资源预览内容
第1页 / 共29页
第2页 / 共29页
第3页 / 共29页
第4页 / 共29页
第5页 / 共29页
第6页 / 共29页
第7页 / 共29页
第8页 / 共29页
第9页 / 共29页
第10页 / 共29页
亲,该文档总共29页,到这儿已超出免费预览范围,如果喜欢就下载吧!
资源描述
第6章 负反馈在放大器中的应用,内容提要 本章从反馈的基本概念入手,抽象出反馈放大电路的方框图,定性分析负反馈的概念、类型及负反馈对放大电路性能的影响。,返回,6.1反馈的基本概念 6.2负反馈电路的类型 6.3负反馈对放大器性能的影响,6.1.1 反馈支路 所谓反馈就是将放大电路输出量(电压或电流)的一部分或全部,经过一定的电路(反馈电路)反向送回到输入端,对输入信号产生影响的过程。因此要判断一个放大电路是否有反馈,只要看放大电路中是否存在把输出端和输入端联系起来的支路,这条支路就是反馈支路。如图6.1所示的集成运算放大器,不存在反馈支路,这种情况称为开环;如图6.2所示的集成运算放大器,存在反馈支路Rf ,它既有从输入到输出的正向传输信号,也有从输出到输入的反向传输信号,这种情况称为闭环。,6.1 反馈的基本概念,图6.1 开环放大器 图6.2 闭环放大器,6.1.2 反馈放大器的组成 带有反馈环节的放大电路称为反馈放大器。反馈放大器可用如图6.3所示的方框图来描述。图中箭头表示信号的传输方向,A表示基本放大器,F表示反馈网络,这是一个闭环系统。X可以表示电压,也可以表示电流。其中 Xi,Xo,Xf和Xi分别表示输入信号、输出信号、反馈信号和净输入信号,符号表示信号相叠加,输入信号Xi和反馈信号Xf在此叠加,产生放大电路的净输入信号Xi。,图6.3 反馈放大器方框图,反馈有正反馈和负反馈两种,如果反馈信号加强输入信号,使净输入信号增加,称为正反馈;如果反馈信号减弱输入信号,使净输入信号减小,称为负反馈。本章只讨论负反馈。 负反馈所确定的基本关系式有如下几项。 1输入端各量的关系式 (6-1) 2开环增益 (6-2) 3反馈系数 (6-3),4闭环增益 经推导,可得 (6-4) 上述各量中,当信号为正弦量时, , , 和 为相量, 和 为复数。在中频段,为了使表达式简明,均可用实数表示。 由式(6-4)可知,闭环增益Af比开环增益A减小了1/(1+AF)倍,其中1+AF称为反馈深度,它的大小反映了反馈的强弱,反馈放大器性能的改善与反馈深度有着密切的关系。,返回,根据反馈电路跨接基本放大电路的级数不同,可以把反馈分为本级反馈和级间反馈。 6.2.1 反馈极性 通常采用“瞬时极性法”来判别反馈的极性。步骤如下: (1)将反馈支路与放大电路输入端的连接断开,假设输入信号对地的瞬时极性为正,表明该点的瞬时电位升高,在图中用“”表示;反之,瞬时电位降低,在图中用“”表示。 (2)沿闭环系统,逐级标出有关点的瞬时电位是升高还是降低,最后推出反馈信号的瞬时极性。 (3)此时将反馈联上,再判断净输入信号是增强还是减弱,净输入信号增强的是正反馈,减弱的是负反馈。,6.2 负反馈电路的类型,上述判别方法可总结如下: (1)如果反馈信号与输入信号加到输入级的同一个电极上,则两者极性相同为正反馈,极性相反为负反馈;如果两个信号加到输入级的两个不同的电极上,则两者极性相同为负反馈,相反为正反馈。 (2)集成运放判别本级反馈的极性时,若反馈信号接回到反相输入端,则为负反馈;接回到同相输入端,则为正反馈。 注意:对晶体管的3种组态:共射组态,输入B与输出C极性相反;共集组态,输入B与输出E极性相同;共基组态,输入E与输出C极性相同。,例6.1 试判断如图6.4所示电路的反馈极性。 解:(1)在如图6.4(a)所示电路中,先断开反馈支路,给反相输入端加“+”瞬时信号,集成运放放大后为“-”信号(反相作用),经反馈电阻Rf引回到同相输入端为“-”,把反馈联上,可以看出,反馈信号使净输入信号 加强,因此Rf引入了正反馈。 