1、第三节 负反馈对放大电路性能的影响 通过对四种反馈类型的分析，我们知道负反馈有稳定输出量和改变输入、输出电阻的特性，下面将对此作进一步的讨论。在实际应用中，我们可根据需要选择不同类型的负反馈。当然，负反馈的作用不仅仅是这些，引入负反馈后，不管是什么类型，都能起到稳定放大倍数、展宽通频带、减小非线性失真、抑制放大电路内部噪声等作用，只是这些性能的改善都是以降低放大倍数为代价的。 一、提高放大倍数的稳定性 一般来说，在基本放大电路未引入负反馈时，其开环电压放大倍数A是不稳定的，例如，基本共射放大电路的放大倍数beLurRA=&， Au与三极管的有关，而受环境（例如温度）影响较大。此外，当负载发生变
2、化时， Au也随之发生明显的变化，因此Au是不稳定的。 根据负反馈放大电路的一般关系式可知，引入负反馈后的闭环放大倍数为 AF1AAf+= ,显然， Af1 时，有 F1Af （4-6 ） 由于反馈网络通常为电阻网络，基本不受外界因素变化的影响，因此反馈系数F稳定，即Af稳定。由此可见，负反馈虽然使电压放大倍数下降，但同时也提高了其稳定性。 从定量的角度分析，放大倍数的稳定性可用其相对变化率来衡量。 对闭环放大倍数Af求微分可得： AdAAF11AdAff+= （4-7） 式（4-7）表明，闭环放大倍数的相对变化量只是开环电压放大倍数相对变化量的AF11+，也就是说，引入负反馈后放大倍数虽然下
3、降了AF11+，但是稳定度却提高了（1+AF ）倍。 例如，某放大电路的 A=1000，由于温度变化，使其下降到 800，即相对变化量为%2010008001000AdA= 。 引入反馈系数F=0.1的负反馈后，闭环放大倍数的相对变化率为 %.%.202010100011AdAAF11AdAff+=+= 二、减小非线性失真 由于放大电路存在非线性元件，因此容易造成输入正弦波时，输出信号却不是正弦波的失真现象。例如，图 4-3-1a所示基本放大电路中，正弦波输入信号 xi经放大后，输出信号xo正半周幅度大、负半周幅度小，出现失真。 通过负反馈减小非线性失真的过程可由图 4-3-1b来说明。由图可
4、见，反馈网络将输出端的失真信号xo反送到输入端，使净输入xid产生正半周幅度小、负半周幅度大的失真，这个失真的信号经基本放大电路放大后，可在输出端输出接近正弦波的波形。从本质上说，负反馈是利用失真的净输入波形来改善输出波形的失真，从而使输出信号的失真得到一定程度的补偿，因此负反馈只能减小失真，无法完全消除失真。此外，输入信号本身固有的失真，是不能不能用引入负反馈来改善的。 xo xi a） xi xf xo b）图 4-3-1 改善非线性失真 a）无反馈时信号波形 b ）引入负反馈时信号波形 三、扩展通频带 放大电路中，由于电容的影响，使放大电路在输入信号的频率很低或很高时，电压放大倍数都会下
5、降。如图 43-2 曲线 1 所示，当电压放大倍数下降到 0.707 倍时对应的频率为fL和fH，分别称为下限频率和上限频率，fL和fH之间的频率范围称为通频带。 由于负反馈放大电路具有稳定放大倍数的作用，因此，在低频和高频时，其下降速度会减慢，即通频带得到扩展，如图 4-15 曲线 2 所示。 曲线 1无负反馈曲线 2有负反馈 0.707AuAuAuf0.707AuffL fH fLf fHf 图 4-3-2 扩展通频带 在通常情况下，放大电路的“增益-带宽”之积为常数，即 ( ) ( )LHLfHffAA ffff = （4-8） 一般fHfL，所以 AffHfAfH，表明引入负反馈后，电
