负反馈放大电路分析.docx
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负反馈放大电路分析
第五章负反应放大电路
第一节学习要求
第二节反应的根本概念与分类
第三节负反应对放大电路性能的改善
第四节深负反应放大电路的分析方法
第一节学习要求
1．判断--在掌握反应的根本概念和类型的根底上，判断反应组态及其作用。
2．引入--在熟悉各种反应对放大电路性能影响的根底上，按要求引入适当的负反应。
3．计算--掌握深度负反应电路交流性能指标的估算。
学习重点：
根据实际要求，引入适当的负反应。
学习难点：
反应组态的判别和性能指标的估算。
第二节 反应的根本概念与分类
一、反应的根本概念
1.开环放大器或根本放大器
图7.1是一个放大器电路，它具有单向性的特点，信号只有从输入到输出一条通路，不存在其它的通路，特别是没有从输出到输入的通路。
这种放大器叫做开环放大器或根本放大器。
2、闭环放大器
为了改善根本放大器的性能，从根本放大器的输出端到输入端引入一条反向的信号通路，构成这条通路的网络叫做反应网络，这个反向传输的信号叫做反应信号。
由根本放大器和反应网络构成的放大器叫做闭环放大器或反应放大器。
所谓"反应"，就是通过一定的电路形式〔反应网络〕，把放大电路输出信号的一局部或全部按一定的方式送回到放大电路的输入端，并影响放大电路的输入信号。
这样，电路输入端的实际信号不仅有信号源直接提供的信号，还有输出端反应回输入端的反应信号。
3、反应放大器一般模型
任何反应放大器都可以抽象为一个模型来分析，其根本放大器和反应网络都具有单向性。
图7.2中各函数之间的关系为：
上式中
为根本放大电路的输入信号，
、
分别为反应放大电路的输入、输出信号，
为反应网络的输出信号，
为根本放大电路的增益，
为反应网络的传输系数，
称为环路增益。
假设用
表示反应放大电路的增益，那么有
上式中
称为放大电路的反应深度，它是衡量反应程度的一个重要指标。
即引入反应后，增益减少了，这种反应一般称为负反应。
即引入反应后，增益增大了，这种反应一般称为正反应。
正反应虽然可以提高放大电路的增益，但性能不稳定，一般很少用。
这就是说，放大电路在没有输入信号时，也有输出信号，叫做放大电路的自激。
4、反应的类型
〔1〕正反应与负反应
〔2〕内部反应与外部反应
〔3〕交流反应、直流反应和交直流反应
〔4〕电压反应与电流反应
〔5〕并联反应与串联反应
二、四种类型的负反应组态
〔1〕电压串联负反应
〔2〕电压并联负反应
〔3〕电流串联负反应
〔4〕电流并联负反应
1.电压串联负反应
〔1〕反应极性的判别方法：
电路如图7.3所示，根本放大电路就是一只集成运放，用A表示；反应网络是由R1和R2组成的分压器，用F表示。
下面用瞬时极性法判别电路的反应极性，方法如下：
①断开反应通路，给定原输入信号一个极性；
②根据该极性，逐步推断根本放大器中有关信号的相应极性；
③确定反应信号vF的极性；
④根据vI与vF的极性，确定净输入信号vID与vI、vF之间的数值关系：
〔2〕电压反应与电流反应的判别方法：
①先区分根本放大器A和反应网络F；
②判别F的输入端与A的输出端的连接方式：
并联的称为电压反应；串联的称为电流反应。
〔3〕并联反应与串联反应的判别方法：
①先区分根本放大器A和反应网络F；
②判别F的输出端与A的输入端的连接方式：
并联的称为并联反应；串联的称为串联反应。
〔4〕电压串联负反应的特点：
①反应电压与输出电压成比例
②稳定输出电压，降低输出电阻
③Vid=Vi-Vf要求RS小，反应效果明显
④AVF指的是输出电压与输入电压之比
例题1：
