负反馈对放大器性能的影响汇总
6.2 负反馈对放大器性能的影响
放大电路空载时可等效 右图框中为电压源： 右图框中为电压源：
Ro voc
RL
vo
输出电阻越小， 输出电阻越小，输出电 压越稳定，反之亦然。 压越稳定，反之亦然。
——模拟电子线路
2) 电流负反馈使电路的输出电阻增大 基本放大器 反馈网络 电流串联 互导放大器 电流控制电压源
Ri vid = −F ⋅ i ⋅ Ri + Rs
Ro v Rof = = i 1+ A F Ri vo Ri + Rs
Avso为基本放大器在 RL→∞时的源电压增益。 ∞时的源电压增益。
Ro Rof = 1+ Avso F
——模拟电子线路
电压并联负反馈
Ro Rof = 1+ Arso F
Arso为基本放大器在 RL→∞时的源互阻增益。 ∞时的源互阻增益。 理解： 理解：电压负反馈目的是 阻止∆ 的变化， 阻止∆vo的变化，稳 定输出电压。 定输出电压。
——模拟电子线路
6.2 负反馈对放大器性能的影响
负反馈电路 的基本方程
& Xf & F= & X
& Xi
& Xo & A= & Xid & & & X = X −X
id i
o
& Xf
+ –
×
& X id
基本放大 & 电路 A
& Xo
反馈网 & 路F
f
& A & Af = && 1+ AF
——模拟电子线路
——模拟电子线路
电流并联负反馈
Rof = (1+ AisnF)Ro
负反馈对放大电路工作性能的影响
负反馈对放大电路工作性能的影响放大电路中引入负反馈后减弱了净输入信号，故输出信号比未引入负反馈时要小，也就是引入负反馈后放大倍数降低了，但却使放大电路的工作性能得到了改善。
1、提高放大电路的稳定性由图(b)所示的带有反馈的放大电路方框图可知(设x表示电压信号)，基本放大电路的放大倍数，即未引入反馈时的放大倍数(也称开环放大倍数)为(1)反馈信号与输出信号之比称为反馈系数，即(2)若引入的是负反馈，则净输入信号为：(3)由上列三式可得出引入负反馈时的放大倍数(也称闭环放大倍数)(4)通常在放大电路中，如信号频率为中频、反馈电路由电阻元件组成时，放大倍数和反馈系数均为实数，在此条件下上式可写成(5)经过求导，则得(6)由式(11.7)和式(11.8)可知，引入负反馈后，放大倍数降低了，而放大倍数的稳定性却提高了。
例如若取，当变化了10%时，的变化为：即只变化了0.1%。
称为反馈深度，负反馈愈深，放大电路愈稳定。
当时(7)此式说明，仅与反馈电路的参数(如电阻和电容)有关，他们基本上不受外界因素变化的影响。
这时放大电路的工作特别稳定。
2、改善波形失真前面说过，由于工作点选择不合适，或者输入信号过大，都将引起信号波形的失真[图(a)]。
但引入负反馈之后，可将输入端的失真信号反送到输入端，使净输入信号发生某种程度的失真，经过放大之后，即可使输出信号的失真得到肯定程度的补偿。
从本质上说，负反馈是利用失真了的波形来改善波形的失真，因此只能减小失真，不能完全消退失真[图(b)]。
由于反馈电路通常由电阻组成，故和是一样的失真波形。
3、对放大电路输入电阻和输出电阻的影响负反馈对放大电路输入电阻和输出电阻的影响与反馈类型有关。
图利用负反馈改善波形失真在串联负反馈放大电路中，由于被抵消一部分，致使信号源供应的输入电流减小，此即意味着提高了输入电阻。
在并联负反馈放大电路，信号源除供应外，还要增加一个重量，致使输入电流增大，此即意味着降低了输入电阻。
第五章第二节负反馈对放大器性能的影响
ωPf
其中，
ωPf =ωHf =ωH(1+ kf A ) =ωHF I
A A I = I A = fI 1+ kf A F I
(5-2-15)
二、非线性失真
利用负反馈，可以有效地改善放大器的非线性失 真。例如，若基本放大器的非线性失真使其输出 信号产生正半周幅度大、负半周幅度小的失真波 形，如图5-2-6(a)所示。
∆A S = f A f
A A f
