模电基础 - 放大电路中的反馈

目录

一. 简介

二. 正反馈对放大电路性能的影响

三. 负反馈对放大电路性能的影响

四. 直流反馈

五. 交流反馈

六. 深度负反馈

七. 理想运放


一. 简介

在放大电路中,反馈是指将输出信号的一部分或全部以一定的方式送回到输入回路,从而影响输入信号的过程。

反馈的类型主要包括正反馈和负反馈。

负反馈是指反馈信号削弱输入信号的作用。它具有多种优点,例如能够稳定放大倍数、改善非线性失真、扩展频带、改变输入输出电阻等。负反馈可以根据取样对象和反馈信号与输入信号的叠加方式进一步分类。根据取样对象,可分为电压反馈和电流反馈;根据叠加方式,可分为串联反馈和并联反馈。这四种组合形成了负反馈的四种基本组态:电压串联负反馈、电压并联负反馈、电流串联负反馈和电流并联负反馈。

正反馈则是反馈信号增强输入信号的作用。在某些特定条件下,正反馈可以使电路产生自激振荡,用于正弦波振荡器等电路中。

反馈对放大电路性能的影响主要体现在以下几个方面:

  1. 降低放大倍数:但能提高放大倍数的稳定性。
  2. 改变输入输出电阻:串联负反馈增大输入电阻,并联负反馈减小输入电阻;电压负反馈减小输出电阻,电流负反馈增大输出电阻。
  3. 改善非线性失真:通过反馈的自动调节作用,减小输出信号的失真。

在实际的放大电路设计中,根据具体的性能要求,合理选择和设计反馈网络,以达到期望的电路性能。

二. 正反馈对放大电路性能的影响

正反馈对放大电路性能的影响主要有以下方面:

  1. 自激振荡:在一定条件下,正反馈会使放大电路产生自激振荡,从而输出特定频率的正弦波信号。这在正弦波振荡器等电路中是被期望和利用的特性。

  2. 不稳定增益:正反馈会导致放大电路的增益不稳定,容易使电路的输出失控。

  3. 可能加剧失真:通常情况下,正反馈会放大电路中的非线性失真,而不是像负反馈那样改善失真。

需要注意的是,正反馈在放大电路中的应用相对较少,一般主要用于需要产生自激振荡的特定场合,而在大多数要求稳定放大的电路中,通常需要避免正反馈的出现。

三. 负反馈对放大电路性能的影响

负反馈对放大电路性能的影响主要体现在以下几个方面:

  1. 提高增益稳定性:负反馈使得放大电路的增益相对稳定,不受环境温度、电源电压波动以及元器件参数变化等因素的显著影响。

  2. 改善非线性失真:当输入信号较大导致放大电路出现非线性失真时,负反馈能够减小这种失真,使输出信号更接近理想的线性放大。

  3. 扩展频带:负反馈可以降低放大电路在中频段的增益,从而使上限截止频率升高、下限截止频率降低,有效地扩展了通频带。

  4. 改变输入输出电阻:串联负反馈增大输入电阻,使放大电路从信号源获取电流的能力减弱;并联负反馈减小输入电阻,增强获取电流的能力。电压负反馈减小输出电阻,提高电路带负载的能力;电流负反馈增大输出电阻,使输出电流更稳定。

  5. 抑制噪声和干扰:负反馈能够降低电路内部产生的噪声和外部干扰对输出信号的影响。

四. 直流反馈

直流反馈是指在放大电路中,存在于直流通路中的反馈。

直流反馈的主要作用是稳定静态工作点。它能够通过反馈网络将输出端的直流信号引回到输入端,影响晶体管的基极电流或发射极电流,从而调整晶体管的工作状态,使静态工作点保持稳定。

例如,在共射极放大电路中,通过发射极电阻引入直流负反馈,可以抑制由于温度变化等因素引起的静态工作点漂移,提高电路工作的稳定性。

与直流反馈相对的是交流反馈,交流反馈主要影响电路的动态性能,如增益、带宽、非线性失真等。

五. 交流反馈

交流反馈是指在放大电路中,存在于交流通路中的反馈。

交流反馈对放大电路的性能有着重要的影响。它可以改变放大电路的增益、输入输出电阻、带宽、非线性失真等动态性能。

例如,电压串联交流负反馈能够降低放大电路的输出电阻,提高带负载能力,同时增大输入电阻;电流并联交流负反馈则会增大放大电路的输出电阻,稳定输出电流,并且减小输入电阻。

交流反馈还可以扩展放大电路的带宽,改善非线性失真,使放大电路的性能更加优化,以满足不同的应用需求。

六. 深度负反馈

深度负反馈是指在放大电路中,反馈深度(1 + AF)远远大于 1 的情况。

在深度负反馈条件下,闭环增益约等于反馈系数的倒数,即 A_f ≈ 1/F。这意味着放大电路的增益主要由反馈网络决定,而对基本放大电路的参数变化不敏感,从而使增益具有很高的稳定性。

深度负反馈还能使放大电路的输入电阻和输出电阻发生显著变化。例如,电压串联深度负反馈会使输入电阻增大,输出电阻减小。

此外,深度负反馈能够改善放大电路的非线性失真,提高电路的抗干扰能力。但同时也可能导致电路的频带变窄。

在实际电路设计中,深度负反馈常用于需要高增益稳定性和良好性能的场合。

七. 理想运放

理想运放是一种在理论上具有极其优良特性的运算放大器。

理想运放具有以下特点:

  1. 开环增益无穷大:意味着输入微小的电压差就能使输出达到电源电压的极限。
  2. 输入电阻无穷大:输入电流几乎为零,不消耗信号源的功率。
  3. 输出电阻为零:具有很强的带负载能力,输出电压不受负载变化的影响。
  4. 带宽无穷大:能够对任意频率的信号进行同等放大。

在实际应用中,虽然真实的运放无法完全达到理想运放的特性,但在分析和设计电路时,基于理想运放的假设可以大大简化分析过程,得出近似的结果,然后再根据实际运放的参数进行修正和优化。

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