模拟电路

第四章 反馈放大电路

4.1基本要求

1.熟练掌握反馈放大器反馈类型的判别。

2.熟练掌握深度负反馈条件下的反馈放大器放大倍数的计算。

3.熟悉反馈放大器的一般方框图及一般表达式。

4.熟练掌握引入负反馈后对放大器性能的改善。

5.了解反馈放大器产生自激振荡的条件及消振的措施。

 

4.2 解答示例及解题技巧

题4-6  一个电压串联负反馈放大器，=10³ ，=0.01。

(1)求闭环放大倍数；

(2)||下降了20%，此时的闭环放大倍数是多少？

题4-6

解：（1）闭环放大倍数：   =

可见，负反馈使闭环放大倍数下降了倍。

       （2）由:        

         得闭环放大倍数的变化量:   

    变化后的闭环放大倍数： 

||下降20%，意指：,将其代入上式，得：

                  

可见，闭环放大倍数变化很小，这体现了负反馈可以稳定放大倍数的性能。

题4-7  一个放大电路，其基本放大器的非线性失真系数为8%，要将其减至0.4%，同时要求该电路的输入阻抗提高，负载变化时，输出电压尽可能的稳定。

(1)电路中应当引入什么类型的负反馈？

(2)如果基本放大器的放大倍数||=10³ ，反馈系数||应为多少？

(3)引入反馈后，电路的闭环放大倍数||是多少？

解：（1）因串联反馈可以提高电路的输入电阻，电压反馈可以稳定输出电压，所以电路中应当引入交流电压串联负反馈。

（2）反馈深度：   

反馈系数:            ||

（3）电路的闭环放大倍数:             

题4-8  某放大电路开环时的频率响应为：

(1)写出该放大器的中频电压放大倍数，下限频率f_L和上限频率f_H；

(2)如果希望引入电压串联负反馈，使频带展宽至5倍，这时的反馈深度为多少？反馈系数为多少？闭环电压放大倍数||为多少？

 

题4-8 

解：（1）已知放大器频率响应的表达式：

与式比较，得：

放大器的中频开环电压放大倍数：

 

           下限频率：f_L=5Hz

 

           上限频率：f_H=5×10⁵Hz

 

（2）若希望引入电压串联负反馈，使频带展宽至5倍，这时的反馈深度应为5。

反馈系数为：    

中频闭环电压放大倍数：||＝

*讨论：交流负反馈会使放大器的电压放大倍数下降，却可换来交流性能的改善，表4－1是对这方面情况的概括，供参考。

 

表4－1

交流性能	电压串联负反馈	电压并联负反馈	电流串联负反馈	电流并联负反馈
输入电阻	增大	减小	增大	减小
输出电阻	减小	减小	增大	增大
稳定性	稳定输出电压，提高增益稳定性	稳定输出电压，提高增益稳定性	稳定输出电流，提高增益稳定性	稳定输出电流，提高增益稳定性
通频带	展宽	展宽	展宽	展宽
环内非线性失真	减小	减小	减小	减小
环内噪声、干扰	抑制	抑制	抑制	抑制

注：交流负反馈使放大器的电压放大倍数下降(1+AF)倍，而交流性能的改善程度也与(1+AF)成倍数关系。

 

题4-10

解：（1）电路中存在两组反馈。R₁R₅R₇C₂构成直流负反馈，它能够稳定静态工作点，但不会影响电路的交流性能。R₃R₆构成交直流电压串联负反馈，此反馈即可稳定静态工作点，又可决定电路的交流指标。

       （2）反馈系数：        

       （3）闭环电压放大倍数 ≈=

(4)  由于是串联反馈，有：            

R_if=[R₁+(R₅//R₇)]//R_if’≈[R₁+(R₅//R₇)]

=30+(1//1)=30.5kΩ

                     

                                 R_of ≈0

*讨论：对反馈放大器进行分析，首先应判断它的反馈类型，因为反馈放大器的交流性能的改善及交流性能的计算都与其反馈类型有关。

判别反馈类型时，要注意以下几点：

1.       首先确定反馈网络，它是除基本放大器外，联系着输入及输出的那部分电路。

2.       利用观察法判断串、并联反馈，一般情况下，当反馈网络直接并在放大器的输入端时，应为并联反馈；否则为串联反馈。

3.       利用输出电压短路法，来判断电压、电流反馈。一般情况下，当反馈网络直接并在放大器的输出电压端时，应为电压反馈；否则为电流反馈。

4.利用瞬时极性法，来判断正、负反馈。判断中要注意信号的走向：首先由放大器的输入端开始，通过基本放大器到输出端，再通过反馈网络回到输入端，最后在输入端将输入量与反馈量进行比较。若为串联反馈，要比较两电压；若为并联反馈，要比较两电流。另外，在基本放大器的瞬时极性的判别中，若放大器是由各种组态的分立电路构成，则要注意各种组态放大器的相位关系（共射：输入与输出反相，共基：输入与输出同相，共集：输入与输出同相）；若放大器是由集成运放构成，则要注意运放的相位关系（反相输入端与输出反相，同相输入端与输出同相）。