∆A A ∆A f = A A ∆A f
(5-2-1)
若△A为小值，则上式可用偏导数表示：
A ∂A A ∂A As f S = 或 Afs = s fs S A ∂A As ∂A f f s
A A f
(5-2-2)
若设该参量用x表示，则Af(或Afs)对x的灵敏度为
5．2．2 输入和输出电阻
负反馈可以改变放大器的输入和输出电 阻，这是负反馈放大器又一个宝贵的特 性。
一、输入电阻
负反馈对输入电阻的影响与反馈网络在 放大器输入端的连接方式有关，而与输 出端的连接方式无关。 因此，在推导输入电阻表达式时，只 需画出图5 需画出图5-2-1所示两种放大器输入端的 连接图，而将放大器输出端统一用输出 信号xo表示。 信号xo表示。
x ∂A A ∂A x ∂A A x f f S = = ⋅ = SAf ⋅ SA A ∂x A ∂A A ∂x f f
x A f
(5-2-3)
根据式(5-1-4)，求得
1 1 1 1 As S = = 或 Afs = S = 1+T F 1+Ts F s
A Af
(5-2-4)
必须指出，施加不同类型反馈，只能减小相应 增益的灵敏度。例如，电流串联反馈只能减小 互导增益Agf的灵敏度，但不能降低电压增益Avf 的灵敏度，只有当RL为定值时，才能降低 Avf 的灵敏度。
模拟电路：6-2 负反馈对放大电路性能的影响
c3 e3
T3 C2
+ U i
C1
e1
Re1
+ U
O
Re3
-
RF2
电压并联负反馈
【例2】如果要求当负反馈放大电路的开环增益A的相对变化量 如果要求当负反馈放大电路的开环增益 的相对变化量 为25%时,其闭环增益 f的相对变化量为 ,又要求闭环增益 时 其闭环增益A 的相对变化量为1%, 应选多大? 应选多大? 为100,问A应选多大?这时反馈系数 应选多大? , 应选多大 这时反馈系数B应选多大 解:根据已知条件可得: 根据已知条件可得:
A Af = = 100 1 + AB
dA f 1 dA = Af 1 + AB A
dA f 1 = × 0.25 = 0.01 1 + AB = 25 Af 1 + AB
A = (1 + AB) × 100 = 2500
24 B= ≈ 0.01 2500
【例3】假设单管共射放大电路在无反馈时的中频电压增益为 Aum= -100,fL=30Hz;fH=3kHz,如果反馈系数为 u=-10%,问 , ; ,如果反馈系数为B , 闭环的A 各等于多少? 闭环的 u mf,fL;fH各等于多少? 解:根据已知条件可得: 根据已知条件可得:
引入负反馈后,放大电路的通频带展宽了( 引入负反馈后,放大电路的通频带展宽了(1+AmB)倍. )
四,对输入,输出电阻的影响 对输入, 1,串联负反馈使输入电阻增大 ,
Ii + Ui + Ud + Uf Ri
放大电路
无反馈时: 无反馈时:
XO
引入串联负反馈后: 引入串联负反馈后:
Ud Ri = Ii
负反馈对放大电路性能的影响
Xo
Rif
U i Ii
U i Id
1
1 A F
1
Ri A F
If
F
Rif 1 RAi F
|1
A F
8.11
| 1
并联负反馈方块图
Rif Ri
开路放大倍
2.对输出电阻旳影响
数
⑴电压负反馈
开环放大器
将电压负反馈开环放大器输出用电压源旳等输效出电，阻反
馈网络只从输出端取电压,而不取电流。
U 'o I'o Ro Ao X d Xi=0
8.3.3 减小放大器非线性和内部噪声旳影响
• 放大器旳一种经典旳开环传播特征如图
8.9曲线1所示；它表白了Uo与Ui之间旳非 线性关系。
假如是 (1 A F ) 1
1—开环特征
Uo
2—闭环特征
即深度负反馈，闭
环放大倍数近似为
1/ F 传播特征近似
Ui
为一条直线。
图8.9放大器旳传播特征
8.3.3 减小放大器非线性和内部噪声旳影响
1
Ro AoR FG
结论：电压负反馈稳定输出电压,使输出电压 接近恒压。
