3.3负反馈对放大电路性能的影响

3.3负反馈对放大电路性能的影响3.3负反馈对放大电路性能的影响1负反馈使放大倍数下降2负反馈使放大倍数稳定性提高3负反馈使非线性失真减小4负反馈可展宽通频带5负反馈影响输入电阻和输出电阻3.3负反馈对放大电路性能的影响1负反馈对放大性能的影响基本放大电路AodXoX反馈回电路FfXiX+–dooXXAofXXFfidXXX负反馈电路的基本方程3.3负反馈对放大电路性能的影响引入负反馈后的放大倍数dooXXAofXXFfidXXXFAAXXAooioF1Ao开环放大倍数AF闭环放大倍数FAo1反馈深度定义：3.3负反馈对放大电路性能的影响dfXX、同相，所以0||FAo则有：oFAA负反馈使放大倍数下降。FAAAooF1中，dfofdooXXXXXXFA(1)(3)若1FAo称为深度负反馈，此时FAF1在深度负反馈的情况下，放大倍数只与反馈网络有关。3.3负反馈对放大电路性能的影响4.负反馈可展宽通频带通频带：放大电路对不同频率的信号，其放大能力是不一样的，一般情况下，放大电路只适用于放大某个特定频率范围的信号。在这个频率范围内，不仅放大倍数高，而且比较稳定，曲线比较平坦。如图所示的这个范围称为中频，中频对应的放大倍数称为中频放大倍数，用Aum表示。通常说的放大电路的放大倍数就是指这一段频率范围内的放大倍数。当信号频率太高或太低时，放大倍数会大幅度下降。当信号频率下降而使放大倍数下降到中频放大倍数的0.707倍时，这个频率称为下限截止频率，用fl表示。当信号频率升高而使放大倍数下降到中频放大倍数的0.707倍时，这个频率称为上限截止频率，用fH表示。从上限频率fH到下限频率fL之间的频率范围称为通频带，用fBW表示。3.3负反馈对放大电路性能的影响在不同的使用场合，放大器对通频带的要求是不同的。如收音机、电视机的音频放大器对通频带要求较高，至少应在150~6000Hz的范围内；高保真扩音机的通频带就更宽。工业自动控制中应用的低频放大器，只在很窄的频率范围内工作，对通频带没有特别要求。但是在无线电技术中应用的高频、小频放大器对通频带的要求就很高，往往需要在电路上采取展宽通频带的措施，常用的有基极补偿、集电极补偿、发射极补偿或负反馈补偿法等。3.3负反馈对放大电路性能的影响FAAAooF1FAAAdAAdoooFF11(2)引入负反馈使电路放大倍数的稳定性提高。3.3负反馈对放大电路性能的影响4.3.3减小非线性失真由于放大电路中存在着三极管等非线性器件，所以，即使输入的是正弦波，输出也不是正弦波，产生了波形失真，如图4.9（a）所示。输入的正弦波在输出端输出时，变成了正半周幅度大、负半周幅度小的失真波形。3.3负反馈对放大电路性能的影响4.3.3减小非线性失真由于放大电路中存在着三极管等非线性器件，所以，即使输入的是正弦波，输出也不是正弦波，产生了波形失真，如图4.9（a）所示。输入的正弦波在输出端输出时，变成了正半周幅度大、负半周幅度小的失真波形。3.3负反馈对放大电路性能的影响二、改善波形的失真Aouiuo加反馈前加反馈后ufuiudAoF+–改善uouo3.3负反馈对放大电路性能的影响Att大小XiXo(a)At大小tXiXoFXfXi′(b)＋t大小t大小图无负反馈；(b)有负反馈3.3负反馈对放大电路性能的影响引入负反馈后，输出端的失真波形反馈到输入端，与输入信号相减，使净输入信号幅度成为正半周小负半周大的波形。这个波形被放大输出后，正负半周幅度的不对称程度减小，非线性失真得到减小，如图4.9（b）所示。注意，负反馈只能减小放大器自身的非线性失真，对输入信号本身的失真，负反馈放大器无法克服。3.3负反馈对放大电路性能的影响三、对输入、输出电阻的影响1.串联负反馈使电路的输入电阻增加：ioifrFAr)1(2.并联负反馈使电路的输入电阻减小：)1(FArroiif例如:射极输出器理解：串联负反馈相当于在输入回路中串联了一个电阻，故输入电阻增加。理解：并联负反馈相当于在输入回路中并联了一条支路，故输入电阻减小。3.3负反馈对放大电路性能的影响3.电压负反馈使电路的输出电阻减小：)1(FArrooof例如:射极输出器理解：电压负反馈目的是阻止uo的变化，稳定输出电压。放大电路空载时可等效右图框中为电压源：输出电阻越小，输出电压越稳定，反之亦然。