放大器的负反馈.docx

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放大器的负反馈

第二章：

放大器的负反馈

第一节：

电流负反馈

一、单级并联电流负反馈

如图所示：

1、静态工作点

图A电路的静态工作点：

E=12Vβ=100Rb=1130KΩRc=6KΩ

Ib=Ucb=（E-Ub）/Rb=（12V-0.7V）/1130KΩ=10uA

Ic=βIb=100×10uA=1mA

URc=Ic×Rc=1mA×6KΩ=6V

Uc=E-URc=12V-6V=6V

图B电路的静态工作点：

E=12Vβ=100Rb=530KΩRc=6KΩUc=6V

Ib=Ucb=（E-URc-Ub）/Rb=（12V-6V-0.7V）/530KΩ=10uA

Ic=βIb=100×10uA=1mA

2、对集电极静态工作点的影响

没有负反馈的电路如图A所示：

假如温度升高，导致三极管的β增大，集电极电流就会增大。

集电极电流增大后，会导致集电极电阻上的电压增大，集电极对地电压就会降低，放大器的静态工作点将发生漂移。

单级并联电流负反馈的电路如图B所示：

假如温度升高，导致三极管的β值增大，集电极电流就会增大。

但集电极电流增大后，会同时导致集电极电阻上的电压增大，集电极对地电压就会降低。

但该电路的集电极对地电压降低了，就会降低基极电阻上的电压，而导致基极电流减小。

基极电流减小了，就会导致集电极电流减小，同时导致集电极电阻上的电压减小，最终导致集电极对地电压向上回升。

由此可见，该电路对集电极静态工作点因三极管β值的变化而产生的漂移有抑制作用。

3、对输入交流阻抗的影响

当输入交流信号电压为正半周的时候，使基极电流增大（相当于产生一个由信号源流进基极的信号电流），集电极电流随之增大，集电极电阻上的电压URC也随之增大，集电极对地电压UC随之降低。

集电极对地电压UC降低，会导致基极电阻上的电流Ib减小。

对于交流来说，相当于产生一个由基极通过Rcb流向集电极的反馈电流。

这个反馈回路与放大器输入端是并联关系，对由信号源流入基极的电流产生并联分流作用，所以被称为并联电流负反馈。

同样的输入电压，与没有负反馈相比，输入电流因负反馈的分流作用而增大的，所以，单级并联电流负反馈降低了放大器输入阻抗。

4、对电压放大倍数的影响

共发射极放大器的电压放大倍数，与集电极的阻抗成正比。

而单级并联电流负反馈的集电极阻抗约等于集电极电阻Rc与基极电阻Rcb的并联值，由于基极电阻Rcb约等于集电极电阻的β倍数，并联作用几乎可以忽略不计，所以对电压放大倍数的影响几乎可以忽略不计。

但这是当K合上时；假定信号源内阻r、基极耦合电容的容抗Zcb等于零的理想情况下所运行参数。

而实际的信号源内阻和容抗Zcb都不可能等于零。

所以在实际情况下，并联电流负反馈因降低了放大器的输入阻抗，信号源因输出电流的增加而在本身的内阻r、和容抗Zcb上产生了电压降，从而降低了放大器的基极得到的信号电幅度，最终降低放大器的整体电压放大倍数。

5、对输出阻抗的影响

理想条件下，该放大器的输出阻抗约等于集电极电阻与基极电阻的并联值，由于基极电阻约等于集电极电阻的β倍，并联作用几乎可以忽略不计，所以对电压放大倍数的影响几乎可以忽略不计。

但在非理想条件下，由于信号源内阻r、和容抗Zcb、或者人为给放大器的输入端加上一个电阻（如图B所示；当K断开时）的情况下，并联电流负反馈放大器由于输入阻抗的降低而降低了电压放大倍数之后，如果因接上负载电阻而又降低了电压放大倍数，就会降低反馈强度，从而使电压放大倍数回升（与没有负反馈相比，负载的变化所引起的输出电压的变化减小了，相当于降低了放大器的输出阻抗）。

