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第4章放大电路中的负反馈许多电子设备对放大电路除了要求具有较高的增益外，对其他方面的性能要求也很高。
例如高保真音响放大器要求失真度要很低，精密测量仪器要求增益的稳定性和准确度要很高。
因此，在实用放大电路中，总是要引入不同形式的反馈以改善各方面的性能。
在放大电路中，将输出量（电压或电流）的一部分或全部，经过一定的电路（反馈网络）反过来送回到输入回路，并与原来的输入量（电压或电流）共同控制该电路，这种连接形式称为反馈。
在电子电路中，反馈现象是普遍存在的。
反馈有正负之分。
在放大电路中，通常引入负反馈以改善放大电路的性能，如在分压式偏置电路中利用负反馈稳定放大电路的工作点。
此外，负反馈还可以提高增益的稳定性、减少非线性失真、扩展频带以及控制输入和输出阻抗等。
当然，所有这些性能的改善是以牺牲放大电路的增益为代价的。
至于正反馈，在放大电路中很少采用，常用于振荡电路中。
本章从反馈的基本概念和分类入手，抽象出反馈放大器的方框图，分析负反馈对放大器性能的影响，介绍负反馈放大器的分析计算方法，总结出引入负反馈的一般原则，最后讨论负反馈放大器的自激振荡及其稳定的措施。
4.1 反馈的基本概念及判断方法4.1.1 反馈的基本概念1.反馈放大器的原理框图含有反馈电路的放大器称为反馈放大器。
根据反馈放大器各部分电路的主要功能，可将其分为基本放大电路和反馈网络两部分，如图4-1所示。
整个反馈放大电路的输入信号称为输入量，其输出信号称为输出量；反馈网络的输入信号就是放大电路的输出量，其输出信号称为反馈量；基本放大器的输入信号称为净输入量，它是输入量和反馈量叠加的结果。
图4-1反馈放大器的原理框图由图4-1可见，基本放大电路放大输入信号产生输出信号，而输出信号又经反馈网络反向传输到输入端，形成闭合环路，这种情况称为闭环，所以反馈放大器又称为闭环放大器。
如果一个放大器不存在反馈，即只存在放大器放大输入信号的传输途径，则不会形成闭合环路，这种情况称为开环。
参考答案--模拟电子技术实验指导书(2012)实验一常用电子仪器的使用一、实验目的1．熟悉示波器，低频信号发生器和晶体管毫伏表等常用电子仪器面板，控制旋钮的名称，功能及使用方法。
2．学习使用低频信号发生器和频率计。
3．初步掌握用示波器观察波形和测量波形参数的方法。
二、实验原理在电子电路实验中，经常使用的电子仪器有示波器、低频信号发生器、直流稳压电源、交流毫伏表及频率计等。
它们和万用电表一起，可以完成对电子电路的静态和动态工作情况的测试。
实验中要对各种电子仪器进行综合使用，可按照信号流向，以连线简捷，调节顺手，观察与读数方便等原则进行合理布局，各仪器与被测实验装置之间的布局与连接如图1—1所示。
接线时应注意，为防止外界干扰，各仪器的共公接地端应连接在一起，称共地。
信号源和交流毫伏表的引线通常用屏蔽线或专用电缆线，示波器接线使用专用电缆线，直流电源的接线用普通导线。
图1—1 模拟电子电路中常用电子仪器布局图1．低频信号发生器低频信号发生器按需要输出正弦波、方波、三角波三种信号波形。
输出电压最大可达20V（峰-峰值）。
通过输出衰减开关和输出幅度调节旋钮，可使输出电压在毫伏级到伏级范围内连续调节。
低频信号发生器的输出信号频率可以通过频率分档开关进行调节。
低频信号发生器作为信号源，它的输出端不允许短路。
2．交流毫伏表交流毫伏表只能在其工作频率范围之内，用来测量正弦交流电压的有效值。
