放大电路的负反馈详细解析

来源:网络整理 作者:2017年05月09日 15:21
[导读] 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。
关键词:放大电路

  放大电路负反馈的特点

  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:负反馈放大电路原理负反馈放大电路原理

所以求导得:放大电路

即:放大电路原理

  放大电路原理

  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

  放大电路的负反馈详细解析

  (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:

  负反馈放大电路

  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:

  负反馈放大电路

  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。

  (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。

  六、 深度负反馈的特点

  1、串联负反馈的估算条件

  反馈深度(1+AF)》》1的负反馈,称为深度负反馈。通常,只要是多级负反馈放大电路,都可以认为是深度负反馈。

    .此时有:负反馈放大电路

因为:负反馈放大电路负反馈放大电路

所以: xi≈xf

  估算条件:

  (1)对于深度串联负反馈有:ui≈uf (称之为“虚短” )

  (2)由于串联负反馈的闭环输入电阻增大,在深度负反馈条件下:ii≈0(称之为“虚断” )

  2、并联负反馈的估算条件

  因为深度负反馈有:xi≈xf

  (1)对于深度并联负反馈有:ii≈if(或称之为“虚断”)

  (2)并联负反馈的闭环输入电阻减小,在深度负反馈条件下: ui ≈0 (称之为“虚短” )

  七、深度负反馈放大倍数的估算

  例1 估算图2所示反馈放大电路的电压放大倍数Auf。

  放大电路的负反馈详细解析

  (a) (b)

  图2 电压串联负反馈电路和电流串联负反馈电路

  解:(1)在图2(a)所示放大电路中,可以判断Rf构成越级电压串联负反馈,因而可认为是深度负反馈,即有ui≈uf。。因而其反馈系数为:

  负反馈放大电路

  所以闭环电压放大倍数为:

  负反馈放大电路

  另外,从电路结构上可以认为,反馈电压是输出电压经电阻Rf和Re1串联分压后得到的,所以:

  负反馈放大电路

  仍可得:

  负反馈放大电路

  (2)在图2(b)所示放大电路中,可以判断

  

  构成电流串联负反馈。所以在深度负反馈条件下,有ui≈uf。因为uf= ie&TImes;负反馈放大电路

  

  ,uo=-io&TImes;Rc≈ie&TImes;Rc,所以其反馈系数为:

  负反馈放大电路原理g

  所以闭环电压放大倍数为:负反馈放大电路原理

  

  例2 估算图3所示反馈放大电路的源电压放大倍数Ausf。

  放大电路的负反馈详细解析

  (a)              (b)

  图3 电压并联负反馈电路和电流并联负反馈电路

解:(1)在图3(a)所示放大电路中,Rb构成电压并联负反馈。在深度负反馈条件下,由式(4—16)可知ii≈if(负反馈放大电路原理或——虚断),而且还有ui≈0(虚短)。

由图3(a)的输入回路可得:

负反馈放大电路原理图片1.png

所以,闭环源电压放大倍数为:

负反馈放大电路原理

(2)在图3(b)所示放大电路中,Rf构成越级电压并联负反馈。在深度负反馈条件下,ii≈if(虚断),并且有ui≈0(虚短),所以有:

负反馈放大电路原理
负反馈放大电路原理

又从图3(b)的输出端可知:

负反馈放大电路原理

所以闭环源电压放大倍数为:

负反馈放大电路原理

从以上分析过程可以看到,在深度负反馈条件下,放大倍数仅由一些电阻来决定,几乎与放大电路无关。若不是深度负反馈,则用上述方法计算出来的结果误差较大,此时应采用其他方法分析。

放大电路负反馈的判断

一、反馈回路的判断电路的放大部分就是晶体管或运算放大器的基本电路。而反馈是把放大电路输出端信号的一部分或全部引回到输入端的电路,则反馈回路就应该是从放大电路的输出端引回到输入端的一条回路。这条回路通常是由电阻和电容构成。寻找这条回路时,要特别注意不能直接经过电源端和接地端,这是初学者最容易犯的问题。例如图5如果只考虑极间反馈则放大通路是由T1的基极到T1的集电极再经过T2的基极到T2的集电极;而反馈回路是由T2的集电极经Rf至T1的发射极。反馈信号uf=ve1影响净输入电压信号ube1。

