模拟电子技术教材十一

第四章第四章 负反馈放大电路负反馈放大电路 学习目标 了解负反馈的基本概念、负反馈放大电路的一般关系式、负反馈对放大电路性能 的影响；会判断反馈类型及极性；能够根据性能要求引入反馈。 第一节 反馈的基本概念 实用电子电路中几乎都用到反馈。 适当的反馈可以改善线性放大电路的性能指标， 一个振荡 电路要输出振荡波形，也必须引入反馈。 一、什么是反馈 所谓反馈，就是通过一定的电路（反馈网络）将输出量（电压或电流）的一部分或全部反 送到输入端的过程。 反馈放大电路的框图如图4-1 所示。由图可见，反馈放大电路由基本放大电路和反馈网络 两部分组成。在基本放大电路中，信号从输入端到输出端进行正向传输，而在反馈网络中， 信号则由输出端到输入端反向传输。 显然， 要实现反馈就必须有一个连接输出回路与输人回路的中间环节， 即反馈网络。 因此， 判断放大电路是否存在反馈， 只要分析它的输出回路与输人回路是否存在相互联系的电路元 件即可判别。 如图 4-2 所示静态工作点稳定的放大电路中，当环境温度升高时，集电极输出电流IC 有 增大的趋势，使发射极电阻RE 上的压降增大，发射极电位增高，净输入量UBE 降低（因 为基极电位 VB 基本不变），基极电流下降，因此集电极电流IC 减小，最终趋于稳定；反 之，当 IC 有减小的趋势时，引起净输入量UBE 增大，导致集电极电流IC 增大，最终使静 态工作点稳定。该电路中，发射极电阻RE 把输出电流转换成电压UE，与输入端电压 UB 进行比较后控制输出电流，使之稳定。电阻RE 既与输人回路有关，又与输出回路有关，起 着连接输出与输入的中间环节作用， 故它是反馈元件。 通常把引人反馈的放大电路称为反馈 放大电路，也叫闭环放大电路，而未引人反馈的放大电路，称为开环放大电路。 在图 4-3 所示的多级放大电路中，第一级运放的输出端与输入端间有反馈元件R2，第二 级运放的输出端与输入端间有反馈元件R4。 由于这两条反馈通路只限于本级， 称为本级 （局 部）反馈。而第二级输出端与第一级输入端间有反馈元件R6，就构成了级间反馈。 二、反馈的类型及其判别 1．正反馈和负反馈 反馈按极性可分为正反馈和负反馈两类。图4-1 所示框图中，输入量 xi 与反馈量 xf 都作用在基本放大电路的输入端， 从而使输入端获得净输入xid。当反馈量与 输入量相位相同时，xid=xi+xf，净输入xid 增加，放大倍数也增大，称为正反馈；反之，当 反馈量与输入量相位相反时，xid=xi－xf，净输入xid 减小，放大倍数也减小，称为负反馈。 正反馈多用于振荡电路，而负反馈常用于改善放大电路性能。显然，图4-1 所示为负反馈放 大电路的框图。 实际应用中，常采用“瞬时极性法” 判别正反馈和负反馈。 例 4-1 试用“瞬时极性法” 判别图 3-3 所示的电路的反馈极性。 解 用“瞬时极性法” 判别反馈极性的步骤是： 1．找出放大电路中的反馈元件 图 4-4 所示电路为两级放大电路，电阻R6 连接在输出级 与输入级之间，构成级间反馈。 2．假设输入端的瞬时极性为“+”，按放大信号路径和反馈信号路径，标出相关点的极性。 图 4-4 中，设三极管 V1 的基极输入信号为“+”，各相关点的极性判别如下： 3．在输入端看反馈信号和原输入信号的极性：若反馈信号使净输入减小，为负反馈；使 净输入增加，为正反馈。 本例中，净输入为 ube1，显然 ube1= ui- uf，反馈使净输入减小，因此为负反馈。 例 4-2 试判别图 4-5 所示的电路的反馈极性。 