第五章放大器中的负反馈 反馈的概念在日常生活、工业、经济等各个领域中都经常碰到,在电子线路中 1928年 H Blark提出反馈放大器,几乎没有不采用反馈的电子线路(包括放大器) 特别在信号放大、自动控制、振荡器、锁相环、开关电源等电路中都采用反馈的 理论。反馈有正、负之分。在放大器中采用负反馈是为了改善放大器的性能(如 稳定增益、扩展通频带等)。而振荡器等电路多采用正反馈来形成稳定振荡,本 章将着重介绍负反馈对放大器性能的影响、分析方法以及稳定性问题。 5.1反馈放大器的基本概念 反馈放大器的组成: 将放大器的输出信号(电压或电流),按一定路径回送到放大器输入端的过 程称为反馈( Feedback)。施加反馈的放大器称为反馈放大器。它是一个由基本 放大器( Basic amplifier,又称主网络)和反馈网络( Feedback Network)构成的 闭合环路,如下图所示。 基本放大器的增益[又称开x Xi 基本放大器 环增益]为A,=AX A k为反馈系数,x=kfx 基本放大器的净输入信号为 Xi =Xi- Xf 反馈网络
第五章 放大器中的负反馈 反馈的概念在日常生活、工业、经济等各个领域中都经常碰到，在电子线路中 1928年H.Blark提出反馈放大器，几乎没有不采用反馈的电子线路（包括放大器）， 特别在信号放大、自动控制、振荡器、锁相环、开关电源等电路中都采用反馈的 理论。反馈有正、负之分。在放大器中采用负反馈是为了改善放大器的性能（如 稳定增益、扩展通频带等）。而振荡器等电路多采用正反馈来形成稳定振荡，本 章将着重介绍负反馈对放大器性能的影响、分析方法以及稳定性问题。 5.1 反馈放大器的基本概念 一、反馈放大器的组成： 1、将放大器的输出信号（电压或电流），按一定路径回送到放大器输入端的过 程称为反馈（Feedback）。施加反馈的放大器称为反馈放大器。它是一个由基本 放大器（Basic Amplifier，又称主网络）和反馈网络（Feedback Network）构成的 闭合环路，如下图所示。 基本放大器的增益[又称开 环增益]为A，χo =A Χi ’ kf为反馈系数，χf= k f χo 基本放大器的净输入信号为 Χi ’ = Χi – χf 基本放大器 A 反馈网络 kf χf χi Χi ’ χo
闭环增益Ar=X0/X=Ax/(x+xr)=A(1+X/x)=A/(1+kfA) A(1+T)=A/F I称为环路增益(或回归比 Loop Gain Return Ratio),它是指x沿环呼变换到X 的经历的传输增益,即将环路拆断(在上图X中处断开)后,x对x的比值,F 称为反馈深度( amount of feedback),表示放大器反馈前后增益变化的倍数 闭环增益A与A的关系式是反馈放大器的基本关系式,它适用于根据上图组成的 各种类型反馈放大器,且必须满足单向化条件,即:基本放大器只有将x放大到 ⅹ的正向传输途径,而不存在从输岀端回送到输入端的寄生反馈通路,反馈网终 只有将ⅹ反馈到x的反馈路径,而不存在丛输入端到输岀端的直通通路。在实际 反馈放大器中,严格满足上文述单向化条件是不能的,而往往是基本放大器的寄 生反馈效应(例如,通过Cbε或C)远小于反馈网络的反馈效应,因而寄生反 馈应可略;反馈网络的直通效应远小于基本放大器的正向放大效应,因而直通效 应可忽略。 2、正负反馈类型的判别:在实际反馈放大器中,以x的极性作为参照点,凡是x 为正值,使ⅹ=x1-xKx的反馈称为负反馈( Negative Feedback),这时,T为 正值,反馈放大器的增益A小于未加反馈前基本放大器的增益A,F就是它的下 降倍数。反之,凡是Ⅹ为负值,致使x>X的反馈称为正反馈( Positive Feedback 两种反馈具有截然不同的作用。负反馈具有自动调节作用,还可有效扩展放大器 的频带宽度和减小非线性失真,并可按要求改变放大器的输入和输出电阻等
