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放大电路引入负反馈后,除了使得闭环增益下降外,还会影响放大电路的许多性能。
一、提高增益稳定性
放大电路的增益可能由于元器件参数的变化、环境温度的变化、电源电压的变化、负载大小的变化等因素的影响而不稳定,引入适当的负反馈后,可提高闭环增益的稳定性。
当负反馈很深,即(1+AF)>>1时,Af=A/(1+AF)≈1/F,即放大电路的增益决定于反馈网络的反馈系数,而与基本放大电路几乎无关。
dAf/Af=1/(1+AF)*dA/A
可以看到,F在分母上,F越大可以有效降低相对变化量,但是会使得增益也降低,还是需要妥善取值。
①、负反馈不能使输出量保持不变,只能使输出量趋于不变。而且只能减小由开环增益变化而引起的闭环增益的变化。如果反馈系数发生变化而引起闭环增益变化,则负反馈是无能为力的。所以,反馈网络一般都由无源元件组成。
②、不同类型的负反馈能稳定的增益也不同,如电压串联负反馈只能稳定闭环电压增益,而电流串联负反馈只能稳定闭环互导增益 。
二、 减小非线性失真
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,放大器件可能工作在它的传输
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。
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 Vo与Vi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(1+AF)有关。
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。
三、抑制反馈环内噪声
必须注意的是,无噪声放大电路在实践中是很难做到的,但可使它的噪声尽可能小,如精选器件、调整参数,改进工艺等 。
例如,一台扩音机的功率输出级常有交流噪声,来源于电源的 50 Hz 的干扰。其前置级或电
压放大级由稳定的直流电源供电,噪声或干扰较小,当对整个系统的后面几级外加一负反馈环时,对改善系统的信噪比具有明显的效果 。
四、对输入电阻和输出电阻的影响
1、串联与并联负反馈-对输入电阻影响
其中a为串联负反馈,由下式推导,可以看出输入电阻增大。
图c为并联负反馈,由下式推导,可以看出输入电阻减小。
2、电压与电流负反馈-对输出电阻影响
由下式推导,可以看出输出电阻减小。
由下式推导,可以看出输出电阻增大。
总结:
- 串联负反馈,输入电阻增大
- 并联负反馈,输入电阻减小
- 电压负反馈,输出电阻减小
- 电流负反馈,输出电阻增大
五、扩展带宽
任何放大电路的增益都是信号频率的函数,增益的大小和相移都随频率的变化而变化。当反馈网络中含有电抗性元件时,反馈系数也是频率的函数。因此,反馈放大电路的增益也必然是信号频率的函数。
fHf=(1+Av*Fv)*fH,反馈越深,Fv越大,频带越宽
其中,①为开环曲线,②为反馈F=0.01,③为反馈F=0.1,④为反馈F=1
总结:通频带全部增宽。增益带宽积的概念,提高增益降低带宽,提高带宽降低增益。
六、反馈电路的影响总结
七、负反馈放大电路的稳定性
1、产生自激振荡的原因及条件
前面讨论的负反馈放大电路都是假定其工作在通带内(中频区),这时电路中各个电抗性元
件的影响均可忽略 。负反馈说明输入与反馈同相,Xi-Xf,而高频电阻会使得相位幅度随频率变化。假如变为了反向,就会导致Xi-(-Xf),变成了正反馈,从而在没有输入信号的时候也会产生自激振荡。
负反馈放大电路产生自激振荡的条件是:环路增益AF=-1
2、确立稳定的工作条件
可以看到此图中,当f=f0,即满足了幅值条件,而不满足相位条件;f=f180,则满足了相位条件,而不满足幅值条件。
为使电路具有足够的稳定性,不仅要避免电路进入自激状态,还要使其远离自激状态,即要有一个稳定的裕量,称为稳定裕度。这样,当环境温度、电源电压、电路参数等在一定范围内变化时,电路都能稳定地工作。稳定裕度包括增益裕度和相位裕度。
f=f180对应的Gm为增益裕度,稳定的负反馈放大电路的Gm<0dB,一般要求Gm<-10dB ,保证电路有足够的增益裕度。
f=f0对应的相位点为相位裕度,稳定的负反馈放大电路的相位裕度>0°,一般要求相位裕度>45° ,保证电路有足够的相位裕度。
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