5.2负反馈对放大器性能的影响分解

西安电子科技大学计算机学院吴自力2015--515.2负反馈对放大电路的影响基本放大电路AodXoX反馈回电路FfXiX+–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iofXXA西安电子科技大学计算机学院吴自力2015--525.2.1负反馈使放大器的放大倍数下降oFAA负反馈使放大倍数下降。||||dooXXiXX闭环放大倍数Af是开环放大倍数A的(1+FA)分之一dooXXAfidXXXiofXXA负反馈FAAAooF1diXX不同的反馈形式,其Ao、F的含义、单位不同，但AoF的乘积为常数西安电子科技大学计算机学院吴自力2015--535.2.2负反馈稳定被取样的输出信号1.电压负反馈对下图所示的串联电压负反馈电路,当某一因素使Uo增大时,就会产生如下反馈过程：从而使Uo的变化量大大减小,Uo的稳定性大大提高。Uo↑→UE1↑→UBE1↓→UC1↑→UB2↑Uo↓UC2↓←21Rb2Rc22Rb1Rc1RbUoUi－＋基本放大电路iU′＋＋－－＋＋－RfUf(b)方框图CeV2VlC２RfUCC＋Uo＋＋＋＋(a)电路图Ui－＋－＋－1Re2Re1Re2Rc西安电子科技大学计算机学院吴自力2015--54对于图5-9所示的并联电压负反馈电路,当某一因素使Uo增大时,则Uo↑→If↓→IB↑→IC↑Uo↓UC↓结果使Uo的变化量减小,Uo的稳定性提高。UoIf314CeIfIiReRLUCCRcRfUiRsClUsC2＋Ib2(a)电路(b)方框图4基本放大电路12RsUsUi－＋＋－RfFgAr反馈网络3Uo－＋IiIbLR′＝Rc∥RLLR′＋－＋－图5–9并联电压负反馈放大器西安电子科技大学计算机学院吴自力2015--552.电流负反馈下图所示的并联电流负反馈电路,当某一因素使Ie2增大时,则：Ie2↑→If↓→Ib1↑→Ic1↑→Uc1↓→Ub2↓Ie2↓Ib2↓结果使得Ie2的增量减小,稳定性提高；C1UsoC２UCC＋(a)电路IfRsUiIiRfUoRLI′If(b)方框图基本放大电路RsUsUi－＋＋－RfFiAi反馈网络－＋IiIoLR′＝RL∥Rc2Io＝－Ic2Ie≈Ic22－＋R′LUo1Rc1Re2Rc1Ib1Ce2Re2Ue2Ie2Ic2Ie2Re1Ib西安电子科技大学计算机学院吴自力2015--56因为电流负反馈,被取样的输出信号是输出电流,所以,凡是电流负反馈,必然能稳定输出电流。因为Ic2≈Ie2,所以Ie2稳定,Ic2也稳定。值得说明的是,该反馈电路所稳定的电流是流过RL′的电流,不是流过RL的电流。Ie2↑→If↓→Ib1↑→Ic1↑→Uc1↓→Ub2↓Ie2↓Ib2↓西安电子科技大学计算机学院吴自力2015--57AFAA1fAAAFAAd11dffAf的相对变化量A的相对变化量AAAAAFdd11ff负反馈，AdAAFddAAFdAdAAFdAAAFAFAfff11)1()1()1(225.2.3负反馈使放大倍数的稳定性提高即闭环增益相对变化量比开环减小了1+AF倍，放大倍数稳定性提高。西安电子科技大学计算机学院吴自力2015--58另一方面在深度负反馈条件下FA1F即闭环增益只取决于反馈网络。当反馈网络由稳定的线性元件组成时，闭环增益将有很高的稳定性。西安电子科技大学计算机学院吴自力2015--59例5.2.1A=103，负反馈使放大倍数稳定性提高100倍，求F、Af，A变化10%时的Af，以及dAf/Af。解：1)1+AF=100，则F=(100–1)/A=0.0992)AFAA1f=103/100=103)%1.0)1.01001d11dff（AAAFAA此时的Af=%)1.01(10d1)ff(fAAA负反馈以牺牲放大倍数，换取了放大倍数稳定性的提高。西安电子科技大学计算机学院吴自力2015--510无反馈时：BW=fHfLfH引入反馈后，1f，AFAAFAAAFAAAFAAALLLfmmmfHHHf1,11，fA(f)OAm0.707AmfLfHBWAf(f)Amf0.707AmffLffHfBWf可证明：fHf=(1+AF)fHfLf=fL/(1+AF)=(1+AF)fHfHf=(1+AF)BWBWf=fHffLf5.2.4负反馈扩展放大器的通频带放大电路加入负反馈后，增益下降，但通频带却加宽了可以证明：fbwf=(1+AF)fbw放大器的一个重要特性：增益与通频带之积为常数。即：Amf×fbwf=Am×fbw西安电子科技大学计算机学院吴自力2015--5115.2.5负反馈改变放大电路的输入电阻一、对输入电阻的影响1.串联负反馈使输入电阻增大RifiididifidiiifiAFuuiuuiuR)1(iifRAFR深度负反馈：ifRiiAFuiuidufRiAFuid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。负反馈对输入电阻的影响，只与比较方式有关，而与取样方式无关开环放大倍数idoxxA反馈系数ofxxF闭环放大倍数iofxxA西安电子科技大学计算机学院吴自力2015--5122.