闭环增益Af = χo/ Χi =A Χi ’ /（Χi ’+χf）= A/（1+ χf /Χi ’ ）=A/（1+ kf A） = A/（1+ T ）=A/F T称为环路增益（或回归比Loop Gain ,Return Ratio），它是指Χi ’ 沿环呼变换到Xf 的经历的传输增益，即将环路拆断（在上图X中处断开）后， χf 对 Χi ’的比值，F 称为反馈深度（Amount of Feedback），表示放大器反馈前后增益变化的倍数。 闭环增益Af 与A的关系式是反馈放大器的基本关系式，它适用于根据上图组成的 各种类型反馈放大器，且必须满足单向化条件，即：基本放大器只有将Χi ’ 放大到 Χo的正向传输途径，而不存在从输出端回送到输入端的寄生反馈通路，反馈网络 只有将Χo 反馈到Χf的反馈路径，而不存在从输入端到输出端的直通通路。在实际 反馈放大器中，严格满足上文述单向化条件是不能的，而往往是基本放大器的寄 生反馈效应（例如，通过Cb’c 或Cgd ）远小于反馈网络的反馈效应，因而寄生反 馈应可略；反馈网络的直通效应远小于基本放大器的正向放大效应，因而直通效 应可忽略。 2、正负反馈类型的判别：在实际反馈放大器中，以Χi的极性作为参照点，凡是χf 为正值，使Χi ’= Χi – χfΧi的 反 馈称为正 反馈（ Positive Feedback）。 两种反馈具有截然不同的作用。负反馈具有自动调节作用，还可有效扩展放大器 的频带宽度和减小非线性失真，并可按要求改变放大器的输入和输出电阻等
负反馈的自动调节作用是以牺牲放大器增益为代价的。不过,实践上,增益的减 小比较容易得到补偿,而自动调节作用却能用反馈方法才能获得。这就是负反馈 技术对于提高放大器性能这所以必不可少的原因。 正反馈没有上述自动调节作用。施加正反馈的放大器不仅不能稳定输出信号,相 反地,将会进一步加剧输出信号的变化,而且还会使放大器的其它性能恶化,甚 至变化产生自激振荡而破坏放大器正常的放大的作用。实际上,正反馈不是一无 是处的技术,在某些情况下可以施加少量反馈适量提高放大器的增益或按要求调 整放大器的频率特性。特别是在振荡器中,正是利用正反馈实现信号产生的功能 四种类型负反馈放大器 在基本关系式中,没有具体规定各信号量(x、X、x、Xr)用电压或电流量表 示。实际上,反馈放大器中基本放大器和反馈网络之间的连接方式不同,采用的 电量就不同,相应的性能也就不同。下图示出了可能组成的四种类型反馈放大器 分别称为电压并联反馈、电流串联反馈、电压串联反馈和电流并联反馈 在输岀端,凡是反馈网络与基本放大器并接反馈信号取自负载R上输出申压, 即%=V的反馈,称为电压反馈( Voltage Feedback.);凡是反馈网络与基本放大 器串接,反馈信号取自负载R中电流,即γ气的反馈,称为电流反馈。在输入端 凡是反馈网络与基本放大器串接实现电压比较的反馈称为串联反馈,这时ⅹ= X=,X=枕=—,凡是反馈网络与基本放大器并接实现电流比较的反馈 称为并联反馈,这时ⅹ=,X2=i,X==i