为了防止过载而损坏，测量前一般先把量程开关置于量程较大位置上，然后在测量中逐档减小量程。
3．示波器示波器是一种用途极为广泛的电子测量仪器，它能把电信号转换成可在荧光屏幕上直接观察的图象。
示波器的种类很多，通常可分通用、多踪多线、记忆存贮、逻辑专用等类。
双踪示波器可同时观测两个电信号，需要对两个信号的波形同时进行观察或比较时，选用双踪示波器比较合适。
本实验要测量正弦波和方波脉冲电压的波形参数，正弦信号的波形参数是幅值U m 、周期T （或频率f ）和初相；脉冲信号的波形参数是幅值U m 、周期T 和脉宽T P 。
实验四 负反馈放大器一. 实验目的1．加深理解负反馈对放大器性能的影响。
2．学会测量放大器的输入电阻、输出电阻以及电压放大倍数。
二. 预习要求1．复习教科书中有关负反馈的内容，负反馈放大器的工作原理。
2．掌握输入、输出电阻的测量方法、测量步骤。
三. 实验原理放大器加入负反馈后，由于反馈信号是削弱输入信号的，结果将使放大倍数降低，但却提高了放大倍数的稳定性、扩展了通频带、减小了非线性失真、并能抑制干扰和噪声，变换放大器的输入和输出电阻等。
1．负反馈对放大器放大倍数的影响 负反馈放大器由基本放大器和反馈网络组成， 如图1所示。
图中的X 表示信号，它即可代表电压又可 代表电流，箭头表示信号传输的方向。
反馈网络 图1 负反馈放大器的组成框图从输出信号o X 中取出反馈信号f X ，使f X 与外加输入信号i X 相叠加，得到净输入信号di X 。
对于负反馈来说： di X = iX -f X （1） 上式中，i X 与f X 的相位相同，故di X < iX 。
从图中可以看出，基本放大器（无反馈时）的放大倍数A（开环放大倍数）和反馈网络的反馈系数F 分别为： dio X X A= （2） ofXX F= （3）反馈放大器的放大倍数fA （闭环放大倍数）为： io f X X A = （4） 联立求解式（1）、（2）、（3）、（4）便得到闭环放大倍数的一般表达式。
F AA A f +=1 （5） A是在无反馈时，需考虑负载电阻R L 和反馈网络的负载作用时基本放大器的放大倍数。
从式（5）可知，加入负反馈后，放大器的放大倍数减小到开环放大倍数的1/（1+A F ）倍。
（1+AF ）称为反馈深度。
当A F >>1，称为深度负反馈，此时： FA f 1≈= 放大器的放大倍数只由反馈系数F决定，与晶体管的参数无关。
2． 负反馈的基本类型根据反馈网络在放大器输出端的取样信号是电压还是电流，负反馈可分为电压负反馈 和电流负反馈，根据反馈信号在放大器的输入端与输入信号是串联还是并联，负反馈又可分为串联负反馈和并联负反馈。
放大电路负反馈的原理特点一、提高放大倍数的稳定性引入负反馈以后，放大电路放大倍数稳定性的提高通常用相对变化量来衡量。
因为：所以求导得：即：二、减小非线性失真和抑制噪声由于电路中存在非线性器件，会导致输出波形产生一定的非线性失真。
如果在放大电路中引入负反馈后，其非线性失真就可以减小。
需要指出的是：负反馈只能减小放大电路自身产生的非线性失真，而对输入信号的非线性失真，负反馈是无能为力的。
放大电路的噪声是由放大电路中各元器件内部载流子不规则的热运动引起的。
而干扰来自于外界因素的影响，如高压电网、雷电等的影响。
负反馈的引入可以减小噪声和干扰，但输出端的信号也将按同样规律减小，结果输出端的信号与噪声的比值（称为信噪比）并没有提高。
三、负反馈对输入电阻的影响由于负反馈可以提高放大倍数的稳定性，所以引入负反馈后，在低频区和高频区放大倍数的下降程度将减小，从而使通频带展宽。
