第5章-负反馈放大电路习题解答分解

第5章负反馈放大电路习题解答1.什么是反馈？为什么要引入反馈？【解题过程】在电子电路中，把放大电路的输出量（电压或电流）的一部分或者全部通过一定的网络返送回输入回路，以影响放大电路性能的措施，称为反馈。负反馈可以大大提高增益乃至整个系统的稳定性、负反馈可以扩展通频带、负反馈可以改变输入输出阻抗，使系统更有利于推动后面的负载，所以要引入反馈。2.什么是正反馈和负反馈？如何判断电路中引入的是正反馈还是负反馈？【解题过程】当电路中引入反馈后，反馈信号能削弱输入信号的作用，称为负反馈。相反，反馈信号加强了输入信号的作用，称为正反馈。为了判断引入的是正反馈还是负反馈，通常采用的方法是“瞬时极性法”。具体做法如下：(1)假定放大电路工作在中频信号频率范围，则电路中电抗元件的影响可以忽略；(2)假定电路输入信号在某个时刻的对地极性，在电路中用符号“＋”和“-”表示瞬时极性的正和负，并以此为依据，逐级推出电路中各相关点电流的流向和电位极性，从而得出输出信号的极性；(3)根据输出信号的极性判断出反馈信号的极性；(4)根据反馈信号和输入信号的极性及连接方式，判断净输入信号，若反馈信号使基本放大电路的净输入信号增强，则为正反馈；若反馈信号使基本放大电路的净输入信号削弱，则为负反馈。3.负反馈放大电路的一般表达式是什么？【解题过程】负反馈放大电路的一般表达式为F1AAAF4.负反馈放大电路有哪四种组态？如何判断？【解题过程】负反馈放大电路的四种组态为电压并联负反馈、电压串联负反馈，电流并联负反馈，电流串联负反馈，具体判断方法在正文6.5中有详细描述。5.负反馈对电路性能产生什么影响？【解题过程】负反馈对电路性能产生如下影响：提高闭环增益的稳定性、扩展闭环增益的通频带、减小非线性失真、抑制放大电路内部的噪声。6.电路如题图6.6(a)、(b)所示。（1）判断图示电路的反馈极性及类型；（2）求出反馈电路的反馈系数。(a)(b)题图6.6【解题过程】（1）判断电路反馈极性及类型。在图(a)中，电阻网络构成反馈网络，电阻两端的电压是反馈电压，输入电压与串联叠加后作用到放大电路的输入端（管的）；当令=0时，＝0，即正比与；当输入信号对地极性为正时，从输出端反馈回来的信号对地极性也为正，故本电路是电压串联负反馈电路。在图（b）电路中，反馈网络的结构与图（a）相同，反馈信号与输入信号也时串联叠加，但反馈网络的输入量不是电路的输出电压而是电路输出电流（集电极电流），反馈极性与图（a）相同，故本电路是电流串联负反馈电路。（2）为了分析问题方便，画出图(a)、(b)的反馈网络分别如图（c）、(d)所示。图(c)图(d)由于图(a)电路是电压负反馈，能稳定输出电压，即输出电压信号近似恒压源，内阻很小，计算反馈系数时，不起作用。由图（c）可知，反馈电压等于输出电压在电阻上的分压。即故图(a)电路的反馈系数由图（d）可知反馈电压等于输出电流的分流在电阻上的压降。故图(b)电路的反馈系数7.电路如题图6.7所示，图中耦合电容器和射极旁路电容器的容量足够大，在中频范围内，它们的容抗近似为零。试判断电路中反馈的极性和类型（说明各电路中的反馈是正、负、直流、交流、电压、电流、串联、并联反馈）。题图6.7【解题过程】图示放大电路输出与输入之间没有反馈，第一级也没有反馈，第二级放大电路有两条反馈支路。一条反馈支路是，另一条反馈支路是和串联支路。支路有旁路电容，所以它是本级直流反馈，可以稳定第二级电路的静态工作点。和串联支路接在第二级放大电路的输出（集电极）和输入之间（基极），由于的“隔直”作用，该反馈是交流反馈。和串联支路交流反馈极性的判断：当给第二级放大电路加上对地极性为正的信号时，输出电压极性为负，由于电容对交流信号可认为短路，所以反馈信号极性也为负，因而反馈信号削弱输入信号的作用，该反馈为负反馈。判断过程如图所示。