第六章 负反馈放大电路
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
将放大电路的输出量(电压或电流)
的一部分或全部,通过一定的方式引回到
输入回路来影响输入量(电压或电流)的
连接方式。
图 6.1.1
二、正反馈和负反馈
使放大电路净输入量增加的反馈称为
正反馈;使放大电路净输入量减少的反馈
称为负反馈 。
工作点稳定电路就是引入了负反馈,
当输出电流 IC因为温度变化而变化时,通
过电阻 RE引起射极电位变化,由于基极
电位固定,因而使三极管的输入量 UBE产
生相反的变化,导致 IB`IC也作相反的变化,
最后使得 |△ IC|减少,这就是负反馈,它
稳定了 IC。
三、直流反馈和交流反馈
反馈量只含直流量的称为直流反馈;
反馈量只含交流量的称为交流反馈。在
许多放大电路中,常常是交、直流反馈
并存。直流负反馈稳定静态工作点,交
流负反馈改善放大电路的许多性能。
6.1.2 反馈的判断
一、判断有无反馈
看放大电路中是否存在输出回路与输入回路
相连接的通路,并由此影响了放大电路的净输入。
图 6.1.2
二、判断反馈的极性
用瞬时极性法判断反馈的极性:规定输
入信号在某一时刻对地的极性,并以此为依
据,逐级判断电路中各相关点电位的极性,
从而得到输出信号的极性;根据输出信号的
极性判断出反馈信号的极性;若反馈信号使
净输入信号增大,则说明引入了正反馈;若
使净输入信号减小,则说明引入了负反馈。
图 6.1.3
分立元件放大电路反馈极性的判断
图 6.1.4
三、判断是直流反馈还是交流反馈
如果在放大电路的直流通路中存在反馈则为
直流反馈,在放大电路的交流通路中存在反馈则
为交流反馈。请看图 6.1.5和图 6.1.6所示。
图 6, 1, 5 图 6, 1, 6
例 6.1.1判断图 6.1.7所示电路中是否引入了反
馈?若引入了反馈,是直流还是交流反馈,是正
还是负反馈?
解:电阻 R4引入了反馈。既有直流又有交流反
馈。用瞬时极性法判断引入的是负反馈。
图 6.1.7
6.2 负反馈放大电路的四种组态
6.2.1 负反馈放大电路分析要点
对于图 6.2.1所示电路引入的
交流负反馈,其反馈过程为,
uO↑— uN↑— uD (uI﹣ uN) ↓ uO↓
图 6.2.1
1、交流负反馈抑制任何因素引起的输出量的变
化,因而使输出稳定。由于输入量的变化也
同样受到抑制,所以负反馈放大电路的放大
能力要下降。
2、反馈量是对输出量的采样,其数值与输出量
成正比。
3、负反馈的作用是将输入量与引回的反馈量
相减,从而调整电路的净输入量和输出量。
对于具体的负反馈放大电路,如果,
1、在输出端,如果反馈量是取自输出电压
则称为电压反馈;如果反馈量是取自输
出电流则称为电流反馈。
2、在输入端,反馈量与输入量以电压方式迭
加则称为串联反馈;以电流方式迭加则称
为并联反馈。
6.2.2 交流负反馈的四种组态
一、电压串联负反馈
uF=,uO
uR1≈uF
uI=uD+uR1≈uD+uF≈uF
∴ uO≈(1+ ) ·uI
图 6.2.2
二、电流串联负反馈
图 6.2.3
﹔ 6.2.3中则有 iR2≈iO
则 uF=iO·R 1
∵ uF≈uI ∴ iO≈ ·u I
在图 6.2.2中,有,图
三、电压并联负反馈
图 6.2.4
uN≈uP= 0
iF= -﹣
iI≈iF
所以,uO≈-iI·R
四、电流并联负反馈
?(
uN≈uP= 0