6、压放大倍数下降几分之一，通频带就扩展几倍。可见，引入负反馈能扩展通频带，也是以降低放大倍数为代价的。 四、抑制内部的噪声和干扰 在电声设备中，当无信号输入时，扬声器有杂音输出，这种输出的杂音是放大电路内部的噪声和干扰引起的。内部干扰主要由直流电源波动或纹波引起；内部噪声则由电路元器件内部载流子的不规则热运动产生。噪声对放大电路是有害的，但它的影响并不仅仅取决于噪声本身的大小。当外加信号的幅度较大时，噪声的影响较小，常常可以忽略；但当外加信号的幅度较小 时，就很难与噪声区分开， 信号会被噪声所“淹没” 。工程上，常用放大电路输出端的信号功率与噪声功率的比值来反映噪声对电路的影响，称为信噪比，即
7、噪声功率信号功率信噪比= 引入负反馈后，有用信号功率与噪声功率同时减小，也就是说，负反馈不仅使干扰和噪声减小，有用信号同时也被减小，信噪比并没有改变。但是，有用信号的较小可以通过增大输入信号来补偿，而噪声的幅度是固定的，从而使电路的信噪比增大，减小了干扰和噪声对电路的影响。实际应用中，通常是哪一级有内部干扰，就在哪一级引入深度负反馈。 需要指出的是，负反馈能抑制内部的干扰和噪声，使输出的杂音减小，但对来自外部的干扰以及与输入同时混入的噪声是无能为力的。 五改变输入、输出电阻 负反馈对输入、输出电阻的影响，因反馈的组态不同而异。 1负反馈对输入电阻的影响 负反馈对输入电阻的影响取决于输入端是串联
8、还是并联反馈，而与输出端的反馈类型无关。 （1）串联负反馈使输入电阻增加 图 4-2-1 a、c 所示串联负反馈中，从整个输入回路看相当于串联了反馈网络，因而输入电阻增加。 根据输入电阻的定义及负反馈放大电路的一般关系式，有： ()iiididifidiiifRFA1IUFAUIUUIUR&+=+=+= （4-9 ） 式（4-9 ）表明，引入串联负反馈后，闭环输入电阻 Rif是未加反馈时的开环输入电阻Ri的（1+AF ）倍，反馈深度越深，Rif越大。 （2）并联负反馈使输入电阻减小 图 4-2-1 b、d 所示并联负反馈中，从整个输入回路看则相当于并联了反馈网络，因而输入电阻减小。 同理，根据
9、输入电阻的定义及负反馈放大电路的一般关系式，有： FA1RIURiiiif&+= （4-10） 即：引入并联负反馈后，闭环输入电阻Rif是未加反馈时的开环输入电阻Ri的FA11&+倍，反馈深度越深，Rif越小。 2负反馈对输出电阻的影响 负反馈对 输出电阻的影响取决于输出端是电压还是电流反馈，而与输入端的反馈类型无关。 （1）电压负反馈使输出电阻减小 图 4-2-1a、 b 所电压负反馈中，从输出端向放大电路看过去，相当于基本放大电路与反馈网络并联，因而输出电阻减小。 根据输出电阻的定义，可求得 FA1RRoof&+= （4-11 ） 可见，引入电压负反馈后的输出电阻ROf减小为未加反馈时的输
10、出电阻RO的FA11&+，显然反馈深度越深，输出电阻越小。 根据以上分析，引入电压负反馈后放大电路输出电阻很小，其特性接近恒压源。当输出端接不同阻值的负载时，输出电压基本不变，因此电压负反馈能稳定输出电压，带负载能力强。 （2）电流负反馈使输出电阻增大 图 4-2-1 c、d 所电流负反馈中，则相当于基本放大电路与反馈网络串联，因而输出电阻增大。 同理，根据输出电阻的定义，可求得 ( )oofRFA1R&+= （4-11 ） 可见，引入电流负反馈后的输出电阻ROf增大为未加反馈时的输出电阻RO的（1+AF）倍。 引入电流负反馈后放大电路输出电阻很大，其特性接近恒流源。当输出端接不同阻值的负载时
