第8章集成運(yùn)放負(fù)反饋放大電路

1.反饋電路類型判斷方法2.負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響3.深度負(fù)反饋電路放大倍數(shù)近似估算4.自激條件8.1反饋的基本概念

8.1.1什么叫反饋所謂反饋：把輸出信號(hào)的一部分或全部引回到輸入回路，與輸入信號(hào)作比較（相加或相減），然后用比較所得的偏差信號(hào)去控制輸出信號(hào)。XoXiXdXfAF-+比較環(huán)節(jié)偏差信號(hào)

基本放大器輸入信號(hào)

反饋信號(hào)輸出信號(hào)

反饋網(wǎng)絡(luò)負(fù)反饋放大器方框圖圖8.1射極輸出器UbeRbReRLUiUo+VCCT射極輸出器的電路如圖8.1所示。Uf8.1.2反饋放大電路的分類

不同類型的反饋具有不同的特點(diǎn)和規(guī)律，對(duì)放大器性能指標(biāo)有不同的影響。1.按反饋的極性分按照反饋的極性，可以分為正反饋和負(fù)反饋兩大類。正反饋:反饋信號(hào)增強(qiáng)輸入信號(hào)（相加）。負(fù)反饋:反饋信號(hào)削弱輸入信號(hào)（相減）。瞬時(shí)極性法判斷步驟：假設(shè)輸入量的瞬時(shí)極性。根據(jù)電路輸出量與輸入量的相位關(guān)系，決定輸出量和反饋量的瞬時(shí)極性。根據(jù)反饋量與輸入量的關(guān)系判斷是正反饋還是負(fù)反饋。若比較后，加強(qiáng)了輸入信號(hào)則為正反饋；若比較后，削弱了輸入信號(hào)則是負(fù)反饋。判斷圖8.2所示電路的反饋極性只考慮由引起的電壓，用表示，圖8.2負(fù)反饋放大電路+__+Ui+_Uo+RLRfR1_(+)(+)(+)Uid+_Uf判斷圖8.3所示電路的反饋極性圖中用括號(hào)標(biāo)出極性為電壓的瞬時(shí)極性。RfR1++圖8.3正反饋放大電路+Ui_+A_±Uz_Uo-UidUf(+)(-)(-)2.

按反饋信號(hào)交直流成分劃分

按反饋信號(hào)的變直流成分可以分為直流（靜態(tài)）反饋和交流（動(dòng)態(tài)）反饋。直流反饋:反饋信號(hào)是直流量。影響電路的直流性能，直流負(fù)反饋的目的是穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。交流反饋:反饋回來的信號(hào)是交流量。影響電路的交流性能，交流負(fù)反饋的目的是為了改善放大器的性能指標(biāo)。具有交直流反饋信號(hào)的電路圖8.4具有兩條反饋通路的電路Ui_+C1_+UoC2R1R23.按反饋和輸出信號(hào)關(guān)系劃分

按反饋信號(hào)和輸出信號(hào)的關(guān)系，分為電壓反饋和電流反饋兩類。電壓反饋：取自輸出電壓與之成正比，穩(wěn)定輸出電壓。判定方法：輸出端短接法。RL=0，若電壓反饋電流反饋電流反饋：取自輸出電流與之成正比。穩(wěn)定輸出電流。圖8.5電流負(fù)反饋放大電路_+RLUf+RfUid_Uo(+)R’(+)R1(+)UiIo++__電流反饋4.按反饋和輸入信號(hào)關(guān)系劃分

按照反饋信號(hào)和輸入信號(hào)的關(guān)系，可以分成串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋兩類。

串聯(lián)反饋：在輸入回路中，輸入信號(hào)、反饋信號(hào)和偏差信號(hào)串聯(lián)連接。以電壓形式相加減并聯(lián)反饋：在輸入回路中，輸入信號(hào)、反饋信號(hào)和偏差信號(hào)并聯(lián)連接。以電流形式相加減IidRL(-)+_UsIsUid+_+IfRbRfR1rid+(+)_圖8.6并聯(lián)負(fù)反饋電路-(+)__+RLUf+RfUidUoR’(+)R1(+)UiIo++___+負(fù)反饋的四種組態(tài)：

⑴電壓串聯(lián)負(fù)反饋

⑵電壓并聯(lián)負(fù)反饋⑶電流串聯(lián)負(fù)反饋⑷電流并聯(lián)負(fù)反饋多個(gè)反饋環(huán)，以整個(gè)放大器的反饋為主的反饋環(huán)，級(jí)間局部反饋，單級(jí)反饋。[例8.1]判斷圖8.7所示電路的反饋類型。UidRLRbRf2Rf1R2R1_____++++圖8.7負(fù)反饋放大電路A1A2Is(+)(+)(-)(+)UsIidIfUo1Uo+[例8.2]判斷圖8.8所示電路的反饋類型。Uo(+)Uid(-)(+)(+)UiRe1RfCf圖8.8分立元件兩級(jí)負(fù)反饋放大電路Uf+Vcc各種負(fù)反饋放大器方塊圖，如圖所示。