并联负反馈使输入电阻减小RifidididfididiiifAFiiuiiuiuRAFRR1iif深度负反馈：0ifRifiidiiAFuiRiAFiid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。开环放大倍数idoxxA反馈系数ofxxF闭环放大倍数iofxxA西安电子科技大学计算机学院吴自力2015--5135.2.6负反馈对输出电阻的影响1.电压负反馈使输出电阻减小Xi＋－XfX′iF＋－roI′o＋－U′orofAoX′i图5–13电压负反馈方框图负反馈对输出电阻的影响，只与取样方式有关，而与比较方式无关西安电子科技大学计算机学院吴自力2015--514Xi＋－XfX′iF＋－roI′o＋－U′orofAoX′iFArIUrrFAUrFAUUrXAUIFAUAXXAooooofooooooooioooooofio1)1('''''''''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Uo，则无论是串联反馈还是并联反馈，均成立。fiXX'可见,引入电压负反馈后可使输出电阻减小到ro／(1+AoF)不同的反馈形式,其A、F的含义不同。串联电压负反馈F=Fu=Uf/Uo，A=Au=Uo/Ui′;并联电压负反馈F=Fg=If/Uo，A=Ar=Uo/Ii′。并联采样，采样电阻一般都很大流入采样网络的电流很小，可忽略西安电子科技大学计算机学院吴自力2015--515)1(FArrooof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，可等效为右图框中电压源：输出电阻越小，输出电压越稳定。roesouoRL深度负反馈：0ofr西安电子科技大学计算机学院吴自力2015--516ooiorUAXI'''(A为RL=0时的短路开环放大倍数)2.电流负反馈使输出电阻增大Xi＋－XfX′iFroI′o＋－U′orofAX′i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，于是有：fiXX'深度负反馈：ofroooofrAFIUr)1(''''ofiFAIAXAXoooorUFAII'''ooorUIAF'')1(串联采样，采样电阻一般都很小其两端的压降也很小，可忽略西安电子科技大学计算机学院吴自力2015--517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。ooofr)FA(r1roisoioRL西安电子科技大学计算机学院吴自力2015--518由于电路中存在非线性器件，所以即使输入信号Xi为正弦波，输出也不是正弦波，而会产生一定的非线性失真。引入负反馈后，非线性失真将会减小。负反馈只能减小放大器自身产生的非线性失真。可证明，引入负反馈后，放大电路的非线性失真减小到r/(1+FA)。r为无反馈时的非线性失真系数。同样的道理，采用负反馈也可以抑制放大电路自身产生的噪声，其关系为N/(1+AF)，N为无反反馈时的噪声系数。采负反馈，也可抑制干扰信号。综上所述，在放大器中，引入负反馈后，虽然会使放大倍数降低，但是可以在很多方面改善放大器的性能。所以在实际放大器中，几乎无一例外地都引入不同程度的负反馈。5.2.7负反馈减小非线性失真和抑制干扰、噪声西安电子科技大学计算机学院吴自力2015--519一、减少非线性失真uf加入负反馈无负反馈FufAuiuo+–uiduo大小略大略小略小略大uiA接近正弦波西安电子科技大学计算机学院吴自力2015--520二、改善波形的失真Aouiuo加反馈后ufuiudAoF+–改善uouo西安电子科技大学计算机学院吴自力2015--521【例1】某放大器的Au=1000,ri=10kΩ,ro=10kΩ,在该电路中引入串联电压负反馈后,当开环放大倍数变化±10%时,闭环放大倍数变化不超过±1%,求Auf,rif,rof。10110//1ufufuuuuAAAAAF解：9uuAF009.09uuAF1001010001uuuufAFAAkrAFriuuif1001010)1(kAFruuof11010111西安电子科技大学计算机学院吴自力2015--522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。西安电子科技大学计算机学院吴自力2015--523为改善性能引入负反馈的一般原则要稳定直流量——引入直流负反馈要稳定交流量——引入交流负反馈要稳定输出电压——引入电压负反馈要稳定输出电流——引入电流负反馈西安电子科技大学计算机学院吴自力2015--524根据对输入、输出电阻的要求选择反馈类型欲提高输入电阻，采用串联负反馈；欲降低输入电阻，采用并联负反馈；要求高内阻输出，采用电流负反馈；要求低内阻输出，采用电压负反馈。西安电子科技大学计算机学院吴自力2015--525为使反馈效果强，根据信号源及负载确定反馈类型信号源为恒压源，采用串联负反馈；信号源为恒流源，采用并联负反馈；要求负载能力强，采用电压负反馈；要求恒流源输出，采用电流负反馈。西安电子科技大学计算机学院吴自力2015--526分析负反馈放大电路的一般步骤(1)找出信号放大通路和反馈通路(4)用瞬时极性法判断正、负反馈(2)判断交、直流反馈(3)判断反馈阻态(5)标出输入量、输出量及反馈量(6)估算深度负反馈条件下电路的VFFAAF、、