负反馈对放大器性能的影响

1.负反馈放大电路增益的一般表达式

由图4-5可知，各信号量之间有如下的关系：

根据上面的关系式，经整理可得负反馈放大电路闭环增益的一般表达式为

由式（4-6）可以看出，放大电路引入反馈后，其增益改变了。若，则，即引入反馈后，增益减小了，其反馈为负反馈；若，则，即引入反馈后，增益增大了，其反馈为正反馈。在有反馈的放大电路中是一个重要的量，它表示引入反馈后，电路增益增加或减少的倍数。有反馈的放大电路各方面性能的变化程度都与的大小有关，因此，是衡量反馈程度的一个重要指标，称为反馈深度。

当负反馈放大电路的反馈深度时称为深度负反馈放大电路。在深度负反馈的情况下，放大电路的闭环增益可近似表示为

这说明在深度负反馈放大电路中，闭环增益主要由反馈系数决定，此时反馈信号的大小近似等于输入信号的大小，净输入信号近似为零，这是深度负反馈放大电路的重要特点。

2.负反馈放大电路的四种组态及应用

根据反馈网络与放大电路不同的连接方式，可以得到四种类型的反馈组态，即：电压串联负反馈、电压并联负反馈、电流串联负反馈及电流并联负反馈。下面通过对具体电路的介绍，了解不同组态各自的特点。

（1）电压串联负反馈 电路如图4-7a所示，基本放大电路就是一只集成运放，反馈网络是由电阻R和R_f组成。通过对该电路的反馈极性与类型的判断，可知是电压串联负反馈。

电压负反馈的重要特点是维持输出电压的基本恒定。例如，当u_i一定时，若负载电阻R_L减小而使输出电压u_o下降，则电路会有如下的自动调节过程：

可见，电压负反馈的引入抑制了u_o的下降，从而使u_o基本维持稳定。但应当指出的是，对于串联负反馈，信号源内阻R_S愈小，u_i愈稳定，反馈效果愈好。电压放大电路的输入级或中间级常采用此类型的反馈。电压串联负反馈框图如图4-9a所示。

（2）电压并联负反馈 电路如图4-8b所示，很显然电阻R_f是反馈元件。假设在输入端所加的信号电流源i_S的瞬时流向如图中箭头所示，则由它而引起的电路中各支路电流i_i、i_f、i_id的瞬时流向如图中箭头所示，这样，在i_S一定时，因i_f的分流而使净输入i_id减小，故属于负反馈。因反馈元件分别与输入、输出端直接相连，所以是电压并联负反馈。

前面已指出，电压负反馈的特点是维持输出电压基本恒定。而对于并联反馈，则是信号源内阻愈大，i_i愈稳定，反馈效果愈好。所以电压并联负反馈电路常用于输入为高内阻的信号电流源，而要求输出为低内阻的电压信号的场合，称为电流-电压变换器；常用于放大电路的中间级。电压并联负反馈框图如图4-9b所示。

图4-9 负反馈的四种组态框图

（3）电流串联负反馈 电路如图4-8a所示，此电路与分压偏置共射极放大电路很相似，只是这里集成运放作为基本放大电路，反馈元件是电阻R。同样可用瞬时极性法判断该电路的反馈性质，在图中可见，当u_S一定时，反馈电压u_f使净输入电压u_id减小，故引入的是负反馈。由R与输入、输出回路的连接方式可以判断出电路的反馈组态为电流串联负反馈。

电流负反馈的特点是使输出电流基本恒定。例如，当u_S一定时，若负载电阻R_L增大，使i_o减小，则电路会有如下的自动调整过程：

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电流串联负反馈常用于电压-电流变换器及放大电路的输入级。

实际上分压偏置共发射极放大电路就是一个有负反馈的电路。发射极电阻R_e是反馈元件。利用上面介绍的方法，不难判断出R_e引入的是电流串联负反馈。因旁路电容C_e的作用，R_e只对直流信号有反馈，所以是直流电流串联负反馈。采用直流负反馈的目的就是为了稳定静态工作点。电流串联负反馈框图如图4-9c所示。

