負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響

1、第第1章章 常用半導(dǎo)體器件常用半導(dǎo)體器件4.3 4.3 負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響4.3.1 4.3.1 提高增益的穩(wěn)定性提高增益的穩(wěn)定性4.3.2 4.3.2 減小非線性失真減小非線性失真4.3.3 4.3.3 展寬通頻帶展寬通頻帶4.3.4 4.3.4 改變輸入電阻和輸出電阻改變輸入電阻和輸出電阻4.3.5 4.3.5 放大電路中引入負(fù)反饋的一般放大電路中引入負(fù)反饋的一般 原則原則第第4章章 放大電路的負(fù)反饋放大電路的負(fù)反饋 4.3 負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響 在放大電路中引入負(fù)反饋后，放大電路的增益下降，但可使放大電路很多方面的性能得到改善，下面分析負(fù)反饋對(duì)放大

2、電路主要性能的影響。第第4章章 放大電路的負(fù)反饋放大電路的負(fù)反饋 4.3.1 提高增益的穩(wěn)定性 放大電路的增益可能由于元器件參數(shù)的變化、環(huán)境溫度的變化、電源電壓的變化、負(fù)載大小的變化等因素的影響而不穩(wěn)定，引入適當(dāng)?shù)呢?fù)反饋后，可提高閉環(huán)增益的穩(wěn)定性。 當(dāng)負(fù)反饋很深，即 1時(shí)，由式（4.2.5）得 （4.3.1） 這就是說，引入深度反饋后，放大電路的增益決定于反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù)，而與基本放大電路幾乎無關(guān)。反饋網(wǎng)絡(luò)一般由穩(wěn)定性能優(yōu)于半導(dǎo)體三極管的無緣線性元件（如R、C）組成，因此，閉環(huán)增益是比較穩(wěn)定的。 )1 (AFFAFAAf11第第4章章 放大電路的負(fù)反饋放大電路的負(fù)反饋 在一般情況下，增益的穩(wěn)

3、定性常用有、無反饋時(shí)增益的相對(duì)變化量之比來衡量，用dA/A和dAf/Af分別表示開環(huán)和閉環(huán)增益的相對(duì)變化量。將對(duì)A求導(dǎo)數(shù)得 或 （4.3.2） 將式（4.3.2）兩邊分別除以 ，得 （4.3.3）22)1 (1)1 ()1 (AFAFAFAFdAdAf2)1 (AFdAdAfAFAAf111ffdAdAAAF A第第4章章 放大電路的負(fù)反饋放大電路的負(fù)反饋 該式表明，引入負(fù)反饋后，增益的相對(duì)變化量為開環(huán)增益相對(duì)變化量的 ，即閉環(huán)增益的相對(duì)穩(wěn)定度提高了， 越大，即負(fù)反饋越深，dAf越小，閉環(huán)增益的穩(wěn)定性越好。 AFA1)1 (AF第第4章章 放大電路的負(fù)反饋放大電路的負(fù)反饋 例4.3.1 某一放

4、大電路的開環(huán)增益A=1000，由于環(huán)境溫度的變化，放大電路的增益下降為900，當(dāng)引入負(fù)反饋后，反饋系數(shù)F=0.099，求閉環(huán)增益及其相對(duì)變化量。 解：無反饋時(shí)，增益的相對(duì)變化量為 反饋深度為 有反饋時(shí)，閉環(huán)增益為 閉環(huán)增益的相對(duì)變化量為 100090010%1000AdA11 1000 0.099100AF 1000101100fAAAF1110%0.1%1100ffdAdAAAF A第第4章章 放大電路的負(fù)反饋放大電路的負(fù)反饋 應(yīng)當(dāng)指出，負(fù)反饋放大電路是犧牲了增益來換取其穩(wěn)定性的，即增益減小到1/(1+AF)，穩(wěn)定性提高到(1+AF)，同時(shí)有兩點(diǎn)值得注意： 負(fù)反饋不能使輸入量保持不變，只能使

