05负反馈放大电路

返回＞＞第五章负反馈放大电路§1反馈的基本概念一、反馈的定义所谓反馈就是把放大器的输出量(电压或电流)的一部分或全部，通过一定的方式送到放大器的输入端的过程。可用以下方框图表示。图中，上面一个方框表示基本放大器，下面一个方框表示能够把输出信号的一部分送回到输入端的电路，称为反馈网络；箭头线表示信号的传输方向；符号表示信号叠加；Xi称为输入信号，它由前级电路提供；Xf称为反馈信号，它是由反馈网络送回到输入端的信号；'iX称作净输入信号或有效控制信号；“＋”和“－”表示Xi和Xf参与叠加时的规定正方向，即'ifiXXX；Xo称为输出信号。通常，把输出信号的一部分取出的过程称作“取样”；把Xi与Xf叠加的过程叫做“比较”。引入反馈后，按照信号的传输方向，基本放大器和反馈网络构成一个闭合环路，所以有时把引入了负反馈的放大器叫闭环放大器，而未引入反馈的放大器叫开环放大器。定义：开环放大倍数'ioXXA反馈系数ofXXF闭环放大倍数iofXXA因为：'''iifiiFAXXXXX和'ioAXX所以：FAAFAXXAXXXAiiiiof1'''上式是反馈放大器的基本关系式，它是分析反馈问题的基础。其中1＋AF叫反馈深度，用其表征反馈的强弱。二、反馈类型及判定1.电压反馈与电流反馈按取样方式划分，反馈可分为电压反馈和电流反馈。⑴电压反馈反馈信号取自输出电压，即Xf正比于输出电压，Xf反映的是输出电压的变化，所以称之为电压反馈。这种情况下，基本放大器、反馈网络、负载三者在取样端是并联连接。⑵电流反馈反馈信号取自输出电流，正比于输出电流，反映的是输出电流的变化，所以称之为电流反馈。在这种情况下，基本放大器、反馈网络、负载三者是串联连接。⑶电压反馈和电流反馈的判定在确定有反馈的情况下，则不是电压反馈就是电流反馈。所以只要判定是否是电压反馈或者是否是电流反馈即可，通常判定是否是电压反馈较容易。判定方法之一：输出短路法将放大器的输出端对交流短路，若其反馈信号随之消失，则为电压反馈，否则为电流反馈。判定方法之二：按电路结构判定在交流通路中，若放大器的输出端和反馈网络的取样端处在同一个放大器件的同一个电极上，则为电压反馈；否则是电流反馈。2.串联反馈与并联反馈按比较方式划分，可分为串联反馈和并联反馈。⑴串联反馈对交流信号而言，输入信号、基本放大器、反馈网络三者在比较端是串联连接，则称为串联反馈。即输入信号与反馈信号在输入端串联连接。串联反馈要求信号源趋近于恒压源，若信号源是恒流源，则串联反馈无效。在串联反馈电路中，反馈信号和原始输入信号以电压的形式进行叠加，产生净输入电压信号，即fiiUUU'。⑵并联反馈对交流信号而言，输入信号、基本放大器、反馈网络三者在比较端是并联连接，则称为并联反馈。即输入信号与反馈信号在输入端并联连接。并联反馈要求信号源趋近于恒流源，若信号源是恒压源，则并联反馈无效。在并联反馈电路中，反馈信号和原始输入信号以电流的形式进行叠加，产生净输入电流信号，即fiiIII'。⑶串联反馈和并联反馈的判定方法之一：对于交流分量而言，若信号源的输出端和反馈网络的比较端接于同一个放大器件的同一个电极上，则为并联反馈；否则为串联反馈。方法之二：交流短路法，将信号源的交流短，如果反馈信号依然能加到基本放大器中，则为串联反馈，否则为并联反馈。3.直流反馈和交流反馈按反馈信号的频率分，可以分为直流反馈和交流反馈。⑴直流反馈若反馈信号中只含直流成分称为直流反馈。即反馈环路中直流分量可以流通。直流反馈主要用于稳定静态工作点。⑵交流反馈若反馈信号中只含交流成分，则称为交流反馈。即反馈环路中交流分量可通过。交流负反馈主要用来改善放大器的性能；交流正反馈主要用来产生振荡。若反馈环路内，直流分量和交流分量均可流通，则该反馈既可以产生直流反馈又可以产生交流反馈。