第4章 负反馈放大电路 4.1 反馈的基本概念与分类 4.2 负反馈放大电路的方框图及增益 的一般表达式 4.3 负反馈对放大电路性能的改善 4.4 负反馈放大电路的估算方法

教学内容： 本章从反馈的概念和分类入手，抽 象出反馈放大电路的方框图，推导出基 本方程式，为讨论反馈效果和分析放大 电路的技术指标打下基础。

教学要求： 本章内容是整个课程的重点之一，也 是难点，要求从反馈的概念和分类入手，熟 练掌握负反馈的四种组态及特点作用，并能 基于反馈放大电路的方块图和基本方程，对 其基本性能进行分析和计算，尤其对闭环 增益进行估算。

4.1 反馈的基本概念与分类 反馈是把电子电路中输出回路的电压或电流(包括直流和交流)的全部或部分送回到输入回路的过程。 4.1 反馈的基本概念与分类 4.1.1 反馈的基本概念 反馈是把电子电路中输出回路的电压或电流(包括直流和交流)的全部或部分送回到输入回路的过程。 4.1.2 反馈类型及判断 1.正反馈和负反馈： 视反馈加入前后基本放大器的输入信号变 化情况而定。如加入反馈后，使基本放大器的 输入信号增大，则为正反馈；若使基本放大器

度判断,|1+AF|>1为负反馈，|1+AF|<1为正反 馈。 的输入信号减小，则为负反馈。模拟电路中通常采用瞬时极性法来判断；也可从反馈深度角 度判断,|1+AF|>1为负反馈，|1+AF|<1为正反 馈。 例如图4.1.1中，输出电流流经RE所产生的电压Uf，将使放大器净输入Ube减少，因为 ，故 RE是负反馈 图4.1.1 负反馈

例如图4.1.2所示，设定电路输入信号瞬时极性对地为+，因公射极放大电路的倒相作用。输出信号瞬时极性为-，故反馈元件Rf上的反馈电流有输入端流向输出端，净输入电流IB=Ii-If<Ii,所以电路引入负反馈。 + Ce C2 Rc 1 2 － +VCC Ib-girl If U1 C1 Ii 4 3 Us Rs RL Re V Rf 图4.1.2 反馈极性判断

2.直流反馈与交流反馈 若反馈信号只与输出回路的直流电压或直流电流有关，则称为直流反馈；若反馈信号只与输出回路的交流电压或交流电流有关，则称为交流反馈。 直流负反馈可以稳定直流工作点，通常总希望直流反馈强一些；交流反馈用于改善放大电路的动态性稳定交流输出及增益，但使放大器增益下降，所以交流反馈的引入要适量，为了兼顾两者，可以引入不同深度的负反馈量，图4.1.3就是一例。

该电路对交流及直流引入了不同的反馈量。 CE对直流开路，直流反馈电阻： RE1及RE2； CE对交流短路，交流反馈电阻： RE1 ，这里显然，直流负反馈要比交流负反馈强。 图4.1.3 交直流反馈

3.电压反馈与电流反馈 视反馈信号是取自输出回路的电压量还是电流量而定。若反馈信号使取自输出电压信号，则称为电压反馈；若反馈信号使取自输出电流信号，则称为电流反馈。判断方法可采用负载 RL短路法，即当RL= 0 时，输出电压必为零，此时若反馈信号也等于零，则为电压反馈；即当 RL=0 时，若反馈信号不等于零，则为电流反馈。 图4.1.4 负反馈信号的获取方式

串联反馈——反馈信号与输入信号串联 4.串联反馈与并联反馈 视输入信号与反馈信号在基本放大器 输入端的相加方式而定。若输入信号与反 馈信号在基本放大器输入端以电流的形式 相叠加则为并联反馈；若输入信号与反馈 信号在基本放大器输入端以电压的形式相 叠加则为串联反馈。 也可以采取以下简化方式判断： 串联反馈——反馈信号与输入信号串联 并联反馈——反馈信号与输入信号并联 图4.1.5 反馈放大器输入端联接形式

根据输出端取样对象和输入端连接方式 的不同，负反馈放大电路可以构成以下4种组 态： 电压串联负反馈； 电流并联负反馈； 电压并联负反馈； 4.1.3四种类型的反馈组态 根据输出端取样对象和输入端连接方式 的不同，负反馈放大电路可以构成以下4种组 态： 电压串联负反馈； 电流并联负反馈； 电压并联负反馈； 电流串联负反馈。

1.电压串联负反馈 如图所示，根据瞬 时极性法对它的反馈类 型进行判断。 由于输出和输入同相，各点极性如图所示。 图4.1.6 电压串联负反馈

压Vo本身通过反馈网络对放大电路起自动调 整作用，这就是电压反馈的实质。 由图可知， V = VD+ VF 电压负反馈的重要特点是电路的输出电 压趋于维持恒定，因为无论反馈信号以何种 方式引回到输入端，实际上都是利用输出电 压Vo本身通过反馈网络对放大电路起自动调 整作用，这就是电压反馈的实质。