5、輸入量趨于不變。而且只能減少由開環(huán)增益變化而引起的閉環(huán)增益的變化。如果反饋系數(shù)發(fā)生變化而引起閉環(huán)增益變化，則負(fù)反饋是無能為力的。所以，反饋網(wǎng)絡(luò)一般都由無源元件組成。 不同類型的負(fù)反饋能穩(wěn)定的增益也不同，如電壓串聯(lián)負(fù)反饋只能穩(wěn)定閉環(huán)電壓增益，而電流串聯(lián)負(fù)反饋只能穩(wěn)定閉環(huán)互導(dǎo)增益。 第第4章章 放大電路的負(fù)反饋放大電路的負(fù)反饋 4.3.2 減小非線性失真 三極管、場(chǎng)效應(yīng)管等有源器件伏安特性的非線性會(huì)造成輸出信號(hào)非線性失真，引入負(fù)反饋后可以減少這種失真，其原理可用圖4.3.1加以說明。 圖4.3.1 負(fù)反饋減小非線性失真（a）無反饋時(shí)信號(hào)波形 （b）引入負(fù)反饋時(shí)信號(hào)波形第第4章章 放大電路的負(fù)反饋放

6、大電路的負(fù)反饋 設(shè)輸入信號(hào)xi為正弦波，無反饋時(shí)放大電路的輸出信號(hào)x0為正半周幅度大、負(fù)半周幅度小的失真正弦波，如圖4.3.1（a）所示。引入負(fù)反饋時(shí)，如圖4.3.1（b）所示，這種失真被引回到輸入端，xf也為正半周幅度大而負(fù)半周幅度小的波形，由于xid = xi - xf ，因此xid波形變?yōu)檎胫芊刃《?fù)半周幅度大的波形，即通過反饋使凈輸入信號(hào)產(chǎn)生預(yù)失真，這種預(yù)失正好補(bǔ)償了放大電路非線性引起的失真，使輸出波形x0接近正弦波。根據(jù)分析，加反饋后非線性失真減小為無反饋時(shí)的1/ 。)1 (AF第第4章章 放大電路的負(fù)反饋放大電路的負(fù)反饋 必須指出，負(fù)反饋只能減小放大電路內(nèi)部引起的非線性失真，對(duì)

7、于信號(hào)本身固有的失真則無能為力。此外，負(fù)反饋只能減小而不能消耗非線性失真。 負(fù)反饋還可以對(duì)放大電路的噪聲、干擾和溫度漂移有一點(diǎn)抑制作用，其原理與負(fù)反饋抑制非線性失真一樣。負(fù)反饋對(duì)放大電路噪聲、干擾和溫度漂移的抑制作用，只是對(duì)反饋環(huán)內(nèi)的產(chǎn)生的噪聲、干擾和溫度漂移有效，對(duì)環(huán)外的無效。第第4章章 放大電路的負(fù)反饋放大電路的負(fù)反饋 4.3.3 擴(kuò)展通頻帶 圖4.3.2所示為放大電路在無負(fù)反饋和有負(fù)反饋時(shí)的幅頻特性A（f）和Af (f)，圖中Am、fL、fH、fbw和Amf、fLf、fHf、fbwf分別為無、有負(fù)反饋時(shí)的中頻放大倍數(shù)、下限頻率、上限頻率和通頻帶寬度?？梢姡迂?fù)反饋后的通頻帶寬度比無反饋時(shí)

8、的大。擴(kuò)展通頻帶的原理如下：當(dāng)輸入等幅不同頻率的信號(hào)時(shí)，高頻段和低頻段的輸出信號(hào)比中頻段的小，因此，反饋信號(hào)也小，對(duì)凈輸入信號(hào)的削弱作用小，所以高、低頻段的放大電路減小程度比中頻段的小，從而擴(kuò)展了通頻段。第第4章章 放大電路的負(fù)反饋放大電路的負(fù)反饋 圖4.3.2 負(fù)反饋擴(kuò)展通頻帶 可以證明 fbwf = (1+AF) fbw (4.3.4) 第第4章章 放大電路的負(fù)反饋放大電路的負(fù)反饋 4.3.4 改變輸入電阻和輸出電阻 放大電路中引入的交流負(fù)反饋的類型不同，則對(duì)輸入電阻和輸出電阻的影響也就不同，下面加以討論。 1.對(duì)輸入電阻的影響 負(fù)反饋對(duì)輸入電阻的影響取決于反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大電路在輸入回路