交流和直流反馈的判定，只要看反馈网络能否通过交流和直流就可判定。4.负反馈和正反馈按反馈极性分，可分为负反馈和正反馈。若反馈信号使净输入信号减弱，则为负反馈，若反馈信号使净输入信号加强，则为正反馈。负反馈多用于改善放大器的性能；正反馈多用于振荡电路。反馈极性的判定：瞬时极性法：①假定放大电路输入的正弦信号处于某一瞬时极性(用－、＋号表示瞬时极性的正、负或代表该点瞬时信号变化的升高或降低)，然后按照先放大、后反馈的正向传输顺序，逐级推出电路中有关各点的瞬时极性。②反馈网络一般为线性电阻网络，其输入、输出端信号的瞬时极性相同。③最后判断反馈到输入回路信号的瞬时极性是增强还是减弱原输入信号(或净输入信号)，增强者为正反馈，减弱者则为负反馈。三、负反馈放大器的四种基本组态综上所述，按照取样和比较方式，负反馈放大器可分为串联电压负反馈、并联电压负反馈、串联电流负反馈和并联电流负反馈四种基本组态。在反馈放大器中，放大器的输出信号有输出电压和输出电流两种形式，被取样的输出信号是其中之一。电压反馈被取样的是输出电压，电流反馈被取样的是输出电流。另一方面，只要是串联反馈，其反馈信号一定以电压的形式与原始输入电压进行比较，产生净输入电压，反馈电流与原始输入电流并不进行比较。只要是并联反馈，其反馈信号一定以电流的形式与原输入电流进行比较，产生净输入电流。而反馈电压和原始输入电压并不进行比较。所以，为了使闭环增益Af与开环增益A满足Af=A/(1+FA)的关系，应作如下约定：号参与比较的原始输入信被取样的输出信号闭环增益fA号比较后产生的净输入信被取样的输出信号开环增益A被取样的输出信号反馈信号反馈系数F1．1．串联电压负反馈uioAUU'号比较后产生的净输入信被取样的输出信号开环放大倍数Au无量纲，称为开环电压放大倍数。uofFUU被取样的输出信号反馈信号反馈系数Fu无量纲，称作电压反馈系数。ioUU号参与比较的原始输入信被取样的输出信号闭环放大倍数ufuuuiuuiiufioioAAFAUAFUUAUUUUU1''''Auf无量纲，称为闭环电压放大倍数。2．串联电流负反馈gioioAUIXX''比较后产生的被取样的开环放大倍数Ag量纲是电导，称为开环互导放大倍数。rofofFIUXX被取样的反馈信号反馈系数Fr量纲为电阻，称为互阻反馈系数gfgrgioioAAFAUIXX1参与比较的被取样的闭环放大倍数Agf量纲为电导，称为闭环互导电压放大倍数。3．并联电压负反馈rioioAIUXX''比较后产生的被取样的开环放大倍数Ar量纲是电阻，称为开环互阻放大倍数。gofofFUIXX被取样的反馈信号反馈系数Fg量纲为电导，称为互导反馈系数rfrgrioioAAFAIUXX1参与比较的被取样的闭环放大倍数Arf量纲为电阻，称为闭环互阻放大倍数。4．并联电流负反馈iioioAIIXX''比较后产生的被取样的开环放大倍数Ai无量纲，称为开环电流放大倍数。iofofFIIXX被取样的反馈信号反馈系数Fi无量纲，称为电流反馈系数ifiiiioioAAFAIIXX1参与比较的被取样的闭环放大倍数Aif无量纲，称为闭环电流放大倍数。四种不同组态的反馈放大电路，能够写成Af=A/(1+FA)形式的闭环放大倍数的含义各不相同，有电压放大倍数、电流放大倍数、互导放大倍数、互阻放大倍数。不可都认为是电压放大倍数反馈方式串联电压型并联电压型串联电流型并联电流型被取样的输出信号XoUoUoIoIo参与比较的输入量Xi、Xf、Xi'Ui、Uf、Ui'Ii、If、Ii'Ui、Uf、Ui'Ii、If、Ii'开环放大倍数'ioXXA'iouUUA'iorIUA'iogUIA'ioiIIA反馈系数ofXXFofuUUFofgUIFofrIUFofiIIF闭环放大倍数AFAXXAiof1uuuufAFAA1rgrrfAFAA1grggfAFAA1iiiifAFAA1对Rs的要求小大小大对RL的要求大大小小§2负反馈对放大器性能的影响一、使放大器的放大倍数下降根据负反馈的定义，负反馈总是使净输入信号减弱，所以对负反馈放大器而言，必有AAXXXXXXfioioii即，所以''FAAAf1可见，闭环放大倍数Af是开环放大倍数A的(1+FA)分之一。