第六章 放大电路中的反馈
6.1 反馈的基本概念及判断方法
6.2 负反馈放大电路的四种基本组态
6.4 深度负反馈放大电路放大倍数分析
6.6 负反馈放大电路的稳定性
6.3 负反馈对放大电路的方框图
6.5 负反馈对放大电路性能的影响童诗白第三版童诗白第三版本章重点和考点：
1.负反馈组态的正确判断
2.深度负反馈放大电路放大倍数的计算
3.负反馈的作用本章教学时数,8学时童诗白第三版本章讨论的问题：
1.什么是反馈？什么是直流反馈和交流反馈？什么是正反馈和负反馈？为什么要引入反馈？
2.如何判断电路中有无引入反馈？引入的是直流反馈还是交流反馈？是正反馈还是负反馈？
3.交流负反馈有哪四种组态？如何判断？
4.交流负反馈放大电路的一般表达式是什么？
童诗白第三版本章讨论的问题：
5.放大电路中引入不同组态的负反馈后，将对性能分别产生什么样的影响？
6.什么是深度负反馈？在深度负反馈下，如何估算反馈系数和放大倍数？
7.为什么放大电路以三级为最常见？
8.负反馈愈深愈好吗？什么是自激振荡？什么样的负反馈容易产生自激振荡？如何消除自激振荡？
6.1 反馈的基本概念及判断方法
6.1.1 反馈的基本概念一、什么是反馈在电子设备中经常采用反馈的方法来改善电路的性能，以达到预定的指标。
放大电路中的 反馈,是指将放大电路输出电量 (输出电压或输出电流 )的一部分或全部，通过一定的方式，反送回输入回路中。
图 6.1.1反馈放大电路的方框图二、正反馈和负反馈反馈信号增强了外加净输入信号,使放大电路的放大倍数提高 —— 正反馈反馈信号削弱了外加净输入信号,使放大电路的放大倍数降低 ——负反馈负反馈稳定静态工作点
+
-
+
.
fi
..
i UUU
.
iU?
.
fU
三、直流反馈和交流反馈
(a)直流负反馈 (b)交流负反馈交流负反馈,反馈量只含有交流量。
用以改善放大电路的性能。
可稳定静态工作点。
6.1.2 反馈的判断一、有无反馈的判断是否有联系输入、输出回路的反馈通路；
是否影响放大电路的净输入。
(a)没引入反馈的放大电路 (b)引入反馈的放大电路 (c) R的接入没引入反馈反馈极性的判断方法,瞬时极性法 。
先假定某一瞬间输入信号的极性,然后按信号的放大过程,逐级推出输出信号的瞬时极性,最后根据反馈回输入端的信号对原输入信号的作用,判断出反馈的极性 。
二、反馈极性的判断对分立元件而言,C与 B极性相反,E与 B极性相同。
对集成运放而言,uO与 uN极性相反,uO与 uP极性相同。
(动画 avi\9-2.avi)
例：用瞬时极性法判断电路中的反馈极性 。
-
-
因为 差模 输入电压等于 输入 电压与 反馈 电压之差,反馈增强了输入电压,
所以为 正反馈 。
-
反馈信号削弱了输入信号,因此为 负反馈 。
图 6.1.3
(a)正反馈
(b)负反馈例
v I
v
O
-
+
R
L
R
2
R
1
(+) (+)
(-)
(-)
净输入量减小
v I
v O
-
+
R LR 2
R 1
(+) (+)
(-)
(-)
净输入量增加a负反馈
b正反馈
v O
-
+
R 4
R 5
R 3
-
+v I
R 1
R 2
反馈通路反馈通路级间反馈通路
(+) (+)
(+)
(+)
(-)
净输入量减小
c级间负反馈反馈通路本级反馈通路分立元件电路反馈极性的判断图 6.1.4分立元件放大电路反馈极性的判断反馈通路净输入量减小负反馈原则：对分立元件而言,C与 B极性 相反,E与 B极性 相同 。
三、直流反馈与交流反馈的判断直流负反馈,反馈量只含有直流量。
交流负反馈,反馈量只含有交流量。
图 6.1.5直流反馈与交流反馈的判断（一）
(a)电路 (b)直流通路 (c)交流通路直流反馈 无交流反馈附,7.1 概述
7.1.1 电子信息系统的组成信号的提取信号的预处理信号的加工信号的执行图 7.1.1电子信息系统示意图
7.1.2 理想运放的两个工作区一、理想运放的性能指标开环差模电压增益 Aod = ∞；
输出电阻 ro = 0；
共模抑制比 KCMR = ∞；
差模输入电阻 rid = ∞；
UIO = 0,IIO = 0,?UIO =?IIO = 0；
输入偏置电流 IIB = 0；
3 dB 带宽 fH = ∞,等等。
理想运放工作区：线性区和非线性区二、理想运放在线性工作区输出电压与其两个输入端的电压之间存在线性放大关系,即
)(odO uuAu
u
u
Ou
i
i
+ Aod
理想运放工作在线性区特点：
1,理想运放的差模输入电压等于零
0)(
od
O
A
uuu
即
uu ——,虚短,
2,理想运放的输入电流等于零由于 rid = ∞,两个输入端均没有电流，即
0 ii ——,虚断,
三、理想运放的非线性工作区
+UOM
uO
u+?u?O
UOM
理想特性图 7.1.3 集成运放的电压传输特性理想运放工作在非线性区特点：
当 uP > uN时,uO = + UOM
当 uP< uN时,uO =? UOM
1,uO 的值只有两种可能在非线性区内,(uP? uN)可能很大,即 uP ≠uN。
,虚地,不存在
2,理想运放的输入电流等于零
0 NP ii
实际运放 Aod≠∞,当 uP 与 uN差值比较小时,仍有
Aod (uP? uN ),运放工作在线性区 。
例如,F007 的 UoM = ±
14 V,Aod? 2 × 105,线性区内输入电压范围
μV70
102
V 14
5
od
OM
A
U
uu
NP
uO
uP?uNO
实际特性非线性区 非线性区线性区但线性区范围很小。
6.2 负反馈放大电路的四种基本组态
6.2.1 负反馈放大电路分析要点
（ 3）负反馈的基本作用是将引回的反馈量与输入量相减，
从而调整电路的净输入量和输出量。
（ 1）交流负反馈使放大电路的输出量与输入量之间具有稳定的比例关系，任何因素引起的输出量的变化均得到抑制。由于输入量的变化也同样会受到抑制，因此交流负反馈使电路的放大能力下降 。
（ 2）反馈量实质上是对输出量的取样，其数值与输出量成正比。
（ 2）从输入端看，反馈量与输入量是以电压方式相叠加，还是以电流方式相叠加。
对于具体的负反馈放大电路，首先应研究下列问题，
进而进行定量分析。
（ 1）从输出端看，反馈量是取自于输出电压，
还是取自于输出电流。
反馈信号取自输出电压，则为 电压反馈反馈信号取自输出电流，则为 电流反馈反馈量与输入量以电压形式求和，为 串联反馈反馈量与输入量以电流形式求和，为 并联反馈动画 avi\9-1.avi
6.2.2 四种负反馈组态一、电压串联负反馈图 6.2.2 电压串联负反馈电路反馈信号与输出电压成正比,集成运放的净输入电压等于输入电压与反馈电压之差,
.
fi
..
i UUU
.
o
F1
1f
.
URR RU
电压串联、电压并联、电流串联、电流并联 负反馈二、电流串联负反馈图 6.2.3 电流串联负反馈电路反馈信号与输出电流成正比,
净输入电压等于外加输入信号与反馈信号之差
.
fi
..
i UUU
Fo
.
f
,RIU?
（ 2）串联负反馈电路的输入电流很小，适用于输入信号为恒压源或近似恒压源的情况。
（ 1）电压负反馈能够稳定输出电压，电流负反馈能够稳定输出电流。
小结三、电压并联负反馈图 6.2.4 电压并联负反馈电路反馈信号与输出电压成正比,净输入电流等于外加输入电流与反馈电流之差
.
f
.
i
.
i III
F
.
o
f
.
R
U
I
四、电流并联负反馈图 6.2.5 电流并联负反馈电路反馈信号与输出电流成正比,净输入电流等于外加输入信号与反馈信号之差：
.
f
.
ii III
F3
3o
.
f
.
RR
RII
四种负反馈组态的放大倍数电压串联负反馈电路 电流串联负反馈电路电压并联负反馈电路 电流并联负反馈电路
i
.
o
.
.
U
UA
uuf?
电压放大倍数
)(
i
o
.
.
I
UA
u if?
转移电阻
)S(
i
.
o
.
.
U
IA
iu f?