9、的連接方式，即取決于是串聯(lián)還是并聯(lián)負(fù)反饋，與輸出電路中的反饋的取樣方式無直接聯(lián)系。因此，分析負(fù)反饋對(duì)輸入電阻的影響時(shí)，只需要畫出輸入電路的連接方式，如圖4.3.3所示，其中Ri是基本放大電路的輸入電阻（開環(huán)輸入電阻），Rif是負(fù)反饋放大電路的輸入電阻（閉環(huán)輸入電阻）。第第4章章 放大電路的負(fù)反饋放大電路的負(fù)反饋 （a） (b) 圖4.3.3 負(fù)反饋對(duì)輸入電阻的影響 （a） 串聯(lián)反饋（b）并聯(lián)反饋 第第4章章 放大電路的負(fù)反饋放大電路的負(fù)反饋（1）串聯(lián)負(fù)反饋對(duì)輸入電阻的影響 由圖4.3.3(a)可知，開環(huán)輸入電阻為 （4.3.5） 有負(fù)反饋時(shí)的閉環(huán)輸入電阻為 （4.3.6） 而 （4.3.7）

10、所以 （4.3.8）iidiivR/iiifivR/(1)iidfidvvvAF viiidifRAFivAFR)1 ()1 (第第4章章 放大電路的負(fù)反饋放大電路的負(fù)反饋 式（4.3.8）表明，引入串聯(lián)負(fù)反饋后，輸入電阻增加了。閉環(huán)輸入電阻是開環(huán)輸入電阻的 倍。當(dāng)引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋時(shí)， 。當(dāng)引入電流串聯(lián)負(fù)反饋時(shí)， 。 需要指出的是，在某些負(fù)反饋放大電路中，有些電阻并不在反饋環(huán)內(nèi)，如共射電路中的基極偏置電阻Rb，負(fù)反饋對(duì)它并不產(chǎn)生影響。這類電路的 ，而整個(gè)電路的輸入電阻 = / 。)1 (AFivvifRFAR)1 ( irgifRFAR)1 ( iifRAFR)1 ( ifRbRifR第第4

11、章章 放大電路的負(fù)反饋放大電路的負(fù)反饋（2）并聯(lián)負(fù)反饋對(duì)輸入電阻的影響 由圖4.3.3(b)可見，在并聯(lián)負(fù)反饋放大電路中，反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大電路的輸入電阻并聯(lián)，因此閉環(huán)輸入電阻Rif小于開環(huán)輸入電阻Ri。由于 （4.3.9） （4.3.10） 而 所以 （4.3.11） idiiivR/iiifivR/AFRiAFvRiidiif1)1 (idfidiiAFiii)1 ( 第第4章章 放大電路的負(fù)反饋放大電路的負(fù)反饋 式（4.3.11）表明，引入并聯(lián)負(fù)反饋后，輸入電阻減小了。閉環(huán)輸入電阻是開環(huán)輸入電阻的1/ 倍。當(dāng)引入電壓并聯(lián)負(fù)反饋時(shí)， ；當(dāng)引入電流串聯(lián)負(fù)反饋時(shí) 。 )1 (AF)1/(gri

12、ifFARR)1/(iiiifFARR第第4章章 放大電路的負(fù)反饋放大電路的負(fù)反饋 2對(duì)輸出電阻的影響 負(fù)反饋對(duì)輸出電阻的影響取決于反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大電路的輸出端的連接方式，即取決于是電壓還是電流負(fù)反饋。若電路引入電壓負(fù)反饋，則穩(wěn)定輸出電壓，使之輸出趨于恒壓源，因而輸出電阻很小。可以證明，電壓負(fù)反饋放大電路的輸出電阻是其基本放大電路輸出電阻的1/ 。若電路引入電流負(fù)反饋，則穩(wěn)定輸出電流，使之輸出趨于恒流源，因而輸出電阻很大?？梢宰C明，電流負(fù)反饋放大電路的輸出電阻是其基本放大電路輸出電阻的 倍。 在理想情況下，即 趨于無窮大時(shí)，電壓負(fù)反饋放大電路的輸出電阻趨于0，電流負(fù)反饋放大電路的輸出電阻趨于