iI≈iF= ﹣
此式表明,当 R1和 R2取值确定时,iO仅取决
于 iI,而与 RL无关。此电路可看作为电流 iI控制
的电流源 iO。
图 6.2.5
小结:放大电路中应该引入电压负反馈
还是电流负反馈,取决于负载欲
得到稳定的输出电压还是稳定的
输 出电流;
应该引入串联负反馈还是并联负
反馈,取决于输入信号是恒压源
(或近视恒压源),还是恒流源
(或近视恒流源)。
6.2.3 反馈组态的判断
一、电压负反馈和电流负反馈
令输出电压为零,若反馈量随之为零,则是
电压负反馈;若反馈量依然存在,则引入的是
电流负反馈。
图 6.2.6
图 6.2.7
图 6.2.6引入的是电压负反馈;
图 6.2.7引入的是电流负反馈。
二、串联反馈和并联反馈
在图 6.2.2和图 6.2.3( b)电路中,有 uD=uI-
﹣ uF,则引入的是串联反馈;
而在图 6.2.4和图 6.2.5电路中,有 iD=iI- iF,
则引入的是并联反馈。
例 6.2.1 图 6.2.8所示电路有无引入反馈?是直
流还 是交流反馈?是正还是负反馈?
若为 交流反馈,则是何种组态?
主要看基本放大电路的输入电路和反馈网
络的连接方式。
此电路引入了交、直流负反馈,交流负反馈
的组态是电流串联负反馈。
图 6.2.8
例 6.2.2 分析图 6.2.9电路引入了哪种组态的交
流负反馈?
此电路引入的是电压串联负反馈。
图 6.2.9
6.3 负反馈放大电路的方块图及一般表达式
6.3.1 负反馈放大电路的方块图表示法
反馈系数
基本放大电路放大倍数
图 6.3.1
闭环放大倍数
环路放大倍数
6.3.2 四种组态电路的方块图
图 6.3.2
6.3.3 负反馈放大电路的一般表达式

在中频时,则有
引入负反馈时,AF> 0,则放大倍数减小
到基本放大电路放大倍数 A的( 1+AF)分之一,
且 A,F同号。
当 1+AF>>1,即为深度负反馈情况,则有
﹥﹥﹥﹥
此式说明,深度负反馈放大电路的放大倍数几
乎仅取决于反馈网络,而与基本放大电路无关,
若 <0 即 <1,则电路引入了正反馈 ; ∣
∣∣
若 –1,使 1+ 0,则产生了自激振荡。
注意,这里所说的负反馈是指放大电路在中频
段的极性;而在低频段或高频段,由于附加相移的
产生,同一个电路对某一个特定频率将产生正反馈
过程,甚至产生自激振荡。
6.4 深度负反馈放大电路放大倍数的分析
6.4.1 深度负反馈的实质
这时,净输入电压 和净输入电流 近似为零。
6.4.2 反馈网络的分析
图 6.4.1
在图 6.4.1( a)所示电压串联负反馈电路中,有,
在图 6.4.1( b)所示电流串联负反馈电路中,有,
在图 6.4.1( c)所示电压并联负反馈电路中,有,
在图 6.4.1( d)所示电流并联负反馈电路中,有,
6.4.3 放大倍数的分析
一、电压串联负反馈电路
二、电流串联负反馈电路
三、电压并联负反馈电路
四、电流并联负反馈电路
求解深度负反馈放大电路放大倍数的一般步骤,
1、正确判断反馈组态;
2、求解反馈系数;
3、利用 求解
6.5 负反馈对放大电路性能的影响
6.5.1 稳定放大倍数
在中频段放大倍数表达式可写成
对上式求微分可得
此式说明,负反馈放大电路放大倍数的相对
变化量是基本放大电路放大倍数的相对变化量的
( 1+AF)分之一。也就是说,放大倍数的稳定性
提高了( 1+AF)倍。
6.5.2 改变输入电阻和输出电阻
一、对输入电阻的影响