放大电路的负反馈详细解析

图4 电压串联负反馈

二、交直流的判断

根据电容“隔直通交”的特点,我们可以判断出反馈的交直流特性。如果反馈回路中有电容接地,则为直流反馈,其作用为稳定静态工作点;如果回路中串连电容,则为交流反馈,改善放大电路的动态特性;如果反馈回路中只有电阻或只有导线,则反馈为交直流共存。

图1种的反馈即为交直流共存。

三、正负反馈的判断正负反馈的判断使用瞬时极性法。

瞬时极性是一种假设的状态,它假设在放大电路的输入端引入一瞬时增加的信号。这个信号通过放大电路和反馈回路回到输入端。反馈回来的信号如果使引入的信号增加则为正反馈,否则为负反馈。在这一步要搞清楚放大电路的组态,是共发射极、共集电极还是共基极放大。每一种组态放大电路的信号输入点和输出点都不一样,其瞬时极性也不一样。如图5所示。相位差180°则瞬时极性相反,相位差0°则瞬时极性相同。运算放大器电路也同样存在反馈问题。运算放大器的输出端和同相输入端的瞬时极性相同,和反相输入端的瞬时极性相反。

电路类型

输入极

公共极

输出极

相位差

共发射极放大电路

基极

发射极

集电极

180°

共集电极放大电路

基极

集电极

发射极

0°

共基极放大电路

发射极

基极

集电极

0°

表2 不同组态放大电路的相位差

依据以上瞬时极性判别方法,从放大电路的输入端开始用瞬时极性标识,沿放大电路、反馈回路再回到输入端。这时再依据负反馈总是减弱净输入信号,正反馈总是增强净输入信号的原则判断出反馈的正负。

在晶体管放大电路中,若反馈信号回到输入极的瞬时极性与原处的瞬时极性相同则为正反馈,相反则为负反馈。其中注意共发射极放大电路的反馈有时回到公共极——发射极,此时反馈回到发射极的瞬时极性与基极的瞬时极性相同则为负反馈,相反则为正反馈。图4中的瞬时极性判断顺序如下:T1基极(+)→T1集电极(-)→T2基极(-)→T2集电极(+)→经Rf至T1发射极(+),此时反馈回到发射极的瞬时极性与基极的瞬时极性相同所以电路为负反馈。在运算放大器反馈电路中,若反馈回来的瞬时极性与同一端的原瞬时极性相同则为正反馈,相反则为负反馈;若反馈回来的瞬时极性与另一端的原瞬时极性相同则为负反馈,相反则为正反馈。

四、反馈类型的判断

反馈类型是特指电路中交流负反馈的类型,所以只有判断电路中存在交流负反馈才判断反馈的类型。反馈是取出输出信号(电压或电流)的全部或一部分送回到输入端并以某种形式(电压或电流)影响输入信号。所以反馈依据取自输出信号的形式的不同分为电压反馈和电流反馈。依据它影响输入信号的形式分为串联反馈和并联反馈。

放大电路的负反馈详细解析

图5 电流并联负反馈

(1)串联并联的判断

反馈的串并联类型是指反馈信号影响输入信号的方式即在输入端的连接方式。串联反馈是指净输入电压和反馈电压在输入回路中的连接形式为串联,如图1中的净输入电压信号ube1和反馈信号uf=ue1;而并联反馈是指的净输入电流和反馈电流在输入回路中并联,如图4中的净输入电流ib1和if的连接形式。综合一下就是反馈信号如果引回到输入回路的发射极即为串联反馈,引回到基极即为并联反馈。而在运算放大器负反馈电路中,反馈引回到输入另一端则为串联反馈如图6,图中uD与uF串联连接;如果引回到输入另一端则为串联反馈如图7,图中iD与iF并联连接。