转移电导
i
o
.
.
I
IA
ii
电流放大倍数
6.2.3反馈阻态的判断
iX?
并联：反馈量 和
fX?
输入量接于同一输入端 。 fX?
iX
fX
iX
接于不同的输入端 。
iX?
串联：反馈量 和
fX?
输入量
fX
iX
fX
iX
电流：将 负载 短路,反馈量仍然存在 。
电压：将 负载 短路,反馈量为零 。
一、电压负反馈与电流负反馈的判断令输出电压为零，反馈电流不存在，所以是电压负反馈令输出电压为零，反馈电流仍存在，所以是电流负反馈二、串联反馈与并联反馈的判断（略）
[例 6.2.1] 判断反馈的组态。
反馈通路,T,R2与 R1
交、直流反馈瞬时极性法判断,负 反馈输出端看,电流 负反馈输入端看,串联 负反馈电路引入交、直流电流串联负反馈
[例 6.2.2] 判断反馈的组态。
图 6.2.9 例 6.2.2电路图反馈通路,T3,R4与 R2
交、直流反馈瞬时极性法判断,负 反馈输出端看,电压 负反馈输入端看,串联 负反馈电路引入交、直流电压串联负反馈
6.3.1 负反馈放大电路的方框图表示法图 6.3.1 反馈放大电路方框图
.
f
.
o
.
i XXX,,分别为输入信号,输出信号和反馈信号；
开环放大倍数,.A
无反馈时放大网络的放大倍数；
因为：
i
.
o
.
X
XA
o
.
f
.
X
XF
.
f
.
ii XXX
6.3 负反馈放大电路的方框图及一般表达式所以,)()(,o.,i.,f,i.i.,o XFXAXXAXAX
闭环放大倍数：,.
fA
FA
A
X
X
A
1
.
i
.
o
.
f
电路的环路放大倍数：
i
.
f
..
X
XFA
o
.
f
.
X
X
F
反馈系数,.,FA.F
6.3.2 四种组态电路的方块图电压串联负反馈 电流串联负反馈电压并联负反馈 电流并联负反馈表 6.3.1 四种组态负反馈放大电路的比较输出信号 反馈信号 开环电路的放大倍数 反馈系数电压串联式电压并联式电流串联式电流并联式
o
.U
o
.U
o
.I
o
.I
f
.U
f
.U
f
.I
f
.I
'
i
o
.
.
U
UA
uu
电压放大倍数
)('
i
o
.
.
I
UA
ui?
转移电阻
)S('
i
o
.
.
U
IA
iu
转移电导
'
i
o
.
.
I
IA
ii
电流放大倍数
o
f
.
.
U
UF
uu
S)(
o
f
.
.
U
IF
iu
)(
o
f
.
.
IUF ui?
o
f
.
.
I
IF
ii
FA
A
X
XA
1
.
i
.
o
.
f
若
11 FA
FFA
A
FA
AA
1
1
..
.
f
——深度负反馈结论：深度负反馈放大电路的放大倍数主要由反馈网络的反馈系数决定,能保持稳定 。
若,01 FA 则
fA? ——自激振荡
6.3.3 负反馈放大电路的一般表达式闭环放大倍数：
AF
AA
f 1
在中频段,Af,A和 F均为实数
X o基本放大
A电路
X id
反馈网络
F
X f
–
+Xi
反馈网络等效到输入端反馈网络等效到输出端 X o基本放大
A电路
X id
反馈网络
F
–
+Xi
考虑到输入端的负载效应时，应令输出量为 0。
（ 电压－短路：电流－开路 ）。
考虑到输出端的负载效应时，应令输入量为 0。
（ 串联－断开：并联－短路 ）。
6.3.4 负反馈放大电路的基本放大电路为了使信号的传递单向化，将反馈网络作为放大电路输入端和输出端的等效电阻。
等效原则绘制负反馈放大电路的基本放大电路的目的
---求解基本放大电路的放大倍数
1.电压串联负反馈 （ 电压－短路：电流－开路 ）
（ 串联－断开：并联－短路 ）
2.电流串联负反馈 （ 电压－短路：电流－开路 ）
（ 串联－断开：并联－短路 ）
图 6.3.4电流串联负反馈的基本放大电路
(a)电流串联负反馈电路 (b)图 (a)所示电路的基本放大电路
3.电压并联负反馈 （ 电压－短路：电流－开路 ）
（ 串联－断开：并联－短路 ）
4.电流并联负反馈利用基本放大电路求电压放大倍数方法比较麻烦。
（ 电压－短路：电流－开路 ）
（ 串联－断开：并联－短路 ）
6.4.1 深度负反馈的实质放大电路的闭环电压放大倍数：
i
o
f X
XA
深度负反馈放大电路的闭环电压放大倍数,FA 1f?
o
f
X
XF
而
f
o
i
o
X
X
X
X
所以
得 fi XX
对于串联负反馈,并联负反馈：
fi UU fi II
结论,根据负反馈组态，选择适当的公式；再根据放大电路的实际情况，列出关系式后，直接估算闭环电压放大倍数。
6.4 深度负反馈放大电路放大倍数的分析
6.4.2 反馈网络的分析图 6.4.1 反馈网络的分析
(a)电压串联
21
1
0
RR
R
U
UF f
uu
(b)电流串联
RRRI
I
UF f
ui
0
0
(c)电压 并联
(d)电流 并联
RU
R
U
U
IF f
iu
1
0
0
0
21
2
0
RR
R
I
IF f
ii
6.4.3 放大倍数的分析一、电压串联负反馈
uufi
ufu u f
FU
U
U
U
AA
1
00
放大倍数则为电压放大倍数二、电流串联负反馈
uifi
iu f
FU
I
U
I
A
1
00放大倍数为转移电导电压放大倍数
R
R
F
R
U
RI
U
U
A L
ui
L
f
L
i
uf
00
三、电压并联负反馈放大倍数为转移电阻
iufi
u if
FI
U
I
UA 100
源电压放大倍数图 6.4.2并联负反馈电路的信号源
S
iuSfS
u s f
RFRI
U
U
UA 1100
对于并联负反馈电路,信号源内阻 是必不可少的。
四、电流并联负反馈放大倍数为电流放大倍数
iifi
iif
FI
I
I
I
A
100
电压放大倍数
S
L
iiSf
L
S
u s f
R
R
FRI
RI
U
UA
1
00
小结：
（ 1）正确判断反馈组态；
（ 2）求解反馈系数；
（ 3）利用 F求解,.fA,
ufA
.
uSfA或复习：
1.正、负反馈的判断
(瞬时极性法 )
对分立元件而言,C与 B极性相反,E与 B极性相同。
对集成运放而言,uO与 uN极性相反,uO与 uP极性相同。
以 电压求和 或以 电流求和 判断净输入信号是增加或减小。
2.交、直流负反馈的判断直流负反馈,反馈量只含有直流量。
交流负反馈,反馈量只含有交流量。
3.四种负反馈阻态的判断
iX?
并联：反馈量 和
fX?
输入量接于同一输入端 。
fX
iX
fX
iX
接于不同的输入端 。
iX?
串联：反馈量 和
fX?
输入量
fX
iX
fX
iX
电流：将 负载 短路,反馈量仍然存在 。
电压：将 负载 短路,反馈量为零 。
5、深度负反馈放大电路电压放大倍数的计算
（ 1）正确判断反馈组态；
（ 2）求解反馈系数；
（ 3）利用 F求解,.fA,
ufA
.
uSfA或
4、负反馈的几个概念
FA
A
X
X
A
1
.
i
.
o
.
f
o
.
f
.
X
X
F
i
.
f
..
X
XFA
若
11 FA
——深度负反馈
FA?
1f?
[例 6.4.1] 如图 6.2.8，已知 R1＝ 10KΩ,R2＝ 100 KΩ,R3＝ 2
KΩ,RL＝ 5 KΩ。 求解在深度负反馈条件下的 AUf.
图 6.2.8 例 6.4.1电路图解：
反馈通路,T,R3,R2与 R1
电路引入 电流串联负反馈
IRRR
RI
R
321
3
1
10
321
3
11 RIRRR
RRIU
Rf
321
31
0
RRR
RR
I
UF f
ui
30)(
31
32100
RR
RRRR
F
R
U
RI
U
UA L
ui
L
f
L
i
uf
[例 6.4.2] 在图 6.2.9所示电路中，已知 R2＝ 10KΩ，
R4＝ 100 KΩ,求解在深度负反馈条件下的 AUF
图 6.2.9 例 6.4.2电路图反馈通路,T3,R4与 R2
电路引入电压串联负反馈
42
2
0
RR
R
U
UF f
uu
1111
2
40
R
R
FU
UA
uui
u uf
电压放大倍数
[例 6.4.3a] 估算深负反馈运放的闭环电压放大倍数。
解,该电路为 电压并联负反馈,在深度负反馈条件下：
fi II
,
1
i
i R
UI
F
o
f R
UI
1
i
F
o
R
U
R
U得
则闭环电压放大倍数为：
11.020 2.2
1
F
i
o
f R
R
U
UA
uu?
