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1、半导体与放大电路第1页，此课件共13页哦2-6、放大电路中的负反馈、放大电路中的负反馈 一、负反馈的概念及性质一、负反馈的概念及性质 由于晶体管特性呈非线性，故其放大电路必定存在非线性失由于晶体管特性呈非线性，故其放大电路必定存在非线性失真（严重程度是截止失真或饱和失真）。恰当选取静态工作点于交真（严重程度是截止失真或饱和失真）。恰当选取静态工作点于交流负载线的中央，亦仅能减少小信号放大时的失真程度，但大信号流负载线的中央，亦仅能减少小信号放大时的失真程度，但大信号放大时失真仍很明显。放大时失真仍很明显。在阻容耦合放大器中，耦合电容不可能取值无穷大，在阻容耦合放大器中，耦合电容不可能取值无穷大
2、，晶体管的极间电容不可能达到无穷小，故放大器若在某一定晶体管的极间电容不可能达到无穷小，故放大器若在某一定频率范围以外工作，便会出现显著的频率失真。频率范围以外工作，便会出现显著的频率失真。放大器无论出现何种失真，都可通过引入放大器无论出现何种失真，都可通过引入“负反馈负反馈”而得到改善。而得到改善。第2页，此课件共13页哦第3页，此课件共13页哦 图的方框是一个失真的多级放大器，输入信号图的方框是一个失真的多级放大器，输入信号ui是标准的正是标准的正弦波，输入放大器的净输入电压弦波，输入放大器的净输入电压ube亦是正弦波，输出电压亦是正弦波，输出电压u0按图示的正方向设定是正半波大、负半波小
3、的不对称波形。从按图示的正方向设定是正半波大、负半波小的不对称波形。从图中可以推知，放大器对信号正半波和负半波的放大倍数图中可以推知，放大器对信号正半波和负半波的放大倍数A是是不同的，记不同的，记A正正A负负。欲使放大器输出电压的正负半波接近对称，。欲使放大器输出电压的正负半波接近对称，仅需在输出端添置分压电阻仅需在输出端添置分压电阻R1和和R2，把原来正半波大、负半波，把原来正半波大、负半波小的输出电压取一定比例量小的输出电压取一定比例量uf通过反馈通道回送到输入回路的通过反馈通道回送到输入回路的电阻电阻R上。这个被称作反馈电压的上。这个被称作反馈电压的uf的正方向按的正方向按u0的正方向输
4、的正方向输出，如图所示。这样，失真放大器端口的净输入电压出，如图所示。这样，失真放大器端口的净输入电压ube就等于原就等于原信号信号ui与反馈信号与反馈信号uf的差，即的差，即ube=ui-uf。值得注意的是，。值得注意的是，ui是正负是正负半波相等的正弦波，而半波相等的正弦波，而uf是相似于是相似于u0的正半波大、负半波小的非正的正半波大、负半波小的非正弦波，故其差值弦波，故其差值ube反而是正半波小、负半波大的非正弦。反而是正半波小、负半波大的非正弦。第4页，此课件共13页哦 把它输入到把它输入到A正正A负负的失真放大器中，根据的失真放大器中，根据u0=Aube，在正半，在正半波时，输入小
5、但放大倍数大，而在负半波时，输入大但放大倍数小，波时，输入小但放大倍数大，而在负半波时，输入大但放大倍数小，这样，输出电压正负半波便接近相等了。这样，输出电压正负半波便接近相等了。信号多输入端馈送到输出端称为正向馈送。信号从输出端信号多输入端馈送到输出端称为正向馈送。信号从输出端送到输入端称为反向馈送。即凡是将放大器输出端的信号（电送到输入端称为反向馈送。即凡是将放大器输出端的信号（电压或电流）的一部分或全部通过反馈电路引回输入端，称为反压或电流）的一部分或全部通过反馈电路引回输入端，称为反馈。若引回的信号（称为反馈信号）削弱了原来的输入信号，馈。若引回的信号（称为反馈信号）削弱了原来的输入信
6、号，使放大器真正的净信号减小了，则这种反馈称为负反馈；反之，使放大器真正的净信号减小了，则这种反馈称为负反馈；反之，若反馈信号可增强原来输入信号，使净信号增大，则称为正反若反馈信号可增强原来输入信号，使净信号增大，则称为正反馈。可以想象，失真的放大器如添置正反馈，失真比原来更为馈。可以想象，失真的放大器如添置正反馈，失真比原来更为严重。严重。第5页，此课件共13页哦 下面用框图来分析负反馈对放大器工作性能的影响。图下面用框图来分析负反馈对放大器工作性能的影响。图a和和b分别为无负反馈的和带有负反馈的放大电路的方框图。图中分别为无负反馈的和带有负反馈的放大电路的方框图。图中用用，并设为正弦信号。
7、信号的传递方向如图中箭头所示。，并设为正弦信号。信号的传递方向如图中箭头所示。表示信号，这既可表示电压，也可表示电流表示信号，这既可表示电压，也可表示电流、“-”极性，极性，X和和X在输入端的差值信号在输入端的差值信号（净输入信号）（净输入信号）分别为输入、输出和反馈信号。根据图中分别为输入、输出和反馈信号。根据图中“+”、为：为：=-第6页，此课件共13页哦第7页，此课件共13页哦 反馈信号与输出信号之比称为反馈系数反馈信号与输出信号之比称为反馈系数，记作，记作，图中，图中，负反馈会给电路带来下列的影响：负反馈会给电路带来下列的影响：1、降低放大倍数：、降低放大倍数：，R/2=R2/R。无反
