实用模拟电子技术教程第8章电子

实用模拟电子技术教程,主编：徐正惠,副主编： 刘希真 张小冰,第2篇 分立元器件组成的放大电路 本篇着重介绍有关放大电路的基础知识；由分立元器件组成的常用基本放大电路的结构、工作原理、性能指标和分析方法；放大电路中的负反馈及其对放大电路性能的影响；差份放大电路的结构、工作原理、性能指标。通过讨论，为模拟集成电路的学习和应用打下基础。,第8章放大电路中的负反馈 学习要求： 掌握反馈的概念；掌握负反馈电路的4种基本类型的定义和判别方法；学会用这些方法判别负反馈放大电路的反馈类型；了解负反馈对于改善放大电路放大倍数稳定性、非线性失真、频率特性所起的作用；掌握不同类型负反馈对于改变放大电路输入、输出电阻所起的定性作用；了解共射极放大电路引入电压并联负反馈和电流串联负反馈后电路性能改善的情况。,第2篇 分立元器件组成的放大电路,反馈,8.1 反馈的基本概念 -8.1.1 反馈与反馈支路,将放大器电路输出信号（电压或电流信号）的全部或一部分，通过反馈支路形成反馈信号引回到输入端，和输入信号作比较（相加或相减），再由比较所得的信号去控制输出。这样一来，输出不但决定于输入，也决定于输出本身。,反馈放大电路的组成框图,8.1 反馈的基本概念 -8.1.2 反馈放大电路的组成,图中A为基本放大电路，F为反馈支路，圆圈中间加×的符号表示比较环节。Xo、Xi和Xf分别表示放大电路的输出信号、输入信号和反馈信号。,反馈放大电路由基本放大电路、反馈支路（网络）和比较环节组成,如图8-1所示,F称为反馈系数：,Xd称为净输入信号，对正反馈：,对负反馈：,（8-1）,（8-2）,8.1 反馈的基本概念 -8.1.2 反馈放大电路的组成,反馈放大电路的组成框图,设基本放大电路的增益（即开环增益）为A，它等于：,反馈放大电路由基本放大电路、反馈支路（网络）和比较环节组成,如图8-1所示,（8-3）,（8-4）,反馈放大电路的增益Af（即闭环增益）按定义是输出信号和输入信号的比值，它等于：,8.1 反馈的基本概念 -8.1.2 反馈放大电路的组成,反馈放大电路的组成框图,由式（8-2）解出Xi，并将式（8-3）代入（84），可以求得闭环增益Af的大小为：,反馈放大电路由基本放大电路、反馈支路（网络）和比较环节组成,如图8-1所示,（8-5）,反馈放大电路的基本类型,8.2 负反馈电路的基本类型 -8.2.1 反馈放大电路的基本类型,1、电压串联负反馈：负反馈信号取自输出电压，反馈信号与输入信号相串联。 2、电压并联负反馈：负反馈信号取自输出电压，反馈信号与输入信号相并联。 3、电流串联负反馈：负反馈信号取自输出电流，反馈信号与输入信号相串联。 4、电流并联负反馈：负反馈信号取自输出电流，反馈信号与输入信号相并联。,按反馈的极性，可分为正反馈和负反馈两大类。,8.2 负反馈电路的基本类型 -8.2.2 反馈极性的判别,瞬时极性判别法：具体做法是先假定输入信号处于某一个瞬时极性（用“+”表示正极性，“”表示负极性），然后逐级推出各点瞬时极性，最后判断反馈到输入端的信号的极性与原假定极性相同还是相反，相同时，即为正反馈，否则，为负反馈。例如图8-2（a）所示的放大电路 ：,按反馈的极性，可分为正反馈和负反馈两大类。,8.2 负反馈电路的基本类型 -8.2.2 反馈极性的判别,电阻Rf将输出信号反馈至输入端，为了判别反馈的极性，假设VT1基极输入信号的瞬时极性为“+”，则VT1集电极输出信号极性为“”（集电极信号与基极信号相位相反），传至VT2的发射极，信号极性为“”（基极与发射极同相位）， 该信号经电阻Rf传至VT1输入端极性为“”，与原传入信号的极性相反，因此属负反馈。这一判别过程也可表示如下：,按反馈的极性，可分为正反馈和负反馈两大类。