负反馈对放大器性能的影响

5.2负反馈对放大器性能的影响5.4深度负反馈5.3负反馈放大器的性能分析5.1反馈放大器的基本概念第五章放大器中的负反馈5.5负反馈放大器的稳定性5.1反馈放大器的基本概念5.1.1反馈放大器的组成将放大器输出信号的一部分或全部，通过反馈网络回送到电路输入端，并对输入信号进行调整，所形成的闭合回路即反馈放大器。反馈放大器组成框图基本放大器A反馈网络kfxoxixixf净输入信号fiixxx输入信号反馈信号输出信号反馈放大器增益一般表达式基本放大器A反馈网络kfxoxixixfiof/xxA开环增益io/xxA反馈系数off/xxk闭环增益fioxxxFAAkAf1xxxx/1/fo反馈深度f1AkFT1环路增益ff/AkxxT反馈深度F（或环路增益T）是衡量反馈强弱的一项重要指标。其值直接影响电路性能。反馈极性fiixxx由于净输入信号若xf削弱了xi，使xixi负反馈若xf增强了xi，使xixi正反馈说明负反馈具有自动调整作用，可改善放大器性能。例：某原因oxfx)(fiixxxox正反馈使放大器工作不稳定，多用于振荡器中。负反馈的自动调整作用是以牺牲增益为代价的。5.1.2四种类型负反馈放大器根据输出端连接方式电压反馈AkfRL+-voxixfxi在输出端，凡反馈网络与基本放大器并接，反馈信号取自负载上输出电压的反馈称为电压反馈。输出量xo=voxixfxiAkfRLio在输出端，凡反馈网络与基本放大器串接，反馈信号取自负载中输出电流的反馈称为电流反馈。电流反馈输出量xo=io根据输入端连接方式串联反馈在输入端，反馈网络与基本放大器串接，反馈信号以电压vf的形式出现，并在输入端进行电压比较，即vi=vi-vf。在输入端，反馈网络与基本放大器并接，反馈信号以电流if的形式出现，并在输入端进行电流比较，即ii=ii-if。并联反馈AkfRS+-vs+-vivfvi+-+-xoAkfRSiSiiifiixo四种类型负反馈放大器增益表达式AvkfvRS+-vs+-vivfvi+-+-RL+-voArkfgRL+-voRSiSiiifii电压串联负反馈io/vvAv开环电压增益电压反馈系数offv/vvk闭环电压增益)1/(ffvvvvkAAA电压并联负反馈io/ivAr开环互阻增益互导反馈系数offg/vik闭环互阻增益)1/(fgfkAAArrrAgkfrRLioRS+-vs+-vivfvi+-+-RSiSiiifiiAikfiRLio电流串联负反馈io/viAg开环互导增益互阻反馈系数off/ivkr闭环互导增益)1/(ffrgggkAAA电流并联负反馈io/iiAi开环电流增益电流反馈系数off/iiki闭环互阻增益)1/(ffiiiikAAA注意：不同反馈类型对应不同输入、输出电量，因此不同类型反馈电路的A、kf、Af含义不同。Akfxoxixfxi5.1.2反馈极性与类型的判别判断是否为反馈电路看电路输出与输入之间是否接有元件，若有则为反馈电路，该元件即为反馈元件。viVCCRCvo+-+-RERB1RB2viVCCRCRfvo例1Rf为反馈元件。例2RE为反馈元件。判断反馈类型—采用短路法假设输出端交流短路，若反馈信号消失，则为电压反馈；反之为电流反馈。判断电压与电流反馈判断串联与并联反馈假设输入端交流短路，若反馈作用消失，则为并联反馈；反之为串联反馈。AvkfvRS+-vs+-vivfvi+-+-RL+-voRSiSiiifiiAikfiRLio判断反馈极性—采用瞬时极性法Akfxoxixfxi设vi瞬时极性为用正负号表示电路中各点电压的瞬时极性，或用箭头表示各节点电流瞬时流向的方法称瞬时极性法。