例 6.4.3a电路 图该电路为电压串联负反馈
o
32
3
f URR
RU
5.223111
3
2
f R
R
FA uuuu?
32
3
o
f
RR
R
U
UF
uu
故在深度负反馈条件下例 6.4.3 (b)电路图
[例 6.4.3b]：
例 6.4.4 电路图该电路为电流并联负反馈，
在深度负反馈条件下：
fi II
F3
3
L
o
F3
3o
f RR
R
R
U
RR
RII
1
i
i R
UI
故：
1
i
F3
3
L
o
R
U
RR
R
R
U
闭环电压放大倍数为：
9.51.51 )101.5(2)(
1
3
F3L
i
o
f RR
RRR
U
UA
uu?
[例 6.4.4]
6.5 负反馈对放大电路性能的影响
6.5.1 稳定放大倍数引入负反馈后,在输入信号一定的情况下,当电路参数变化,电源电压波动或负载发生变化时,放大电路输出信号的波动减小,即放大倍数的稳定性提高 。
放大倍数稳定性提高的程度与反馈深度有关 。
FA
AA
1
.
.
f
在中频范围内，
AF
AA
1f
A
A
AFA
A d
1
1d
f
f?
放大倍数的相对变化量：
结论：引入负反馈后，放大倍数的稳定性提高了
(1 + AF) 倍。
例,在电压串联负反馈放大电路中，
k18
k210
F
1
5
R
RA,?
① 估算反馈系数 和反馈深度F? ；)1( FA
② 估算放大电路的闭环电压放大倍数 ；fA?
③ 如果开环差模电压放大倍数 A 的相对变化量为
± 10%,此时闭环电压放大倍数 Af 的相对变化量等于多少？ 解,① 反馈系数
1.0182 2
F1
1
o
f?
RR
R
U
UF
反馈深度
45 101.01011 FA
② 闭环放大倍数
10
10
10
1 4
5
.
.
f FA
AA
③ Af 的相对变化量
%0 0 1.010 %10d1 1d 4
f
f
A
A
AFA
A
结论：当开环差模电压放大倍数变化? 10% 时,
电压放大倍数的相对变化量只有? 0.000 1%,而稳定性提高了一万倍 。
6.5.2 改变输入电阻和输出电阻不同类型的负反馈，对输入电阻、输出电阻的影响不同。
一、对输入电阻的影响
1,串联负反馈增大输入电阻
i
i
i I
UR
i
ii
i
fi
i
i
if I
UFAU
I
UU
I
UR
得：
iif )1( RFAR
结论：引入 串联负反馈后,输入电阻增大 为无反馈时的 倍 。)1( FA
图 6.5.1
注意：在某些负反馈放大电路中，有些电阻不在反馈内，如图 6.4.3中的 Rb1,反馈对它不产生影响。 --只针对串联负反馈。
2,并联负反馈减小输入电阻
..
fii III
i
i
i I
UR
ii
i
fi
i
i
i
if
IFAI
U
II
U
I
U
R
FA
RR
1
i
if
得：
结论：引入 并联负反馈 后,输入电阻减小 为无负反馈时的 1/ 。)1( FA
图 6.5.3 并联负反馈对 Ri 的影响二、负反馈对输出电阻的影响
1,电压负反馈减小输出电阻
Li,0o
o
of
RX
I
UR
offii UFXXXX
放大电路的输出电阻定义为：
时当 0i?X?
oooioo UFARIXARIU
得：
FA
R
I
UR
1
o
o
o
of
结论：引入 电压负反馈 后,放大电路的 输出电阻减小到无反馈时的 。
)1(1 FA
图 6.5.4
fi XX
Rof
2,电流负反馈增大输出电阻图 6.5.5
of
fii
IFX
XXX
oo
o
o
io
o
o
o IFAR
UXA
R
UI
结论：引入 电流负反馈 后,放大电路的 输出电阻增大 到无反馈时的 倍 。)1(
o FA
oof )1( RFAR
注意：在某些负反馈放大电路中，有些电阻不在反馈内，如图 6.4.4中的 RC2,反馈对它不产生影响。 --只针对电流负反馈。
综上所述
(1),反馈信号与外加输入信号的求和方式只对放大电路的输入电阻有影响：串联负反馈使输入电阻增大；
并联负反馈使输入电阻减小 。
(2),反馈信号在输出端的采样方式只对放大电路的输出电阻有影响：电压负反馈使输出电阻减小；电流负反馈使输出电阻增大 。
(3),串联负反馈只增大反馈环路内的输入电阻；电流负反馈只增大反馈环路内的输出电阻 。
(4),负反馈对输入电阻和输出电阻的影响程度,与反馈深度有关 。
6.5.3 展宽频带由于负反馈可以提高放大倍数的稳定性,因而对于频率不同而引起的放大倍数下降,也可以改善 。
设无反馈时放大电路在中,高频段的放大倍数分别为,上限频率为 fＨ ；
Hm AA 和
H
m
H
j1
f
f
A
A
Hffm AA 和引入反馈系数为 的负反馈后，放大电路在中、
高频段的放大倍数分别为,上限频率为 fHf。
F?
Hf
mf
Hm
m
m
H
m
m
H
m
H
m
H
H
Hf
j1
)1(
j1
1
j1
j1
1
j1
1
f
f
A
fFA
f
FA
A
f
f
FA
A
F
f
f
A
f
f
A
FA
A
A
所以：
FA
AA
m
m
mf 1
HmHf )1( fFAf
可见,引入负反馈后,放大电路的中频放大倍数减小为无反馈时的 1 / ；而 上限频率提高 到无反馈时的 倍 。
)1( m FA
)1( FA m?
同理,可推导出引入负反馈后,放大电路的 下限频率降低 为无反馈时的 1 / 。
)1( m FA
结论,引入负反馈后,放大电路的上限频率提高,
下限频率降低,因而 通频带展宽 。
fbwf=fHf-fLf≈ fHf
fbw=fH-fL≈fH基本放大电路的 通频带反馈放大电路的 通频带
bwmb w f )1( fFAf
A?lg20
mlg20 A? 3dB
mflg20 A? 3dB
fL fH
fbw
fLf fHf
fbwf
负反馈对通频带和放大倍数的影响
f
xf
负反馈 减小了波形失真加入负反馈无负反馈
F
xf
Axi xo
xo
大小略大略小略小略大x
i A
接近正弦波预失真
+
–
ix?
6.5.4 减小非线性失真和抑制干扰同样道理，负反馈可抑制放大电路内部噪声。
图 6.5.7
(动画 avi\9-3.avi) (动画 avi\9-4.avi)
6.5.5 放大电路中引入负反馈的一般原则负反馈对放大电路性能方面的影响，均与反馈深度有关。
负反馈放大电路的分析以定性分析为主，定量分析为辅。
定性分析常用 EDA软件（ EWB/PSPICE） 进行分析。
电路设计时，引入负反馈的一般原则
（ 1） 为了稳定静态工作点,应引入直流负反馈；
为了改善电路的动态性能,应引入交流负反馈。
（ 2） 根据信号源的性质引入串联负反馈，或者并联负反馈 。
当信号源为恒压源或内阻较小的电压源时，为增大放大电路的输入电阻，以减小信号源的输出电流和内阻上的压降，应引入 串联负反馈 。
（ 4）根据表 6.3.1所示的四种组态反馈电路的功能,在需要进行信号变换时，选择合适的组态 。例如，若将电流信号转换成电压信号，应在放大电路中引入 电压并联负反馈 ；若将电压信号转换成电流信号，应在放大电路中引入 电流串联负反馈,等等。
当信号源为恒流源或内阻较大的电压源时，为减小电路的输入电阻，使电路获得更大的输入电流，应引入 并联负反馈 。
（ 3） 根据负载对放大电路输出量的要求,即负载对其信号源的要求，决定引入电压负反馈或电流负反馈。当负载需要稳定的电压信号时，应引入 电压负反馈 ；当负载需要稳定的电流信号时，应引入 电流负反馈 。
电路设计时，引入负反馈的一般原则
[例 6.5.1] 电路如图 6.5.8所示，为了达到下列目的，分别说明应引入哪种组态的负反馈以及电路如何连接。
（ 3）将输入电流 iI转换成稳定的输出电压 uO。
（ 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）将输入电流 i1转换成与之成稳定线性关系的输出电流 io。
(2)应引入电流并联负反馈。
电路中将④与⑥、⑦与⑩、②与⑨分别连接。
(3)应引入电压并联负反馈。
电路中应将②与⑨、⑧与⑩、⑤与⑥分别连接。
(1)应引入电压串联负反馈 。
电路中将 ④ 与 ⑥,③ 与 ⑨,⑧ 与 ⑩ 分别连接 。
6.6 负反馈放大电路的稳定性对于多级放大电路,如果引入过深的负反馈,可能引起自激振荡 。
6.6.1负反馈放大电路自激振荡产生的原因和条件放大电路的闭环放大倍数为：
FA
AA
1f
在中频段，
11 FA
A? F?在高,低频段,放大倍数 和反馈系数 的模和相角都随频率变化,使 。
11 FA
一、自激振荡产生的原因
01 FA,fA?当 时说明,此时放大电路没有输入信号,但仍有一定的输出信号,因此产生了自激振荡 。
二、自激振荡的平衡条件
01 FA 即,1FA
1?FA
)210()12(a r g,，， nnFA
幅值条件相位条件自激振荡过程如下：
0X
iX
0X
fX
例：单管阻容耦合共射放大电路的频率响应
270o
uA?
