模拟电子技术基础 2篇 4章1

第四章负反馈放大电路及应用反馈—是自动控制和自动调节中一个必不可少的环节。不管是工业控制或是社会经济管理，人的机体调理，都存在着各种各样的反馈。集成运放在开环下不能正常工作，只有在引入负反馈的闭环条件下才能稳定地工作。开环闭环放大电路引入负反馈后能改善电路的许多技术指标，如：提高放大电路的工作稳定性，改善非线性失真，抑制噪声，提高输入电阻，降低输出电阻，展宽通频带等。2.4.1反馈的基本概念与分类一、反馈基本概念反馈—将放大器输出电量（电压或电流）中的一部分（或全部），通过一定的电路连接（称反馈网络），送回到输入回路，与原输入电量（信号）一起加到放大器的净输入端，从而使输出电量得以自动调节。反馈放大器的方框图表示：输出电量中的一部分经过反馈网络，产生反馈量,送回到输入回路中,与输入量比较求和后，产生净输入信号，再由基本放大器放大，送到输出，从而形成闭环。.oXfX..SXiX.反馈放大器虚线内的放大器就称为反馈放大器。其中，可能是电流量，也可能是电压量，由反馈网络与放大电路的输出/输入连接方式决定。.X反馈放大器反馈网络：它的作用是向输出电路索取电量，并将该电量转换成与原输入信号量纲一致的电量。电压取样:反馈信号与输出电压成正比-电压反馈电流取样:反馈信号与输出电流成正比-电流反馈ofVX..比较求和电路：输入量与反馈量在相同的量纲下相加减，形成以下两种电路：电压相加减-串联连接(串联反馈)电流相加减-并联连接(并联反馈)fsiVVV串联反馈时fsiIII并联反馈时比较求和后，净输入量增加时—正反馈比较求和后，净输入量减少时—负反馈fsiVVVfsiIIIfsiVVVfsiIII反馈放大器二、反馈放大器的分类根据反馈电量与输出电量的关系，及反馈量和源信号、净输入电量间的关系，反馈放大器有以下的分类；电压反馈：OfVX..反馈量与输出电压成正比。电压取样电流反馈：串联反馈：它与输入源电压形成串联连接。ffVX..OfIX..反馈放大器即：反馈量与输出电流成正比。电流取样反馈量一定是电压量。并联反馈：反馈量一定是电流时，它与输入源电流形成并联连接。ffIX..反馈放大器即：交流反馈：交流通路中形成的反馈。直流反馈：直流通路中形成的反馈。反馈放大器四种反馈类型反馈量为电压，ofVV..fV.fSiVVV此时，它与输入源信号电压相串联连接，即SV...ffVX1.电压串联负反馈反馈量与输出电压成正比，2.电压并联负反馈ofVI..反馈量为电流量，即fSiIII与输入源信号电流相并联，形成节点。即fI.sI...ffIX反馈量与输出电压成正比3.电流串联负反馈fSiVVVofIV..fV.与输入源信号电压形成串联连接，即SV反馈量为电压量，即..ffVX反馈量与输出电流成正比ofII..4.电流并联负反馈fSiIII与输入信号源电流并联形成节点，即SI.fI反馈量为电流，即..ffIX反馈量与输出电流成正比试分析下列电路，说明电路连接着何种的反馈组态（即正/负反馈、电压/电流反馈、串联/并联反馈、交流/直流反馈等）。例【2.4.1】解：(a)电路在该电路中，反馈网络是Rf，Rf和R1组成取样电路，其取回来的反馈信号是电压信号。即fOfRRRVV11fVSV反馈信号与输入信号形成串联连接。iV.fV.由于电路是同相输入，输入与输出同相位。使反馈回来在R1上的信号为上（+）下（-），净输入信号减少了（），所以该电路的反馈组态是：电压串联负反馈。fSiVVV)()()(iV.fV.(b)电路由Rf构成反馈网络，Rf和R1组成电流取样电路。因运放的增益非常高，差模输入电压非常小，又因同相端接地，所以有时将反相端称为“虚地”。.idV.fI.idI即fSidIIIfOfOfRVRVI0其中此时，反馈回来的电流从反相端流向输出端，使流入运放的输入电流减少。