例如，当V 一定时，若负载电阻RL减小而 使输出电压Vo下降， RL Vo  VF   VD  Vo 可见，反馈结果牵制了Vo的下降，使 Vo基 本维持恒定。它适用于信号源内阻较小时。

馈的极性。图中，iD = i - iF, Rf 很大， R很小，|F|<<|o| 2.电流并联负反馈 如图所示，仍采用瞬时极性法判断反 馈的极性。图中，iD = i - iF, Rf 很大， R很小，|F|<<|o| R (-) i ID (+) f L o S I s F 图4.1.7 电流并联负反馈 电流负反馈的重 要特点是趋向于维持 输出电流io恒定。

小时，负反馈的作用将引起如下的自动调整过程： RL io  iF iD   io 在 i一定的条件下，不论何种原因，使io减 小时，负反馈的作用将引起如下的自动调整过程： RL io  iF iD   io 可见，电流负反馈作用的结果牵制了io的减 小，使io基本维持恒定。此电路适用于信号源内 阻较大时。

3.电压并联负反馈 如图所示，首先用瞬时极性法判断电路的 反馈极性。由图可知， i = iD + iF iF = - Vo / Rf 假定|Vo| iF iD  Vo 可见，本电路的作用是维持输出电压的恒 定。 图4.1.8 电压并联负反馈

电压并联负反馈适用于信号源内阻较大时； 若当信号源时理想的电压源时，电压并联负反 馈将失去调节作用。 由于A的放大倍数很大，因此： |D|<< |F|, 可近似认为  = F。

4. 电流串联负反馈 如图所示电路图 与射极偏置电路相似， 不过这里是以集成运 放作为基本放大电路。 同样用瞬时极性法判 断反馈极性。同样可 知，电流负反馈的特 点是维持输出电流基 本恒定。 图4.1.9 电流串联负反馈

4.2 负反馈放大电路的 方框图及增益的一般表达式 4.2 负反馈放大电路的 方框图及增益的一般表达式 4.2.1 负反馈放大电路的方框图 变换网络 K 基本放大 电路A 反馈网络 F A F Xs Xi Xid Xo Xf + _ 图4.2.1 负反馈放大电路的方框图

成的闭合环路叫做反馈环，由一个反馈环组成 的放大电路叫做单环反馈放大电路。 4.2.2 负反馈放大电路增益的一般表达式 如图所示，由基本放大电路和反馈网络组 成的闭合环路叫做反馈环，由一个反馈环组成 的放大电路叫做单环反馈放大电路。 4.2.2 负反馈放大电路增益的一般表达式 1. 一般表达式的推导 a. 闭环增益： 这是负反馈放大电路的基本关系式，分析 反馈问题的出发点。

基本放大器的放大倍数(开环增益): (4.2.1) 反馈网络的反馈系数: (4.2.2) 净输入信号： (4.2.3) 图4.2.2 负反馈放大器方框图 净输入信号： (4.2.3) 负反馈放大器的放大倍数(闭环增益): (4.2.4) 根据 式(4.2.1) 得 再根据式(4.2.3)得 而由式(4.2.2) 则 (4.2.5)

如果放大器及反馈网络是电阻性的（不考虑电抗元件的影响) 式(4.2.5)中各参量便是实数: (4.2.6) 其中 称为环路增益，如图4.2.3所示， 式(4.2.6)的分母(1+AF)称为反馈深度。 图4.2.3 环路增益 由于 1+AF>>1 故 Af<A 注意:式(4.2.6)中，A与F均为正值， 因为对于反相放大器A为负值，F也应该是负值，但AF为正值。 ， 结论:由于负反馈的引入，放大倍数将由原来的A降为 下降的倍数就是反馈深度。

2.反馈深度 |1+AF|称为反馈深度，其值是衡量负反馈程度的一个重要指标，其值愈大，放大电路的增益减小愈多。 (1)若|1+AF|>1, 则|AF|<|A|,这种反馈一般称为负反馈。 (2)若|1+AF|<1, 则|AF|>|A|,这种反馈一般称为正反馈。 (3)若|1+AF|=0, 则|AF|∞，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。

3.环路增益 环路增益 图4.2.3 环路增益 反馈深度和环路增益都是描述反馈放大电 路性能的指标。

4.3 负反馈对放大电路性能的改善 引入负反馈后，当输入信号一定时，电压 负反馈能使输出电压基本维持恒定，电流负反 4.3 负反馈对放大电路性能的改善 4.3.1 提高增益的稳定性 引入负反馈后，当输入信号一定时，电压 负反馈能使输出电压基本维持恒定，电流负反 馈能使输出电流基本维持恒定，总的来说，就 是维持增益（放大倍数）的稳定性。

