半導體與放大電路

半導體與放大電路第1頁，課件共13頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-6、放大電路中的負反饋一、負反饋的概念及性質由于晶體管特性呈非線性，故其放大電路必定存在非線性失真（嚴重程度是截止失真或飽和失真）。恰當選取靜態(tài)工作點于交流負載線的中央，亦僅能減少小信號放大時的失真程度，但大信號放大時失真仍很明顯。在阻容耦合放大器中，耦合電容不可能取值無窮大，晶體管的極間電容不可能達到無窮小，故放大器若在某一定頻率范圍以外工作，便會出現(xiàn)顯著的頻率失真。放大器無論出現(xiàn)何種失真，都可通過引入“負反饋”而得到改善。第2頁，課件共13頁，創(chuàng)作于2023年2月第3頁，課件共13頁，創(chuàng)作于2023年2月

圖的方框是一個失真的多級放大器，輸入信號ui是標準的正弦波，輸入放大器的凈輸入電壓ube亦是正弦波，輸出電壓u0按圖示的正方向設定是正半波大、負半波小的不對稱波形。從圖中可以推知，放大器對信號正半波和負半波的放大倍數(shù)A是不同的，記A正>A負。欲使放大器輸出電壓的正負半波接近對稱，僅需在輸出端添置分壓電阻R1和R2，把原來正半波大、負半波小的輸出電壓取一定比例量uf通過反饋通道回送到輸入回路的電阻R上。這個被稱作反饋電壓的uf的正方向按u0的正方向輸出，如圖所示。這樣，失真放大器端口的凈輸入電壓ube就等于原信號ui與反饋信號uf的差，即ube=ui-uf。值得注意的是，ui是正負半波相等的正弦波，而uf是相似于u0的正半波大、負半波小的非正弦波，故其差值ube反而是正半波小、負半波大的非正弦。第4頁，課件共13頁，創(chuàng)作于2023年2月把它輸入到A正>A負的失真放大器中，根據u0=Aube，在正半波時，輸入小但放大倍數(shù)大，而在負半波時，輸入大但放大倍數(shù)小，這樣，輸出電壓正負半波便接近相等了。信號多輸入端饋送到輸出端稱為正向饋送。信號從輸出端送到輸入端稱為反向饋送。即凡是將放大器輸出端的信號（電壓或電流）的一部分或全部通過反饋電路引回輸入端，稱為反饋。若引回的信號（稱為反饋信號）削弱了原來的輸入信號，使放大器真正的凈信號減小了，則這種反饋稱為負反饋；反之，若反饋信號可增強原來輸入信號，使凈信號增大，則稱為正反饋?？梢韵胂?，失真的放大器如添置正反饋，失真比原來更為嚴重。第5頁，課件共13頁，創(chuàng)作于2023年2月下面用框圖來分析負反饋對放大器工作性能的影響。圖a和b分別為無負反饋的和帶有負反饋的放大電路的方框圖。圖中用，并設為正弦信號。信號的傳遞方向如圖中箭頭所示。表示信號，這既可表示電壓，也可表示電流、、“-”極性，X和X在輸入端的差值信號（凈輸入信號）分別為輸入、輸出和反饋信號。根據圖中“+”、為：=-第6頁，課件共13頁，創(chuàng)作于2023年2月第7頁，課件共13頁，創(chuàng)作于2023年2月反饋信號與輸出信號之比稱為反饋系數(shù)，記作，圖中，負反饋會給電路帶來下列的影響：

1、降低放大倍數(shù)：，R/2=R2//R。無反饋時放大倍數(shù)=/=/放大倍數(shù)。有負反饋時定義為：第8頁，課件共13頁，創(chuàng)作于2023年2月把上式分母的模|1+。因此，上式的分數(shù)值必定小于分子值，故負反饋放大倍數(shù)小于無反饋放大倍數(shù)。反饋程度愈大，負反饋作用愈強，Af也就愈小。當負反饋足夠強時，若滿足|稱為反饋深度，其值必大于1>>1，則上式可改寫為=/=1/倍數(shù)僅與反饋系數(shù)無關。注意，請勿誤解此時不再需要放大器了，恰恰相反，不僅需要放大器而且其放大倍數(shù)A應足夠大才能滿足

，這表示負反饋放大有關而與放大器原來的放大倍數(shù)A>>1的條件。當反饋電壓等于輸出電壓，即反饋系數(shù)=1時，上式可改寫為=/（1+放大倍數(shù)略小于1。這稱為全反饋的極限狀態(tài)。）<1，此時負反饋第9頁，課件共13頁，創(chuàng)作于2023年2月引入負反饋后放大倍數(shù)下降這一結論，可以從圖得到更直觀的理解。由于負反饋信號削弱了原來信號，使凈輸入電壓減小，因而經放大器后輸出量一定要小，故放大倍數(shù)變小。

2、提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性：當放大器的工況變化時（例如環(huán)境溫度、管子老化等），即使輸入信號一定，仍將引起輸出信號的變化，也就是引起放大倍數(shù)的變化。如果這種變化較小，則說明其穩(wěn)定性較高。表征放大倍數(shù)的穩(wěn)定性，無反饋時用dA/A，有負反饋時用dAf/Af。其值愈小就愈穩(wěn)定。對上式的模Af=A/（1+AF）求導數(shù)，得：第10頁，課件共13頁，創(chuàng)作于2023年2月即上式表明，引入負反饋時，放大倍數(shù)的相對變化量dAf/Af只有未引入反饋時的1/（1+AF），可見負反饋放大電路的穩(wěn)定性提高了。引入負反饋放大器雖然降低了放大倍數(shù)，但卻提高了放大倍數(shù)的穩(wěn)定性，這是改善放大器一切失真（包括非線性失真、頻率失真以及以后的學的其它失真）的理論基礎。第11頁，課件共13頁，創(chuàng)作于2023年2月圖的非線性失真，可理解為原放大器對正負半波不同工況的放大倍數(shù)不同，加入負反饋后，使整個電路正負半波的放大倍數(shù)穩(wěn)定不變，因而改善了非線性失真。頻率失真可理解為原放大器在高頻和低頻工況時放大倍數(shù)小，在中頻時放大倍數(shù)大。加入負反饋后，使整個電路對各種頻率工況的放大倍數(shù)穩(wěn)定不變，因而改善了頻率失真。

3、改善非線性失真：直觀的理解可由圖說明。

4、改善頻率失真使頻帶加寬：第12頁，課件共13頁，創(chuàng)作于2023年2月直觀的理解可由圖說明。無反饋放大器在中頻段放大倍數(shù)大，其反饋信號亦大，削弱輸入信號的作用強，凈輸入信號減小嚴重，而高