13、無窮大。 )1 (AF)1 (AF)1 (AF第第4章章 放大電路的負(fù)反饋放大電路的負(fù)反饋 負(fù)反饋對(duì)于輸入電阻、輸出電阻的影響，如表4.3.1所示，理想情況下的數(shù)值如括號(hào)內(nèi)所示。 表表4.3.1 負(fù)反饋放大電路的輸入電阻、輸出電阻負(fù)反饋放大電路的輸入電阻、輸出電阻 必須指出，負(fù)反饋對(duì)輸入電阻和輸出電阻的影響，只限于反饋環(huán)內(nèi)的電阻，而反饋環(huán)以外的電阻不受影響。例如，在圖4.2.5所示電流并聯(lián)負(fù)反饋電路中，Rs為信號(hào)源電阻，它也在反饋環(huán)外。反饋組態(tài)電壓串聯(lián)電壓并聯(lián)電流串聯(lián)電流并聯(lián)輸入電阻增大（） 減?。?） 增大（） 減?。?）輸出電阻減?。?） 減?。?） 增大（） 增大（）第第4章章 放大電路

14、的負(fù)反饋放大電路的負(fù)反饋 4.3.5 放大電路中引入負(fù)反饋的一般原則 實(shí)用放大電路引入負(fù)反饋的目的是為了穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)和改善動(dòng)態(tài)性能。不同組態(tài)的交流負(fù)反饋，將對(duì)放大電路的性能產(chǎn)生不同的影響。因此，在不同的需求下，應(yīng)引入不同的反饋。引入反饋的一般原則如下： （1）要穩(wěn)定放大電路中的某個(gè)量，就采用某個(gè)量的負(fù)反饋方式。例如，要穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，就應(yīng)引入直流負(fù)反饋；若要改善動(dòng)態(tài)性能，則應(yīng)引入交流負(fù)反饋。要想穩(wěn)定輸出電壓，則應(yīng)引入電壓負(fù)反饋：若要穩(wěn)定輸出電流，則應(yīng)引入電流負(fù)反饋。第第4章章 放大電路的負(fù)反饋放大電路的負(fù)反饋 （2）根據(jù)對(duì)輸入、輸出電阻的要求來選擇反饋類型。若要提高輸入電阻，則應(yīng)引入串聯(lián)負(fù)反

15、饋；若要減小輸入電阻，則應(yīng)引入并聯(lián)負(fù)反饋。串聯(lián)負(fù)反饋和并聯(lián)負(fù)反饋的效果均與信號(hào)源電阻Rs的大小有關(guān)。對(duì)于串聯(lián)負(fù)反饋，Rs越小，負(fù)反饋效果越明顯；對(duì)于并聯(lián)負(fù)反饋，則是Rs越大，負(fù)反饋效果越明顯。換言之，信號(hào)源為近似恒壓源的，應(yīng)引入串聯(lián)反饋；信號(hào)源為近似恒流源的，應(yīng)引入并聯(lián)反饋。同理，若要求高內(nèi)阻輸出，則應(yīng)引入電流負(fù)反饋；若要求低內(nèi)阻輸出，則應(yīng)引入電壓負(fù)反饋。 第第4章章 放大電路的負(fù)反饋放大電路的負(fù)反饋 （3）根據(jù)輸入信號(hào)對(duì)輸出信號(hào)的控制關(guān)系引入交流負(fù)反饋，若用輸入電壓控制輸出電壓，則應(yīng)引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋；若用輸入電流控制輸出電壓，則應(yīng)引入電壓并聯(lián)負(fù)反饋；若用輸入電壓控制輸出電流，則應(yīng)引入電流串聯(lián)負(fù)反饋；若用輸入電流控制輸出電壓，則應(yīng)引入電流并聯(lián)負(fù)反饋。第第4章章 放大電路的負(fù)反饋放大電路的負(fù)反饋 例4.3.2 電路如圖4.3.4（a）所示，設(shè)集成運(yùn)放為理想運(yùn)放，為使輸入電壓轉(zhuǎn)換成與之成穩(wěn)定關(guān)系的電流信號(hào)，應(yīng)在電路中引入哪種組態(tài)的交流負(fù)反饋？ (1)畫出引入反饋后的電路圖； (2)若輸入電壓vi 的變化范圍為010V，與輸入電壓對(duì)應(yīng)的輸出電流為05mA，R2 = ，則R1應(yīng)取多少？10K第第4章章 放大電路的負(fù)反饋放大電路的負(fù)反饋 （a）