(huán)輸入電阻為  Rif電路總的輸入電阻                    = 560 k在輸出回路，由于Rc3不在反饋環(huán)內(nèi)。故閉環(huán)輸出電阻  Rof,電路總的輸出電阻     3k23