放大电路中的反馈

一、基本概念

                        

        根据反馈的效果可以区分反馈的极性,使基本放大电路净输入量增强的反馈为正反馈,使基本放大电路净输入量减弱的反馈为负反馈。

二、判断反馈极性

瞬时极性法:首先规定电路输入信号在某一时刻对地的极性,并逐级判断电路中各相关点的极性,从而得到输出信号的极性;根据输出信号的极性判断出反馈信号的极性;若反馈信号使基本放大电路的净输入信号增大,则说明引入了正反馈;若反馈信号使基本放大电路的净输入信号减小,则说明引入了负反馈。

注:反馈量是仅仅决定于输出量的物理量,而与输入量无关。

三、元件的输入端子

1、运算放大器的输入端子为同相输入端和反相输入端。

2、三极管的输入端子为基极和发射极(因为这两极之间的电压影响集电极的电流,所以有时虽然电路图中只看到向基极输入电压,但其实端子为基极和发射极),如图:

                                

3、mos管的输入端子为栅极和源极。

4、差分放大电路的输入端子为两个输入端,如图:

                        

四、负反馈放大电路的四种基本组态

从输入端可分为串联反馈和并联反馈,从输出端可分为电压反馈和电流反馈。

1、先大概认识以下它们的基本概念,再具体分析:

        电压反馈:输出端稳定的是电压,即输出稳定的电压。

        电流反馈:输出端稳定的是电流,即输出稳定的电流。

        串联反馈:在输入端,信号以电压的方式进行叠加。

        并联反馈:在输入端,信号以电流的方式进行叠加。

2、方块图:

                        

如上为四种组态的方框图,具体命名可以看 1 ,下面说具体实际电路中的判别方式:

Ⅰ.判断电流反馈还是电压反馈:

法①:令输出电压为0(接地),若反馈量也为0,则为电压反馈;反馈量仍然存在,为电流反馈;

法②:令输出电流为0(断路),若反馈量消失,则为电流反馈;反馈量仍然存在,为电压反馈。

快速判断:反馈取自放大电路输出端或输出分压端,则为电压反馈;取自非输出端,为电流反馈。

Ⅱ.判断串联反馈还是并联反馈:

串联反馈:输入信号与反馈信号叠加方式为电压。

并联反馈:输入信号与反馈信号叠加方式为电流。

快速判断:输入和反馈在相异端子为串联;输入和反馈在相同端子为并联。(仔细想想上述判断方式,即可知此快速判断方式)

注:在实际设计电路时,要根据实际需要选择组态,如:当输入信号是电压,且要求小的输出固定电流时,应该选择电流串联负反馈。

五、负反馈网络的相关参数与求解:(重点!!!)

方框图中定义基本放大电路的放大倍数为 A(输出量与净输入量的比),反馈系数为 F(反馈网络的输出量与输入量的比),反馈深度为 |1+AF| ,闭环放大倍数为 Af(输出量与输入量的比)。(净输入量=输入量-反馈量,注意:需要考虑到信号的相位!!!)

当负反馈为深度负反馈时(即基本放大电路的放大倍数A很大时),闭环放大倍数 Af 就取决于反馈网络,而与 A 无关。(因为深度负反馈的本质为忽略了净输入量!!!)

当求四种组态的 Af 时,首先要求的就是 F !看下图:

 下面是结合方框图进行Auuf的求解:( Auuf 为输出电压与输入电压的比)

 图片中所写的求解基本放大电路的一般方法和步骤为求解分立元件中 A 的步骤。

六、在实际中的求解:(求解 Auuf )

1、

注意:在分立元件电流负反馈放大电路中,反馈量常取自于输出级晶体管的集电极电流或发射极电流,而不是负载电流;此时称输出级晶体管的集电极电流或发射极电流为输出电流,反馈的结果将稳定此电流。  

2、

当 R=R1 时,Ri→∞;当 R<R1 时,Ri<0 电路出现负阻状态;当R>R1时,Ri>0。当 R>R1 且两者比较接近时,电路可稳定地获得较大的输入电阻。这是由于电路中有并联正反馈网络,使流入 R1的电流可由正反馈网络提供一部分或大部分,从而使输入信号Ui提供的电流 Ii 大大减小,所以可获得较高的输入电阻,即并联正反馈对输入电阻有自举补偿作用。

七、负反馈对放大电路性能的影响:

1、稳定放大倍数,运放可能在实际使用中会受到温度的影响,而引入深度负反馈后,放大倍数由反馈网络决定,而反馈网络一般由电阻组成,收温度影响小,所以更加稳定。(要想证明 Af 比 A   稳定,还可以通过计算证明,比较 ΔAf 和 ΔA 的大小,即可将 Af = A/(1+AF) 两边求导)

具体影响大小:会使放大倍数缩小 |1+AF| 倍,即 Af 的稳定是以牺牲放大倍数为代价的,才使稳定性提高到 A 的 |1+AF| 倍。

2、对输入电阻的影响:

串联反馈提高到原来的 |1+AF| 倍,并联反馈减小到原来的 |1+AF| 倍。(可理解为电阻越串越大,越并越小)

3、对输出电阻的影响:

电流反馈提高到原来的 |1+AF| 倍,电压反馈减小到原来的 |1+AF| 倍。(可从电流源电阻大,电压源电阻小理解)

4、展宽频带:(可从带宽增益积这个参数想)

将频带展宽到原来的 |1+AF| 倍。

5、减小非线性失真:

纠正放大电路 A 的影响,但如果原来的输入量就是错误的,则不管怎么纠正,输出量依旧是错误的,如果由错误的输入量纠正为了正确的输出量,那么此放大电路一定有问题,使信号产生了畸变。如图理解:

                        

 注意:在证明输出电阻变化的时候,有这样一句话:在基本放大电路中已考虑了反馈网络的负载效应,那么在输入电阻,是否也考虑了此负载效应呢?答案是考虑了,从分立元件中求解 A 时即可看出。

注意:在某些负反馈放大电路中,有些电阻并不在反馈环内,此电阻并没有变化 |1+AF| 倍。

 八、负反馈电路的稳定性

这里指的稳定性指系统是否会产生自激振荡,而产生自激振荡的条件有两个:

1、|AF| ≥ 1:在正反馈的前提下,确保干扰能一直增大,不会消失,

2、φA + φF = (2n+1)Π,n取整数:确保是正反馈,在不加输入信号的情况下,反馈信号也能使正反馈进行下去。

注意:单极放大电路不会自激振荡,因为相位条件不满足;两级放大电路不会自激振荡,因为此时的 A 不满足。(当相位满足180°时,A 约等于 0,可以类比RC低通电路,输出电压在电容两端)

消除自激振荡:

1、简单滞后补偿

2、RC滞后补偿

3、密勒效应补偿

4、超前补偿

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