题4-14

   解：图P4-14所示电路如果希望稳定输出交流电压，应引入交流电压负反馈，如图T4-14所示，图中为交直流电压并联负反馈。存在直流反馈可以稳定直流工作点。

反馈系数：           

      闭环放大倍数：                                       

      闭环电压放大倍数：                                   

      电路的输入电阻：               ≈0 

                                       R_if  ＝R_S+≈R_S

 

                      

                               图T4-14 

*讨论：在进行反馈放大器交流指标的分析前，要先判别其反馈类型。当确定为交流负反馈时，交流指标的计算才有意义。并且，不同类型的交流负反馈，所对应的交流指标具有不同含义。具体情况参见表4－2。

交流负反馈类型
电压串联	电压	电压
电压并联	电压	电流
电流串联	电流	电压
电流并联	电流	电流

 

题4-15

解：此电路的R₃、R₁引入了交直流电流串联负反馈。

        由电路知，输出电流：              

        根据虚断的条件，运放的净输入电流近似为0，R₃、R₁流过同一个电流，有：

                                  

        又根据虚短的条件，运放的净输入电压近似为0，有：

                               

闭环放大倍数：    

闭环电压放大倍数：            

题4-19 

    解：在图P4-19所示电路中，由输出端引至反相输入端的反馈为电压串联负反馈，并且U_f=U_o（U_f指运放反相端电压），这种情况也被称为全反馈。

由虚短、虚断知，       

当可调电阻置最下端时：                

 

        当可调电阻置最上端时：                

        因电压负反馈可以稳定输出电压，所以当负载电阻R_L变化时，U_o不会发生相应的变化

*讨论：深度负反馈条件下反馈放大倍数的近似计算可采用两种方法：

1.       直接根据公式计算：先求  再求（的含义与交流负反馈的类型有关） 当不是电压放大倍数时，要进一步求出反馈放大器的电压放大倍数。

2.       利用虚短、虚断条件计算：

a.        ，（若串联反馈：，；若并联反馈：，）

b.       串联负反馈中，若基本放大器的输入电流很小，可忽略其影响；并联负反馈中，若基本放大器的输入电压很小，可忽略其影响。

概括以上两点即得到虚短（基本放大器的输入电压近似为0），虚断（基本放大器的输入电流近似为0）的结论。

直接依据虚短、虚断，分析反馈放大器中有关电压、电流之间的关系，即可得到反馈放大倍数及电压放大倍数。

 

 

4.3 习题答案

题4-1（1）应依次填入f.  a.  a.  b.  d.

（2）应依次填入d.  c.  a.  b.

题4-2（a）反馈网络——R_C。构成交、直流电压并联负反馈。

（b）反馈网络——R₆C₄R₅。构成交流电流串联正反馈。

（c）反馈网络——R₆。构成交、直流电压串联负反馈。

（d）反馈网络——R₆R₄R₅。构成交、直流电流串联负反馈。

以上各交流负反馈电路中，能够提高输入电阻的有：（c）、（d）；能够降低输出电阻的有：（a）、（c）；能够稳定输出电压的有：（a）、（c）；能够稳定输出电流的有：（d）。

题4-3(1)×  (2) ×  (3) ×  (4) ×

题4-4  电路的反馈深度：     

电路的反馈系数：        

题4-5（a）反馈网络——R_f。构成交、直流电流串联正反馈。

（b）反馈网络——运放构成的跟随器及R₂。构成交、直流电压并联负反馈。

（c）反馈网络——R₄R₃。构成交、直流电压串联正反馈。

（d）反馈网络——R₂。构成交、直流电压并联负反馈。

以上(b)、(d)的反馈可以减小输入电阻及输出电阻，并减小了输出电压但使其稳定性得以提高。

题4-9  第一级负反馈放大电路的闭环放大倍数:     

=

第二级负反馈放大电路的闭环放大倍数:      

       总的放大倍数:     =      

题4-11（1）电阻R_f引入了交直流电压串联负反馈。

（2）   

≈=

题4-12（1）R₂R_e2 C_e构成直流负反馈；R_c2R_e1构成交直流电压串联负反馈。

（2）                 

       （3）                   R_if ≈9kΩ

    题4-13  （1）电阻R₁引入了交直流电压并联负反馈。

        （2）            闭环放大倍数：                                       

                        闭环电压放大倍数：                               

         (3)电路的输入电阻：             R_if’≈0 

                                      R_if  =R_b+≈R_b

 

题4-16

（1）电路中的反馈是交直流电压并联负反馈。

（2）设R₃,R₄之间节点的电压为u_o’，并根据虚短、虚断：

(3)             R_if ≈R₁     

                             R_of ≈0

题4-17  （a）此电路为交直流电流串联负反馈。

        由电路知:          U_i=I_oR

                           

（b）此电路为交直流电流并联负反馈。

由电路知:           

题4-18电路的闭环电压放大倍数:  A_uf ≈-3

输入电阻:                R_if≈20kΩ

                       

题4-20  电路中的反馈元件是R₄R₅。它们构成了交直流电压串联负反馈。

≈=