负反馈的自动调节作用是以牺牲放大器增益为代价的。不过，实践上，增益的减 小比较容易得到补偿，而自动调节作用却能用反馈方法才能获得。这就是负反馈 技术对于提高放大器性能这所以必不可少的原因。 正反馈没有上述自动调节作用。施加正反馈的放大器不仅不能稳定输出信号，相 反地，将会进一步加剧输出信号的变化，而且还会使放大器的其它性能恶化，甚 至变化产生自激振荡而破坏放大器正常的放大的作用。实际上，正反馈不是一无 是处的技术，在某些情况下可以施加少量反馈适量提高放大器的增益或按要求调 整放大器的频率特性。特别是在振荡器中，正是利用正反馈实现信号产生的功能。 二、四种类型负反馈放大器 在基本关系式中，没有具体规定各信号量（ χo、 Χi、Χi ’、χf ）用电压或电流量表 示。实际上，反馈放大器中基本放大器和反馈网络之间的连接方式不同，采用的 电量就不同，相应的性能也就不同。下图示出了可能组成的四种类型反馈放大器， 分别称为电压并联反馈、电流串联反馈、电压串联反馈和电流并联反馈 在输出端，凡是反馈网络与基本放大器并接反馈信号取自负载RL上输出电压， 即χo=vo的反馈，称为电压反馈（Voltage Feedback）；凡是反馈网络与基本放大 器串接，反馈信号取自负载RL中电流，即χo=io的反馈，称为电流反馈。在输入端， 凡是反馈网络与基本放大器串接实现电压比较的反馈称为串联反馈，这时Χi =vi ， Χi’ =vi’ ， Χi’ =vi’ =vi —vf ，凡是反馈网络与基本放大器并接实现电流比较的反馈 称为并联反馈，这时Χi =ii， Χi’ = ii’， Χi’ =ii’ =ii—if
在运用A与A的基本关系时,对于不同的反馈类型,必须采用相应的表示形式, 稳定的也是相应的输出量和增益量,切不可混淆。 顺便指出,反馈放大器输入端,若为并联反馈,则输入信号源宜取电流源(若取 电压源,则当Rs-0时,反馈电流与基本放大器净输入电流无关,反馈信号不起作 用),与反馈电流迸进行比较的可以是输入电流i,也可以是输入信号源电流♂, 相当于将Rs并于基本放大器中,相应的A和A改为A和As,同理若为串联反馈, 则输入信号源宜取电压源,与反馈电压U进行比较的可以是输入电压v,也可以 是输入信号源电压,相当于将Rs并于基本放大器中,相应的A和A改为A和Asf 、反馈性质和反馈类型的判别 反馈性质和反馈类型的确定是讨论反馈放大器性能的前提。在实际电中路中,放 大器和反馈网络总连接在一起的。因此必须从上述基本组成中归纳判定性质和反 馈类型的方法。这种方法是: 从实际电路中找出将输出信号回送到输入端的反馈元件 2、从反馈元件在放大器输入和输出端的连接方式来判别反馈类型 3、反馈元件并接到输出负载R两端的为电压反馈,否则为电流反馈。 反馈元件并接到输入信号源程序两端的为并联反馈,否则为串联反馈, 5、确定由输入信号经放大器和反馈元件后产生的反馈电压极性或反馈电流流向, 并将它与输入信号比较,看其是否削弱加到放大器输入端的净信号来判别性 质 凡削弱浄输入信号的为负反馈,增强净输入信号的为正反馈
在运用Af 与A的基本关系时，对于不同的反馈类型， 必须采用相应的表示形式， 稳定的也是相应的输出量和增益量，切不可混淆。 顺便指出，反馈放大器输入端，若为并联反馈，则输入信号源宜取电流源(若取 电压源，则当Rs=0时，反馈电流与基本放大器净输入电流无关，反馈信号不起作 用)，与反馈电流if进行比较的可以是输入电流ii ，也可以是输入信号源电流iS ， 相当于将Rs并于基本放大器中，相应的A和Af改为As和Asf ，同理若为串联反馈， 则输入信号源宜取电压源，与反馈电压vf进行比较的可以是输入电压vi ，也可以 是输入信号源电压vS ，相当于将Rs并于基本放大器中，相应的A和Af改为As和Asf 。 