所以只有在这样的情况下，并联电流负反馈才有降低放大器输出阻抗的作用。

二、直流负反馈或交流负反馈。

1、如上图B所示：

由于该电路是通过基极电阻进行负反馈，而普通的基极电阻对交流和直流的阻抗是一样的，所以该电路既成在直流负反馈又存在交流负反馈。

2、如图所示：

如图A所示：

该电路集电极对地电容的容量很大，对交流信号的容抗小到可以忽略不计，所以当输入交流信号的时候，集电极的电压基本不随输入交流电压的变化而变化，所以，不会产生交流负反馈。

所以，该电路只存在直流负反馈。

如图B所示：

该电路可以通过电容Ccb和电阻Rcb对基极输入的交流信号产生并联电流负反馈，同时又因为电容Ccb对直流的阻断作用。

该电路只有交流负反馈而没有直流负反馈。

三、越级并联电流负反馈

如图所示：

1、电路运行原理

因为共发射极放大器的输出电压与输入信号电压相位相反。

所以，当输入信号正半周的时候，第一级放大器输出电压为负、第二级放大器输出电压信号为正、第三级放大器输出信号电压为负；并通过反馈回路对放大器的基极输入信号电流起并联分流的负反馈作用。

2、对输入阻抗的影响

该电路的反馈性质与单级并联电流负反馈性质相同，只是由于多级放大器放大倍数大大提高，使反馈强度大大增加，对输入阻抗的降低作用更加显著。

3、对电压放大倍数的影响

在理想条件下（信号源内阻r=0，K合上），越级并联电流直流负反馈与单级电路一样；对电压放大倍数的影响没有影响。

在非理想条件下（信号源由内阻r>0、Zc>0、K合上），越级并联电流直流负反馈也与单级电路一样；输入端得到的信号电压会因输入阻抗的降低而减小，从而减小对电压放大倍数。

4、对输出阻抗的影响

在理想条件下（信号源内阻r=0，K合上），越级并联电流直流负反馈对输出阻抗的影响与单级电路一样没有影响。

但由于降低输入阻抗的作用更显著，使得在非理想条件、或人为接上一个输入电阻（K断开）的情况下，对降低电压放大倍数的作用也更显著。

接上负载电阻之后，输出电压被降低；对减小反馈系数的作用也更显著，放大倍数因此而更显著地回升，相当于更显著地降低了输出阻抗。

四、由运算放大器组成的并联电流负反馈

运算放大器是由成千上万的晶体管数组成，是典型的越级放大器，所组成的负反馈是典型的越级负反馈。

如图所示：

图A图B

1、电路运行原理：

如图A所示：

当输入信号电压正半周的时候，输入电压通过电阻R1使反相输入端的电压升高，输出电压随之降低，并通过反馈电阻R2将流入R1的电流全部分流，使反相输入端的电压仍然等于同相输入端的电压（等于零的虚地状态），从而使输出电压器不具备继续上升，已不具备继续下降的条件。

2、对输入阻抗的影响

反相比例运算放大器的负反馈作用，总是使反相输入端的电压始终等于零（虚地状态），相当于将反相输入端的阻抗降为零。

3、对电压放大倍数的影响

（1）对闭环电压放大倍数的影响反相比例运算放大器的电压放大倍数Avj几乎完全由反馈回路的参数决定Av=R2/R1，与其他条件基本无关。

（2）对开环电压放大倍数的影响

如图B所示：

在理想状态下，该电路只能通过反馈电阻将反相输入端的阻抗将为零，对开环电压放大倍数完全没有影响。

只有在非理想条件下，由于信号源存在内阻ri；放大器的电压放大倍数AV就等于R2/ri。

4、对输出阻抗的影响

由于反相比例运算放大器的输出电压完全由反馈回路的参数Vo=Yi×R21/R1决定，所以当输出电压应接上负载电阻而降低的时候，被降低的输出电压就会通过反馈回路使反相输入端的电压与同相输入端不相同。