fI由于反馈信号与输出电压成正比、而反馈回来的信号是电流，与原输入电流形成并联连接，即电流相加减，且又使净输入电流减少，所以是电压并联负反馈。.fI.idI.1idV+－(c)电路整个电路存在着两级反馈。A1和Rf1为第一级，Rf1构成反馈网络，把第一级的输出电压经电阻Rf1全部反馈回来。1OV01..VVf+－称全反馈011VVVSid第一级的净输入电压为：所以第一级是电压串联负反馈。.1idV+－01..VVf+－这种电路称电压跟随器第二级由运放A1、A2以及电阻Rf2组成。Rf2为反馈网络，它与R1并联连接，实现电流求和，使静输入电流减少，即减少，所以是电压并联负反馈。fSidIII.fI.idI.例【2.4.2】试分析下图所示电路的反馈组态。解：(a)电路反馈网络由R1、R2和Rf组成，而反馈回来的信号为电压信号，即1212RRRRRIVfOf该电压信号与输入电压形成电压串联连接，使净输入电压下降，所以是电流串联负反馈。fV.idV.oI.(b)电路反馈网络由R2和Rf组成，其反馈信号是电流，即：22RRRIIfOf由极性可知，反馈回来的电量使净输入电流减少，即fSidIII所以，电路是一个电流并联负反馈。fI.sI.idI.【2.4.3】试分析下图所示分列元件放大电路的反馈组态。解（a）电路第一级是差分放大器，第二级是射极输出器，R2和Rf组成反馈网络，其反馈回来的信号是电压信号，即：fOfRRRVV22fV.＋－反馈回来的电压和输入电压串联后，使净输入电压减少了，即。所以是电压串联负反馈。fSidVVV这种电路连接，可以用运放的电压串联负反馈来等效，如图所示；fV.＋－idV.＋－(+)(+)(+)等效对（b）电路也有两级放大器，第一级差分，第二级准共射放大电路，反馈网络为Rf，Rf和R1组成电流取样电路，其反馈回来的信号为电流信号，即:fOfObfRVRVVI1.sI.fI.idI.其净输入电流减少，而且为：fSidIII所以，电路的反馈组态是一个电压并联负反馈组态。sI.fI.idI.这种电路连接，可以用运放的电压并联负反馈等效，如图所示：等效sI.fI.idI.(+)(+)(－)在分析放大电路的反馈连接中，有以下的结论和规律：1.电压负反馈时，当负载电阻RL变化情况下，其作用是维持输出电压不变，即可稳定输出电压。在输入信号不变的条件下，当RL改变时，其电压的稳定过程如下：电压并联负反馈RL↓||.idI↑↑→→→||.OV↑||.fI↑→电压串联负反馈RL↓||.idV↑↑→→→||.OV↑||.fV↑→2.电流负反馈时，当负载电阻RL变化情况下，其作用是维持输出电流不变，即可稳定输出电流。在输入信号不变的条件下，当RL改变时，其电流的稳定过程如下：电流串联负反馈||.idV↓↓RL↓→||.oI↑→||.fV↑→→||.oV↓oI.fV.+－idV.+－电流并联负反馈||.idI↓RL↓→||.oI↑→||.fI↑→→||.oV↓↓OfVX..电压反馈OfIX..电流反馈判断方法：0.OV如果此时无反馈了，3.电压反馈还是电流反馈—取决于反馈量Xf是正比于输出电压还是正比于输出电流？令输出端瞬时短路，即RL=0，0.fX时，为电压反馈；即如果则为电流反馈。0.fX也可令输出回路开路（或RL开路），如果此时无反馈了，即0.fX时，为电流反馈；如果则为电压反馈。0.fX0.OI即输出回路无电流或4.串联反馈还是并联反馈—取决于反馈量Xf是电流量还是电压量，即反馈网络与输入信号的连接方式。串联反馈：其反馈信号Xf一定是电压量，电压量才能相串联；并联反馈：其反馈信号Xf一定是电流量，电流量才能并联，进行电流求和。5.