所以 (4.3.1) 由 式(4.3.1)表明: 负反馈放大器增益的相对变化量减少至基本放大器增益相对变化量的 倍，即增益的相对稳定性提高了(1+AF)倍。 提高放大倍数的稳定性 因为

4.3.2 抑制反馈环内噪声和干扰 放大电路容易受到外界和内部的一些干扰电压或噪声电压的影响，若它们的大小与有用信号的大小在同一数量级，那么在输出端就难以分辨出有用信号。引入负反馈后，有用信号和噪声信号同时受到抑制，抑制程度为1+AF倍，若在信号源处将有用信号提高1+AF倍，则在输出端有用信号比噪声大1+AF倍，可以很容易分辨出有用信号。负反馈对反馈环外的干扰和噪声五抑制能力。 4.3.3 减小非线性失真 负反馈减小非线性失真所指的是反馈环内的失真。 在多级放大电路的最后几级，包括功率输出级及驱动级，输入信号的幅度较大，在动态过程中，放大器件可能工作到它的传输特性的非线性部分，因而使输出波形产生了非线性失真。引入负反馈之后，可使这种非线性失真减小。

这是由于放大器产生非线性失真后，引入负反馈，反馈信号也有失真,使净输入信号发生某种失真，经过放大，净输入的失真与原失真在负反馈放大器里正好起一定补偿作用，但不能完全消除失真。如图4.3.1所示。 Xo Xi 大 小ωt ωt A X′i 小 大ωt XO F (a) 无反馈 (b) 有负反馈 图4.3.1 负反馈减小非线性失真 + - A+>A-

4.3.4 扩展频带

限频率增加了，增加的程度与反馈深度有关。 由此可知，反馈放大电路的中频增益为： 上限角频率HF变为： HF= H(1+AMF) 这说明引入负反馈之后，放大电路的上 限频率增加了，增加的程度与反馈深度有关。

4.3.5 对输入电阻的影响 ①. 串联负反馈 。 以图4.3.2为例 。 未反馈前，Ri=rbe 加上Rf（电流串联负反馈）后， 由于 故 ①. 串联负反馈 。 以图4.3.2为例 。 图4.3.2 串联反馈 未反馈前，Ri=rbe 加上Rf（电流串联负反馈）后， 由于 故 （4.3.2 ） 结论：串联负反馈将使输入电阻增加 为（1+AuFu）倍。

对于图4.3.2， ， ， Ri=rbe 则 因此 （4.3.3） 公式（4.3.3）亦可以直接按图4.3.2（b）导出： 故

上式右边第二项 是发射极电阻Rf 折算到基极输入端的等效串联电阻。 ②. 并联负反馈。 以图4.3.3为例。 上式右边第二项 是发射极电阻Rf 折算到基极输入端的等效串联电阻。 图4.3.3 并联负反馈 加上并联负反馈电阻Rf之后， 未加负反馈时 ， Ri = rbe 由于 （4.3.4） 故 结论：并联负反馈将使输入电阻减小为 1/（1+AiFi）倍。 一般β>>1 ，

式(4.3.4)又可改写成其他形式： 对于图4.3.3电压并联反馈 ， 故 式中 于是式（4.3.4）变为 图4.3.3（c） 并联负反馈输出等效电路 故 式中 于是式（4.3.4）变为 （4.3.5）

式（4.3.5）中 是该放大器的外观电压增益。 式（4.3.5）可由图4.3.4表示。 图4.3.4 并联负反馈的输入电阻 图4.3.4（b）中， 是并联负反馈电阻Rf折算到输入端的并联等效电阻。

4.3.6 对放大器输出电阻的影响 电压反馈具有稳定输出电压U0的作用，即有恒压输出特性，而恒压源的内阻很低，故负反馈使放大电路的输出电阻降低。 电流反馈具有稳定输出电流I0的作用，即有恒流输出特性，而恒流源的内阻很高，故放大电路（不含RC）的输出电阻将增大。 综上所述，负反馈能改善放大电路的性能，归根到底是由于将电路的输出量引回到输入端与输入量进行比较，从而随时对输出量进行调整。

4.4 负反馈放大电路的估算方法 深度负反馈条件下的近似计算 a.深度负反馈条件是： b.相应的放大电路增益为：

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 电压增益 电压比 互阻增益 传输互导 互导增益 传输互阻 电压比 电流增益 输出 输入 反馈 电压增益 电压比 U0 Ui Uf 电压并联负反馈 互阻增益 传输互导 U0 Ii If 电流串联负反馈 互导增益 传输互阻 I0 Ui Uf 电流并联负反馈 电压比 I0 Ii If 电流增益 表4-1 Af与F的含义