放大器的运行性质就会继续调整输出电压；使其回到Vo=Yi×R21/R1的参数。

输出电压因此不受负载阻抗的影响，相当于放大器的输出阻抗被减小到零。

第二节：

电压负反馈

一、单级串联电压负反馈

如图所示：

1、电路运行原理如图B所示：

当输入信号正半周的时候，基极电流增大、导致发射极电流增大、导致发射极电阻上的电压增大。

发射极电阻上增大的电压相位与输入信号的相位相同，从而减小了三极管基极与发射极之间本来应当拉大的电压差，基极和发射极电流因此而增加不到图A电路结构中没有发射极电阻时的增加量，放大器的电压放大倍数因此被减小。

由于反馈电压与输入电压是串联的关系，所以被称为串联电压负反馈。

2、单级串联电压负反馈对放大器输入阻抗的影响

如图所示：

与图A没有串联电压负反馈的电路结构相比，同样的输入电压所导致的输入电流被减小，相当于输入阻抗被增大。

3、单级串联电压负反馈对放大器输出阻抗的影响

单级串联电压负反馈放大器的输出阻抗与反馈毫无关系，所以，这种电路结构的串联电压负反馈对输出阻抗没有影响。

4、单级串联电压负反馈对电压放大倍数的影响

如图所示的电路由于负反馈的作用，与没有反馈电阻Re的电路结构相比，在输入电压相同的情况下，基极输入电流被降低了，最终导致输出电压降低。

所以，单级串联电压负反馈减小了电压放大倍数。

二、越级串联电压负反馈

如图所示：

1、电路运行原理

如图所示：

当输入电压信号正半周的时候，放大器的第一级输出电压为负，第二级输出电压为正；同时通过反馈电阻使第一级放大器三极管的发射极电压升高。

升高的发射极电压与输入信号相位相同，使已经拉大的基极与发射极之间的电压差因此而减小，为负反馈作用。

2、越级串联电压负反馈对电压放大倍数的影响

由于反馈到发射极的电压与基极输入信号相位相同，使已经拉大的基极与发射极之间的电压差因此而减小，从而导致输入电流对减小，最终导致放大器的电压放大倍数被减小。

3、越级串联电压负反馈对输入阻抗的影响

与单级串联电压负反馈的原理相同，同样的输入电压所导致的输入电流被减小，相当于输入阻抗被增大。

只是越级串联电压负反馈的反馈强度更大，所以增大输入阻抗的作用更显著。

4、越级串联电压负反馈对输出阻抗的影响

由于越级串联电压负反馈在接上负载电阻而降低输出电压后，有减小负反馈强度的作用，所以能使放大倍数回升，因此而具有稳定输出电压的作用，相当于降低了放大器的输出阻抗。

三、由运算放大器组成的串联电压负反馈的运行原理

如图所示：

运算放大器是由成千上万的晶体管数组成，是典型的越级放大器，所组成的负反馈是典型的越级负反馈。

1、电路运行原理

该电路也称同相比例运算放大器：

当输入电压信号正半周的时候，运算放大器的输出端因同相输入端的电压上升而上升，并通过反馈回路使反相输入端的电压也随之上升，从而使本来被拉大的同相输入端与反相输入端的电压差又被减小到零。

2、对输入阻抗的影响

由于运算放大器的开环电压放大倍数无穷大，所以，同相比例运算放大器在正常运行时能通过反馈回路，使反相输入端的反馈电压紧紧跟随同相输入端的电压变化而变化，两端之间始终不会拉开电压差。

输入信号电压所导致的两端电压差的变化量等于零，电流的变化量也因此等于零，输入阻抗相当于因负反馈的作用而变得无穷大。

3、对电压放大倍数的影响

同相比例运算放大器的电压放大倍数几乎完全由反馈参数Av=1+R21/R1决定，与其他因素基本无关。

4、对输出阻抗的影响

如果放大器应接上负载电阻而降低输出电压时，就会通过反馈回路使反相输入端的电压不等于同相输入端，就会由于运算放大器的开环放大倍数无穷大，而使输出电压调整到通过反馈回路使反相输入端的电压等于同相输入端的电压为止。