1、串联负反馈增大输入电阻
图 6.5.1
有些负反馈放大电路,如图 6.4.3所示,电阻 Rb1
并联在输入端,不在反馈环内,因而反馈对它不产
生影响。从方块图 6.5.2可知,
图 6.5.2

2、并联负反馈减小输入电阻
图 6.5.3
二、对输出电阻的影响
1、电压负反馈减小输出电阻
图 6.5.4
2、电流负反馈增大输出电阻
图 6.5.5
6.5.3 展宽频带
将分子分母均除以( 1+ ),可得,
利用类似推导方式,可以得到,
6.5.4 减小非线性失真
在图 6.5.6(a)中,输入正、负半周对称的正弦波电
压,由于晶体管的非线性,使电流波形失真。但如
果输入如图 6.5.6(b)所示的正半周小、负半周大的失
真电压,反而得到了对称的正弦电流波形。
图 6.5.6
在负反馈放大电路中,由于,如果输出电压
失真,则反馈电压也作相同的失真,但是净输入电压
却是相反的失真,经过放大电路的非线性放大,使输
出电压近似为不失真的波形。如图 6.5.7所示。
图 6.5.7
6.5.5 放大电路中引入负反馈的一般原则
一、为了稳定静态工作点应该引入直流负反馈;
为了改善电路的动态性能,应该引入交流
负反馈。
二、根据信号源的性质决定应该引入串联负反馈
还是并联负反馈。当信号源是恒压源或内阻
很小的电压源时应该引入串联负反馈,这时
的负反馈作用最强;当信号源是恒流源或内
阻很大的电压源时应该引入并联负反馈,这
时的负反馈作用最强。
三、根据负载对放大电路的要求,决定应该引入
电压负反馈还是电流负反馈。需要稳定的电
压输出时,应该引入电压负反馈;需要稳定
的电流输出时,应该引入电流负反馈。
四、根据四种组态交流负反馈放大电路的功能,
选择合适的组态来实现信号的变换。例如,
若将电流信号转换成电压信号,应该引入电
压并联负反馈;若将电压信号转换成电流信
号,应该引入电流串联负反馈。
例 6.5.1 电路如图 6.5.8所示,为达到下列目的,分
别说明应该引入哪种组态的负反馈以及电路如
何连接?
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 iI转换成与之成线性关系的输出电
流 iO;
3.将输入电流 iI转换成稳定的输出电压 uO。
图 6.5.8
解,
1.应该引入电压
串联负反馈;
④与⑥、③与
⑨、⑧与⑩分
别连接。
2.应该引入电流
并联负反馈;
④与⑥、⑦与
⑩、②与⑨分
别连接。
3.应该引入电压并联负反馈;②与
⑨、⑧与⑩、⑤与⑥分别连接。
6.6 负反馈放大电路的稳定性
6.6.1 负反馈放大电路自激振荡产生的原因和条件
一、自激振荡产生的原因
根本原因是:我们在分析负反馈放大电路的
极性时,是基于中频时的情况,即不考虑电路
内部电抗元件的附加相位偏移,但是在实际放
自激振荡现象:在负反馈放大电路中,如
果反馈过深,或组成不合理,导致在输入信号
为零的情况下,输出却产生了一定频率、一定
幅值的信号。称电路产生了自激振荡,此时电
路将不能稳定、正常地工作。
大电路中,存在电路级间耦合电容和半导体元件的
极间电容,这些电容在中频时不起作用,但在高频
或低频时将产生附加相移和幅值的变化。在某一特
定频率时,附加相移达到 ± nπ( n为奇数)时,放
大电路就从负反馈变成了正反馈。如果正反馈电压
的幅值足以维持原来的输入电压,则即使输入电压
为零,也有电压输出。这就是自激振荡。
二、自激振荡的平衡条件
图 6.6.1
因为在自激振荡时