比较xf与xi的极性（xi=xi-xf）若xf与xi同相，使xi减小的，为负反馈；若xf与xi反相，使xi增大的，为正反馈。经A判断vo？？经kf判断xf？？说明用瞬时极性法比较xf与xi极性时：若是并联反馈：则需根据电压的瞬时极性，标出相关支路的电流流向，然后用电流进行比较（ii=ii-if）。若是串联反馈：则直接用电压进行比较（vi=vi-vf）。按交、直流性质分：直流反馈：交流反馈：反馈信号为直流量，用于稳定电路静态工作点。反馈信号为交流量，用于改善放大器动态性能。多级放大器中的反馈：局部反馈：越级反馈：反馈由本级输出信号产生，可忽略。输出信号跨越一个以上放大级向输入端传送的称为级间（或越级）反馈。例1判断电路的反馈极性和反馈类型。假设输出端交流短路，Rf引入的反馈消失电压反馈。假设输入端交流短路，Rf的反馈作用消失并联反馈。分析：viVCCRCRfvo+-+-RfRf→则vc为○-假设vi瞬时极性为○+○+○-→形成的if方向如图示。iiifib因净输入电流ib=ii-ifii负反馈。结论：Rf引入电压并联负反馈viRCvo+-+-viVCCRCvo+-+-RERB1RB2例2判断图示电路的反馈极性和反馈类型。假设输出端交流短路，RE上的反馈依然存在电流反馈。假设输入端交流短路，RE上的反馈没有消失串联反馈。分析：假设vi瞬时极性为○+因净输入电压vbe=vi-vfvi负反馈。结论：RE引入电流串联负反馈viRCvo+-+-RERB1RB2○+→则ve（即vf）极性为○+○+例3判断下列电路的反馈极性和反馈类型。viVCCRC1vo+-+-RE1RBRC2RE2RfviVCCRC1vo+-+-RE1RBRC2RE2Rf-+AR1Rf+-vsvo-+AR1Rf+-vsvo○+○-○-电流并联负反馈电流串联正反馈○+○-○-○-○+○-电压并联负反馈电压串联负反馈○+○+○+viVCCRC1voVEERfRE2R1RC2RC3RsT1T2T3例4判断下列电路的反馈极性和反馈类型。viVCCRC1voVEERER1RC2RC3RST1T2T3Rf○+○-○-○+○+○+电流串联负反馈○+电流并联负反馈viVCCRD1vo+-+-RS1RGRD2RS2RfviVCCRD1vo+-+-RS1RGRD2RS2Rf例4判断下列电路的反馈极性和反馈类型。○+○+○+○+○-电压并联正反馈○-○+电压串联负反馈5.2.1降低增益5.2负反馈对放大器性能的影响反馈越深，电路增益越小。FAAkAAff1由得知：SfSSfs1FAkAAAS注：当取源增益时，上式依然成立，即5.2.2减小增益灵敏度（或提高增益稳定性）AAAAAAAAAAAASAAffffff//f定义ff11AkAA由2ff)1(1AkAA得FAkSAA111ff(2)(1)得----(1)----(2)反馈越深，增益灵敏度越小。5.2.3改变输入、输出电阻输入电阻串联反馈+-AkfRiRsvs+-+-vfvi+-viiixoiiifivRifiiiAkvvFRAkivifii)1(iii/ivR基放输入电阻fif/AkvvT环路增益反馈电路输入电阻：ifiivv引入串联反馈，反馈越深，输入电阻越大。结论并联反馈iiifivR反馈电路输入电阻：引入并联反馈，反馈越深，输入电阻越小。结论AkfRiRsisifii+-viiixo基放输入电阻iiiivR环路增益fifAkiiTfiiiAkiivFRAkivifii)1(1fiiiiv输出电阻电压反馈Ro：考虑反馈网络负载效应后，基放输出电阻。Ast：负载开路时，基本放大器源增益。令xs=0i+-v基放RoxfxsAstxs反馈网络+-由定义得Rof电路模型：由图osst/)(RxAvivkxxffs得stofstoof1FRkARivR引入电压反馈，反馈越深，输出电阻越小，vo越稳定。