于是输出电压又精确地回到Vo=R2/R1+1的参数而没有发生变化，输出阻抗因此等于零。

第三节：

负载负反馈

负载负反馈的基本特征，一是把负载电阻充当反馈电阻，二是放大器的输出端不是输出端与地之间，而是输出端与对输入端的反馈端口之间。

如下图三极管的集电极与基极之间。

一、单级并联电流负载负反馈

如图所示：

1、对输入阻抗的影响

与单级并联电流负反馈完全一样，单级并联电流负载负反馈能减小放大器的输入阻抗。

2、对电压放大倍数的影响

因为理想条件下（信号源内阻r=0），单级并联电流负载负反馈的输出电压与集电极电阻Rc和基极电阻RL（负载电阻）的并联值成正比，与反馈强度无关，所以，单级并联电流负载负反馈基本不影响电压放大倍数。

3、对输出阻抗的影响

因为单级并联电流负载负反馈的输出电压在非理想条件下与反馈强度成反比。

所以，负载电阻RL越大，反馈强度就越小，放大器的输出电压就越大。

放大器的输出端因此对负载电阻RL趋向恒流源的特性。

所以，单级并联电流负载负反馈增大了放大器的输出阻抗。

二、越级并联电流负载负反馈

电路结构如图所示：

越级并联电流负载反馈与单级并联电流负载反馈的运行原理相同，只是由于反馈强度更大，所以对相关各方面参数的影响就越大。

三、由运算放大器组成的并联电流负载负反馈

电路结构如图所示：

由于比例运算放大器在正常运行时，总是通过反馈网路使反相输入端的电压精确的等于同相输入端的电压（虚短现象），使同相端与反相端的电压差在动态条件下始终保持为零，从而使同相端与反相端之间的动态电流始终等于零（虚断现象）。

该电路的同相输入端是直接接地的，所以，该电路在正常运行时，反相端的电压差在动态条件下始终保持为零（虚地现象）。

这样一方面使电阻R1上的电流IR1完全由Vi/R1决定，另一方面是流过反馈电阻RL的电流

IRL精确等于流过电阻R1上的电流IR1，放大器的输出端对负载电阻来说呈现恒流源的特性，输出阻抗对负载电阻（也是反馈电阻）来说达到无穷大。

四、单级串联电压负载负反馈

电路结构如图所示：

如图所示：

单级并联电流反馈就是一个射极输出器。

五、越级串联电压负载负反馈电路结构如图所示：

因为越级串联电压负载反馈能通过反馈回路来减小输入三极管的基极与发射极因输入电压引起的电压差，从而在同等条件下减小了输入电流，所以增大了输入阻抗。

　　因为越级串联电压负载反馈是通过负载电阻对输入进行负反馈，所以反馈强度与负载电阻的阻值成反比，对输入阻抗的影响也与负载电阻的阻值成反比。

因为反馈强度与负载电阻成反比，所以电压放大倍数也与负载电阻成反比。

例如：

当负载电阻减小的时候，电路的反馈强度增大，电压放大倍数被减小。

由此可见，放大器的输出特性趋向于恒流源。

所以，越级串联电压负载负反馈，增大了放大器的输出阻抗。

六、由运算放大器组成的串联电压负载负反馈

电路结构如图所示：

由于比例运算放大器在正常运行时，总是通过反馈网路使反相输入端的电压精确的等于同相输入端的电压（虚短现象），使同相端与反相端的电压差在动态条件下始终保持为零，从而使同相端与反相端之间的动态电流始终等于零（虚断现象）。