试分析图7.4所示电路存在的反应，并判断其反应组态。
解：
〔1〕采用瞬时极性法判断反应极性。
可得经反应后的
减少，故为负反应。
〔2〕反应网络F是由R4、R5构成的，其输入端与RL并联，所以为电压反应；
〔3〕反应网络F的输出电压VF与输入电压Vi串联，故为串联反应。
因此，该电路属于电压串联负反应放大电路。
2.电流并联负反应
电路如图7.5所示
〔1〕用瞬时极性法判别反应极性：
〔2〕判别是电压反应还是电流反应：
因为F的输入端与A的输出端串联，所以为电流反应。
〔3〕判别是并联反应还是串联反应：
因为F的输出端与A的输入端并联，所以为并联反应。
所以该电路反应形式为电流并联负反应。
〔4〕电流并联负反应特点：
①反应电流与输出电流成比例。
②输出电流趋向于维持恒定。
③因为
，所以要求RS大，反应效果明显
④AIF指的是输出电流与输入电流之比。
即：
例题2：
由硅三极管T1、T2组成的反应电路如图7.6所示，试分析电路结构和其中存在的反应，并判断其反应组态。
解〔1〕电路结构分析该电路为2级直接耦合的共射极放大电路，它们之间通过Rf实现级间反应。
输入信号为电流源IS，内阻RS的值很高而被忽略；输出量为电流IO，因此它是电流放大器。
解〔2〕直流反应分析如果是直流负反应，那么其目的就是稳定电路的静态工作点。
可以用瞬时极性法判别之。
解〔3〕交流反应组态判别用瞬时极性法判别反应极性可知，由反应网络Rf引入的反应是负反应。
电压或电流反应：
电流反应串联或并联反应：
并联反应
3、电压并联负反应
电路如图7.7所示，该电路的反应极性和反应组态的判断与上述方法一样，下面只介绍该类型电路的特点：
①输出电压趋向于维持恒定
②因为
，所以要求RS大，反应效果明显
③ARF指的是输出电压与输入电流之比，即：
其中
4、电流串联负反应
电路如图7.8所示，该电路的反应极性和反应组态的判断与上述方法一样，下面只介绍该类型电路的特点：
①输出电流趋向于维持恒定。
②因为
，所以要求RS小，反应效果明显
③AGF指的是输出电流与输入电压之比，即：
小结：
反应放大电路中的电压、电流信号及AF和F和含义，〔见教材P290表7.3.1〕
例题〔P3197.2.2〕推导图7.9所示电路框图闭环增益的表达式。
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第三节 负反应对放大电路性能的改善
一、提高增益的稳定性
稳定性是放大电路的重要指标之一。
在输入一定的情况下，放大电路由于各种因素的变化，输出电压或电流会随之变化，因而引起增益的改变。
引入负反应，可以稳定输出电压或电流，进而使增益稳定 。
上式说明：
引入深负反应的情况下，负反应放大器的增益只与反应系数F有关，因此有很高的稳定性。
由于增益的稳定性是用其绝对值的相对变化来表示的，因此上式可以表示为：
上式说明：
引入负反应以后，增益的稳定度提高了1+AF倍
二、扩展通频带
从本质上说，频带限制是由于放大电路对不同频率的信号呈现出不同的放大倍数而造成的。
负反应具有稳定闭环增益的作用，因而对于频率增大〔或减小〕引起的放大倍数下降，同样具有稳定作用。
也就是说，它能减小频率变化对闭环增益的影响，从而展宽闭环增益的频率。
可以证明：
引入负反应后，放大器的通频带扩展了1+AF倍--见教材P293
注意：
对于电压串联负反应情况，展宽的是电压增益的频带（1+AF倍）。
对于其它三种类型能否展宽电压增益的频带与其它条件有关。
三、对输入、输出电阻的影响
〔1〕串联负反应使输入电阻增加
由于根本放大电路与反应电路在输入回路串联，如图7.10所示。
因为
削弱了
