第五章第二节负反馈对放大器性能的影响

第二节负反馈对放大器

———性能影响5.2负反馈对放大器性能的影响本节将逐一分析负反馈对放大器主要性能的影响。5．2．1增益灵敏度如前所述，若外界环境因素(温度等)或者工作条件变化而引起器件参数、输出负载和输入信号源电阻变化，造成放大器增益(A和As)变化，则施加负反馈后，反馈放大器的增益(Af和Afs)虽有降低，但其值的变化却大大减小，增益灵敏度(Gainsensitivity)就是指Af(或Afs)对A(或As)变化的敏感程度。定义(5-2-1)若△A为小值，则上式可用偏导数表示：(5-2-2)若设该参量用x表示，则Af(或Afs)对x的灵敏度为(5-2-3)根据式(5-1-4)，求得(5-2-4)必须指出，施加不同类型反馈，只能减小相应增益的灵敏度。例如，电流串联反馈只能减小互导增益Agf的灵敏度，但不能降低电压增益Avf的灵敏度，只有当RL为定值时，才能降低Avf的灵敏度。5．2．2输入和输出电阻负反馈可以改变放大器的输入和输出电阻，这是负反馈放大器又一个宝贵的特性。一、输入电阻负反馈对输入电阻的影响与反馈网络在放大器输入端的连接方式有关，而与输出端的连接方式无关。因此，在推导输入电阻表达式时，只需画出图5-2-1所示两种放大器输入端的连接图，而将放大器输出端统一用输出信号xo表示。在图5-2-1(a)所示的串联反馈电路中(5-2-5)在图5-2-1(b)所示的并联反馈电路中(5-2-6)通过上述讨论可见，采用串联反馈时，输入电阻是基本放大器输入电阻的F倍；采用并联反馈时，输入电阻则是基本放大器输入电阻的1／F倍。因此，选择合适的反馈类型，并控制F的大小，就能获得所需的输入电阻值。二、输出电阻负反馈对输出电阻的影响与反馈网络在放大器输出端的连接方式有关，而与输人端的连接方式无关。1．电压负反馈在图5-1-2(a)和(c)所示电压串联和电压并联反馈放大器的组成方框中，将其中的基本放大器分别用电压放大器和互阻放大器模型表示，反馈网络分别用压控电压源和压控电流源表示，如图5-2-2所示。根据输出电阻定义，移去输入信号源和输出负载，并在输出端加电压v，如图5-2-3所示。以图5-2-3(a)所示电压串联反馈电路为例，由v产生的电流i其中经整理得反馈放大器的输出电阻Rof(5-2-7)(5-2-8)是时基本放大器的源电压增益。对于图5-2-3(b)所示的电压并联负反馈放大器，也可导出与式(5-2-7)相同的Rof表达式，不同的是(5-2-9)是时基本放大器的源互阻增益。2．电流负反馈用同样方法画出推导输出电阻的电路模型，如图5-2-4所示。如图5-2-4a表示的电流串联负反馈放大器为例，由v产生的电流i经整理得反馈放大器的输出电阻Rof(5-2-10)(5-2-11)是RL=0时基本放大器的源互导增益。对于图5-2-4(b)所示的电流并联负反馈放大器，也可导出与式(5-2-10)相同的Rof表达式，不同的是(5-2-12)是RL=0时基本放大器的源电流增益。三、结论前已指出，四种类型反馈与四种类型放大器是一一对应的。施加反馈后，根据上述分析，放大器的输入和输出电阻更趋近于理想值。

例如，电压串联负反馈放大器，它的输入电阻增大，输出电阻减小，因而更接近理想的电压放大器。电流并联负反馈放大器，它的输入电阻减小，输出电阻增大，因而更接近理想的电流放大器。5．2．3失真和噪声负反馈可以改善放大器的线性和非线性失真，但是一般情况下，不能改善放大器的噪声性能。一、频率失真实际上，基本放大器频率特性的不平坦可以理解为因工作频率变化而引起增益的变化，因此，加上负反馈后，利用负反馈降低增益灵敏度的作用，就能使放大器在更宽频率范围内维持增益不变，从而有效地扩展了放大器的通频带。从系统观点来看，负反馈将使系统的极点频率移动，从而改变系统的频率特性。假设基本放大器为单极点系统，它的增益函数为(5-2-13)施加负反馈，反馈系数为kf，则反馈放大器的增益函数(5-2-14)其中，(5-2-15)二、非线性失真利用负反馈，可以有效地改善放大器的非线性失真。例如，若基本放大器的非线性失真使其输出信号产生正半周幅度大、负半周幅度小的失真波形，如图5-2-6(a)所示。则通过反馈网络产生的反馈信号也是失真的，它与输入正弦信号相减，得到的净输入信号将是正半周幅度小、负半周幅度大的失真波形，这个波形恰好补偿了基本放大器输出信号的失真。因此，在保持输出信号幅度相同的条件下，它的波形就更接近不失真的正弦波，如图5-2-6(b)所示。实际上，基本放大器的非线性失真可看作其增益随输人信号大小而变化，因此，非线性失真的改善同样是利用负反馈降低增益灵敏度的结果。三、噪声如上一章所述，一个放大器，折算到其输入端的总噪声均方值电压仅取决于放大器本身的噪声及其输入信号源电阻，而与反馈网络无关。施加负反馈后，它与输入信号一样