因反馈组态而异：对于电压串联负反馈为AVF； 对于电流并联负反馈为AF；对于电压并联负反 方法一：利用 要再次强调，这里的AF是广义的，其含义 因反馈组态而异：对于电压串联负反馈为AVF； 对于电流并联负反馈为AF；对于电压并联负反 馈为ARF；对于电流串联负反馈为 AGF ；如果估 算电压放大倍数，除了AVF外，其它几种增益都 要转换。

反馈系数的确定： a.如果是并联反馈，将输入端对地短路， 可求出反馈系数, b.如果是串联反馈，将输入端回路开路， 可求出反馈系数,

方法二： 利用Xf  Xi，求解。 在深度负反馈条件下，由于Af=X0/Xi，F=Xf/X0，根据Af  1/F可得出 Xf  Xi，即 Xd  0。 a.对于串联反馈，Vf  Vi, 相当于基本放 大器输入端电压为零，这一特性称为虚短特 性。 b.对于并联反馈，f  i,相当于基本放大 器输入端电流为零，这一特性称为虚断特性。 抓住这个特点写出有关方程式，往往可 以直接而且简捷的得到电压放大倍数。

反馈效果比较明显。在Rs=0时，Ui=Us，Ud的变化只与 Uf有关，反馈最灵敏，即串联负反馈要求Rs越小越好。 例4.1 电路如图所示，试估算AUf。 图4.4.1 电压串联负反馈 解： 基本放大器由运放组成， 反馈网络由R1和R2组成。由于 是电压负反馈，所以电路具有 稳定输出电压的特点。电路的反馈 量是Uf，在输入端以串联形式 接入，Ud=Ui-Uf，当信号源的内阻 很小时，Ui Us，Ui近似为定值， 反馈效果比较明显。在Rs=0时，Ui=Us，Ud的变化只与 Uf有关，反馈最灵敏，即串联负反馈要求Rs越小越好。

例4.2 电路如图所示，试估算AUf。 解： 反馈网络由R1和R2组成。基本放大器由运放组成 。由于是电流负反馈，所以电路具有稳定输出电流的特点。电路的反馈量是If，在输入端以串联形式接入，Id=Ii-If，当信号源的内阻很大时，Ii近似为定值，反馈效果比较明显。在Rs→∞ 时，Ii恒定不变，此时反馈最灵敏，即并联负反馈要求Rs越大越好。 R (-) i ID (+) f L o S I s F 图4.4.2 电流并联负反馈

根据运放的虚短原理，U+=U-=0，按分流公式得 深度负反馈条件下，AIf=1/FI 根据运放的虚短原理，U+=U-=0，按分流公式得 则 所以 根据U+=U-=0，可得 输入电压：Us=IiRS 输出电压：U0=-I0RL 所以电压放大倍数Auf R (-) i ID (+) f L o S I s F 图4.4.2 电流并联负反馈

例4.3 电路如图所示，试估算AUf。 解：根据运放的虚短原理， U+=U-=0 图4.4.3 电压并联负反馈

解： 例4.4 电路如图所示，试估算AUf。 根据虚断原则，同相端和反相端流入的电流为0。 图4.4.4 电流串联负反馈 图4.4.4 电流串联负反馈 解： 根据虚断原则，同相端和反相端流入的电流为0。 （其实根据虚短原则，也可得Ui=Uf）

小结 1.反馈是把电子电路中输出回路的电压或电流(包括直流和交流)的全部或部分送回到输入回路的过程。按极性分，反馈可分为正反馈和负反馈。正反馈可使电路的放大倍数提高，但容易造成电路的不稳定；负反馈使电路的放大倍数降低，但可改善电路的性能。按反馈信号的性质分，反馈可分为直流反馈和交流反馈。直流负反馈可稳定电路的静态工作点；交流负反馈可改善电路的动态性能指标。

2.为了改善放大电路的某些性能应如何引入负反馈呢？一般是： （1）要稳定直流量（静态工作点），应该引入直流负反馈。 （2）要改善交流性能，应引入交流负反馈。 （3）要稳定输出电压，应引入电压负反馈；要稳定输出电流，应引入电流负反馈。 （4）要提高输入电阻，应引入串联负反馈；要减小输入电阻，应引入并联负反馈。 性能的改善或改变都与反馈深度（1＋AF）有关，且都是以牺牲放大倍数为代价。

3.深负反馈的条件是|1+AF|>>1。在计算负反馈 电路的放大倍数时，可以利用 。 4.闭环反馈电路的放大倍数不一定是电压放大倍数AUf，还有ARf、AGf和AIf。注意掌握其含义和计算。 5.负反馈可以改善放大电路的许多性能指标。 1）提高电路放大倍数的稳定性 2）扩展通频带 3）降低非线性失真。 4）抑制干扰和噪声。 5）影响放大电路输出电阻和输入电阻。