引入负反馈后，可使通频带展宽约（1+AF）倍。
四、负反馈对输入电阻的影响（a）串联反馈（b）并联反馈图1 求输入电阻1、串联负反馈使输入电阻提高引入串联负反馈后，输入电阻可以提高（1+AF）倍。
即：式中：ri为开环输入电阻rif为闭环输入电阻2、并连负反馈使输入电阻减小引入并联负反馈后，输入电阻减小为开环输入电阻的1/(1+AF )倍。
即：五、负反馈对输出电阻的影响1、电压负反馈使输出电阻减小放大电路引入电压负反馈后，输出电压的稳定性提高了，即电路具有恒压特性。
引入电压负反馈后，输出电阻rof减小到原来的1/（1+AF）倍。
2、电流负反馈使输出电阻增大放大电路引入电流负反馈后，输出电流的稳定性提高了，即电路具有恒流特性。
引入电流负反馈后，使输出电阻rof增大到原来的（1+AF）倍。
3、负反馈选取的原则（1）要稳定静态工作点,应引入直流负反馈。
（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。
实验四 两级阻容耦合放大器及负反馈放大器一、实验目的1. 了解多级阻容耦合放大器组成的一般方法。
2. 了解负反馈对放大器性能指标的改善。
3. 掌握两级放大器与负反馈放大器性能指标的调测方法。
二、实验原理1．阻容耦合放大器是多级放大器中最常见的一种，其电路如图4.4.1所示。
这是一个曲型的两级阻容耦合放大器。
由于耦合电容1C 、2C 、3C 的隔直流作用，各级之间的直流工作状态是完全独立的，因此可分别单独调整。
但是，对于交流信号，各级之间有着密切的联系，前级的输出电压就是后级的输入信号，因此两级放大器的总电压放大倍数等于各级放大倍数的乘积u2u1u A A A ⋅=，同时后级的输入阻抗也就是前级的负载。
2. 负反馈放大器（1）负反馈电路的基本形式负反馈电路的形式很多，但就其基本形式来说可分四种：（a ）电压串联负反馈；（b ）电压并联负反馈；（c ）电流串联负反馈；（d ）电流并联负反馈。
在分析放大器中的反馈时，主要应抓住三个基本要素：第一、反馈信号的极性。
如果反馈信号是与输入信号反相的就是负反馈，反之则是正反馈。
第二、反馈信号与输出信号的关系。
如果反馈信号正比于输出电压，就是电压反馈；若反馈信号正比于输出电流，就是电流反馈。
第三、反馈信号与输入信号的关系。
从反馈电路的输入端看，反馈信号（电压或电流）与输入信号并联接入称为并联反馈；串联接入成为串联反馈。
（2）负反馈对放大器性能的影响负反馈能有效地改善放大器的性能，主要体现在输入电阻、输出电阻、频带宽度、非线性失真、稳定性等方面。
但是放大器性能的改善是以降低其增益为代价的，因而在应用负反馈电路时，必须考虑电路性能改善的同时会引起电路增益的减小。
3. 放大器的输入电阻i R 及输出电阻o R 。
放大器的输入电阻i R 是向放大器输入端看进去的等效电阻，定义为输入电压i u 和输入电流i i 之比，即：iii i u R =。
测量输入电阻i R 的方法很多，例如替代法、电桥法、换算法等等。
实验三多级放大器与负反馈放大器
一、实验目的
1. 掌握多级放大器放大倍数与各级放大倍数的关系
2. 学习在放大电路中引入负反馈的方法
3. 通过实验测试掌握负反馈对放大器动态特性的影响
二、实验仪器及器件
1. 实验仪器
直流稳压电源、函数发生器、数字示波器、万用表
2. 实验器件
表3.1实验器件
三、预习要求
1. 复习教材中有关多级放大器及负反馈放大器的内容。