另外,根据上述判别法则可知,反馈信号接回到同相输入端,故为正反馈。 (2)判别过程的瞬时极性如图6.4(b)所示,即ui经两级放大后,通过级间反馈元件Rf,Cf引回到VT1基极的瞬时极性为“-”,可以看出,反馈信号使净输入信号 减小,因此Rf,Cf引入了负反馈。 另外,根据上述判别法则可知,反馈信号和输入信号加到输入级的同一个电极上,且极性相反,故为负反馈。,图6.4 用瞬时极性法判别反馈极性,6.2.2 直流反馈和交流反馈 在放大电路中既有直流分量又有交流分量,如果电路引入的反馈量是直流成分,称为直流反馈;如果电路引入的反馈量是交流成分,称为交流反馈;如果电路引入的反馈量既有交流成分又有直流成分,称为交直流反馈。 判别方法如下: 可以根据交流通路和直流通路来判别:若反馈通路存在于直流通路中,则为直流反馈;若反馈通路存在于交流通路中,则为交流反馈;若反馈通路既存在于交流通路中又存在于直流通路中,则为交直流反馈。,例6.2 试判断如图6.4所示电路是直流反馈还是交流反馈。 解:(1)为了判别图6.4(a)所示电路引入的是直流反馈还是交流反馈,可画出其直流通路如图6.5(a)和交流通路如图6.5(b)所示。从图中可以看出,Rf仅存在于直流通路中,在交流通路中,Rf一端接“地”成了输出端负载,因此Rf引入了直流反馈。 (2)在图6.4(b)中,由于Cf直流开路,因此Rf,Cf引入了交流反馈。,图6.5 图6.4(a)的直流通路和交流通路,6.2.3 电压反馈和电流反馈 反馈是从输出端取样,若反馈信号与输出电压成正比,取样的是电压,称为电压反馈;若反馈信号与输出电流成正比,取样的是电流,称为电流反馈。 判别方法如下: (1)将负载短路,若反馈信号消失,则为电压反馈;否则为电流反馈。 (2)除公共地线外,若反馈线与输出线接在同一点上,则为电压反馈;若反馈线与输出线接在不同点上,则为电流反馈。,例6.3 试判断图6.4所示电路是电压反馈还是电流反馈。 解:(1)在图6.4(a)中,将输出电压短路,可见,输出端接地,反馈支路也接地,则反馈量消失,因此Rf引入了电压反馈。 另外可见,Rf构成的反馈线与输出端并接在一起,必然为电压取样,故为电压反馈。 (2)在图6.4(b)中,将负载RL短路,则反馈信号仍然存在,故为电流反馈。 另外可见,Rf,Cf形成的反馈线接在VT2的发射极,而输出线接在VT2的集电极,两者没有以输出端子为公共节点,故为电流负反馈。,注意:电压反馈和电流反馈的区分,只有在负载变化时才有意义。当负载不变时,若反馈信号与输出电压成正比,也可以视为与输出电流成正比,此时电压反馈与电流反馈具有相同的效果。只有当负载变化时,输出电压和输出电流朝相反方向变化,才有可能区分反馈信号和哪一个输出量成正比。,6.2.4 串联反馈和并联反馈 根据反馈在输入端的连接方法,可分为串联反馈和并联反馈。对于串联反馈,其反馈信号和输入信号是串联的(即净输入电压是由输入信号和反馈信号相叠加);对于并联反馈,其反馈信号和输入信号是并联的(即净输入电流是由输入电流和反馈电流相叠加)。 判别方法如下: (1)将输入回路的反馈节点对地短路,若输入信号仍能送到开环放大电路中去,则为串联反馈;否则为并联反馈。 (2)串联反馈是输入信号与反馈信号加在放大器的不同输入端(对于晶体管来说一端为基极,另一端为发射极);并联反馈则是两者并接在同一个输入端上。,例6.4 试判断如图6.4所示电路是串联反馈还是并联反馈。 解:(1)在图6.4(a)中,即反馈信号和输入信号是串联的。将输入回路的反馈节点对地短路后,相当于运放反相输入端接地,其短路后的等效电路如图6.6所示。由于输入信号加在反相端,故信号仍能送到开环放大电路,因此为串联反馈。,图6.6 图6.4(a)输入反馈节点短路后的等效电路,另外可见,输入信号与反馈信号加在放大器的不同输入端上,故为串联反馈。