负反馈组态的判断：若令输出电压信号等于零，从输出端返送到输入电路的信号等于零，即反馈信号与输出电压信号成正比，那么该反馈是电压反馈；反馈信号与输入信号以电流的形式在基极叠加，所以它是并联反馈。总结上述判别可知，图示电路中和串联支路构成交流电压并联负反馈。8.判断题图6.8所示各电路中是否引入了反馈；若引入了反馈，则判断是正反馈还是负反馈；若引入了交流负反馈，则判断是哪种组态的负反馈，并指出反馈系数是哪两个量的比值，设图中所有电容对交流信号均可视为短路。题图6.8【解题过程】图（a）所示电路的反馈判断过程如图（e）所示。由判断可知，电路中引入了电流串联负反馈。反馈系数图（b）所示电路的反馈判断过程如图（f）所示。由判断可知，电路中引入了电压并联负反馈。反馈系数图（e）图（f）图（c）所示电路中输出电压就是反馈电压，反馈电压削弱了出入电压的作用，使晶体管的输入尽电压ube减小，引入了电压串联负反馈。反馈系数图（d）所示电路的反馈判断过程如图（g）所示，由判断可知该电路引入了正反馈。图（g）9.电路如题图6.9所示，试说明该电路引入共模负反馈稳定静态工作点的原理。题图6.9【解题过程】该电路为两级双端输入、双端输出的差动放大电路。由图可知，晶体管的基极接在、管射极分压电阻、之间。由于、管射极差模信号为零，所以不存在差模信号反馈。但存在共模信号反馈，也就是说，如果输出共模电流有变化，则通过、分压，控制管基极电流，使第一级恒流源电流变化，从而使、变化，最终可使电路中的共模电流稳定。例如，由于某种原因使、同时增大，则、同时下降，、管的射极电压下降，下降，减少，从而使、减小达到稳定目的，由于该电路引入了级间共模负反馈，所以稳定了电路的静态工作点、提高了电路的共模抑制比。10.某负反馈放大电路的组成框图如题图6.10所示，试求电路的总闭环增益。题图6.10【解题过程】该负反馈放大电路有两个反馈环，F1构成外环，F2构成内环。外环的开环增益等于放大电路和内环的闭环增益的乘积。内环的闭环增益为外环的开环增益为，因而该电路的闭环增益为11.某一负反馈放大电路的开环电压放大倍数，反馈系数。试问：（1）闭环电压放大倍数为多少？（2）如果发生20%的变化，则的相对变化为多少？【解题过程】（1）闭环电压放大倍数（2）当变化20%，那么，则的相对变化为当变化-20%，那么则的相对变化为12.用集成运放和若干电阻分别完成以下功能，要求画出电路来，并求出它们的反馈系数。（1）具有稳定的电压放大倍数的放大电路；（2）具有稳定的电流放大倍数的放大电路；（3）实现电压−电流转换；（4）实现电流−电压转换。【解题过程】要求（1）的输入量和输出量均为电压，故应引入电压串联负反馈，如图（a）所示。要求（2）的输入量和输出量均为电流，故应引入电流并联负反馈，如图（b）所示。要求（3）的输入量为电压，输出量为电流，故应引入电流串联负反馈，如图（c）所示。要求（4）的输入量为电流，输出量为电压，故应引入电压并联负反馈，如图（d）所示。各电路的瞬时极性如图中所标注，在理想信号源情况下，图（a）和（c）中的Rs为零，图（b）和（d）中的Rs为无穷大。在图（a）所示电路中，R1和R2组成反馈网络，反馈系数为在图（b）所示电路中，R1和R2组成反馈网络，反馈系数为在图（c）所示电路中，R1、R2和R3组成反馈网络，输出电流通过R1和R2、R3两个支路分流，在R1上的压降就是反馈电压。因而反馈系数为在图（d）所示电路中，Rf组成反馈网络，反馈系数为13.电路如题图6.13所示，试合理连线，引入合适组态的反馈，分别满足下列要求。（1）减小放大电路从信号源索取的电流，并增强带负载能力；（2）减小放大电路从信号源索取的电流，稳定输出电流。题图6.13【解题过程】图示电路的第一级为差分放大电路，输入电压uI对“地”为“＋”时差分管T1的集电极（即④）电位为“−”，T2的集电极（即⑤）电位为“＋”。第二级为共射放大电路，若T3管基极（即⑥）的瞬时极性为“＋”，则其集电极（即⑧）电位为“−”，发射极（即⑦）电位为“＋”；若反之，则⑧的电位为“＋”，⑦的电位为“−”。