负反馈放大电路的计算 利用近似公式来分析负反馈放大电路的方法只适用于环路增益远大于1的情况,对于反馈不深的多级放大电路,再用此种方法计算就会产生较大的误差。这时利用方框图的方法计算,不仅会使误差大大减小,而且反馈的物理概念也表达的比较明确,反馈对各开环量的影响也可得出定量的描述。 对于一个负反馈放大电路,如果能够将它分解成基本放大电路和反馈网络两个部分,那么只需分别求出基本放大电路的性能指标和反馈网络的反馈系数,就可利用前面我们所导出的公式求得负反馈放大电路的闭环增益、闭环输入电阻和闭环输出电阻等。因此分析负反馈放大电路的关键就是将实际的负反馈放大电路拆成基本放大电路和反馈网络两个部分(这一过程常称为拆环)。由于在实际负反馈放大电路中,反馈网络和基本放大电路是连接在一起的,因此将反馈网络从实际放大电路中分离出来,成为的组成部分时,就必须将反馈网络的影响考虑在基本放大电路中,这种影响称为反馈网络的负载效应。这种情况犹如多极放大电路中的级间影响,为了将各级放大电路分割成为的组成部分,就必须将后级的输入电阻包括到前级中去,作为前级的输出负载。因此,我们这里所说的基本放大电路就是指去除反馈作用,但又考虑反馈网络的负载效应的放大电路。 我们曾介绍过,理想的反馈环路有三个重要特征,即信号的正向传输只通过基本放大电路而不通过反馈网络;信号的反向传输只通过反馈网络而不通过基本放大电路;反馈网络对基本放大电路没有负载效应。实际的反馈放大电路并不具备这三个特征,要转化为理想反馈环路就要进行一定的加工处理:忽略基本放大电路的内部反馈,忽略反馈电路的直通作用,把反馈电路对放大电路的负载作用归并到基本放大电路中去。 一、划分基本放大电路和反馈网络的原则 1、用网络的观点导出拆环的基本方法 关于这部分内容,可参阅“谢嘉奎主编,《电子线路(线性部分)》第三版,北京,高等教育出版社,P239--243”。 2、从置换原理出发导出拆环的基本方法 在图所示电路中,可以把放大电路输出电流对输入回路的影响(即电流反馈作用),用图(b)中输入端虚线框(I)内的电路代替;而对输入电压通过电阻对输出端所造成的影响(即信号直通作用),用输出端虚线框(II)内的电路代替。 图(b)中,虚线框(I)内的电路可利用诺顿定理进一步简化成图(c)所示的形式,其中 等效电阻Rf+Re2 等效电流源If=IoRe2/(Rf+Re2) 由于输入信号通过放大电路对输出端的影响(即放大作用),远远大于通过反馈网络的直通影响,所用图(b)的方框(II)中反映输入信号电压的电压源可以视为零值,作短路处理。 经过以上的等效和近似处理后,我们就可以得到图(c)所示的电路。在这一电路中,反馈网络对放大电路所造成的影响用输入和输出端的三个电路元件来等效: (1)等效电流源If=IoRe2/(Rf+Re2),反映了电路中的反馈影响,它是输出电流通过反馈网络作用在放大电流输出端的短路电流。 (2)等效电阻Rf+Re2----并接在放大器输入回路中,反映了反馈网络对放大器输入端的负载效应。它是放大器输出开路时(Io=0),由放大器输入端向反馈网络看入的等效电阻。 (3)等效电阻Rf‖Re----串接在放大器输出回路中,反映了反馈网络对放大器输出端的负载效应。它是放大器输入端短路时(Vi=0),由放大器输出端向反馈网络看入的等效电阻。 因此,当把图(c)中的等效电流源If开路时,电路就变成了无反馈放大器。 由以上的分析,我们可以得出分解负反馈放大电路的原则如下; (1)在考虑反馈网络对基本放大电路输入回路的负载效应时,应该实际反馈放大电路的输出端短接即Vo=0(对电压反馈),或开断即Io=0(对电流反馈)。这时,实际反馈放大电路的输入回路就是计及反馈网络负载效应的基本放大电路的输入回路。实际上,上述将输出端短接或开断,就是消除了通过反馈网络产生的反馈信号。 (2)在考虑反馈网络对基本放大电路输出回路的负载效应时,应该实际反馈放大电路的输入端短接即Vi=0(对并联反馈),或开路即Ii=0(对串联反馈)。这时,实际反馈放大电路的输出回路就是计及反馈网络负载效映的基本放大电路的输出回路。实际上,上述将输入端短接或开断,就是使反馈网络产生的反馈信号不能作用到基本放大电路的输入端,因而也就起不了反馈的作用。 (3)在满足单项化条件下,反馈网络的反馈系数定义为反馈信号对输出信号的比值。这时,输入信号通过反馈网络的直通效应应予以消除。为此,在求反馈系数时,必须将实际反馈放大电路的输入端短接即Vi=0(对并联反馈),或开断即Ii=0(对串联反馈)。求出输出信号通过反馈网络产生的反馈信号,它们的比值即为反馈网络的反馈系数。 拆环的基本原则是在保留电阻的前提下将其反馈作用消除,由此得到的基本放大电路才是与反馈网络无关的组成部分。必须指出,拆环法是一种近似的分析方法,它忽略了基本放大器的寄生反馈效应和反馈网络的直通效应。同时,拆环法有其局限性,它不适应于各种复杂的反馈放大器,如多环又相互交叉的反馈电路。在这种情况下,可以应用基尔霍夫定律直接对反馈电路求出它的性能,还可以采用信号流图法或借用计算机进行数值分析。 二、分析计算举例 运用方框图法分析负反馈放大电路,可按如下的步骤进行: (1)确定反馈放大电路的类型; (2)画出无反馈示基本放大器的电路; (3)计算基本放大器的性能指标; (4)计算反馈系数F; (5)计算反馈放大器的闭环性能指标。