,8.2 负反馈电路的基本类型 -8.2.2 反馈极性的判别,图8-2（b）所示的电路，设VT1基极输入信号的瞬时极性为“+”，则VT1集电极输出信号极性为“”，传至VT2的集电极，信号极性为“+”，该信号经电阻Rf传至VT1输入端极性为“+”，与原传入信号的极性相同，因此图8-2（b）所示的为正反馈。判别过程可表示为：,8.2 负反馈电路的基本类型 -8.2.3 直流反馈和交流反馈,反馈只存在于直流通路中，称为直流反馈。反馈仅存在于交流通路中，这种反馈就属交流反馈。 反馈既存在于交流通路，也可以存在于直流通路。直流负反馈在放大电路中常用于稳定静态工作点。图83中，反馈既存在直流通路中，也存在交流通路中。,输出短路判别法：将输出端交流负载短路（即令Uo=0），若这种情况下反馈信号依然存在，则为电流反馈，否则为电压反馈。 输出开路法：将输出端交流负载开路（令Io=0），若这种情况下反馈信号依然存在，则为电压反馈，否则为电流反馈。 例8-1 共发射极负反馈放大电路如图8-4所示，试判别电路中所存在的反馈的极性，确定其属于电流反馈还是电压反馈。,8.2 负反馈电路的基本类型 -8.2.4 电压反馈和电流反馈的判别,8.2 负反馈电路的基本类型 -8.2.4 电压反馈和电流反馈的判别,例8-2 共射极负反馈放大电路如图8-5所示，试确定电路中反馈的极性、判断其属电流反馈还是电压反馈。,例8-3 二级共射极负反馈放大电路如图8-6所示，反馈支路由RF、CF组成，试确定电路中反馈的极性、判断其属于电压负反馈还是电流负反馈，属并联反馈还是串联反馈。,8.2 负反馈电路的基本类型 -8.2.5 串联反馈和并联反馈的判别,例8-4 分析图8-5所示的负反馈放大电路属串联反馈还是并联反馈。,8.2 负反馈电路的基本类型 -8.2.5 串联反馈和并联反馈的判别,一个特殊的情况是在深度负反馈的情况下1+AF1 ，这时,8.3 负反馈对放大电路性能的影响 -8.3.1 稳定放大倍数,稳定放大倍数：开环放大倍数的相对变化量A/A来描写开环放大倍数的稳定程度，其中A表示各种原因引起的放大电路开环放大倍数的变化量，该变化量除以放大倍数，即为开环放大倍数的相对变化量。A/A越小就表示放大倍数越稳定。 如下公式所示：,静态工作点取得过高或过低会导致放大电路输出信号饱和 失真或截止失真。除了这种工作点选择不当引起的失真之外， 放大电路还存在非线性失真。,8.3 负反馈对放大电路性能的影响 -8.3.2 改善非线性失真,例如，从图（8-9）所示的晶体管输入特性曲线可以看出，基极电流和发射结电压Ube之间的关系并不是严格线性的。除此之外，放大器中还可能包含其他非线性元器件（例如光电器件等），这些非线性元器件也会造成输出信号偏离正弦波。上述因晶体管等非线性元器件所造成的输出信号失真称为非线性失真。,输入特性曲线的非线性失真,8.3 负反馈对放大电路性能的影响 -8.3.2 改善非线性失真,如果输出信号的前半周 大，后半周小，如图8-10 （a）所示，现在加入负 反馈（见图8-10（b）， 输出电压经反馈网络输出 反馈信号Xf，设反馈系数 F为常数，则所形成的反 馈信号Xf也是前半周大， 后半周小。反馈信号与正常的输入信号Xi相减后所形成的净输入信号Xd=XiXf，却变成了前半周小，后半周大，这样就使输出信号的前半周得到压缩，后半周得到扩大，结果使前后半周的幅度趋于一致，于是就使输出信号的非线性失真变小。,负反馈如何减小非线性失真呢？下面进行定性的说明。,8.3 负反馈对放大电路性能的影响 -8.3.3 展宽通频带,即通频带被展宽了（1+AmF）倍。,负反馈能展宽放大电路的通频带，展宽的原理和改善非线性失真类似。在低频段和高频段由于输出信号下降，因反馈系数F为一固定值，反馈至输入端的反馈信号也下降，于是原输入信号与反馈信号相减后的净输入信号增加，从而使得放大电路输出的下降程度比不加负反馈时为小，这就相当于放大器的通频带得到了展宽。