2. 假设实验中调整RW1使ICQ1=1.0mA，估算电路图1放大器的静态工作点数据（β≈200，rb b’≈300Ω，UBE≈0.7V）填入表
3.2。
3. 计算开环时两级放大电路的放大倍数、输入电阻、输出电阻填入表3.4
4. 按深度负反馈估算负反馈放大电路的闭环电压放大倍数Auuf ，填入表3.6，RW2分别取1 kΩ，2 kΩ。
四、实验原理
1. 多级放大器
多级放大器的放大倍数
但要注意多级放大器级联时，后级放大器是前级放大器的负载，计算时要将后级的输入电阻当成前级的负载电阻。
多级放大器的输入电阻就是第一级放大器的输入电阻，而输出电阻就是最后一级的输出电阻。
即：
2. 负反馈放大器
1) 负反馈类型及判定
根据输出端反馈信号的取样方式的不同和输入端信号的叠加方式的不同：负反馈可分为四种基本的组态：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。
判断反馈放大器的类型主要抓住三个基本要素：
（1）反馈的极性，即正反馈还是负反馈，可用瞬时极性法判断，反馈使净输入减小为负反馈，使净输入增强为正反馈；
（2）电压反馈还是电流反馈，决定于反馈信号在输出端的取出方式；
（3）串联反馈还是并联反馈，决定于反馈信号与输入信号的叠加方式，以电压方式叠加为串联反馈，以电流方式叠加为并联反馈。
2) 负反馈对放大电路性能的影响
负反馈虽然使放大器的放大倍数降低，但能在多方面改善放大器的动态参数，如稳定放大倍数，改变输入、输出电阻，减小非线性失真和展宽频带等。
负反馈使放大器的放大倍数下降
闭环放大倍数：
式中A是开环放大倍数，F是反馈系数，1+AF称为反馈深度。
注意式中A、F、Af根据反馈类型的不同，其物理意义不同，量纲亦不同。
负反馈提高放大电路的稳定性
式中（dAf/Af ）是闭环放大倍数的相对变化量，（dA/A）是开环放大倍数的相对变化量。
串联负反馈使输入电阻增加：
并联负反馈使输入电阻减小：
B输入，C反相，E跟随
电压负反馈使输出电阻减小：
E输入，C同相
电流负反馈使输出电阻增大：
C输入，不影响本级
负反馈使上限截止频率提高：
使下限截止频率下降：
，从而展宽频带
负反馈还可以减小放大器的非线性失真
3) 深度负反馈电路放大倍数的计算：
深度负反馈时，
，所以闭环放大倍数
注意式中A、F、Af根据反馈类型的不同，其物理意义不同，量纲亦不同。
对于电压串联负反馈，A、F、Af都是电压之比，所以其闭环电压放大倍数为：
3. 实验电路
本次实验以两级阻容的带电压串联负反馈放大电路为例，分析多级放大电路以及引入负反馈后对电路性能的影响，电路参看图1
图1 多级放大与电压串联负反馈电路
RW2的P2端用100Ω电阻连接到地时，电路处于开环状态（切断反馈信号，但保留反馈回路的负载作用），各级的动态参数如下：
第二级放大器：
第一级放大器：
电路构成的两级放大器，其参数为：
RW2的 P2端与P1接通（断开开环时的接地电阻100Ω），RW2引入电压串联负反馈，电路分析如下：
反馈系数：
闭环电压放大倍数Auuf的估算：
深度负反馈时，闭环电压放大倍数Auuf估算：
闭环输入电阻R i f：
闭环输出电阻Ro f：
式中：Ri—开环输入电阻； Ro—开环输出电阻
Au —带负载RL时的开环电压放大倍数
五、基础实验内容
1. 静态工作点调整与测量：
接通12V电源，调节RW1,使ICQ1为 1 mA（即使T1管发射极电压为1V），将各级静态工作点记入表3.2。
表3.2静态工作点
计算值测量值
ICQ（mA）UCEQ(V) ICQ(mA) UBQ(V) UEQ(V) UCQ(V) UCEQ(V) 第一级 1.0