输出电压和反馈电压
要相互维持,所以有,
以上所述自激振荡的平衡条件可写成模及相角形式,
{ | |=1 ; (n为整数)
6.6.2 负反馈放大电路稳定性的定性分析
直耦方式,纯阻反馈,则电路只可能产生
高频振荡,且附加相移只由放大电路产生。
在上述条件下,单管放大电路产生的最大相
移是 -90o,两级放大电路理论上产生的最大
相移是 -180o,但此时的频率已趋于无穷大,
因而放大倍数趋于零,反馈电压幅值近似为
零。所以这两种情况都不能产生自激振荡。
三级和三级以上的放大电路则有可能产生自
激振荡。
6.6.3 负反馈放大电路稳定性的判断
一、判断方法
图 6.6.2
根据负反馈放大电路环路增益的频率特性判断。
=0db时的频率为 f0,定义 20lg
时的频率为 fc,再根据 fo和 fc的关系来判断电路是否稳定。
1、若不存在 f0,则电路稳定,不会产生自激振荡;
2、若存在 f0,且 f0< fc,则电路不稳定,产生自激振荡;
3、若存在 f0,且 f0> fc,则电路不稳定,产生自激振荡。
二、稳定裕度
定义
当 Gm≤-10db且 φm> 45o时,负反馈放大电路具有可
靠的稳定性。
6.6.4 负反馈放大电路自激振荡的消除方法
一、滞后补偿
1、简单滞后补偿
找出产生 fH1的那级电路,并联电容 C作滞后补偿。
它改变环路增益中 fH1的位臵,见图 6.6.3和 6.3.4。
图 6.6.3 图 6.6.4
2,RC滞后补偿
电容串联电阻的滞后补偿,除了改变 fH1的位
臵外,还能抹除 fH2。见图 6.6.5和图 6.6.6。
图 6.6.5 图 6.6.6
3、密勒效应补偿
为减小补偿电容的大小,可以利用密勒效应,将
补偿电容、电阻跨接在放大电路的输入端和输出端之
间。如图 6.6.7所示。
图 6.6.7
二、超前补偿
这种补偿方法是将补偿电容加在负反馈回路中,
以破坏其自激振荡的条件。详见教材说明。
例 6.6.2 放大电路的频率特性如图 6.6.10所示,引
入负反馈后,反馈网络是纯阻,且其参
数变化对基本放大电路的影响可忽略不计。
1、当 f=103Hz时,
2、若引入负反馈后,F=1,则电路是否产生自激
振荡?
3、若想引入负反馈后电路稳定,则 F的上限值是
多少?
图 6.6.10
解,
1,
fH2=100fH1,故当 f=fH2=103Hz
时,φA≈-180o,即 f0=103Hz。
2、当 f=fo=103Hz时,因 F=1,使得 20lg
> 0db,所以电路必定会产生自激振荡。
6.7 放大电路中其它形式的反馈
在实用放大电路中,除了引入四种基本组
态的交流负反馈外,还常引入合适的正反馈,
以改善放大电路的性能;在高速宽带电路中,
还常选用“电流反馈”运算放大电路。详见教
材有关内容。
3、为使 f=f0=103H时,+20lg 20lg 20lg
≈60db+20lg < 0db,因而要求 20lg < -60db,
所以,< 0.001。
本章重点及要求,
1、会正确判断放大电路中是否引入了反馈以及反馈
的性质、类型和组态。
2、正确理解 Af在不同反馈组态下的物理含义,并能
够估算深度负反馈条件下的放大倍数特别是电压
放大倍数。
3、掌握负反馈四种组态对放大电路性能的影响,并
能够根据需要在放大电路中引入合适的交流负反
馈。
4、正确理解负反馈放大电路产生自激振荡的原因,
能够利用环路增益的波特图判断电路的稳定性,
并了解消除自激振荡的方法。