解 图 4-5a）电路中，反馈元件 Rf 接在输出端与同相输入端之间， 所以该电路存在反馈。 设输入信号 uI 对地瞬时极性为（+），因uI 加在运放的反相输入端，所以输出信号uO 瞬时 极性为（一），经RF 得到的反馈信号 uf 与输出信号瞬时极性相同，也为（-）。因为uI 与 uF 下加在运放两个不同的输入端，所以净输入uId=uI-(-uF)，使净输入增加，是正反馈。这 里要指出的是，对于由单个运放组成的反馈放大电路来讲， 如反馈信号接在同相输入端， 为 正反馈；反馈信号接在反相输入端，为负反馈。 图 4-5b）电路中，反馈元件 RF 接在运放的输出端与反相输入端之间，所以该电路存在 反馈。假设输人信号uI 对地瞬时极性为（十），因uI 加在反相输入端，所以uO 为（一）， 根据瞬时极性法所标出的瞬时极性，可以看出反相输入端的净输入电流iId＝iI-iF，净输入 电流减小，所以该电路是负反馈电路。 通过以上分析可以得出判断反馈极性的结论如下： （1）对于只有一级运放的反馈放大电路，若反馈元件接到反相输入端，则为负反馈；反 馈元件接到同相输入端，则为正反馈。 （2）对于级间反馈，当反馈信号和输入信号加在同一个输入端时，两者极性相反时为负 反馈，两者极性相同时为正反馈。 当反馈信号和输入信号分别加在两个不同的输入端时， 两 者极性相同时为负反馈，两者极性相反时为正反馈。 （3）由分立元件组成的反馈放大电路，其反馈极性的判断与运算放大电路相似。当信号 由集电极输出时， 可以将三极管的基极 b 和发射极 e 分别看作运放的反相输入端和同相输入 端；而当信号由发射极输出时，基极b 和发射极 e 极性相同。 判别反馈极性过程中需要注意的是： （1）按放大、反馈途径逐点确定有关点电位的瞬时极性时，要遵循基本放大电路中讨论 的相位关系。当放大电路输入端基极电位上升，即瞬时极性为（+）时，集电极电位下降， 其瞬时极性为（-），发射极电位上升，其瞬时极性为（ +）。对于运放组成的电路，输出端 极性与同相输入端的瞬时极性相同；与反相输入端的瞬时极性相反。 （2）判断净输入量的增减，要比较输入量的瞬时极性与反馈量的瞬时极性作用在输入端 时的实际量的变化。如图4-4 所示电路中，判断 R6 反馈支路所导致的三极管V1 的净输入 uBE1 变化量时，由于uBE1=uI-u f，假设uI 为（+），若u f 为（十），则净输入量下降； 反之，若 uf 为（-），则净输入量增加。 三、直流反馈和交流反馈 在放大电路中，一般都存在着直流分量和交流分量， 如果反馈信号只含有直流成分， 则成 为直流反馈；如果反馈信号只含有交流成分， 则称为交流反馈。在很多情况下，反馈信号中 兼有两种成分，如果交、直流两种反馈兼而有之的反馈，则称为交直流反馈。 例如，在图 4-6 所示电路中，对直流而言，电容C 相当于开路，R2 和 R3 串联后接在输出 端和反相输入端之间，所以存在直流反馈，对交流而言， 当电容容量足够大时，电容容抗很 小，相当于短路，反馈信号送不到放大电路的输入端，所以不存在交流反馈。所以这条反馈 支路是直流反馈。 在图 4-5 所示分立元件放大电路中，从C2、RF2 组成的反馈通路来看，因电容C2 的隔直 作用，输出的直流成分被C2 隔断，无法送到输入端，所以反馈通路中无直流信号反馈，只 通交流，是交流反馈；从RF1 组成的反馈通路来看，既通直流又通交流，是交、直流反馈。 该电路的反馈极性请同学们课后自行分析。 直流负反馈用以稳定静态工作点， 交流负反馈用来改善放大电路的动态性能。 本章重