roesouoRL3.3负反馈对放大电路性能的影响理解：电流负反馈目的是阻止io的变化，稳定输出电流。放大电路空载时可等效为右图框中电流源：输出电阻越大，输出电流越稳定，反之亦然。4.电流负反馈使电路的输出电阻增加：ooofr)FA(r1roisoioRL3.3负反馈对放大电路性能的影响四、对通频带的影响引入负反馈使电路的通频带宽度增加：oofBFAB)1(fABoAoAFBF3.3负反馈对放大电路性能的影响小结：1、直流负反馈可以稳定直流工作点；交流负反馈可以改善放大电路的性能。2、电压负反馈可以稳定输出电压、减小输出电阻；电流负反馈可稳定输出电流，增大输出电阻。3、串联负反馈可增大输入电阻，要求信号源为恒压源；并联负反馈减小输入电阻，要求信号源为恒流源。4、负反馈只能减小自身产生的波形失真和噪声。5、负反馈虽然降低了放大倍数，但使放大倍数更稳定，且通频带展宽了。3.3负反馈对放大电路性能的影响4.3.2展宽频带在放大器的低频端，由于耦合电容阻抗增大等原因，使放大器放大倍数下降；在高频端，由于分布电容、三极管极间电容的容抗减小等原因，使放大器放大倍数下降。引入负反馈以后，当高、低频端的放大倍数下降时，反馈信号跟着减小，对输入信号的削弱作用减弱，使放大倍数的下降变得缓慢，因而通频带展宽，如图4.8所示。图中A和Af分别表示负反馈引入前后的放大倍数，Af和fH分别表示负反馈引入前的下限频率和上限频率，fLF和fHF分别表示引入负反馈后的下限频率和上限频率。3.3负反馈对放大电路性能的影响A.0.707A0.707AffLFfLfHfHFAfAf图4.8负反馈展宽频带3.3负反馈对放大电路性能的影响根据分析，引入负反馈后，放大器下限频率由无负反馈时的fL下降为fL/（1+AF），而上限频率由没有负反馈时的fH上升到（1+AF）fH。放大器的通频带得到展宽，展宽后的频带约是未引入负反馈时的（1+AF）倍。3.3负反馈对放大电路性能的影响4.3.4对放大器输入、输出电阻的影响设基本放大器的输入、输出电阻分别为ri、ro，负反馈放大器的输入、输出电阻分别为rif、rof。1.1）由于负反馈网络与基本放大器串联，故使放大器的输入电阻增大。根据推算，串联负反馈时，rif=（1+AF）ri。3.3负反馈对放大电路性能的影响2）由于负反馈网络与基本放大器并联，使得放大器的输入电阻减小。根据推算，并联负反馈时，rif=ri/（1+AF）。3.3负反馈对放大电路性能的影响2.1）由于负反馈网络与基本放大器并联，使得放大器的输出电阻减小。根据推算，并联负反馈时，rof=ro/(1+AF)。2)由于负反馈网络与基本放大器串联，使得放大器的输出电阻增大。增大情况与具体电路有关。3.3负反馈对放大电路性能的影响4.4深度负反馈电路电压放大倍数的估算对于负反馈放大电路的严格计算，本书限于篇幅，不作讨论。清华大学童诗白教授的《模拟电子技术基础》一书中有很好的讲解，深入浅出，难度不大。要掌握这部分内容，请读者阅读该书相关章节。对于1+AF1的深度负反馈放大器来说，由于1+AF≈AF，所以有Af=A/(1+AF)≈A/AF≈1/F。3.3负反馈对放大电路性能的影响根据Af和F的上述关系，可以先找出反馈系数F，再算出Af。实际中需要计算的往往是电压放大倍数。而用上述关系计算出来的Af，除电压串联负反馈电路的Af表示电压放大倍数之外，其它组态电路的Af都不是电压放大倍数。要得到电压放大倍数，还要经过换算。下面从另一角度出发，介绍一种粗略估算深度负反馈电路的电压放大倍数的方法。Af≈1/F=Xo/Xi，所以Xi=FXo=(Xf/Xo)Xo=Xf。这样，在串联负反馈电路里，Uf≈Ui，U′i≈0。3.3负反馈对放大电路性能的影响而在并联负反馈电路里，If≈Ii，I′i≈0。同时，深度并联负反馈电路的输入电阻近似为0，故Ui≈U′i≈0。在这种假设情况下，用近似方法无法计算放大器本身的电压放大倍数。但是，由于整个电路的输入电流Ii≈Ii=(US-Ui)/RS≈US/RS。US和RS为信号源电压和内阻。利用这个关系，可以粗略计算出输出电压Uo相对于信号源电压US的放大倍数Aufs，Aufs=Uo/US。3.3负反馈对放大电路性能的影响4.3负反馈对放大电路性能的改善•提高增益的稳定性•减少非线性失真•扩展频带•对输入电阻和输出电阻的影响•为改善性能引入负反馈的一般原则