8.2

負(fù)反饋放大器的基本關(guān)系式

8.2.1負(fù)反饋放大器的方塊圖開環(huán)放大倍數(shù)

反饋系數(shù)

比較環(huán)節(jié)

XoXiXdXfAF-+8.2.2負(fù)反饋放大器基本關(guān)系式

負(fù)反饋放大器的基本關(guān)系式,如圖所示。

XoXiXdXfAF-+反映了反饋對(duì)放大器性能指標(biāo)的影響程度，稱為反饋深度。幅值的大小為：閉環(huán)放大倍數(shù)為：

反饋深度:基本關(guān)系式

反饋信號(hào)和輸入信號(hào)實(shí)際上是相減的結(jié)果，所以這種情況屬于負(fù)反饋。

反饋信號(hào)和輸入信號(hào)實(shí)際上是相加的結(jié)果，屬于正反饋。

則當(dāng)當(dāng)則當(dāng)無反饋則屬于正反饋，不過這是正反饋中的一個(gè)特殊情況，這時(shí)沒有輸入就有輸出，這種現(xiàn)象稱為自激。為深度負(fù)反饋(WithStrongNegativeFeedback)則有

放大倍數(shù)近似估算公式

當(dāng)則是反饋放大器的一個(gè)重要指標(biāo)。對(duì)不同類型的反饋電路具有不同的量綱。電壓串聯(lián)：電壓并聯(lián)：電流串聯(lián)：電流并聯(lián)：由于負(fù)反饋的自動(dòng)調(diào)節(jié)作用，在輸入信號(hào)不變的情況下，輸出信號(hào)也趨于保持不變。負(fù)反饋放大器閉環(huán)放大倍數(shù)的穩(wěn)定性是比較高的。在深度負(fù)反饋條件下，有

反饋網(wǎng)絡(luò)一般是由電阻電容等無源元件組成的，比較穩(wěn)定。

8.3.1提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性8.3

負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響

加了負(fù)反饋以后放大倍數(shù)的穩(wěn)定性到底提高了多少呢?就中頻區(qū)的情況作些分析。

此時(shí)均為實(shí)數(shù)

假定開環(huán)放大倍數(shù)變化了dA，即開環(huán)放大倍數(shù)變化了dA時(shí)，閉環(huán)放大倍數(shù)相應(yīng)變化dA/(l十AF)2。dA/A來表示開環(huán)放大倍數(shù)的相對(duì)不穩(wěn)定程度，用dAf/Af來表示閉環(huán)放大倍數(shù)的相對(duì)不穩(wěn)定程度。這兩個(gè)相對(duì)不穩(wěn)定程度之間的關(guān)系可以計(jì)算如下：例：設(shè)計(jì)一個(gè)放大倍數(shù)的不穩(wěn)定程度≤0.1%的放大器，但是只有放大倍數(shù)的不穩(wěn)定程度≤20%的放大器，可以采用負(fù)反饋來解決這個(gè)問題。但是，加多深的負(fù)反饋才合適呢？所以反饋深度(1+AF)=200。如果現(xiàn)有的放大器的放大倍數(shù)為10000倍，那么求得此時(shí)的閉環(huán)放大倍數(shù)為：如果只需要10倍的放大倍數(shù)，那么還可以加深反饋深度。即應(yīng)用反饋放大器的基本關(guān)系式來決定反饋深度：

8.3.2擴(kuò)展放大器的通頻帶負(fù)反饋降低了由于信號(hào)頻率變化而引起的放大倍數(shù)的不穩(wěn)定程度，結(jié)果就表現(xiàn)為擴(kuò)展了放大器的通頻帶。中頻區(qū)，輸入信號(hào)被削減較多；低頻和高頻區(qū)，輸入信號(hào)被削減較少。f開環(huán)帶寬閉環(huán)帶寬20lg|A|圖8.8放大器的幅頻特性加反饋后的關(guān)系：加反饋前后的高頻關(guān)系：放大器的通頻帶可以近似認(rèn)為通頻帶的數(shù)值就等于上限頻率的數(shù)值。集成運(yùn)放下限頻率為0，集成運(yùn)放的通頻帶就是上限頻率。這樣，就可以說加了反饋以后放大器的通頻帶為加反饋前的倍。中頻放大倍數(shù)和帶寬的乘積為一常數(shù)。這說明負(fù)反饋放大器擴(kuò)展帶寬是靠犧牲中頻放大倍數(shù)而得到的。8.3.3減小放大器非線性和內(nèi)部噪聲的影響

放大器的非線性：就是放大倍數(shù)隨信號(hào)的大小而變化。會(huì)把輸入的正弦信號(hào)變成一個(gè)非正弦的輸出信號(hào)，即產(chǎn)生非線性失真。非正弦信號(hào)是很多不同頻率的正弦波的和。非線性失真，就是電路在傳輸信號(hào)的過程中產(chǎn)生了新的頻率成分(即所謂諧波)。放大器的一種典型的開環(huán)傳輸特性如圖所示；它表明了Uo與Ui之間的非線性關(guān)系。圖8.9放大器的傳輸特性UiUo1—開環(huán)特性2—閉環(huán)特性即深度負(fù)反饋，閉環(huán)放大倍數(shù)近似為