0.707Aum
Aum
fL fH
BW
f
f
φ
O
O
90o
180o
fL fH
6.6.2 负反馈放大电路稳定性的定性分析可见,在低,高频段,放大电路分别产生了 0? ~ + 90?
和 0? ~ -90?的附加相移 。
两级放大电路将产生 0? ~? 180?附加相移；三级放大电路将产生 0? ~? 270?的附加相移 。
对于多级放大电路,如果某个频率的信号产生的附加相移为 180o,而反馈网络为纯电阻,则：
180ar g FA
满足自激振荡的相位条件,如果同时满足自激振荡的幅值条件,放大电路将产生自激振荡 。
但 三级放大电路,在深度负反馈条件下,对于 某个频率 的信号,既满足相位条件,也满足幅度条件,可以产生 自激振荡 。
结论：
单级放大电路不会产生自激振荡；
两级放大电路当频率趋于无穷大或趋于零时，虽然满足相位条件，但不满足幅度条件，所以也不会产生自激振荡；
一、判断方法利用负反馈放大电路回路增益 的波特图，分析是否同时满足自激振荡的幅度和相位条件。
FA
6.6.3 负反馈放大电路稳定性的判断满足 自激振荡的幅度条件频率为 fC
满足 自激振荡的相位条件频率为 fO
因为存在 fO,且 fO ＜ fC,
则电路不稳定。
(动画 avi\10-1.avi)
判断方法虽然存在 fO,但 fO ＞ fC,
则电路稳定，不产生自激振荡。
判断方法小结如下：
（ 1）若不存在 fO,则电路稳定
（ 2）若存在 fO,且 fO ＜ fC,
则电路不稳定，必然产生自激振荡。
若存在 fO,但 fO ＞ fC,则电路稳定，不产生自激振荡。
(动画 avi\10-2.avi)
例 1：某负反馈放大电路的 波特图为：FA
f / HZ
f / HZfo
fo
60dB/lg20 FA
40
20
0
0
90°
180°
AF
(a)产生自激由波特图中的相频特性可见,当 f = f0 时,相位移?AF = -180o,满足相位条件；
1?FA
结论：当 f = f0 时,电路同时满足自激振荡的相位条件和幅度条件,将产生自激振荡 。
此频率对应的对数幅频特性位于横坐标轴之上,
即：
结论：该负反馈放大电路不会产生自激振荡,能够稳定工作 。
1?FA
例 2：
由负反馈放大电路的波特图可见,当 f = f0,
相位移
AF = -180o
时
FA
f / HZ
f / HZf0
f0
60dB/lg20 FA
40
20
O
O
90°
180°
AF
fc
fc
利用波特图来判断自激振荡
(b)不产生自激
Gm
二、稳定裕度当环境温度,电路参数及电源电压等在一定范围内变化时,为保证放大电路也能满足稳定条件,要求放大电路要有一定的稳定裕度 。
1,幅值裕度 Gm
f / HZ
f / HZf
o
fo
60dB/lg20 FA
40
20
O
O
90°
180°
AF
fc
fc
)dB(lg20
0m ff
FAG
对于稳定的负反馈放大电路,Gm 为负值 。 Gm 值愈负,负反馈放大电路愈稳定 。
一般要求 Gm ≤ -10 dB 。
2,相位裕度?m
1 80AF?
当 f = fc 时，
0lg20?FA
cAFm 180 ff
负反馈放大电路稳定对于稳定的负反馈放大电路,?m 为正值 。m 值愈大,负反馈放大电路愈稳定 。
一般要求?m ≥ 45?
f / Hz
f / Hzf
o
fo
60dB/lg20 FA
40
20
0
0
90°
180°
AF
fc
fc
m
Gm
图 5.4.2
6.6.4负反馈放大电路自激振荡的消除方法为保证放大电路稳定工作,对于三级或三级以上的负反馈放大电路,需采取适当措施破坏自激振荡的幅度条件和相位条件 。
最简单的方法是 减小反馈系数 或反馈深度,使得在满足相位条件时不满足幅度条件 。
但是,由于反馈深度下降,不利于放大电路其他性能的改善,因此通常采用接入电容或 RC 元件组成 校正网络,以消除自激振荡 。
1.简单滞后补偿比较简单的消振措施是在负反馈放大电路的适当地方接入一个电容 。
图 6.6.4 电容校正网络一、滞后补偿接入的电容相当于并联在前一级的负载上,在中,
低频时,容抗很大,所以这个电容基本不起作用 。
(动画 avi\10-3.avi)
高频时,容抗减小,使前一级的放大倍数降低,
从而破坏自激振荡的条件,使电路稳定工作 。
简单滞后补偿前后基本放大电路的幅频特性虚线为补偿前的幅频特性实线为补偿后的幅频特性当 f = fC 时,)( FA
趋于 -1350，即 fO ＞ fC,
并具有 450的相位裕度，
所以电路一定不会产生自激振荡。
图 6.6.3 简单滞后补偿前后基本放大电路的幅频特性
2.RC滞后补偿除了电容校正以外,还可以利用电阻,电容元件串联组成的 RC 校正网络来消除自激振荡 。
利用 RC 校正网络代替电容校正网络,将使通频带变窄的程度有所改善 。 （ 见教材 P287—P288）
图 6.6.5 RC 校正网络
3.密勒效应补偿二、超前补偿利用密勒效应将补偿电容、或补偿电阻和电容跨接放大电路的输入端和输出端。
若改变负反馈放大电路在环路增益为 0dB点的相位，使之超前，也能破坏其自激振荡条件，使 fo＞ fc。 通常将补偿电容加在反馈回路 。
[例 6.6.2] 已知放大电路幅频特性近似如图 6.6.10所示。
引入负反馈时，反馈网络为纯电阻网络，且其参数的变化对基本放大电路的影响可忽略不计。回答下列问题,
（ 2）若引入负反馈系数
F=1则电路是否会产生自激振荡？
图 6.6.10 例 6.6.2放大电路的幅频特性
（ 1） 当 f＝ 103Hz,20lg∣ A∣ ≈？ Φ A≈？
（ 3）若想引入负反馈后电路稳定，则 ∣ F∣ 的上限值约为多少？
图 6.6.10 例 6.6.2放大电路的幅频特性解,
（ 1） 当 f＝ 103Hz，
20lg∣ A∣ ≈60dB
A的表达式为
2
3
5
2
21
5
)
10
1)(
10
1(
10
)1)(1(
10
fjfj
f
fj
f
fjA
HH
0000
33 18045459010a r c t a n10a r c t a n10a r c t a n
fff
A?