正反馈和负反馈（在频带的中频段）反馈后净输入增加反馈后净输入减少正反馈负反馈判断方法：用瞬时极性法：假若在某瞬时输入极性为⊕，然后根据放大器的组态，逐级推出该时刻的瞬时变化极性、经反馈网络后的极性，然后决定反馈信号与原信号的相位关系。同相位时为正反馈反相位时为负反馈如前面分析过的例子(a)5.直流反馈和交流反馈在直流通路中存在的反馈直流反馈在交流通路中存在的反馈交流反馈在交直流通路中都有反馈交直流反馈并存Re2只存在直流反馈，没有交流反馈；Rf、Cf只存在交流反馈，没有直流反馈；Re1既存在着直流反馈，同时也存在交流反馈，即交直流反馈并存；习题2.3.112.4.22.4.3三、负反馈放大电路的方框图表示及增益函数负反馈放大电路的方框图表示闭环放大器开环放大器反馈网络...sOfXXA闭环增益反馈组态开环增益闭环增益反馈系数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.AfA.fF.iOvVVA...sOvfVVA...iOrIVA...iOgVIA...iOiIIA...SOrfIVA...sOgfVIA...sOifIIA...电压增益电阻增益电导增益电流增益ofvVVF...电压传输比ofgVIF...ofrIVF...ofiIIF...电导传输比电阻传输比电流传输比四种反馈下各参数的物理意义负反馈放大电路的增益函数由负反馈放大器的方块图可知，放大器的闭环增益函数为：sofXXA...式中的项..FA称《环路增益》或《回路增益》。fioXXX.......oioXFXXiiiXFAXXA.........1FAA将上式写成幅模形式|FA||A||A|....f1对该式讨论如下：||||..AAf①如果，1|1|..FA闭环增益小于开环增益则电路为负反馈。若，则电路为深度负反馈，此时，其电压增益为：1|1|..FA闭环后的电路增益由反馈系数决定，式中的|F||FA||A||A|.....f11|1|..FA称为反馈深度，它越大，反馈深度越深。1|1|..FA②当则||||..AAf表示其反馈为正反馈。0|1|..FA③当则||.fA说明在无输入信号的情况下也有输出，此时电路产生了自激振荡。负反馈牺牲了放大器增益正反馈虽提高增益但稳定性差，会使放大器无法工作提高了放大器的性能指标2.4.2负反馈对放大电路性能的改善负反馈降低了增益，但换来了许多技术指标的提高一、提高闭环增益的稳定性放大器的增益会因环境的各种因素而发生变化，加了负反馈后会抑制这种变化，使其增益稳定。假定信号在中频段，且反馈网络为纯电阻，故放大倍数和反馈系数都是实数。所以增益函数表达式为：.A.FAFAAf1微分得22)1()1()1(AFdAAFAFdAdAAFdAf两边同除Af后得AdAAFAAFdAAAFAFdAAAFdAAdAffff1111)1(11)1(2该式表明：放大器引入了负反馈后，其增益的相对变化量dAf/Af是无反馈时的1/（1+AF）。说明负反馈越深，放大倍数的稳定性越好。二、改善放大器的非线性失真非线性失真由器件的非线性特性引起。假定输入信号为正弦，经放大后产生了不对称的输出波形，即产生了失真了。加了负反馈波形改善情况无负反馈情况非线性失真的定量分析：由于非线性失真是信号大了之后引起，所以假定失真由末级引起，如图所示：开环时：iSXX...2....2....2..2.1..XAXAXAXAXAXAAXSiio闭环后：输出信号降低了，并为)1/(...'.FAXXoo模拟失真的信号oX..X'.oXSX.)1/(1..FA式子表明，有用信号和失真信号部分都下降为开环时的。比较反馈效果应该在同一输出幅度下才有意义，所以应加大使其反馈后的输出电压和反馈前的相等。SX....2.....'.11XFAAXFAAXSoSX.增大后，上式变为：..2.2......2.2......'.11]