可以证明如下式子成立。,8.3 负反馈对放大电路性能的影响 -8.3.3 展宽通频带,闭环放大倍数和闭环带宽的乘积等于开环放大倍数和开环放大倍数的乘积，即,放大电路的带宽和放大倍数的乘积称为放大电路的带宽增益积，上式表明负反馈放大电路的带宽增益积为常数，负反馈越深，频带展得越宽，中频放大倍数也下降得越厉害。如图811所示：,8.3 负反馈对放大电路性能的影响 -8.3.4 改变输入输出电阻,改变输入输出电阻,1、串联负反馈使输入电阻增加,无论采用电压负反馈还是电流负反馈，只要输入端属串联负反馈方式，与无反馈时相比其输入电阻都要增加，增加的倍数即为反馈深度（1+AF），如下公式所示：,式中Rif为加负反馈后的输入电阻，Ri为无负反馈时的输入电阻。,2、并联负反馈使输入电阻减小,无论采用电压负反馈还是电流负反馈，只要输入端属并联负反馈方式，与无反馈时相比，其输入电阻都要减小，减小的倍数即为反馈深度（1+AF），如下公式所示：,8.3 负反馈对放大电路性能的影响 -8.3.4 改变输入输出电阻,改变输入输出电阻,3、负反馈对输出电阻的影响,电压负反馈趋向于稳定输出电压，因此将减小输出电阻。这是因为一个电源的内阻（相当于放大器的输出电阻）很低时，其输出电压就不会随负载电阻的变化而发生很大的变化，反之，电源内阻很高，负载电阻变化时输出电压也随之变化，电源内阻越低，输出电压越稳定。电压负反馈能稳定输出电压，说明其输出电阻一定是降低的。 可以证明，电压负反馈放大电路闭环输出电阻R0f减小的倍数是反馈深度（1+AF）：,8.3 负反馈对放大电路性能的影响 -8.3.4 改变输入输出电阻,改变输入输出电阻,3、负反馈对输出电阻的影响,电流负反馈趋向于稳定输出电流，因此将增加输出电阻。输出电流的稳定是与高输出电阻相联系的，电源的内阻（相当于放大器的输出电阻）很高，其输出电流就不会因负载电阻的变化而发生很大的变化，就能稳定输出电流。电流负反馈能稳定输出电流，说明其输出电阻一定是提高的。 可以证明，电流负反馈放大电路闭环输出电阻R0f提高的倍数也是反馈深度（1+AF） ：,8.4 通过负反馈改善基本放大电路的性能 -8.4.1 加入电压并联负反馈的共射极放大电路,1、静态分析,8.4 通过负反馈改善基本放大电路的性能 -8.4.1 加入电压并联负反馈的共射极放大电路,2、源电压放大倍数,由图8-15可知：,深度负反馈情况下，反馈电流远大于流入基本放大电路的电流Ib，即：,于是：,此外，由图8-15可以看出，流过RF的电流（即反馈电流）等于其两端电压差（UiU0）除以电阻RF,8.4 通过负反馈改善基本放大电路的性能 -8.4.1 加入电压并联负反馈的共射极放大电路,2、源电压放大倍数,式中输出电压U0明显大于大于Ui，上式近似为：,可求得深度负反馈条件下引入电压并联负反馈的共射极放大电路的电压放大倍数为：,8.4 通过负反馈改善基本放大电路的性能 -8.4.1 加入电压并联负反馈的共射极放大电路,3、输入电阻,4、输出电阻,深度负反馈情况下，（1+AF）1，因此输入电阻明显降低。,并联负反馈放大电路的输入电阻rif等于：,电压负反馈放大电路的输出电阻r0f等于：,深度负反馈情况下，输出电阻也明显降低。,8.4 通过负反馈改善基本放大电路的性能 -8.4.1 加入电压并联负反馈的共射极放大电路,其一，高频特性好； 其二，电路输入电阻低，可使前级的等效负载电阻减小，高频工作时不容易产生自激振荡，稳定性较好； 其三，电路输出电阻低，容易与共射极、共基极电路匹配； 其四，放大倍数与晶体管参数无关，稳定性好，晶体管互换性好。,优点：,8.4 通过负反馈改善基本放大电路的性能 -8.4.2 加入电流串联负反馈的共射极放大电路,1、静态分析,8.4 通过负反馈改善基本放大电路的性能 -8.4.2 加入电流串联负反馈