二、稳定被取样的输出信号因为反馈信号只与被取样的输出信号成正比。所以反馈信号只能反映被取样的输出信号的变化，因而也只能对被取样的输出信号起到调节作用。1．电压负反馈电压反馈，被取样有输出信号是输出电压，所以凡是电压反馈，必然能稳定输出电压Uo。2．电流负反馈电流反馈，被取样有输出信号是输出电流，所以凡是电流反馈，必然能稳定输出电流Io。三、使放大倍数的稳定性提高放大倍数的稳定性用其相对变化量来表示，用A1和A2分别表示开环放大倍数变化前和变化后的值；Af1和Af2表示闭环放大倍数变化前和变化后的值。则△A/A1和△Af/Af1就分别表示开环和闭环放大倍数的稳定程度。)1)(1()1)(1(11222212112212FAFAAFAFAAAFAAFAAAAAfff121221111)1)(1()1(AAFAAFAFAFAAAAff当△A→0，AdAFAAdAff11可见，引入负反馈后，放大倍数的稳定性提高了(1+FA)倍。四、可以展宽通频带由于负反馈可以提高放大倍数的稳定性，所以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。由于在低频区和高频区，旁路电容、耦合电容、分布电容和晶体管的结电容的影响不能同时忽略，所以公式中的各个量均为复数。AFAAf1hmhffjAA1当反馈系数F不随频率变化时(如反馈网络为纯电阻时)，引入负反馈的高频特性为。hmmhmhmhffjfFAAfjfAFfjfAAFAA/1)]/1/([1)/1/(1])1/([1])1/([1)1/(hmmfhmmmfFAfjAfFAfjFAAhmhffFAf)1(同理可以求得：lmlffFAf11lhbwffflfhfbwffff当lhff时，hlhbwffffbwmhmhflfhfbwffFAfFAffff)1()1(该式表明，引入负反馈后，可使通频带展宽约(1+FAm)倍。当然这是以牺牲中频放大倍数为代价的。五、对输入电阻的影响负反馈对输入电阻的影响，只与比较方式有关，而与取样方式无关。1、1、串联负反馈使输入电阻提高右图中串联负反馈的方框图，由图和定义可得：开环输入电阻：iiiIUr'闭环输入电阻：iiiiiiioiifiiiifrFAIUFAIFAUUIFUUIUUIUr)1()1('''''可见，引入串联负反馈后，输入电阻可以提高(1+FA)倍。但是，当考虑偏置电阻Rb时，闭环电阻应为rif//Rb，故输入电阻的提高，受到偏置电阻的限制。2、并联负反馈使输入电阻减小'iiiIUriiiiiifiiiiifrFAIUFAFAIIUIIUIUr1111''''可见，引入并联负反馈后，输入电阻减小为开环输入电阻的1/(1+FA)。六、对输出电阻的影响负反馈对输出电阻的影响，只与取样方式有关，而与比较方式无关。1．电压负反馈使输出电阻减小将放大电路输出端用电压源等效，ro为无反馈放大器的输出电阻。按照求输出电阻的方法，令输入信号为0，在输出端外加电压'oU，则无论是串联反馈还是并联反馈，fiXX'均成立。故放大器的输出电压为：FAUAXAXofi''ooooooioorFAUrFAUUrAXUI)1(''''''AFrIUroooof1''可见引入电压负反馈后可使输出电阻减小到ro/(1+FA)2．电流负反馈使输出电阻增大将放大器输出端用电流源等效，令输入信号为0，在输出端外加电压，则fiXX'，于是有ooiorUAXI'''而'