11、，输出电流基本不变，因此电流负反馈能稳定输出电流。 总之，在放大电路中引入负反馈，可以提高放大倍数的稳定性、减小非线性失真、展宽频带、改变输入输出电阻等。一般而言，反馈越深，性能改善越显著，但放大倍数也下降越多，因此，反馈也并非越深越好。 例 4-7 图 4-3-3(a)所示电路中，为实现以下要求，应分别引入什么反馈？试在图中添加反馈元件。 （1） 稳定输出电压 （2） 用集成运放组件实现（1）的要求，画出电路。 （3） 稳定各级静态工作点 解：为了改善放大电路的性能，必须引入负反馈，在图 4-3-3(a)所示电路中画出各点的瞬时极性如图所示。 （ 1）为了稳定输出电压 uO，在输出端必须引入
12、电压负反馈，所以反馈元件 Rf应接在输出级的 uO端（V4 管的发射极） ；为了实现负反馈， Rf的另一端应接在输入级的 V2管基极，如图中虚线所示。 （2）由问题（1）中反馈电阻Rf的连接方式可见，该反馈为电压串联负反馈，它可用图 4-3-3(b)所示集成运放电路代替，图中电阻Rb、 Rf即图 4-3-3(a)所示电路中的电阻Rb、Rf。 （ 3）图中引入的负反馈是交直流负反馈，此能起到稳定静态工作点的作用，因此无需再引入其他反馈。 V1 V2V3V4RC1RC2Re1Re2Re3RC3uo+uIRb(+)()(+)(+)Rf(a)uIuo+uf(b)+(+)RfRb图4-3-3 例4 7
13、附图为了总结和比较，现将反馈类型、定义、判别方法和 对放大电路性能的影响列于表4-1 中。 表 4.1 放大电路中的反馈类型、判别方法和对放大电路性能的影响 反馈类型 定义 判别方法 对电路性能的影响 电压反馈 反馈信号（uF或iF）从输出电压取样，即与uO成正比。 反馈元件在输出端并接在输出电压uo端；令uo=0（即RL短路），反馈电压不存在稳定输出电压，减小输出电阻 1 电流反馈 反馈信号（uF或iF）从输出电流取样，即与iO成正比。 反馈元件在输出端非并接在输出电压uo端；令uo=0，反馈信号依然存在 稳定输出电流，增加输出电阻 串联反馈 反馈信号uF与输入信号uI在输入回路中以串联形式
14、出现 输入信号与反馈信号加在两个不同的输入端( 如三极管的 b、 e 极或运放的反相和同相端) 增加输入电阻 2 并联反馈 反馈信号iF与输入信号iI在输入回路中以串联形式出现 输入信号与反馈信号加在同一个输入端( 如三极管的b 极或运放的反相端) 减小输入电阻 直流反馈 反馈信号为直流信号 直流通路中存在反馈 稳定静态工作点 3 交流反馈 反馈信号为交流信号 交流通路中存在反馈 改善放大电路性能 4 正反馈 反馈信号（uF或iF）使净 串联反馈时，作用于不同 放大倍数增大，输入（uID或iID）加强 节点的反馈信号uF与输入信号uI瞬时极性相反；串联反馈时，作用于同一节点的反馈信号iF与输入信号iI瞬时极性相同 工作不稳定 负反馈 反馈信号（uF或iF）使净输入（uID或iID）减弱 串联反馈时，作用于不同节点的反馈信号uF与输入信号uI瞬时极性相同；串联反馈时，作用于同一节点的反馈信号iF与输入信号iI瞬时极性相反 放大倍数减小，放大电路性能改善 本级反馈 反馈信号反送到本级输入回路 反馈信号与本级输出回路有联系 改善本级放大电路性能 5 级间反馈 反馈信号反送到前面输入级的输入回路 反馈信号与后级输出回路有联系 改善放大电路性能各项性能