所以放大电路一定会产生自激振荡
（ 2）由（ 1）可知,f0=103Hz,且当 f=f0时，因 F＝ 1，
20lg︱ AF︱ ≈60dB+20lg︱ F︱ >0dB
（ 3）为使 f0=103Hz,20lg︱ AF︱＜ 0dB
即 20lg︱ AF︱ ≈60dB+20lg︱ F︱＜ 0
所以︱ F︱＜ 0.001
6.7 放大电路中的其它形式的反馈
6.7.1 放大电路中的正反馈一、电压 -电流转换电路二、自举电路
6.7.2电流反馈运算放大电路一、什么是电流反馈集成运算放大电路二、电流模电路三、电流反馈运算放大电路的工作原理四、由电流反馈运算放大电路组成的负反馈放大电路的频率特性特性
6.1 反馈的基本概念及判断方法
6.2 负反馈放大电路的四种基本组态
6.4 深度负反馈放大电路放大倍数分析
6.6 负反馈放大电路的稳定性
6.3 负反馈对放大电路的方框图
6.5 负反馈对放大电路性能的影响童诗白第三版童诗白第三版本章重点和考点：
1.负反馈组态的正确判断
2.深度负反馈放大电路放大倍数的计算
3.负反馈的作用本章教学时数,8学时童诗白第三版本章讨论的问题：
1.什么是反馈？什么是直流反馈和交流反馈？什么是正反馈和负反馈？为什么要引入反馈？
2.如何判断电路中有无引入反馈？引入的是直流反馈还是交流反馈？是正反馈还是负反馈？
3.交流负反馈有哪四种组态？如何判断？
4.交流负反馈放大电路的一般表达式是什么？
童诗白第三版本章讨论的问题：
5.放大电路中引入不同组态的负反馈后，将对性能分别产生什么样的影响？
6.什么是深度负反馈？在深度负反馈下，如何估算反馈系数和放大倍数？
7.为什么放大电路以三级为最常见？
8.负反馈愈深愈好吗？什么是自激振荡？什么样的负反馈容易产生自激振荡？如何消除自激振荡？
6.1 反馈的基本概念及判断方法
6.1.1 反馈的基本概念一、什么是反馈在电子设备中经常采用反馈的方法来改善电路的性能，以达到预定的指标。
放大电路中的 反馈,是指将放大电路输出电量 (输出电压或输出电流 )的一部分或全部，通过一定的方式，反送回输入回路中。
图 6.1.1反馈放大电路的方框图二、正反馈和负反馈反馈信号增强了外加净输入信号,使放大电路的放大倍数提高 —— 正反馈反馈信号削弱了外加净输入信号,使放大电路的放大倍数降低 ——负反馈负反馈稳定静态工作点
+
-
+
.
fi
..
i UUU
.
iU?
.
fU
三、直流反馈和交流反馈
(a)直流负反馈 (b)交流负反馈交流负反馈,反馈量只含有交流量。
用以改善放大电路的性能。
可稳定静态工作点。
6.1.2 反馈的判断一、有无反馈的判断是否有联系输入、输出回路的反馈通路；
是否影响放大电路的净输入。
(a)没引入反馈的放大电路 (b)引入反馈的放大电路 (c) R的接入没引入反馈反馈极性的判断方法,瞬时极性法 。
先假定某一瞬间输入信号的极性,然后按信号的放大过程,逐级推出输出信号的瞬时极性,最后根据反馈回输入端的信号对原输入信号的作用,判断出反馈的极性 。
二、反馈极性的判断对分立元件而言,C与 B极性相反,E与 B极性相同。
对集成运放而言,uO与 uN极性相反,uO与 uP极性相同。
(动画 avi\9-2.avi)
例：用瞬时极性法判断电路中的反馈极性 。
-
-
因为 差模 输入电压等于 输入 电压与 反馈 电压之差,反馈增强了输入电压,
所以为 正反馈 。
-
反馈信号削弱了输入信号,因此为 负反馈 。
图 6.1.3
(a)正反馈
(b)负反馈例
v I
v
O
-
+
R
L
R
2
R
1
(+) (+)
(-)
(-)
净输入量减小
v I
v O
-
+
R LR 2
R 1
(+) (+)
(-)
(-)
净输入量增加a负反馈
b正反馈
v O
-
+
R 4
R 5
R 3
-
+v I
R 1
R 2
反馈通路反馈通路级间反馈通路
(+) (+)
(+)
(+)
(-)
净输入量减小
c级间负反馈反馈通路本级反馈通路分立元件电路反馈极性的判断图 6.1.4分立元件放大电路反馈极性的判断反馈通路净输入量减小负反馈原则：对分立元件而言,C与 B极性 相反,E与 B极性 相同 。
三、直流反馈与交流反馈的判断直流负反馈,反馈量只含有直流量。
交流负反馈,反馈量只含有交流量。
图 6.1.5直流反馈与交流反馈的判断（一）
(a)电路 (b)直流通路 (c)交流通路直流反馈 无交流反馈附,7.1 概述
7.1.1 电子信息系统的组成信号的提取信号的预处理信号的加工信号的执行图 7.1.1电子信息系统示意图
7.1.2 理想运放的两个工作区一、理想运放的性能指标开环差模电压增益 Aod = ∞；
输出电阻 ro = 0；
共模抑制比 KCMR = ∞；
差模输入电阻 rid = ∞；
UIO = 0,IIO = 0,?UIO =?IIO = 0；
输入偏置电流 IIB = 0；
3 dB 带宽 fH = ∞,等等。
理想运放工作区：线性区和非线性区二、理想运放在线性工作区输出电压与其两个输入端的电压之间存在线性放大关系,即
)(odO uuAu
u
u
Ou
i
i
+ Aod
理想运放工作在线性区特点：
1,理想运放的差模输入电压等于零
0)(
od
O
A
uuu
即
uu ——,虚短,
2,理想运放的输入电流等于零由于 rid = ∞,两个输入端均没有电流，即
0 ii ——,虚断,
三、理想运放的非线性工作区
+UOM
uO
u+?u?O
UOM
理想特性图 7.1.3 集成运放的电压传输特性理想运放工作在非线性区特点：
当 uP > uN时,uO = + UOM
当 uP< uN时,uO =? UOM
1,uO 的值只有两种可能在非线性区内,(uP? uN)可能很大,即 uP ≠uN。
,虚地,不存在
2,理想运放的输入电流等于零
0 NP ii
实际运放 Aod≠∞,当 uP 与 uN差值比较小时,仍有
Aod (uP? uN ),运放工作在线性区 。
例如,F007 的 UoM = ±
14 V,Aod? 2 × 105,线性区内输入电压范围
μV70
102
V 14
5
od
OM
A
U
uu
NP
uO
uP?uNO
实际特性非线性区 非线性区线性区但线性区范围很小。
6.2 负反馈放大电路的四种基本组态
6.2.1 负反馈放大电路分析要点
（ 3）负反馈的基本作用是将引回的反馈量与输入量相减，
从而调整电路的净输入量和输出量。
（ 1）交流负反馈使放大电路的输出量与输入量之间具有稳定的比例关系，任何因素引起的输出量的变化均得到抑制。由于输入量的变化也同样会受到抑制，因此交流负反馈使电路的放大能力下降 。
（ 2）反馈量实质上是对输出量的取样，其数值与输出量成正比。
（ 2）从输入端看，反馈量与输入量是以电压方式相叠加，还是以电流方式相叠加。
对于具体的负反馈放大电路，首先应研究下列问题，
进而进行定量分析。
（ 1）从输出端看，反馈量是取自于输出电压，
还是取自于输出电流。
反馈信号取自输出电压，则为 电压反馈反馈信号取自输出电流，则为 电流反馈反馈量与输入量以电压形式求和，为 串联反馈反馈量与输入量以电流形式求和，为 并联反馈动画 avi\9-1.avi
6.2.2 四种负反馈组态一、电压串联负反馈图 6.2.2 电压串联负反馈电路反馈信号与输出电压成正比,集成运放的净输入电压等于输入电压与反馈电压之差,
.
fi
..
i UUU
.
o
F1
1f
.
URR RU
电压串联、电压并联、电流串联、电流并联 负反馈二、电流串联负反馈图 6.2.3 电流串联负反馈电路反馈信号与输出电流成正比,
净输入电压等于外加输入信号与反馈信号之差
.
fi
..
i UUU
Fo
.
f
,RIU?
（ 2）串联负反馈电路的输入电流很小，适用于输入信号为恒压源或近似恒压源的情况。
（ 1）电压负反馈能够稳定输出电压，电流负反馈能够稳定输出电流。
小结三、电压并联负反馈图 6.2.4 电压并联负反馈电路反馈信号与输出电压成正比,净输入电流等于外加输入电流与反馈电流之差
.
f
.
i
.
i III
F
.
o
f
.
R
U
I
四、电流并联负反馈图 6.2.5 电流并联负反馈电路反馈信号与输出电流成正比,净输入电流等于外加输入信号与反馈信号之差：
.
f
.
ii III
F3
3o
.
f
.
RR
RII
四种负反馈组态的放大倍数电压串联负反馈电路 电流串联负反馈电路电压并联负反馈电路 电流并联负反馈电路
i
.
o
.
.
U
UA
uuf?
电压放大倍数
)(
i
o
.
.
I
UA
u if?
转移电阻
)S(
i
.
o
.
.
U
IA
iu f?
转移电导
i
o
.