结论基放RoxfxsAstxs反馈网络+-RLxsvo+-电流反馈Ro：考虑反馈网络负载效应后，基放输出电阻。Asn：负载短路时，基本放大器源增益。由定义得Rof电路模型：由图ossn)(RxAivikxxffs得snofstoof)1(FRkARivR引入电流反馈，反馈越深，输出电阻越大，io越稳定。结论基放RoxsxfxsioAsnxsRL反馈网络令xs=0i+-v基放RoxfxsAsnxs反馈网络5.2.4减小频率失真（或扩展通频带）由于负反馈降低了电路增益灵敏度，因此放大器可在更宽的通频带范围内维持增益不变。单极点系统引入负反馈后，反馈越深，上限角频率越大、增益越小，但其增益带宽积维持不变。设基放为单极点系统：PI/1)(sAsAPH则若反馈网络反馈系数为：fk则闭环系统：PffIff/1)(1)()(sAksAsAsA其中：FAkAAAIfIIfI1F)(1HfIHHfPfkA注意：通频带的扩展是以降低增益为代价的。5.2.5减小非线性失真基本放大器vovivfvi例如：一基本放大器，引入负反馈反馈网络注意：负反馈只能减小反馈环内的失真，若输入信号本身产生失真，反馈电路无能为力。输入正弦信号时，输出产生失真。vo失真减小。5.2.6噪声性能不变同减小非线性失真一样，引入负反馈可减小噪声。注意：负反馈在减小噪声的同时，有用信号以同样的倍数在减小，其信噪比不变。因此，引入负反馈放大器噪声性能不变。综上所述，负反馈对放大器性能影响主要表现为：降低增益减小增益灵敏度（或提高增益稳定性）改变电路输入、输出电阻减小频率失真（或扩展通频带）减小非线性失真噪声性能不变在电路输出端基本放大器引入负反馈的原则若要求电路vo稳定或Ro小应引入电压负反馈。若要求电路io稳定或Ro大应引入电流负反馈。在电路输入端若要求Ri大或从信号源索取的电流小引入串联负反馈。若要求Ri小或从信号源索取的电流大引入并联负反馈。反馈效果与信号源内阻RS的关系若电路采用RS较小的电压源激励应引入串联负反馈若电路采用RS较大的电流源激励应引入并联负反馈反馈效果与RS关系的说明：串联负反馈采用电压源激励时，若RS0则fsfiivvvvv由于vS恒定，则vf的变化量全部转化为vi的变化量，此时反馈效果最强。采用电流源激励时，若RS由于iS恒定，vi固定不变，结果导致反馈作用消失。+-AkfRiRsvs+-+-vfvi+-vixo（电压源激励）is+-AkfRiRs+-vfvi+-vixo（电流源激励）则isiRiv恒定ifiiiiAkfRixoRsvs+-vi+-（电压源激励）ifiiiiAkfRixoisRs（电流源激励）并联负反馈采用电压源激励时，若RS0则fsfiiiiiii由于iS恒定，则if的变化量全部转化为ii的变化量，此时反馈效果最强。采用电流源激励时，若RS由于vi固定不变，结果导致反馈作用消失。则sivv恒定深度负反馈条件5.4深度负反馈当电路满足深度负反馈条件时：1T1F或称深度负反馈条件将串联反馈电路输入电阻：FRRiif并联反馈电路输入电阻：0/iifFRR电压反馈电路输出电阻：电流反馈电路输出电阻：snoofFRR0/stoofFRRfff11kAkAAffssfs11kkAAA增益：或深度负反馈条件下Avf的估算根据反馈类型确定kf含义，并计算kf分析步骤:若并联反馈：将输入端交流短路若串联反馈：将输入端交流开路则反馈系数确定Afs(=xo/xs)含义，并计算Afs=1/kf将Afs转换成Avfs=vo/vskf=xf/xo计算此时xo产生的xfvsRC1vo+-+-RE1RLRC2RfRST1T2+-vf例1图示