第二级
2. 开环参数的测量
将电路开环（RW2选20kΩ电阻，P2端用100Ω电阻连接到地），接通负载（接通P3、P4），使电路工作在开环、带负载工作状态。
参照实验一中晶体管单管放大器实验中介绍的方法，测量开环情况下，电路的中频电压放大倍数Auu，输入电阻Ri，输出电阻RO。
1) 以f = 1KHz，Us =20 mV的正弦信号（实际信号幅度可根据实际情况选取，方便测量即可）输入放大器，负载RL接通，用示波器监视输出波形Uo，在Uo 不失真的情况下，用数字示波器测量开环情况下Us、Ui、Uo1、Uo，记入表3.3。
2) 断开负载RL，在输出不失真的情况下，测量空载时的Uo' ，记入表3.3
表3.3参数测量数据（RW2=20kΩ）
Us(mV) Ui(mV) Uo1(V) Uo(V) Uo'(V)
开环
闭环
根据实测值，计算电压放大倍数及输入电阻、输出电阻，填入表3.4
表中：
表3.4 放大器动态参数计算（RW2=20kΩ）
理论值实测值
动态参数Au1 Au2 Auu Ri(K) Ro(K) Au1 Au2 Auu Ri(K) Ro(K) 开环
闭环
反馈深度
*3）测量通频带
RW2断开，在带负载且输出不失真的情况下，保持输出电压Uo的值不变，改变信号发生器的输出频率，找出开环情况下的上、下限频率fL和fH ，记入表3.5中。
表3.5通频带测量
注：打*的项目为选做
3. 测量负反馈放大器的各项性能指标：
将RW2（=20 kΩ）的 P2端与P1接通（断开开环时的接地电阻100Ω），使RW2引入负反馈，适当加大输入信号Us（约50mV，实际信号幅度可根据实际情况选取，方便测量即可），在输出波形不失真的情况下，参照开环参数的测量方法，测试闭环参数记入表3.3和表3.5中，如果fHf的值大于1MHz，超过低频信号发生器的输出频率范围，则记为≥1MHz 。
按照同样的办法计算Auuf、Rif、Rof，根据实验结果，计算电路参数填入表3.4
4．观察负反馈对非线性失真的改善：
以下测试应保持RL不变。
1) 将RW2断开，在开环的情况下，输入端加入1KHz的正弦信号，输出端接示波器。
逐渐增大输入信号的幅度，使输出信号出现失真，记下此时的输出波形和输出电压幅度。
2) RW2接通，在闭环的情况下，增大输入信号的幅度，使输出电压的幅度与上面记录的幅度相同，记录输出波形，比较有负反馈时输出电压波形的变化。
5. 深度负反馈
将RW2换成1 kΩ，2 kΩ，分别测量闭环放大倍数，与估算结果比较。
RW2=2 kΩ，将电路中RE21短路，再测量一次闭环放大倍数，与估算结果比较。
表3.6 深度负反馈
六、扩展实验内容
考虑到晶体管的输入电阻比较小，为进一步增大放大电路的输入电阻，考虑将在第一级采用场效应管，设选定场效应管信号为K30A，请设计相应的电路，并测试相关参数。
七、思考题
1. 实验数据分析：表3.4中，多级放大器的放大倍数与理论计算值相符吗？分析可能的误差原因
2. 实验数据分析：表
3.4中，反馈深度︱1＋AF︱等于多少？试分析输入电阻、输出电阻、电压放大倍数的开环参数与闭环参数的关系是否与理论相符，分析可能的误差原因
*3. 实验数据分析：表3.5中闭环带宽与开环带宽是否与理论相符，分析可能的误差原因
4. 实验数据分析：表3.6中，深度负反馈的实测结果与估算值是否相符，分析可能的误差原因，表3.6最后一行的实测值与估算值的差别为何比第二行的小。
5. 如果输入信号存在失真，能否用负反馈改善？。