.
I
IA
ii
电流放大倍数
6.2.3反馈阻态的判断
iX?
并联：反馈量 和
fX?
输入量接于同一输入端 。 fX?
iX
fX
iX
接于不同的输入端 。
iX?
串联：反馈量 和
fX?
输入量
fX
iX
fX
iX
电流：将 负载 短路,反馈量仍然存在 。
电压：将 负载 短路,反馈量为零 。
一、电压负反馈与电流负反馈的判断令输出电压为零，反馈电流不存在，所以是电压负反馈令输出电压为零，反馈电流仍存在，所以是电流负反馈二、串联反馈与并联反馈的判断（略）
[例 6.2.1] 判断反馈的组态。
反馈通路,T,R2与 R1
交、直流反馈瞬时极性法判断,负 反馈输出端看,电流 负反馈输入端看,串联 负反馈电路引入交、直流电流串联负反馈
[例 6.2.2] 判断反馈的组态。
图 6.2.9 例 6.2.2电路图反馈通路,T3,R4与 R2
交、直流反馈瞬时极性法判断,负 反馈输出端看,电压 负反馈输入端看,串联 负反馈电路引入交、直流电压串联负反馈
6.3.1 负反馈放大电路的方框图表示法图 6.3.1 反馈放大电路方框图
.
f
.
o
.
i XXX,,分别为输入信号,输出信号和反馈信号；
开环放大倍数,.A
无反馈时放大网络的放大倍数；
因为：
i
.
o
.
X
XA
o
.
f
.
X
XF
.
f
.
ii XXX
6.3 负反馈放大电路的方框图及一般表达式所以,)()(,o.,i.,f,i.i.,o XFXAXXAXAX
闭环放大倍数：,.
fA
FA
A
X
X
A
1
.
i
.
o
.
f
电路的环路放大倍数：
i
.
f
..
X
XFA
o
.
f
.
X
X
F
反馈系数,.,FA.F
6.3.2 四种组态电路的方块图电压串联负反馈 电流串联负反馈电压并联负反馈 电流并联负反馈表 6.3.1 四种组态负反馈放大电路的比较输出信号 反馈信号 开环电路的放大倍数 反馈系数电压串联式电压并联式电流串联式电流并联式
o
.U
o
.U
o
.I
o
.I
f
.U
f
.U
f
.I
f
.I
'
i
o
.
.
U
UA
uu
电压放大倍数
)('
i
o
.
.
I
UA
ui?
转移电阻
)S('
i
o
.
.
U
IA
iu
转移电导
'
i
o
.
.
I
IA
ii
电流放大倍数
o
f
.
.
U
UF
uu
S)(
o
f
.
.
U
IF
iu
)(
o
f
.
.
IUF ui?
o
f
.
.
I
IF
ii
FA
A
X
XA
1
.
i
.
o
.
f
若
11 FA
FFA
A
FA
AA
1
1
..
.
f
——深度负反馈结论：深度负反馈放大电路的放大倍数主要由反馈网络的反馈系数决定,能保持稳定 。
若,01 FA 则
fA? ——自激振荡
6.3.3 负反馈放大电路的一般表达式闭环放大倍数：
AF
AA
f 1
在中频段,Af,A和 F均为实数
X o基本放大
A电路
X id
反馈网络
F
X f
–
+Xi
反馈网络等效到输入端反馈网络等效到输出端 X o基本放大
A电路
X id
反馈网络
F
–
+Xi
考虑到输入端的负载效应时，应令输出量为 0。
（ 电压－短路：电流－开路 ）。
考虑到输出端的负载效应时，应令输入量为 0。
（ 串联－断开：并联－短路 ）。
6.3.4 负反馈放大电路的基本放大电路为了使信号的传递单向化，将反馈网络作为放大电路输入端和输出端的等效电阻。
等效原则绘制负反馈放大电路的基本放大电路的目的
---求解基本放大电路的放大倍数
1.电压串联负反馈 （ 电压－短路：电流－开路 ）
（ 串联－断开：并联－短路 ）
2.电流串联负反馈 （ 电压－短路：电流－开路 ）
（ 串联－断开：并联－短路 ）
图 6.3.4电流串联负反馈的基本放大电路
(a)电流串联负反馈电路 (b)图 (a)所示电路的基本放大电路
3.电压并联负反馈 （ 电压－短路：电流－开路 ）
（ 串联－断开：并联－短路 ）
4.电流并联负反馈利用基本放大电路求电压放大倍数方法比较麻烦。
（ 电压－短路：电流－开路 ）
（ 串联－断开：并联－短路 ）
6.4.1 深度负反馈的实质放大电路的闭环电压放大倍数：
i
o
f X
XA
深度负反馈放大电路的闭环电压放大倍数,FA 1f?
o
f
X
XF
而
f
o
i
o
X
X
X
X
所以
得 fi XX
对于串联负反馈,并联负反馈：
fi UU fi II
结论,根据负反馈组态，选择适当的公式；再根据放大电路的实际情况，列出关系式后，直接估算闭环电压放大倍数。
6.4 深度负反馈放大电路放大倍数的分析
6.4.2 反馈网络的分析图 6.4.1 反馈网络的分析
(a)电压串联
21
1
0
RR
R
U
UF f
uu
(b)电流串联
RRRI
I
UF f
ui
0
0
(c)电压 并联
(d)电流 并联
RU
R
U
U
IF f
iu
1
0
0
0
21
2
0
RR
R
I
IF f
ii
6.4.3 放大倍数的分析一、电压串联负反馈
uufi
ufu u f
FU
U
U
U
AA
1
00
放大倍数则为电压放大倍数二、电流串联负反馈
uifi
iu f
FU
I
U
I
A
1
00放大倍数为转移电导电压放大倍数
R
R
F
R
U
RI
U
U
A L
ui
L
f
L
i
uf
00
三、电压并联负反馈放大倍数为转移电阻
iufi
u if
FI
U
I
UA 100
源电压放大倍数图 6.4.2并联负反馈电路的信号源
S
iuSfS
u s f
RFRI
U
U
UA 1100
对于并联负反馈电路,信号源内阻 是必不可少的。
四、电流并联负反馈放大倍数为电流放大倍数
iifi
iif
FI
I
I
I
A
100
电压放大倍数
S
L
iiSf
L
S
u s f
R
R
FRI
RI
U
UA
1
00
小结：
（ 1）正确判断反馈组态；
（ 2）求解反馈系数；
（ 3）利用 F求解,.fA,
ufA
.
uSfA或复习：
1.正、负反馈的判断
(瞬时极性法 )
对分立元件而言,C与 B极性相反,E与 B极性相同。
对集成运放而言,uO与 uN极性相反,uO与 uP极性相同。
以 电压求和 或以 电流求和 判断净输入信号是增加或减小。
2.交、直流负反馈的判断直流负反馈,反馈量只含有直流量。
交流负反馈,反馈量只含有交流量。
3.四种负反馈阻态的判断
iX?
并联：反馈量 和
fX?
输入量接于同一输入端 。
fX
iX
fX
iX
接于不同的输入端 。
iX?
串联：反馈量 和
fX?
输入量
fX
iX
fX
iX
电流：将 负载 短路,反馈量仍然存在 。
电压：将 负载 短路,反馈量为零 。
5、深度负反馈放大电路电压放大倍数的计算
（ 1）正确判断反馈组态；
（ 2）求解反馈系数；
（ 3）利用 F求解,.fA,
ufA
.
uSfA或
4、负反馈的几个概念
FA
A
X
X
A
1
.
i
.
o
.
f
o
.
f
.
X
X
F
i
.
f
..
X
XFA
若
11 FA
——深度负反馈
FA?
1f?
[例 6.4.1] 如图 6.2.8，已知 R1＝ 10KΩ,R2＝ 100 KΩ,R3＝ 2
KΩ,RL＝ 5 KΩ。 求解在深度负反馈条件下的 AUf.
图 6.2.8 例 6.4.1电路图解：
反馈通路,T,R3,R2与 R1
电路引入 电流串联负反馈
IRRR
RI
R
321
3
1
10
321
3
11 RIRRR
RRIU
Rf
321
31
0
RRR
RR
I
UF f
ui
30)(
31
32100
RR
RRRR
F
R
U
RI
U
UA L
ui
L
f
L
i
uf
[例 6.4.2] 在图 6.2.9所示电路中，已知 R2＝ 10KΩ，
R4＝ 100 KΩ,求解在深度负反馈条件下的 AUF
图 6.2.9 例 6.4.2电路图反馈通路,T3,R4与 R2
电路引入电压串联负反馈
42
2
0
RR
R
U
UF f
uu
1111
2
40
R
R
FU
UA
uui
u uf
电压放大倍数
[例 6.4.3a] 估算深负反馈运放的闭环电压放大倍数。
解,该电路为 电压并联负反馈,在深度负反馈条件下：
fi II
,
1
i
i R
UI
F
o
f R
UI
1
i
F
o
R
U
R
U得
则闭环电压放大倍数为：
11.020 2.2
1
F
i
o
f R
R
U
UA
uu?