（1）减小放大电路从信号源索取的电流，即增大输入电阻；增强带负载能力，即减小输出电阻；故应引入电压串联负反馈。因为要引入电压负反馈，所以应从⑧引出反馈；因为要引入串联负反馈，以减小差分管的净输入电压，所以应将反馈引回到③，故而应把电阻Rf接在③、⑧之间。Rb2上获得的电压为反馈电压，极性应为上“＋”下“−”，即③的电位为“＋”。因而要求在输入电压对“地”为“＋”时⑧的电位为“＋”，由此可推导出⑥的电位为“−”，需将⑥接到④。结论是，需将③接⑨、⑩接⑧、⑥接④。（2）减小放大电路从信号源索取的电流，即增大输入电阻；稳定输出电流，即增大输出电阻；故应引入电流串联负反馈。根据上述分析，Rf的一端应接在③上；由于需引入电流负反馈，Rf的另一端应接在⑦上。为了引入负反馈，要求⑦的电位为“＋”，由此可推导出⑥的电位为“＋”，需将⑥接到⑤。结论是，需将③接⑨、⑩接⑦、⑥接⑤。14.电路如题图6.14所示。已知，，，，。运放A具有理想的特性。（1）通过无源网络引入合适的交流负反馈，将输入电压转换为稳定的输出电流。（2）要求时，相应的，试求反馈电阻的大小。题图6.14【解题过程】（1）根据题意，要求输出电流稳定，且与输入电压成正比。由于晶体管T4的射极电流近似等于输出电流，只要稳定，必然稳定。为此，必须稳定上的电压（），所以反馈信号一定要从上引出，即引入电流串联负反馈。又根据瞬时极性法判断，为保证负反馈，则反馈支路必须接到T2管的栅极，即引入交流串联电流负反馈（、、），如图中的虚线所示。（2）题目要求时，相应的，也就要求电路的互导增益电阻两端电压是串联反馈电压即在深反馈条件下，可得15.一个反馈放大电路在时的对数幅频特性如题图6.15所示。（1）试求基本放大电路的放大倍数及闭环放大倍数；（2）试写出基本放大电路的放大倍数的频率特性表达式；（3）已知在低频时为正数，当电路按负反馈联结时，若不加校正环节是否会产生自激？为什么？题图6.15【解题过程】（1）由图可知，该放大电路是一个直接耦合放大电路。在低频范围内，放大电路的环路增益等于80dB,，即故（2）由图可见，该放大电路环路增益的幅频特性有2个转折点（即有2个极点：和），反馈系数等于常数，故基本放大电路的放大倍数的幅频特性与的幅频特性相似，两者的区别仅在它们的模不同。因而由图可直接写出的频率特性（3）不会产生自激。因为环路增益函数在整个频域内只有两个极点，其最大附加相移为。当附加相移为时，，不满足自激振荡的幅度条件。16.某负反馈放大电路的基本放大电路的对数幅频特性如题图6.16所示，其反馈网络由纯电阻组成。试问：若要求电路不产生自激振荡，则反馈系数的上限值为多少？简述理由。题图6.16【解题过程】由图可知，增益下降的最大斜率为−60dB/十倍频，说明该放大电路有三级，且fH1＝104Hz，fH2＝fH3＝105Hz；fH2＝fH3＝10fH1。当f＝105Hz时，由fH1所产生的附加相移约为−90°，由fH2、fH3所产生的附加相移均为−45°，因而总附加相移约为−180°。此时，引入负反馈后应使20lg0，因为20lg=40dB，故要求20lg−40dB。17.输入电阻自举扩展电路如题图6.17所示，设A1、A2为理想运算放大器，R2=R3、R4=2R1，试分析放大电路的反馈类型、写出输出电压与输入电压的关系式；试推导电路输入电阻Ri与电路参数的关系式，讨论R1和R电阻值的相对大小对电路输入电阻的影响，并定性说明该电路能获得高输入电阻的原理。题图6.17【解题过程】(1)分析反馈类型该电路输出信号由运放A1的输出端引出，从输出到输入有两个反馈网络，第一个反馈网络是R2，第二个反馈网络是由A2构成反相输入比例器及电阻R构成。利用瞬时极性法可以判断，第一个反馈网络构成电压并联负反馈；第二个反馈网络构成电压并联正反馈。由于信号源内阻为零，第二个反馈网络所构成的并联反馈对闭环电压增益没有影响。(2)输入输出关系由图可知，运放A1反