⑵电流负反馈
• 将开环放大器输出电 流源等效如图8.13所
开环放大器 旳短路输出
示。
电流
I’o
Xi=0 +
Xd ASXd
Ro
_
U’o
开环放 大器输 出电阻
Ro
Xf F
图8.13 电流负反馈方块图
AS是 短 路 开 环 放大倍数 （即负载短 路时旳放大 倍数）。
⑵电流负反馈 反馈网络只从输出端取电流,而不取电压。
Rof
U 'o I'o
负反馈对放大器性能的影响
I of
Uo Ro
AF Iof
I of
Uo Ro (1 AF )
输出电阻变大
结论
➢ 串联负反馈增大放大器的输入电阻；并联负反 馈减小放大器的输入电阻。电压负反馈，稳定输 出电压，减小输出电阻；电流负反馈，稳定输出 电流，增大输出电阻。
➢ 输入电阻、输出电阻增大和减小的数量都与反
馈深度
有关。
电路与模拟电子技术
(3)负反馈只能改善包含在负反馈环节以内的放大器性能， 对反馈环以外的，与输入信号一起进来的失真、干扰、噪声 及其它不稳定因素是无能为力的。
1.4 对输入电阻和输出电阻的影响
1 串联负反馈和并联负反馈对放大器输入电
＋ .
Ui
－ －
R
if
阻的影响
.
Ii
＋ .
Ud
.
－
Uf ＋
Ri A
回路型连接形式
(a)串联反馈
I of
U o AoF U o
Ro
Uo Ro
1 AoF
输出电阻变小
(b)电流负反馈放大器输出电阻
电流负反馈放大器
. Xi＝ 0
X.′i＝
. －Xf＝
. －FIo f
. AXi′
Ro
. Io f
＋. Uo
－
Ro f
Rof
Uo
I of
X i 0
I of
Uo Ro
A X i
X i X i X f F Iof
f Lf
fL
fH
f Hf
无反馈放大器的带宽
负反馈放大器的带宽
f(频率)
图8.11负反馈改善放大器频率响应的示意图
负反馈的特点
负反馈对放大器性能的影响
负反馈对放大器性能的影响为了改善放大电路的某些性能指标，达到某种预期的目的，常在放大电路中引入某种负反馈组态。
放大电路一旦引入某种组态的负反馈，它的很多性能指标都将被影响，影响的程度均与反馈深度1+A ˙ F ˙ 的大小有关。
本节内容重点在于把握负反馈对放大电路各方面性能影响的结论。
1、结论1——负反馈使放大器的放大倍数下降| 1+ A ˙ F ˙ |1 →负反馈→净输入信号减弱→ X ′ ˙ i X ˙ i → | A ˙ f || A ˙ | 。
即负反馈使放大器的放大倍数下降。
闭环放大倍数A ˙ f = X ˙ o X ˙ i = A ˙ 1+ A ˙ F ˙ 在中频区为表示为A f = X o X i = A 1+AF可见, 闭环放大倍数A f 仅是开环放大倍数A 的1 1+AF 倍。
2、结论2——稳定被取样的输出信号电压负反馈——稳定输出电压U o 。
以图6.8所示的电压串联负反馈电路为例，当某一因素使U o 增大时，反馈过程如下：可见，U o 的变化量大大减小，稳定性大大提高。
电流负反馈——稳定输出电流I o 。
以图6.10所示的电流串联负反馈电路为例，当某一因素使I o 增大时，则反馈过程：可见，I o 的变化量大大减小，稳定性大大提高。
3、结论3——放大倍数的稳定性提高对A f = A 1+AF 求导，整理后d A f A f = 1 1+AF dA A无论何种缘由引起放大倍数发生变化，均可以通过负反馈使放大倍数相对变化量减小，放大倍数的稳定性提高了。
4、结论4——可以展宽通频带放大电路的频率响应引起放大倍数下降，通过负反馈可以展宽通频带。
闭环放大倍数A f 是开环放大倍数A 的1 1+AF 倍，闭环放大电路的通频带B W f 是开环放大电路的通频带BW 的（1+AF ）倍。
增益带宽积不变。