放大电路的负反馈详细解析
放大电路的负反馈详细解析

图6 电压串联负反馈 

图7 电流并联负反馈

(2)电压电流的判断

电压电流反馈是指反馈信号取自输出信号(电压或电流)的形式。电压反馈以图6为例,反馈电压uF是经R1、R2组成的分压器由输出电压uO取样得来。反馈电压是输出电压的一部分,故是电压反馈。在判断电压反馈时,可以采用一种简便的方法,即根据电压反馈的定义——反馈信号与输出电压成比例,设想将放大电路的负载RL两端短路,短路后如使uF=0(或IF=0),就是电压反馈。

电流反馈以图7为例, 图中反馈电流iF为电阻R1和R2对输出电流iO的分流,所以是电流反馈。另一种简便方法就是将负载RL开路(RL=∞),致使iO=0,从而使iF=0,即由输出引起的反馈信号消失了,从而确定为电流反馈。

电压并联负反馈

电压并联负反馈的电路如图8所示。因反馈信号与输入信号在一点相加,为并联反馈。根据瞬时极性法判断,为负反馈,且为电压负反馈。因为并联反馈,在输入端采用电流相加减。即。

放大电路的负反馈详细解析

图8 电压并联负反馈

负反馈放大电路原理

负反馈放大电路原理具有电阻的量纲

负反馈放大电路原理具有电阻的量纲

负反馈放大电路原理

负反馈放大电路原理具有电导的量纲

负反馈放大电路原理负反馈放大电路原理

负反馈放大电路原理称为互阻增益,负反馈放大电路原理称为互导反馈系数,负反馈放大电路原理相乘无量纲。对于深度负反馈,互阻增益为

负反馈放大电路原理

而电压增益为:负反馈放大电路原理

  电压串联负反馈

  放大电路的负反馈详细解析

  (a)分立元件放大电路 (b)集成运放放大电路

  图9 电压串联负反馈

  (1) 判断方法

  对图9(a)所示电路,根据瞬时极性法判断,经Rf加在发射极E1上的反馈电压为‘+’,与输入电压极性相同,且加在输入回路的两点,故为串联负反馈。反馈信号与输出电压成比例,是电压反馈。后级对前级的这一反馈是交流反馈,同时Re1上还有第一级本身的负反馈,这将在下面分析。

  对图(b),因输入信号和反馈信号加在运放的两个输入端,故为串联反馈,根据瞬时极性判断是负反馈,且为电压负反馈。结论是交直流串联电压负反馈。

  电流串联负反馈

  电流串联负反馈电路如图7-7所示。图10 (a)是基本放大电路将Ce去掉而构成,

  图10 (b)是由集成运放构成。

  对图10 (a),反馈电压从Re上取出,根据瞬时极性和反馈电压接入方式,可判断为串联负反馈。因输出电压短路,反馈电压仍然存在,故为串联电流负反馈。

  放大电路的负反馈详细解析

  (a) (b)

  图10 电流串联负反馈

图10 电流串联负反馈

对图10(b)的电路,求其互导增益

负反馈放大电路原理

于是1/R ,这里忽略了Rf的分流作用。电压增益为

负反馈放大电路原理

电流并联负反馈

电流并联负反馈的电路如图11(a)、(b)所示。对于图(a)电路,反馈节点与输入点相同,所以是电流并联负反馈。对于图(b)电路,也为电流并联负反馈。

放大电路的负反馈详细解析

                      (a)                                    (b)

图11 并联电流负反馈

电流反馈系数是负反馈放大电路原理,以图11(b)为例

负反馈放大电路原理

电流放大倍数

负反馈放大电路原理

显然,电流放大倍数基本上只与外电路的参数有关,与运放内部参数无关。电压放大倍数为

负反馈放大电路原理

推荐阅读

发表评论

elecfans网友

分享到:

用户评论(0