三、 反馈性质和反馈类型的判别 反馈性质和反馈类型的确定是讨论反馈放大器性能的前提。在实际电中路中，放 大器和反馈网络总连接在一起的。因此必须从上述基本组成中归纳判定性质和反 馈类型的方法。这种方法是： 1、从实际电路中找出将输出信号回送到输入端的反馈元件。 2、从反馈元件在放大器输入和输出端的连接方式来判别反馈类型。 3、反馈元件并接到输出负载RL两端的为电压反馈，否则为电流反馈。 4、反馈元件并接到输入信号源程序两端的为并联反馈，否则为串联反馈。 5、确定由输入信号经放大器和反馈元件后产生的反馈电压极性或反馈电流流向， 并将它与输入信号比较，看其是否削弱加到放大器输入端的净信号来判别性 质 凡削弱净输入信号的为负反馈，增强净输入信号的为正反馈
Avst vs R R7 Vs(+ 反馈网络 06 Rc 电压串联负反馈
VS RS + + + + + - - - - RO - + + - V Avst VS RL i' Vf Vo 反馈网络 Vi - 电压串联负反馈
Isb rs Arst is R 01 R2 R1 反馈网络 电压并联负反馈
RS + + - - RO - Arst IS + Vo RL 反馈网络 Is If Ii' 电压并联负反馈
Is rs Aist Is R If 反馈网络 电流并联负反馈
RO RL Aist IS 反馈网络 Io Is RS If Ii' 电流并联负反馈
Q1 Vi Agst Vs R Re Vs(+ 反馈网络 ○2 电流串联负反馈 RL Rs Vf R
VS RS + + - - RO + - RL Vi' Agst VS Vf 反馈网络 Io 电流串联负反馈
例1图5-1-6所示是则差分别放大器和两级共发放大器构成的放大电路。图中,Rf 是跨接在两极放大器之间的反馈电阻。该反馈电阻既不并接在输出负载端,又不 并接在输入信号源端,故为电流串联反馈。假定加到T管其极上的输入信号电压 对地的极性为正,相应的输入信号电流为流入T1管基极,加到I3管基极输入端的 信号电压对地极性为负,加到T4管基极输入端的信号电压对地极性为正,T4管发 射极信号电压对地极性为正,输出信号电流也就必定流入T4集电极(流出发射 极)。这样,通过R的分流值在T2基极反馈电压对地极性为正,结果是加到差分 到放大器的输入差模电压小于未加反馈前的输入差模电压,故为负反馈。综上所 述,这个电路为电流串联负反馈放大器 R35R5 C T1 T4 T3 RbZ R6 R4 R7 R2
例1 图5-1-6所示是则差分别放大器和两级共发放大器构成的放大电路。图中，Rf 是跨接在两极放大器之间的反馈电阻。该反馈电阻既不并接在输出负载端，又不 并接在输入信号源端，故为电流串联反馈。假定加到T1管其极上的输入信号电压 对地的极性为正，相应的输入信号电流为流入T1管基极，加到T3管基极输入端的 信号电压对地极性为负，加到T4管基极输入端的信号电压对地极性为正， T4管发 射极信号电压对地极性为正，输出信号电流也就必定流入T4集电极（流出发射 极）。这样，通过Rf的分流值在T2基极反馈电压 对地极性为正，结果是加到差分 到放大器的输入差模电压小于未加反馈前的输入差模电压，故为负反馈。综上所 述，这个电路为电流串联负反馈放大器
例2、电压并联负反馈放大器 Rc1 R3 R3 T2 Rf RL R2 例3、电流串联负反馈放大器 R3 R5
例2、电压并联负反馈放大器 例3、电流串联负反馈放大器