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负反馈放大电路
  • 负反馈电路重要参数

图1 负反馈放大电路一般拓扑结构

图1是负反馈放大电路的一般形式,其中符号定义如下:

负反馈放大电路基本参数定义如下:

由表2三个公式可以推导出一个重要公式(推倒过程很简单,这里省略):

Af=A/(1+AF),其中1+AF称为反馈深度,是一个无量纲系数,1+AF越大说明电路的反馈深度越深,电路的放大能力弱;1+AF越小说明电路的反馈深度越浅,电路的放大能力强。

表1、表2里的输入量、输出量及反馈量用X,而不用习惯上使用的电压符号U,是因为这三个量可以是电压、也可以是电流。这样开环放大倍数A与闭环放大倍数Af都有可能是无量纲的系数——电压串联负反馈电路、电流并联负反馈电路;也有可能是有量纲的系数——电压并联负反馈电路、电流串联负反馈电路。

如果看到一个闭环放大系数写作Auif,说明这个负反馈放大电路输出是电压信号,输入是电流信号——结合前面的知识可以判断出这是一个电压并联负反馈放大电路。我们查阅运放器件的数据手册时会发现手册中只会给出电压-电压形式的开环放大系统Auu(可以简写为Au),那Auu、Aui、Aiu、Aii之间的转换见表3:

  • 四种负反馈组态特性分析

对于四种不同的反馈组态(图2)基本都是定量分析计算放大倍数、输入电阻、输出电阻三个参数(表4)。

图2 四种负反馈组态

表4中的12个公式是这章研究的重点,对这12个公式不要死记硬背,而是要在理解的基础上掌握:其中输入输出关系公式可以利用“虚短”、“虚断”的约束条件及基尔霍夫定律轻易推导出来;串/并联负反馈与输入电阻的关系,电压/电流负反馈与输出电阻的关系,首先要定性的理解。

串联负反馈增大输入电阻:当电路加入串联负反馈后,从电路外部输入端口来看,输入信号电压由很小的输入信号Udi变为Ui,增大了许多;这是由于反馈信号Uf起到了抵消作用的结果,所以实际净输入信号还是Udi(输入信号Ui与反馈信号Uf的差值),因此输入电流没有变化还是Ii;输入信号电压增大了许多,输入信号电流没有变化,所以串联负反馈电路的输入电阻Rif相对于没有反馈时的输入电阻Ri增大了(图3)。

图3 串联负反馈增大电路输入电阻

并联负反馈减小输入电阻:当电路加入并联负反馈后,从电路外部输入端口来看,输入信号电流由很小的Idi变为Ii,增大了许多;增加的电流通过反馈电阻Rf流到了输出端(也可以理解为流入了反馈网络),所以实际净输入电流信号还是Idi(输入电流信号Ii与反馈电流信号If的差值);输入信号电压没有变化,电流却增大了许多,所以并联负反馈电路的输入电阻Rif相对于没有反馈时的输入电阻Ri减小了(图4)。

图4 并联负反馈减小电路输入电阻

电压负反馈减小输出电阻:当电路加入电压负反馈后,从电路外部输出端口来看,输出电流一部分经过反馈网络流入了输入端(即使认为电压负反馈的反馈网络输入信号是电压,但是有电压存在就意味着存在电流),这样在同样输出信号电压为Uo的时候,输出电流Io增大了,所以电压负反馈电路的输出电阻Rof相对于没有反馈时的输出电阻Ro减小了。

电流负反馈增大输出电阻:当电路加入电流负反馈后,电压源形式的输出转变为电流源形式,电路的反馈电阻成为输出电阻的组成部分,相当于运放原有输出电阻上串联了电阻,所以电流负反馈电路的输出电阻Rof相对于没有反馈时的输出电阻Ro增大了。

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