这样一方面使电阻R1上的电流IR1完全由Vi/R1决定，另一方面是流过反馈电阻RL的电流

IRL精确等于流过电阻R1上的电流IR1。

放大器的输出端对负载电阻来说呈现恒流源的特性，输出阻抗对负载电阻（也是反馈电阻）来说达到无穷大。

第四节：

正反馈

一、并联电流正反馈

1、

2、共集电极放大器的自举电路

二、串联电压正反馈

第五节：

混合反馈

混合负反馈就是一个电路中同时存在两种以上的反馈形式。

如图所示：

如图所示：

第六节：

负反馈放大器的特性总结

一、对输入和输出阻抗的影响

1、所有类型的负反馈对放大器的输入阻抗都会产生影响。

所有的电流负反馈都会减小放大器的输入阻抗，所有的电压负反馈都会增大放大器的输入阻抗。

2、不同类型的负反馈对放大器输出阻抗的影响完全不同。

有些负反馈类型对放大器的输出阻抗没有影响。

例如，晶体管单级串联电压负反馈和理想条件下的所有晶体管并联电流负反馈，对放大器的输出阻抗没有影响。

3、有些负反馈类型会减小放大器的输出阻抗，例如，越级串联电压负反馈、所有非理想状态下的电流负反馈。

4、除了理想条件下（信号源内阻等于零）的晶体管并联电流负载负反馈外，所有其它负载负反馈都会增大放大器对负载电阻的输出阻抗。

二、对电压放大倍数的影响

负反馈放大器总是通过反馈回路减小输入信号对放大器输入端的作用，所以，除了理想情况下（信号源内阻等于零）的晶体管并联电流负反馈外,所有其它的负反馈形式都会减小放大器的电压放大倍数。

三、对非线性失真的影响

放大器的非线性失真是由于放大器的电压放大倍数的非线性造成，而负反馈放大器的负反馈强度是与电压放大倍数成反比的。

当负反馈放大器的电压放大倍数偏大的时候，负反馈的强度也会增强，电压放大倍数为相应降低。

反之，电压放大倍数就会相应增大。

这种特性正好对非线性失真有抑制作用。

所以，负反馈能减小放大器的非线性失真。

四、负反馈放大器对频率失真的影响

放大器的频率失真是由于放大器对不同频率信号的电压放大倍数的非线性造成。

放大器的频率失真失真来自两个方面：

一方面来自放大器内部、另一方面来自负载阻抗随频率的变化对输出电压的影响。

1、在来自放大器内部的因素方面

所有负反馈放大器的负反馈强度都是与电压放大倍数成正比的。

当负反馈放大器的电压放大倍数偏大的时候，负反馈的强度也会增强，电压放大倍数为相应降低。

反之，电压放大倍数就会相应增大。

这种特性正好对频率失真有抑制作用。

所以，所有负反馈放大器的内部因素都能减小放大器的频率失真，也就是能展宽放大器的通频带。

2、在来自负载阻抗随频率的变化对输出电压的影响方面

不同性质的负载阻抗，其阻抗与频率之间的关系也有着不同的特点。

例如：

1、电容的容抗Zc与频率F之间的关系是：

Zc=1/2ππFC

2、电感的感抗ZL与频率F之间的关系是：

ZL=2πFL

3、电容与电感的串联谐振回路与频率之间的关系是：

XXXXXXX

4、电容与电感的并联谐振回路的频率之间的关系是：

XXXXXXX

这些特点将影响放大器的频率特性。

有些负反馈能够减小放大器的输出阻抗。

放大器的输出阻抗越小，负载变化对输出电压变化的影响就越小。

所以，所有能减小输出阻抗的负反馈形式，都有利于减小放大器的频率失真。

有些负反馈能够增大放大器的输出阻抗。

输出阻抗越大，负载变化对输出电压变化的影响就大，这样放大器的输出电压就越是与负载阻抗的频率特性相对应。

所以，所有能增大输出阻抗的负反馈形式，都会加剧放大器的频率失真。

除了晶体管负载负反馈放大器在理想条件下的情况（放大器输入端的信号源内阻、输入耦合电容的容抗都等于零）之外，其他所有的负载负反馈都能增大放大器的输出阻抗，加剧放大器的频率失真。

但有些电路的功能却正好需要利用这种失真

例如：

1、有源滤波器，就是人为制造的一种频率失真（幅频特性）符合某种需要的放大器。

2、恒流源，就是人为制造的一种输出阻抗接近无穷大的放大器。