设开环时放大电路在高频段的放大倍数为：A ˙ H = A ˙ m 1+j f f HA ˙ m —— 开环时中频放大倍数f H —— 开环时上限频率引入负反馈后的高频放大倍数为：A ˙ Hf = A ˙ H 1+ A ˙ H F ˙ 整理后得引入负反馈后的中频放大倍数和上限频率A ˙ mf = A ˙ m 1+ A ˙ m F ˙ f Hf =(1+ A ˙ m F ˙ ) f H 。
负反馈对放大电路性能的影响
如图所示，如果正弦波输入信号xi经过放大后 产生的失真波形为正半周大，负半周小。引入负反
馈可以减小非线性失真。
1.3 展宽通频带
由于放大电路中电抗性元件的存在，以及三极管 本身的结电容的影响，使得放大倍数随频率变化而变 化。即中频段放大倍数较大，高频段和低频段放大倍 数随频率的升高和降低而减小，这样放大电路的通频 带就比较窄。
上式表明，负反馈放大电路闭环放大倍数的相对变化
量 ，等于开环放大倍数相对变化量 的
。也
就是说，虽然负反馈的引入使放大倍数下降了（1+AF）
倍，但放大倍数的稳定性却提高了（1+AF）倍
1.2 减小非线性失真
由于放大器件的非线性特性，当输入信号为 正弦波时，输出信号的波形将产生或多或少的非 线性失真。当输入信号幅度较大时，非线性失真 现象更为明显。
在中频段，由于放大倍数大，输出信号大，反馈信号也 大，则使净输入信号减小得也多，在中频段放大倍数有较明 显地降低。而在高频段和低频段，由于放大倍数较小，输出 信号也小，在反馈系数不变的情况下，其反馈信号也小，使 净输入信号减小的程度比中频段要小，使得高频段和低频段 放大倍数降低得少。这样，就让幅频特性变得平坦，上限频 率升高、下限频率下降，通频带得以展宽。
模拟 电子 技术 基础
负反馈对放大电路性能的影响
1.1 提高放大倍数的稳定性 1.2 减小非线性失真 1.3 展宽通频带 1.4 对输入电阻和输出电阻的影响
1.1 提高放大倍数的稳定性
引入负反馈后，放大倍数的稳定性可以 得到很大程度的提高。 在中频段：
对A求导数，可得
将上式等号的两边都除以 可得
1.4 对输入电阻和输出电阻的影响
1．对输入电阻的影响 （1）串联负反馈使输入电阻增大
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按交、直流性质分：
直流反馈： 反馈信号为直流量，用于稳定电路静态工作点。 交流反馈： 反馈信号为交流量，用于改善放大器动态性能。
多级放大器中的反馈：
局部反馈： 反馈由本级输出信号产生，可忽略。 越级反馈： 输出信号跨越一个以上放大级向输入端传送 的称为级间（或越级）反馈。
例1 判断电路的反馈极性和反馈类型。
xo A A xo / x xi xf 1 xf / x 1 Akf F
反馈深度 环路增益
F 1 Akf 1 T T xf / x Akf
反馈深度 F （或环路增益 T ）是衡量反馈强弱的一项重 要指标。其值直接影响电路性能。
反馈极性
并联反馈
在输入端，反馈网络与基本放大器并接，反馈信号以电流 if 的形式出现，并在输入端进行电流比较，即ii = ii- if 。
四种类型负反馈放大器增益表达式
电压串联负反馈
开环电压增益 Av vo / vi 电压反馈系数 kfv vf / vo 闭环电压增益 Avf Av /(1 Av kfv )
第五章
5.1 5.2
5.3 5.4 5.5
放大器中的负反馈
反馈放大器的基本概念 负反馈对放大器性能的影响
负反馈放大器的性能分析 深度负反馈 负反馈放大器的稳定性
5.1 反馈放大器的基本概念
5.1.1 反馈放大器的组成
将放大器输出信号的一部分或全部，通过反馈网络回送 到电路输入端，并对输入信号进行调整，所形成的闭合回 路即反馈放大器。
kf
电流反馈
在输出端，凡反馈网络与基本放大器串接，反馈信号取 自负载中输出电流的反馈称为电流反馈。 输出量 xo = io
根据输入端连接方式
串联反馈
在输入端，反馈网络与基本放大器串接，反馈信号以电压 vf 的形式出现，并在输入端进行电压比较，即vi= vi- vf 。 ii ii RS + + + iS vs vi v i A xo xo RS if A - v+ f kf kf
