模拟电路 第四章(反馈放大电路)

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模拟电路 第四章(反馈放大电路)

2024-07-10 12:01:01| 来源: 网络整理| 查看: 265

一、反馈的基本概念与分类 1、反馈的概念和术语

(1)将电子系统输出回路的电量(电压或电流)送回到输入回路的过程,称为反馈。下图所示的是反馈放大电路的基本框图。

(2)反馈的相关术语:

①反馈通路:信号反向传输的渠道(从输出端传输到输入端)。

②开环——电路中无反馈通路;闭环——电路中有反馈通路。

2、直流反馈与交流反馈

(1)反馈到输入端的信号是交流信号,则是交流反馈;反馈到输入端的信号是直流信号,则是直流反馈。

(2)判断一个反馈是直流反馈还是交流反馈,可画出电路图的直流通路和交流通路,看看反馈通路处在哪个通路中。(需要注意的是,一条反馈通路可能同时存在直流反馈与交流反馈)

3、正反馈与负反馈

(1)从输出端看:

①正反馈:输入量不变时,引入反馈后输出量变大了。

②负反馈:输入量不变时,引入反馈后输出量变小了。

(2)从输入端看:

①正反馈:引入反馈后,使净输入量变大了。

②负反馈:引入反馈后,使净输入量变小了。

(3)正反馈与负反馈的判别方法:从反馈环路中的任意一点开始,假设其瞬时极性为正,若沿反馈环路一周回到该点的瞬时极性为负,则为负反馈,否则为正反馈。(本章出现的反馈电路基本都是负反馈)

4、串联反馈与并联反馈

(1)串联反馈:输入以电压形式求和,即v_{id}=v_{i}-v_{f}

(2)并联反馈:输入以电流形式求和,即i_{id}=i_{i}-i_{f}

(3)判断串联反馈和并联反馈的方法:反馈端是否信号的输入端,如果不是则为串联反馈,否则为并联反馈。

5、电压反馈与电流反馈

(1)电压反馈:反馈信号和输出电压成比例,即x_{i}=F_{vo}

        对电压负反馈,有x_{id}=x_{i}-x_{f},能够稳定输出电压。

(2)电流反馈:反馈信号和输出电流成比例,即x_{i}=F_{io}

        对电流负反馈,有x_{id}=x_{i}-x_{f},能够稳定输出电流。

(3)电压反馈与电流反馈的判断方法:将负载短路(未接负载时输出对地短路),反馈量为零则为电压反馈,反馈量仍然存在则为电流反馈。

二、负反馈放大电路的四种组态 1、电压串联负反馈放大电路

2、电压并联负反馈放大电路

3、电流串联负反馈放大电路

4、电流并联负反馈放大电路

三、负反馈放大电路增益的一般表达式 1、闭环增益的一般表达式

(1)下图所示的负反馈放大电路的开环增益为A=\frac{x_{o}}{x_{id}},反馈系数为F=\frac{x_{f}}{x_{o}},闭环增益为A_{f}=\frac{x_{o}}{x_{i}}

(2)四种反馈组态的输入量、输出量及反馈量的选择:

(3)四种反馈组态的增益:

(4)因为x_{id}=x_{i}-x_{f},所以有

        \frac{A}{1+AF}即为闭环增益的一般表达式。

2、反馈深度

(1)通常把\left ( 1+AF \right )的大小称为反馈深度,而将AF称为环路增益。 

(2)一般情况下,AF都是频率的函数,当考虑信号频率的影响时,A_{f}AF分别用\dot{A_{f}}\dot{A}\dot{F}表示。下面分几种情况对\dot{A_{f}}的表达式进行讨论:

四、负反馈对放大电路性能的影响 1、提高增益的稳定性

(1)闭环增益的一般表达式是A_{f}=\frac{A}{1+AF},对A求导,可得

        ,该式表面引入负反馈后,增益的相对变化量为开环增益相对变化量的\frac{1}{1+AF},即闭环增益的相对稳定度提高了,反馈深度越大,闭环增益的稳定性越好。

(2)在深度负反馈条件下有A_{f}\approx \frac{1}{F},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。

2、扩大线性输入范围

        多级放大电路中输出级的输入信号幅度较大,在动态过程中,放大器件可能工作到它的传输特性的非线性部分,因而使输出波形产生非线性失真,引入负反馈后可使这种非线性失真减小。

        某电压放大电路的开环电压传输特性如下图中曲线1所示(该曲线在上一章的最后一图中近似为折线),该曲线斜率的变化反映了增益随输入信号的大小而变化,在很窄的一段区域内,v_{O}v_{I}呈线性关系,但随着信号幅度的增大,v_{O}v_{I}之间呈非线性关系,输出会产生非线性失真。引入深度负反馈[(1+AF)1]后,闭环增益近似为\frac{1}{F},所以该电压放大电路的闭环电压传输特性可近似为一条直线,如下中曲线2所示,与曲线1相比,在输出电压幅度相同的情况下,斜率(即增益)虽然变小了,但增益因输入信号的大小而改变的程度却大为减小,这说明v_{O}v_{I}之间几乎呈线性关系,亦即减小了非线性失真。负反馈减小非线性失真的程度与反馈深度有关。

        应当注意的是,负反馈减小非线性失真所指的是反馈环内的失真,如果输入波形本身就是失真的,这时即使引入负反馈也是无济于事的。

3、对输入电阻和输出电阻的影响

(1)对输入电阻的影响:(基本放大电路的输入电阻为R_{i}

①串联负反馈对输入电阻的影响:

②并联负反馈对输入电阻的影响:

(2)对输出电阻的影响:(基本放大电路的输出电阻为R_{o}

①电压负反馈对输出电阻的影响:

②电流负反馈对输出电阻的影响:

4、放大电路引入负反馈的基本原则

(1)负反馈对放大电路性能的改善,是以牺牲增益为代价的,且仅对环内的性能产生影响。

(2)若要求直流工作点稳定,则引入直流负反馈。

(3)若要求抑制温漂和共模干扰,则引入共模负反馈。

(4)当负载改变时,若要求输出电压变化不大,带负载能力强,则引入电压负反馈。

(5)当负载改变时,若要求负载中的电流变化不大,则引入电流负反馈。

(6)若要求放大电路从信号源吸取电流小,则引入串联负反馈。

(7)若要求放大电路的输入电阻小,则引入并联负反馈。

(8)若信号源的内阻比较小,则引入串联负反馈时,反馈效果显著。若信号源内阻为无限大,则串联反馈作用失效。

(9)若信号源的内阻很大,则引入并联负反馈,反馈效果显著。若信号源内阻为零,则并联反馈作用失效。

五、深度负反馈条件下的近似计算 1、深度负反馈的特点

        深度负反馈条件下,闭环增益只与反馈网络有关,即A_{f}\approx \frac{1}{F},又因为F=\frac{x_{f}}{x_{o}}A_{f}=\frac{x_{o}}{x_{i}},可得x_{f}\approx x_{i},即输入量近似等于反馈量,于是有x_{id}=x_{i}-x_{f}\approx 0,即净输入量近似等于零,由此可得深度负反馈条件下,基本放大电路“两虚”的概念。

        ①串联负反馈中:

        

        ②并联负反馈中:

        

2、举例

(1)例1:

(2)例2:

(3)例3:



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