例 6.4.3a电路 图该电路为电压串联负反馈
o
32
3
f URR
RU
5.223111
3
2
f R
R
FA uuuu?
32
3
o
f
RR
R
U
UF
uu
故在深度负反馈条件下例 6.4.3 (b)电路图
[例 6.4.3b]：
例 6.4.4 电路图该电路为电流并联负反馈，
在深度负反馈条件下：
fi II
F3
3
L
o
F3
3o
f RR
R
R
U
RR
RII
1
i
i R
UI
故：
1
i
F3
3
L
o
R
U
RR
R
R
U
闭环电压放大倍数为：
9.51.51 )101.5(2)(
1
3
F3L
i
o
f RR
RRR
U
UA
uu?
[例 6.4.4]
6.5 负反馈对放大电路性能的影响
6.5.1 稳定放大倍数引入负反馈后,在输入信号一定的情况下,当电路参数变化,电源电压波动或负载发生变化时,放大电路输出信号的波动减小,即放大倍数的稳定性提高 。
放大倍数稳定性提高的程度与反馈深度有关 。
FA
AA
1
.
.
f
在中频范围内，
AF
AA
1f
A
A
AFA
A d
1
1d
f
f?
放大倍数的相对变化量：
结论：引入负反馈后，放大倍数的稳定性提高了
(1 + AF) 倍。
例,在电压串联负反馈放大电路中，
k18
k210
F
1
5
R
RA,?
① 估算反馈系数 和反馈深度F? ；)1( FA
② 估算放大电路的闭环电压放大倍数 ；fA?
③ 如果开环差模电压放大倍数 A 的相对变化量为
± 10%,此时闭环电压放大倍数 Af 的相对变化量等于多少？ 解,① 反馈系数
1.0182 2
F1
1
o
f?
RR
R
U
UF
反馈深度
45 101.01011 FA
② 闭环放大倍数
10
10
10
1 4
5
.
.
f FA
AA
③ Af 的相对变化量
%0 0 1.010 %10d1 1d 4
f
f
A
A
AFA
A
结论：当开环差模电压放大倍数变化? 10% 时,
电压放大倍数的相对变化量只有? 0.000 1%,而稳定性提高了一万倍 。
6.5.2 改变输入电阻和输出电阻不同类型的负反馈，对输入电阻、输出电阻的影响不同。
一、对输入电阻的影响
1,串联负反馈增大输入电阻
i
i
i I
UR
i
ii
i
fi
i
i
if I
UFAU
I
UU
I
UR
得：
iif )1( RFAR
结论：引入 串联负反馈后,输入电阻增大 为无反馈时的 倍 。)1( FA
图 6.5.1
注意：在某些负反馈放大电路中，有些电阻不在反馈内，如图 6.4.3中的 Rb1,反馈对它不产生影响。 --只针对串联负反馈。
2,并联负反馈减小输入电阻
..
fii III
i
i
i I
UR
ii
i
fi
i
i
i
if
IFAI
U
II
U
I
U
R
FA
RR
1
i
if
得：
结论：引入 并联负反馈 后,输入电阻减小 为无负反馈时的 1/ 。)1( FA
图 6.5.3 并联负反馈对 Ri 的影响二、负反馈对输出电阻的影响
1,电压负反馈减小输出电阻
Li,0o
o
of
RX
I
UR
offii UFXXXX
放大电路的输出电阻定义为：
时当 0i?X?
oooioo UFARIXARIU
得：
FA
R
I
UR
1
o
o
o
of
结论：引入 电压负反馈 后,放大电路的 输出电阻减小到无反馈时的 。
)1(1 FA
图 6.5.4
fi XX
Rof
2,电流负反馈增大输出电阻图 6.5.5
of
fii
IFX
XXX
oo
o
o
io
o
o
o IFAR
UXA
R
UI
结论：引入 电流负反馈 后,放大电路的 输出电阻增大 到无反馈时的 倍 。)1(
o FA
oof )1( RFAR
注意：在某些负反馈放大电路中，有些电阻不在反馈内，如图 6.4.4中的 RC2,反馈对它不产生影响。 --只针对电流负反馈。
综上所述
(1),反馈信号与外加输入信号的求和方式只对放大电路的输入电阻有影响：串联负反馈使输入电阻增大；
并联负反馈使输入电阻减小 。
(2),反馈信号在输出端的采样方式只对放大电路的输出电阻有影响：电压负反馈使输出电阻减小；电流负反馈使输出电阻增大 。
(3),串联负反馈只增大反馈环路内的输入电阻；电流负反馈只增大反馈环路内的输出电阻 。
(4),负反馈对输入电阻和输出电阻的影响程度,与反馈深度有关 。
6.5.3 展宽频带由于负反馈可以提高放大倍数的稳定性,因而对于频率不同而引起的放大倍数下降,也可以改善 。
设无反馈时放大电路在中,高频段的放大倍数分别为,上限频率为 fＨ ；
Hm AA 和
H
m
H
j1
f
f
A
A
Hffm AA 和引入反馈系数为 的负反馈后，放大电路在中、
高频段的放大倍数分别为,上限频率为 fHf。
F?
Hf
mf
Hm
m
m
H
m
m
H
m
H
m
H
H
Hf
j1
)1(
j1
1
j1
j1
1
j1
1
f
f
A
fFA
f
FA
A
f
f
FA
A
F
f
f
A
f
f
A
FA
A
A
所以：
FA
AA
m
m
mf 1
HmHf )1( fFAf
可见,引入负反馈后,放大电路的中频放大倍数减小为无反馈时的 1 / ；而 上限频率提高 到无反馈时的 倍 。
)1( m FA
)1( FA m?
同理,可推导出引入负反馈后,放大电路的 下限频率降低 为无反馈时的 1 / 。
)1( m FA
结论,引入负反馈后,放大电路的上限频率提高,
下限频率降低,因而 通频带展宽 。
fbwf=fHf-fLf≈ fHf
fbw=fH-fL≈fH基本放大电路的 通频带反馈放大电路的 通频带
bwmb w f )1( fFAf
A?lg20
mlg20 A? 3dB
mflg20 A? 3dB
fL fH
fbw
fLf fHf
fbwf
负反馈对通频带和放大倍数的影响
f
xf
负反馈 减小了波形失真加入负反馈无负反馈
F
xf
Axi xo
xo
大小略大略小略小略大x
i A
接近正弦波预失真
+
–
ix?
6.5.4 减小非线性失真和抑制干扰同样道理，负反馈可抑制放大电路内部噪声。
图 6.5.7
(动画 avi\9-3.avi) (动画 avi\9-4.avi)
6.5.5 放大电路中引入负反馈的一般原则负反馈对放大电路性能方面的影响，均与反馈深度有关。
负反馈放大电路的分析以定性分析为主，定量分析为辅。
定性分析常用 EDA软件（ EWB/PSPICE） 进行分析。
电路设计时，引入负反馈的一般原则
（ 1） 为了稳定静态工作点,应引入直流负反馈；
为了改善电路的动态性能,应引入交流负反馈。
（ 2） 根据信号源的性质引入串联负反馈，或者并联负反馈 。
当信号源为恒压源或内阻较小的电压源时，为增大放大电路的输入电阻，以减小信号源的输出电流和内阻上的压降，应引入 串联负反馈 。
（ 4）根据表 6.3.1所示的四种组态反馈电路的功能,在需要进行信号变换时，选择合适的组态 。例如，若将电流信号转换成电压信号，应在放大电路中引入 电压并联负反馈 ；若将电压信号转换成电流信号，应在放大电路中引入 电流串联负反馈,等等。
当信号源为恒流源或内阻较大的电压源时，为减小电路的输入电阻，使电路获得更大的输入电流，应引入 并联负反馈 。
（ 3） 根据负载对放大电路输出量的要求,即负载对其信号源的要求，决定引入电压负反馈或电流负反馈。当负载需要稳定的电压信号时，应引入 电压负反馈 ；当负载需要稳定的电流信号时，应引入 电流负反馈 。
电路设计时，引入负反馈的一般原则
[例 6.5.1] 电路如图 6.5.8所示，为了达到下列目的，分别说明应引入哪种组态的负反馈以及电路如何连接。
（ 3）将输入电流 iI转换成稳定的输出电压 uO。
（ 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）将输入电流 i1转换成与之成稳定线性关系的输出电流 io。
(2)应引入电流并联负反馈。
电路中将④与⑥、⑦与⑩、②与⑨分别连接。
(3)应引入电压并联负反馈。
电路中应将②与⑨、⑧与⑩、⑤与⑥分别连接。
(1)应引入电压串联负反馈 。
电路中将 ④ 与 ⑥,③ 与 ⑨,⑧ 与 ⑩ 分别连接 。
6.6 负反馈放大电路的稳定性对于多级放大电路,如果引入过深的负反馈,可能引起自激振荡 。
6.6.1负反馈放大电路自激振荡产生的原因和条件放大电路的闭环放大倍数为：
FA
AA
1f
在中频段，
11 FA
A? F?在高,低频段,放大倍数 和反馈系数 的模和相角都随频率变化,使 。
11 FA
一、自激振荡产生的原因
01 FA,fA?当 时说明,此时放大电路没有输入信号,但仍有一定的输出信号,因此产生了自激振荡 。
二、自激振荡的平衡条件
01 FA 即,1FA
1?FA
)210()12(a r g,，， nnFA
幅值条件相位条件自激振荡过程如下：
0X
iX
0X
fX
例：单管阻容耦合共射放大电路的频率响应
270o
uA?