开环互导增益
RS
Ag io / vi
+ vs -
+ A v+ i v i g - v+ f kfr
io R L
互阻反馈系数 kfr vf / io 闭环互导增益 Agf Ag /(1 Ag kfr )
电流并联负反馈
开环电流增益
ii
iS RS
ii
if Ai kfi io R L
比较xf 与xi 的极性 （ xi= xi- xf ） 若xf 与xi同相，使xi减小的，为负反馈；
若xf 与xi反相，使xi增大的，为正反馈。
说明 用瞬时极性法比较xf 与xi 极性时：
若是串联反馈：则直接用电压进行比较（vi= vi- vf ）。
若是并联反馈：则需根据电压的瞬时极性，标出相关支 路 的电流流向，然后用电流进行比较（ii= ii- if ）。
反馈放大器组成框图
输入信号 净输入信号 xi xi xf xi xf 基本放大器A 反馈网络kf xo 输出信号
xi
反馈信号
反馈放大器增益一般表达式
开环增益 A xo / xi 反馈系数 kf xf / xo 闭环增益 Af xo / xi xi xf 反馈网络kf xi 基本放大器A xo
Rf VCC RC RC
if + vi
ii
பைடு நூலகம்
○ + ib
○ -
+ -
vo
+ -
vi Rf
Rf vo
+ -
分析： Rf引入的反馈消失 假设输出端交流短路， 电压反馈。
Rf 的反馈作用消失 假设输入端交流短路，
因净输入电流 ib= ii- if < ii 负反馈。
并联反馈。
由于净输入信号
xi xi xf
负反馈
正反馈
若 xf 削弱了xi，使 xi < xi
若 xf 增强了xi，使 xi > xi
说明
负反馈具有自动调整作用，可改善放大器性能。
例：某原因 xo xf xi ( xi xf ) xo 负反馈的自动调整作用是以牺牲增益为代价的。
RL
iS
RS
判断电压与电流反馈
假设输出端交流短路，若反馈信号消失，则为电压反 馈；反之为电流反馈。
判断串联与并联反馈
假设输入端交流短路，若反馈作用消失，则为并联反 馈；反之为串联反馈。
判断反馈极性 — 采用瞬时极性法
用正负号表示电路中各点电压的瞬时极性，或用箭头表示 各节点电流瞬时流向的方法称瞬时极性法。 xi xi A xo xf kf 设vi 瞬时极性为 经A 判断v o ？经kf 判断xf ？ ？ ？
例1
Rf vi VCC RC vo
xi
xi
A kf
xo
xf
例2
RB1 RC
VCC
+ vi RB2 -
+
RE
vo
-
Rf为反馈元件。
RE为反馈元件。
判断反馈类型 — 采用短路法
RS
ii
RL
+ vs -
+ A v+ i v i v - v+ f kfv
+ vo -
ii if Ai kfi
io
Ai io / ii
电流反馈系数
kfi if / io
闭环互阻增益 Aif Ai /(1 Ai kfi )
注意：不同反馈类型对应不同输入、输出电量，因此不同类 型反馈电路的A、kf 、Af含义不同。
5.1.2 反馈极性与类型的判别 判断是否为反馈电路
看电路输出与输入之间是否接 有元件，若有则为反馈电路，该 元件即为反馈元件。
RS
+ vs -
+ + vi vi Av - v+ f ii ii kfv
RL
+ vo -
电压并联负反馈
开环互阻增益
Ar vo / ii
iS
RS
if Ar
kfg
RL
互导反馈系数 kfg if / vo 闭环互阻增益 Arf Ar /(1 Ar kfg )
+ vo -
电流串联负反馈
正反馈使放大器工作不稳定，多用于振荡器中。
5.1.2 四种类型负反馈放大器 根据输出端连接方式
电压反馈
在输出端，凡反馈网络与基本放大器并接，反馈信号取 自负载上输出电压的反馈称为电压反馈。 输出量 xo = vo xi xf kf xi A
RL
+ vo -
xi xf
xi
A
io R L