（4）电流并联负反馈 电路如图4-7b所示，反馈网络是由电阻R和R_f构成。通过瞬时极性法可判断；当i_S一定时，反馈电流i_f的分流使净输入电流i_id减小，所以电路引入的是负反馈。从反馈网络与输入、输出回路的连接方式，还可以确定电路为电流并联负反馈。电流负反馈的特点是维持输出电流基本恒定，常用在电流放大电路中。电流并联负反馈框图如图4-9d所示。

例4-1 图4-10所示为一双运放电路，试判断R_f所形成的反馈类型。

解 首先用瞬时极性法判断反馈的性质如下：

u_i↑→u_o1↑→u_o↓→u_id=（u_i+u_f）↑由于反馈的作用使得电路的净输入信号增加，故为正反馈；反馈电阻R_f直接与电路的输出端相连，为电压反馈；反馈信号以电压形式与输入电压相叠加，是串联反馈，所以R_f构成两级运放之间的电压串联正反馈。

图4-10 例4-1

3.负反馈对放大电路性能的改善

放大电路引入负反馈后，虽然使放大电路的增益有所下降，但却提高了电路的稳定性，而且负反馈还可以减小非线性失真、抑制干扰和扩展频带，以及可根据需要灵活地改变放大电路的输入电阻和输出电阻。因此，负反馈从多方面改善了放大电路的性能。

（1）提高增益的稳定性 当反馈放大电路为深度负反馈时，由式（4-7）可知电路的闭环增益，这就是说，引入深度负反馈后，放大电路增益近似取决于反馈网络，与基本放大电路几乎无关。而反馈网络一般是由一些性能稳定的电阻、电容元件组成，反馈系数很稳定，使亦稳定。

（2）减小非线性失真 一个理想的放大电路，它的输出信号波形应该与输入信号波形完全一样，它们之间是线性关系。但是由于晶体管不是线性元件，使放大电路的输出信号与输入信号之间就不是一个线性关系。若输入正弦信号，而输出信号不是正弦波，放大电路就出现了失真现象。这种由于电路元件非线性特性造成的信号失真，叫非线性失真。

引入负反馈后，可以使输出波形的失真得到一定的改善。例如图4-11a中正弦信号经放大后，输出信号产生失真，正半波大，负半波小。引入负反馈后，如图4-11b所示，反馈信号也是正半波较大，负半波较小，它与输入信号叠加后，使净输入信号正半波被削弱较多，而负半波削弱较少，经放大后使输出波形得到一定程度的矫正，这样就减小了非线性失真。

图4-11 负反馈减小非线性失真

（3）扩展频带 放大电路都有一定的频带宽度，超过这个范围的信号，增益将显著下降。一般将增益下降3dB时所对应的频率范围叫作放大电路的通频带，也称为带宽，用BW表示。引入负反馈后，电路中频区的增益要减小很多，但高、低频区的增益减小较少，使电路在高、中、低三个频区上的增益比较均匀，放大电路的通频带自然加宽。

图4-12 展宽频带

图4-12所示为放大电路无反馈时和引入负反馈后的幅频特性，无反馈时放大电路的幅频特性及通频带如图中上面曲线所示；有负反馈后，电路增益由降至，幅频特性变为下面的曲线。由于增益稳定性的提高，在低频段和高频段的增益下降程度减小，使得下限频率与上限频率由原来的f₁和f₂变成f₃和f₄，从而使通频带由BW₁加宽到BW₂。

（4）改变输入电阻和输出电阻 放大电路引入负反馈后，输入、输出电阻会受到很大的影响。负反馈对输入电阻的影响决定于输入端的反馈类型，与输出端的采样方式无关。串联负反馈使输入电阻增大，并联负反馈使输入电阻减小。负反馈对输出电阻的影响取决于输出端的采样方式，与输入端的反馈类型无关，电压负反馈使输出电阻降低，电路近似恒压源；而电流负反馈使输出电阻增大，电路近似恒流源。