0.707Aum
Aum
fL fH
BW
f
f
φ
O
O
90o
180o
fL fH
6.6.2 负反馈放大电路稳定性的定性分析可见,在低,高频段,放大电路分别产生了 0? ~ + 90?
和 0? ~ -90?的附加相移 。
两级放大电路将产生 0? ~? 180?附加相移；三级放大电路将产生 0? ~? 270?的附加相移 。
对于多级放大电路,如果某个频率的信号产生的附加相移为 180o,而反馈网络为纯电阻,则：
180ar g FA
满足自激振荡的相位条件,如果同时满足自激振荡的幅值条件,放大电路将产生自激振荡 。
但 三级放大电路,在深度负反馈条件下,对于 某个频率 的信号,既满足相位条件,也满足幅度条件,可以产生 自激振荡 。
结论：
单级放大电路不会产生自激振荡；
两级放大电路当频率趋于无穷大或趋于零时，虽然满足相位条件，但不满足幅度条件，所以也不会产生自激振荡；
一、判断方法利用负反馈放大电路回路增益 的波特图，分析是否同时满足自激振荡的幅度和相位条件。
FA
6.6.3 负反馈放大电路稳定性的判断满足 自激振荡的幅度条件频率为 fC
满足 自激振荡的相位条件频率为 fO
因为存在 fO,且 fO ＜ fC,
则电路不稳定。
(动画 avi\10-1.avi)
判断方法虽然存在 fO,但 fO ＞ fC,
则电路稳定，不产生自激振荡。
判断方法小结如下：
（ 1）若不存在 fO,则电路稳定
（ 2）若存在 fO,且 fO ＜ fC,
则电路不稳定，必然产生自激振荡。
若存在 fO,但 fO ＞ fC,则电路稳定，不产生自激振荡。
(动画 avi\10-2.avi)
例 1：某负反馈放大电路的 波特图为：FA
f / HZ
f / HZfo
fo
60dB/lg20 FA
40
20
0
0
90°
180°
AF
(a)产生自激由波特图中的相频特性可见,当 f = f0 时,相位移?AF = -180o,满足相位条件；
1?FA
结论：当 f = f0 时,电路同时满足自激振荡的相位条件和幅度条件,将产生自激振荡 。
此频率对应的对数幅频特性位于横坐标轴之上,
即：
结论：该负反馈放大电路不会产生自激振荡,能够稳定工作 。
1?FA
例 2：
由负反馈放大电路的波特图可见,当 f = f0,
相位移
AF = -180o
时
FA
f / HZ
f / HZf0
f0
60dB/lg20 FA
40
20
O
O
90°
180°
AF
fc
fc
利用波特图来判断自激振荡
(b)不产生自激
Gm
二、稳定裕度当环境温度,电路参数及电源电压等在一定范围内变化时,为保证放大电路也能满足稳定条件,要求放大电路要有一定的稳定裕度 。
1,幅值裕度 Gm
f / HZ
f / HZf
o
fo
60dB/lg20 FA
40
20
O
O
90°
180°
AF
fc
fc
)dB(lg20
0m ff
FAG
对于稳定的负反馈放大电路,Gm 为负值 。 Gm 值愈负,负反馈放大电路愈稳定 。
一般要求 Gm ≤ -10 dB 。
2,相位裕度?m
1 80AF?
当 f = fc 时，
0lg20?FA
cAFm 180 ff
负反馈放大电路稳定对于稳定的负反馈放大电路,?m 为正值 。m 值愈大,负反馈放大电路愈稳定 。
一般要求?m ≥ 45?
f / Hz
f / Hzf
o
fo
60dB/lg20 FA
40
20
0
0
90°
180°
AF
fc
fc
m
Gm
图 5.4.2
6.6.4负反馈放大电路自激振荡的消除方法为保证放大电路稳定工作,对于三级或三级以上的负反馈放大电路,需采取适当措施破坏自激振荡的幅度条件和相位条件 。
最简单的方法是 减小反馈系数 或反馈深度,使得在满足相位条件时不满足幅度条件 。
但是,由于反馈深度下降,不利于放大电路其他性能的改善,因此通常采用接入电容或 RC 元件组成 校正网络,以消除自激振荡 。
1.简单滞后补偿比较简单的消振措施是在负反馈放大电路的适当地方接入一个电容 。
图 6.6.4 电容校正网络一、滞后补偿接入的电容相当于并联在前一级的负载上,在中,
低频时,容抗很大,所以这个电容基本不起作用 。
(动画 avi\10-3.avi)
高频时,容抗减小,使前一级的放大倍数降低,
从而破坏自激振荡的条件,使电路稳定工作 。
简单滞后补偿前后基本放大电路的幅频特性虚线为补偿前的幅频特性实线为补偿后的幅频特性当 f = fC 时,)( FA
趋于 -1350，即 fO ＞ fC,
并具有 450的相位裕度，
所以电路一定不会产生自激振荡。
图 6.6.3 简单滞后补偿前后基本放大电路的幅频特性
2.RC滞后补偿除了电容校正以外,还可以利用电阻,电容元件串联组成的 RC 校正网络来消除自激振荡 。
利用 RC 校正网络代替电容校正网络,将使通频带变窄的程度有所改善 。 （ 见教材 P287—P288）
图 6.6.5 RC 校正网络
3.密勒效应补偿二、超前补偿利用密勒效应将补偿电容、或补偿电阻和电容跨接放大电路的输入端和输出端。
若改变负反馈放大电路在环路增益为 0dB点的相位，使之超前，也能破坏其自激振荡条件，使 fo＞ fc。 通常将补偿电容加在反馈回路 。
[例 6.6.2] 已知放大电路幅频特性近似如图 6.6.10所示。
引入负反馈时，反馈网络为纯电阻网络，且其参数的变化对基本放大电路的影响可忽略不计。回答下列问题,
（ 2）若引入负反馈系数
F=1则电路是否会产生自激振荡？
图 6.6.10 例 6.6.2放大电路的幅频特性
（ 1） 当 f＝ 103Hz,20lg∣ A∣ ≈？ Φ A≈？
（ 3）若想引入负反馈后电路稳定，则 ∣ F∣ 的上限值约为多少？
图 6.6.10 例 6.6.2放大电路的幅频特性解,
（ 1） 当 f＝ 103Hz，
20lg∣ A∣ ≈60dB
A的表达式为
2
3
5
2
21
5
)
10
1)(
10
1(
10
)1)(1(
10
fjfj
f
fj
f
fjA
HH
0000
33 18045459010a r c t a n10a r c t a n10a r c t a n
fff
A?
所以放大电路一定会产生自激振荡
（ 2）由（ 1）可知,f0=103Hz,且当 f=f0时，因 F＝ 1，
20lg︱ AF︱ ≈60dB+20lg︱ F︱ >0dB
（ 3）为使 f0=103Hz,20lg︱ AF︱＜ 0dB
即 20lg︱ AF︱ ≈60dB+20lg︱ F︱＜ 0
所以︱ F︱＜ 0.001
6.7 放大电路中的其它形式的反馈
6.7.1 放大电路中的正反馈一、电压 -电流转换电路二、自举电路
6.7.2电流反馈运算放大电路一、什么是电流反馈集成运算放大电路二、电流模电路三、电流反馈运算放大电路的工作原理四、由电流反馈运算放大电路组成的负反馈放大电路的频率特性特性