8、馈时放大倍数无反馈时放大倍数=/=/放大倍数放大倍数。有负反馈时。有负反馈时定义为：定义为：第8页，此课件共13页哦 把上式分母的模把上式分母的模|1+。因此，上式的分数值必定小于分子值，故负反馈放大倍数小于无。因此，上式的分数值必定小于分子值，故负反馈放大倍数小于无反馈放大倍数。反馈程度愈大，负反馈作用愈强，反馈放大倍数。反馈程度愈大，负反馈作用愈强，Af也就愈小。当也就愈小。当负反馈足够强时，若满足负反馈足够强时，若满足|称为反馈深度，其值必大于称为反馈深度，其值必大于11，则上式可改写为则上式可改写为=/=1/倍数倍数仅仅与反与反馈馈系数系数无关。注意，无关。注意，请请勿勿误误解此解此时
9、时不再需要放大器了，恰恰相反，不不再需要放大器了，恰恰相反，不仅仅需要放大器而且其放大倍数需要放大器而且其放大倍数A应应足足够够大才能大才能满满足足，这表示负反馈放大，这表示负反馈放大有关而与放大器原来的放大倍数有关而与放大器原来的放大倍数A1 的条件。当反馈电压等于输出电压，即反馈系数的条件。当反馈电压等于输出电压，即反馈系数=1时，上式可改写为时，上式可改写为=/（1+放大倍数略小于放大倍数略小于1。这称为全反馈的极限状态。这称为全反馈的极限状态。）1，此时负反馈，此时负反馈第9页，此课件共13页哦 引入负反馈后放大倍数下降这一结论，可以从图得到更直观引入负反馈后放大倍数下降这一结论，可以
10、从图得到更直观的理解。由于负反馈信号削弱了原来信号，使净输入电压减小，因的理解。由于负反馈信号削弱了原来信号，使净输入电压减小，因而经放大器后输出量一定要小，故放大倍数变小。而经放大器后输出量一定要小，故放大倍数变小。2、提高放大倍数的稳定性：、提高放大倍数的稳定性：当放大器的工况变化时（例如环境温度、管子老化等），当放大器的工况变化时（例如环境温度、管子老化等），即使输入信号一定，仍将引起输出信号的变化，也就是引起放即使输入信号一定，仍将引起输出信号的变化，也就是引起放大倍数的变化。如果这种变化较小，则说明其稳定性较高。表大倍数的变化。如果这种变化较小，则说明其稳定性较高。表征放大倍数的稳定
11、性，无反馈时用征放大倍数的稳定性，无反馈时用dA/A，有负反馈时用，有负反馈时用dAf/Af。其值愈小就愈稳定。其值愈小就愈稳定。对上式的模对上式的模Af=A/（1+AF）求导数，得：）求导数，得：第10页，此课件共13页哦即即 上式表明，引入负反馈时，放大倍数的相对变化量上式表明，引入负反馈时，放大倍数的相对变化量dAf/Af只有未引入反馈时的只有未引入反馈时的1/（1+AF），可见负反馈放大电路），可见负反馈放大电路的稳定性提高了。的稳定性提高了。引入负反馈放大器虽然降低了放大倍数，但却提高了放引入负反馈放大器虽然降低了放大倍数，但却提高了放大倍数的稳定性，这是改善放大器一切失真（包括非线
12、性失真、大倍数的稳定性，这是改善放大器一切失真（包括非线性失真、频率失真以及以后的学的其它失真）的理论基础。频率失真以及以后的学的其它失真）的理论基础。第11页，此课件共13页哦 图的非线性失真，可理解为原放大器对正负半波不图的非线性失真，可理解为原放大器对正负半波不同工况的放大倍数不同，加入负反馈后，使整个电路正负同工况的放大倍数不同，加入负反馈后，使整个电路正负半波的放大倍数稳定不变，因而改善了非线性失真。频率半波的放大倍数稳定不变，因而改善了非线性失真。频率失真可理解为原放大器在高频和低频工况时放大倍数小，失真可理解为原放大器在高频和低频工况时放大倍数小，在中频时放大倍数大。加入负反馈后
13、，使整个电路对各种在中频时放大倍数大。加入负反馈后，使整个电路对各种频率工况的放大倍数稳定不变，因而改善了频率失真。频率工况的放大倍数稳定不变，因而改善了频率失真。3、改善非线性失真：、改善非线性失真：直观的理解可由图说明。直观的理解可由图说明。4、改善频率失真使频带加宽：、改善频率失真使频带加宽：第12页，此课件共13页哦 直观的理解可由图说明。无反馈放大器在中频段直观的理解可由图说明。无反馈放大器在中频段放大倍数大，其反馈信号亦大，削弱输入信号的作放大倍数大，其反馈信号亦大，削弱输入信号的作用强，净输入信号减小严重，而高频或低频时，无用强，净输入信号减小严重，而高频或低频时，无反馈放大器的放大倍数小，反馈信号小，净输入信反馈放大器的放大倍数小，反馈信号小，净输入信号的减小不太多，由于输出信号等于净输入信号与号的减小不太多，由于输出信号等于净输入信号与无反馈放大倍数无反馈放大倍数A的乘积，故输出信号在中频或低频、的乘积，故输出信号在中频或低频、高频时均接近相等，即高频时均接近相等，即Af在低、中、高频段的特性曲线在低、中、高频段的特性曲线平坦，通频带加宽了。平坦，通频带加宽了。第13页，此课件共13页哦