,(2)在图6.4(b)中,即反馈信号和输入信号是并联的。将输入回路反馈节点对地短路后,晶体管VT1的基极接地,输入信号无法送到开环放大电路中,故为并联反馈。 另外可见,Rf,Cf引入的反馈线与输入信号线并接在一起,故可直接判定为并联反馈。 由于直流负反馈仅能稳定静态工作点,在此不做过多讨论。对交流负反馈而言,综合输出端取样对象的不同和输入端的不同接法,可以组成种类型的负反馈放大器: 电压串联负反馈; 电压并联负反馈; 电流串联负反馈; 电流并联负反馈。,返回,6.3 负反馈对放大器性能的影响,放大电路引入负反馈后,可以使许多方面的性能变好,但是,所有性能的改善都是以降低放大倍数为代价的。 6.3.1 提高放大倍数的稳定性 当外界条件变化(如负载电阻、晶体管 值变化等),即使输入信号一定,也会引起输出信号变化,即放大倍数变化。,引入负反馈后,由于它的自动调节作用,使输出信号的变化得到抑制,放大倍数趋于稳定。当反馈深度(1+AF)1时,则称为深度负反馈,此时 (6-5) 可见,在深度负反馈情况下,闭环增益Af仅取决于反馈系数F。而反馈系数F由反馈元件参数决定,比较稳定,因此Af也比较稳定。,6.3.2 改善非线性失真 由于晶体管(或场效应管)的非线性特性,或静态工作点选得不合适等,当输入信号较大时,在其输出端就产生了正半周幅值大、负半周幅值小的非线性失真信号,如图6.7(a)所示。 引入负反馈后,如图6.7(b)所示,反馈信号来自输出回路,其波形也是上大下小,将它送到输入回路,使净输入信号( )变成上小下大,经放大,输出波形的失真获得补偿。从本质上说,负反馈是利用了“预失真”的波形来改善波形的失真,因而不能完全消除失真,并且对输入信号本身的失真不能减少。 同样道理,负反馈可以减小由于放大器本身所产生的干扰和噪声(可看做与非线性失真类似的谐波)。,图6.7 减小非线性失真,6.3.3 展宽通频带 把放大器对不同频率的正弦信号的放大效果称为放大器的频率响应,其中放大倍数的大小与频率之间的关系称为幅频特性。 如图6.8所示为阻容耦合放大电路开环与闭环的幅频特性(在低频段,因耦合电容随频率降低而容抗增大,使信号受到衰减,放大倍数减小;在高频段,因频率升高而使晶体管的极间电容容抗减小,使放大倍数减小)。规定当放大倍数下降为0.707 Aum时所对应的两个频率,分别称为下限频率fL和上限频率fH ,它们之间的频率范围称为放大器的通频带,用BW表示,即BW = fH - fL。通频带愈宽,表示放大器工作的频率范围愈宽。,图6.8 开环与闭环的幅频特性,由于负反馈对任何原因引起的放大倍数的变化都有抑制能力,因此,对于因信号频率升高或降低而产生的放大倍数的变化,可自动调节其变化,使得放大倍数幅频特性平稳的区间加大,即通频带加宽。反馈后的幅频特性如图6.8所示。分析可知,引入负反馈后有如下关系式: (6-6) (6-7) 可见,闭环时中频区的上限频率fH增大了(1+AF)倍,下限频率fL减小了(1+AF)倍,一般有fHfL , fHffLf,所以,可近似认为通频带只取决于上限频率,负反馈使通频带展宽了(1+AF)倍。通频带的扩展,意味着频率失真的减少,因此,负反馈能减少频率失真。,6.3.4 改变输入电阻和输出电阻 1. 改变输入电阻 凡是串联负反馈,因为反馈信号与输入信号串联,故使输入电阻增大;凡是并联负反馈,因为反馈信号与输入信号并联,故使输入电阻减小。 2. 改变输出电阻 凡是电压负反馈,因具有稳定输出电压的作用,使其接近于恒压源,故使输出电阻减小;凡是电流负反馈,因具有稳定输出电流的作用,使其接近于恒流源,故使输出电阻增大。,负反馈对输入电阻、输出电阻的影响如表6.1所示。,表6.1 负反馈对Ri、Ro影响,返回,
网站客服QQ:2055934822
金锄头文库版权所有
经营许可证:蜀ICP备13022795号 | 川公网安备 51140202000112号