的作用，导致在同样的
下，
比无反应时小，因此，串联负反应具有提高输入电阻的作用。
上式说明：
串联负反应使输入电阻增大
倍。
〔2〕并联负反应使输入电阻减少
由于根本放大电路与反应电路在输入回路中并联，如图7.11所示，由于
，在相同的Vi作用下，因If的存在而使Ii增加，因此，并联负反应使输入电阻Rif=Vi/Ii减小。
所以，并联负反应使输入电阻减小
倍。
〔3〕电压负反应使输出电阻减小
由于电压负反应具有稳定输出V0的作用，即RL改变时，维持V0根本不变，相当于内阻很小的电流源。
∴电压负反应的引入，使R0比无反应时小。
可以证明：
Rof=Ro/（1+AoF）
其中Ao：
RL短路的开环放大倍数。
〔4〕电流负反应使输出电阻增大
由于电流负反应具有稳定输出I0的作用，即RL改变时，维持I0根本不变，相当于内阻很大的电流源。
∴电流负反应的引入，使R0比无反应时大。
可以证明：
Rof=（1+AoF）Ro
其中Ao：
RL开路的开环放大倍数。
四、减少非线性失真
由于放大器均存在非线性传输特性如图7.12所示，特别是输入信号幅度较大的情况下，放大器可能工作到它的传输特性的非线性局部，使输出波形产生非线性失真。
引入负反应后，可以使这种失真减少。
在深度负反应的情况下：
上式说明：
负反应放大器的增益与根本放大器的增益无关，所以电压放大器的闭环传输特性可以近似用一条直线表示，如图7.12中的曲线2。
与曲线1相比，在同样输出电压幅度的情况下，斜率〔即增益〕下降了，但增益随输入信号的大小而改变的程度却大为减小，着说明输出与输入之间几乎呈线性关系，即减少了非线性失真。
注意：
负反应减少非线性失真是指反应环内的失真。
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第四节 深负反应放大电路的分析方法
一、深负反应条件下的近似估算
这就是说，只要求出F，AF的值也就确定。
例1〔P296例7.4.1〕
电路如图7.13所示，试近似计算放大电路的电压增益，定性分析放大电路的输入输出电阻。
在深负反应条件下，放大电路的增益为：
根据电压反应的特点，反应放大器的输出电阻Rif远比运算放大器本身的输出电阻ro要小。
二、虚短、虚断概念的运用
现在让我们利用虚短、虚断的概念重新解例1
例2电路如图7.14所示，它是三极管射极偏置电路，其交流通路见图7.15，试近似电路的电压增益。
将上式与第三章的计算结果
作一比拟可知，当电路处于深度负反应，例如在β值甚大时，
可以简化为
其物理意义是明显的。
根据电流串联负反应的特点，图7.14〔图7.15〕所示电路的输人电阻提高很多；而由于电流反应的作用，BJT的恒流特性得到改善，故其输出电阻大为增加，但它作为电压放大电路使用时，其实际的输出电阻Rof≈Rc。
电流串联负反应电路一般用作电压-电流变换器。
因其输入电阻高的特点，有时亦可作为多级放大电路的输入级使用。
例3电路如图7.16所示，请判断电路中存在的反应组态，并导出电压增益表达式。
设运放是理想的。
解〔1〕用瞬时极性法判别可知电路的反应极性为负反应；由图中可知，运放A1和A2组成根本放大电路，输入电压为Vi，输出电压为VO，属电压放大电路。
反应网络由分压器〔R3、R4〕、运放A3和〔R5、R6〕组成的同相放大电路以及第二分压电路组成〔R7、R8〕所组成，属有源反应网络。
解〔2〕求闭环增益
：
由题意知，各运放都是理想的，由运放组成的电路均处于深度负反应的情况，级间反应也处于深度负反应的状态；根据虚短和虚短的概念有：
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