负反馈对放大电路性能的改善

1、负反馈对放大电路性能的改善 前引：加入负反馈后，虽然增益有所下降，但性能会得到多方面的改善，且改善的程度和负反馈的深度有关。经过EDA仿真及相应分析，更可直观了解负反馈的作用。下边以NPN三极管的电流串联负反馈为例，将特性一一分析：一：负反馈使增益有所下降，并且负反馈程度越深，增益下降越多。 图 静态工作点<1>理论分析： 可以看出，加入负反馈后，放大电路的增益将降低，且F越大，即反馈程度越深，增益降低越多。<2>仿真测试：取值：交流输入信号源V2峰值为10m 可以看出：图中各节点电压电流关系均满足电路直流偏置时的关系。当射击反馈电阻分别取值1k，3k，5k时，输入输出

2、曲线如下： 图 负反馈对放大电路增益的影响其中，黄色线代表输入电压波形，红色，绿色，蓝色线分别表示了RE为5k，3k，1k时输出波形。输入与输出呈反向关系，此电压串联电路负反馈的电压反馈系数F=RE,可以由图看出，RE越大，输出电压值越小，A=|Vo/Vi|就越小。 可以得出结论：当负反馈程度越深，放大电路增益下降越多。这也与公式Af=A/(1+AF)相符合。二：负反馈可以提高静态工作点与增益的稳定性。<1>理论分析： Af=A(1+AF) 对中频段，求微分得： <2>仿真测试：以晶体管值变化为例，值变化起点20，终点200，步长为5；secondarysweep是选择

3、全局变量参数res，取值为1k，3k，5k，列表类型扫描。结果如下图: 图-负反馈电阻取不同值对工作点电流的稳定该图是晶体管BF即值连续变化时，RE取三个值时Ic的变化曲线。由上到下分别是参数res取值为1k，3k，5k所对应的曲线。随着值的变化，集电极电流Ic的变化范围小了很多，从而保持了工作点的稳定。还可以得出结论：负反馈越深，放大电路的工作点电流越稳定，增益也就更稳定。三：负反馈对输入电阻的改善<1>理论分析：以串联负反馈举例分析： 可以看出负反馈越深，输入电阻越大<2>仿真测试：图-负反馈不同值对输入阻抗的影响上图中，三条曲线由下到上依次是1k，3k，5k所对应

4、的输入特性曲线。可以明显看出，RE越高，输入阻抗就越高。这与理论分析一致。四：负反馈对输出电阻的改善<1>理论分析：以电流取样负反馈为例分析：其具有稳定输出电流的能力，故必然会增大输出电阻<2>仿真测试测量输出电阻时，须将交流信号源短路，输出端加上交流源，电路如下图： 图 测量输出阻抗所搭建的电路图为使区别更加明显 ，取res值有1k，700，300，对这三个取值情况测量输出电阻，仿真图如下： 图 不同负反馈阻值对应的对输出阻抗的影响由上到下RE取值依次是1k，700，300，可以看出，RE值越大，输出电阻越大。说明电流取样负反馈的输出电阻有放大作用，从而可以对输出电流

5、有稳定作用。五：负反馈可以减小非线性失真。<1>理论分析：对于理想的放大电路，输出和输入信号应该完全呈线性关系。但由于晶体管本身的非线性，当输入信号为幅值较大的正弦波时，输出信号波形可能不再是正弦波，在输出信号中可能会出现谐波，产生非线性失真。负反馈电路可以有效改善波形失真，原理如下图：<2>仿真测试：增大VSIN的幅值至4V，为使波形对比明显，取RE值为分别2K,3K,10K，对应曲线已在下图标出。 图 不同负反馈阻值对非线性失真的改善状况可以看出，当RE=2K时，波形失真最为严重，不仅上部削顶，下部也不再是正弦波； 当RE=3K时，波形仅上部削顶；当RE=10K时，

6、波形上部削顶且较前者更接近正弦波形。所以可以得出结论：负反馈可以减小一定程度的非线性失真，当失真较严重时，负反馈只能轻微减弱失真。即：负反馈只能减小若非线性失真。六：负反馈可以展开频带<1>理论分析： 负反馈能够稳定闭环增益，因而对于频率上升(或下降）所引起的开环增益的下降同样具有稳定作作用，即减小频率变化对闭环增益的影响，从而展宽闭环增益的频带宽度。 假设基本放大电路是具有一个极点的直接耦合放大电路，其增益的表达式为： 由公式可以看出：引入负反馈后，其中频增益下降到开环的1/(1+AF)，上限截上频率扩展为原来的（1AF）倍，增益带宽乘积保持不变。<2>仿真测试：为使波形便于比较，取res值为800，900，1k；对增益随频率变化的波形仿真如下 图 不同的负反馈阻值对同频带的展宽程度可以看出，当RE增大时，中频段增益下降点后移，下降3db所对应的上截止频率升高 。这与理论分析相符合。总结：以上以电流串联负反馈电路为代表列举了负反馈对放大电路工作性能的几点作用：虽然使增益降低，但稳定了静态工作点和增益，改善了电路的输入输出阻