如果是

定量分析XoXiXdXfAF-+X’h-AFXhXh負(fù)反饋放大器只能削弱放大器內(nèi)部產(chǎn)生的諧波，對(duì)于混在輸入信號(hào)中的諧波，負(fù)反饋放大器將會(huì)把它和有用信號(hào)一樣放大。對(duì)于放大器內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲，負(fù)反饋也同樣可以削弱它們，道理和削弱放大器內(nèi)部產(chǎn)生的諧波完全一樣。8.3.4對(duì)輸入電阻和輸出電阻的影響在放大器中引入負(fù)反饋以后，它的輸入電阻和輸出電阻會(huì)有很大的變化。對(duì)輸入電阻的影響決定于引入的反饋是串聯(lián)還是并聯(lián)，與引入的是電壓還是電流反饋關(guān)系不大；對(duì)輸出電阻的影響則決定于引入的是電壓反饋還是電流反饋，與引入的是串聯(lián)反饋還是并聯(lián)反饋關(guān)系不大。

UidAIiUfXo8.10串聯(lián)負(fù)反饋方塊圖RiUiF⒈對(duì)輸入電阻的影響⑴串聯(lián)負(fù)反饋開環(huán)放大器的輸入電阻UiRiIiAFUsIfXo8.11并聯(lián)負(fù)反饋方塊圖Id⑵并聯(lián)負(fù)反饋開環(huán)放大器的輸入電阻⒉對(duì)輸出電阻的影響⑴電壓負(fù)反饋將電壓負(fù)反饋開環(huán)放大器輸出用電壓源等效，如圖8.12所示。

+U’oFI’oXfXi=0Xd圖8.12電壓負(fù)反饋方塊圖AoXdRo_⑵電流負(fù)反饋將開環(huán)放大器輸出電流源等效如圖8.13所示。I’o+U’o_FXfXi=0Xd圖8.13電流負(fù)反饋方塊圖ASXdRo開環(huán)放大器的短路輸出電流開環(huán)放大器輸出電阻RoI’o+U’o_FXfXi=0Xd圖8.13電流負(fù)反饋方塊圖ASXdRo電流串聯(lián)負(fù)反饋時(shí)輸出電阻為電流并聯(lián)負(fù)反饋時(shí)的輸出電阻為

結(jié)論串聯(lián)負(fù)反饋增大放大器的輸入電阻；并聯(lián)負(fù)反饋減小放大器的輸入電阻。電壓負(fù)反饋，穩(wěn)定輸出電壓，減小輸出電阻；電流負(fù)反饋，穩(wěn)定輸出電流，增大輸出電阻。輸入電阻、輸出電阻增大和減小的數(shù)量都與反饋深度有關(guān)。

8.4.1深度負(fù)反饋條件下放大倍數(shù)的近似計(jì)算在深度負(fù)反饋條件下，

8.4負(fù)反饋放大電路的計(jì)算⒈電壓串聯(lián)負(fù)反饋

+_Uo電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路Ui++++U+U-____UidUfRfR1RLIid集成運(yùn)放的輸入電阻rid很大，所以Iid≈0。用U+、U-分別表示運(yùn)放同相端、反相端對(duì)地電位，則有U+≈U-電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路Ui++++U+U-____UidUfRfR1RLIid⒉電壓并聯(lián)負(fù)反饋IsIfIidUsUidUoRbRLRfR1++++U-U+____電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路IsIfIidUsUidUoRbRLRfR1++++U-U+____電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路⒊電流串聯(lián)負(fù)反饋+_UiUidUoRRLUfR1Io+++___電流串聯(lián)負(fù)反饋電路所以有所以+_UiUidUoRRLUfR1Io+++___電流串聯(lián)負(fù)反饋電路⒋電流并聯(lián)負(fù)反饋所以有IiIfIidUsUidUoRbRLRfR1R++++____電流并聯(lián)負(fù)反饋電路IoIiIfIidUsUidUoRbRLRfR1R++++____電流并聯(lián)負(fù)反饋電路Io⒌分立元件負(fù)反饋放大電路計(jì)算舉例如圖所示是單管電流串聯(lián)負(fù)反饋放大電路，+VCCRcRb1Rb2C1C2+_+_Re電流串聯(lián)負(fù)反饋放大電路UiUoUidUfIoRL++__如圖所示是多級(jí)電流并聯(lián)負(fù)反饋放大電路，UsRs+VCCCfRfUoIfIi電流并聯(lián)負(fù)反饋電路RLRe2Ic2Id8.5反饋放大器的自激前面討論了負(fù)反饋能改善放大器的性能，而且反饋深度愈大，改善的效果愈好。但是實(shí)踐表明，在一定條件下，當(dāng)反饋放大器出現(xiàn)的情況時(shí)，閉環(huán)放大倍數(shù)就趨于無窮大，產(chǎn)生稱為自激的現(xiàn)象。8.5.1自