判断反馈组态算深度反馈条件的电压放大倍数？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2022-06-15 01:37 标签： 运放负反馈放大倍数怎么算

基于负反馈放大电路的电压增益估算及误差分析

摘 要：在工程实际中，负反馈放大电路的电压增益大多依据套用电路模型和公式的方法进行估算。集成运放以及由分立元件组成的多级负反馈放大电路，估算误差较小;而由分立元件组成的单级放大电路估算误差较大。本文探讨了不同电路形态下，电压增益的估算及误差分析方法。

关键词：放大电路;深度负反馈;电压增益

在工程实际应用中，放大电路增益的准确计算往往需要电路核心元件的相关参数，而这些参数通常不方便获取，同时还受环境因素的影响，增益的准确计算比较困难。事实上从实际应用的角度，放大电路的增益也没必要进行精确计算。深度负反馈条件下，电路增益几乎仅仅决定于反馈网络，受环境温度的影响很小，故增益具有很高的稳定性，因此，根据反馈网络对增益进行估算既方便又可靠。

电子电路在测试时，不管是那种组态的负反馈放大电路，总是通过测量电位来获得电压和电流的，人们通常关注的是它们的电压增益。本文介绍应用“套用模型，套解方程”的方法对深度负反馈放大电路的电压增益进行估算，定性说明反馈深度与估算误差之间的关系。

2 多级深度负反馈放大电路电压增益的估算

多级负反馈放大电路的增益分析，若采取“拆环”分析，将负反馈电路分解为基本放大电路和反馈网络，再考虑反馈网络的负载效应，这样的分析是很复杂的。由于多级放大电路的开环增益很高，很容易形成深度负反馈，因此通常也用估算的方法。

估算分三步进行：（1）确定极间反馈组态。反馈是把输出的一部分或全部引回到输入端，从而影响输入和输出的过程，分析时应关注最后的输出与最前端输入之间的反馈网络，即关注首、末级间反馈，首末级间反馈组态即为整体电路的反馈组态。（2）将电路转换成反馈组态模型，并提炼参数。即根据首末级间反馈组态，将多级负反馈电路转换为由单级运放所构成的负反馈组态模型，并进行参数的提炼。（3）写出估算电压增益的表达式，计算电压增益。

下面通过两例来说明多级深度负反馈放大电路电压增益的估算方法。设反馈网络为线性无源反馈网络。

例2：如图6所示的三级放大电路，基本放大电路由三级共射放大电路组成，R4所在支路為反馈桥梁，反馈桥梁在输出端采样电流信号转换为反馈电压加到输入端，再结合极性判断，确定该电路是电流串联负反馈。由于多级放大电路的开环放大倍数很大，极易形成深度负反馈，套用深度电流串联负反馈的模型，并进行参数提炼，得到电路转换后的模型图7，套用公式得电压放大倍数

分析表1的数据，负反馈深度数值越大，即反馈越深，闭环电压增益就越小，估算误差也越小。研究表明，这一结论也适合于其他形式的负反馈放大电路。从电路性能分析看，负反馈越深，电路的稳定性就越好，因此，我们通常希望增加反馈深度来提高放大电路的性能，但这却又是以牺牲增益为代价的。同时，为提高放大电路的性能而增加反馈深度的做法还受较多因素的制约，例如开环增益的增大受元器件性能的制约，反馈系数的增大又会阻碍开环增益的增大，甚至会使电路的放大元件失去放大能力，还有实际电路对其放大能力也有其具体的要求。对于负反馈放大电路的增益和性能改善的矛盾，实际放大电路的设计通常是要兼顾考虑的。

研究表明，实用的单级分立元件构成的放大电路大多达不到深度负反馈的条件，其反馈深度通常小于10，估算误差大于10%。

在本文的电路中选两例利用multisim进行仿真分析，对增益仿真计算的结果与估算结果进行对比，对图1和图8（a）电路进行仿真分析的电路图分别如图9和图10所示。

对更多的负反馈放大电路电压增益的估算及实际计算结果对比，可以得到结论：负反馈放大电路电压增益的估算误差随反馈深度的增大而减小。对于由集成运放组成的负反馈放大电路和由分立元件组成的多级负反馈放大电路，它们的开环增益A非常高，且A比反馈系数F通常大几个数量级，因而反馈深度远远大于10，其估算误差远远小于10%，甚至趋于0;对于分立元件构成的单级负反馈放大电路，大多达不到深度负反馈的条件，其估算误差会大于10%，这样的误差是否在意，就要根据工程实际而确定。

[1] 胡宴如.模拟电子技术（第5版）[M].北京：高等教育出版社，2015：132.

[2] 华成英.模拟电子技术基础：第四版习题解答[M].北京：高等教育出版社，2013：164-170.

[3] 卢厚元.对反馈放大电路类型判定方法的研究[J].现代电子技术，2012，35（9）：173-175.

[4] 康华光.电子技术基础（模拟部分）：第五版[M].北京：高等教育出版社，2006：351.

[5] 陈大钦.模拟电子技术基础（问答·例题·试题）[M].武汉：华中科技大学出版社，1996：347-349.

    在信号的传递和处理过程中，经常要使用，是其关键指标，工程应用中负反馈放大电路的增益通常用的方法，这是因为增益的计算往往需要组成该电路核心元件的相关参数，而这些参数通常不便获得，所以估算增益就成为人们常用的方法。但是，估算是有的，下面就估算误差与负之间的关系进行探讨，以便对工程应用提供参考。

1 增益的估算与实际计算及其误差分析

    负反馈放大电路由基本放大电路和反馈网络组成，反馈网络常常为无源线性网络，受环境温度的影响很小，能够使放大电路的增益获得较高的稳定性，在深度负反馈条件下，增益几乎仅仅决定于反馈网络[1]，这为估算提供了方便和可靠性。

    人们在测试电路时，常通过测量电位来获得电流和电压，因而通常关注的是它们的电压增益。下面通过实例对四种组态的负反馈放大电路的电压增益进行估算和实际计算，找出反馈深度与估算误差的关系。本文把反馈深度大于或等于10的负反馈放大电路定义为深度负反馈放大电路。

1.1 电压串联负反馈电压增益的估算及其误差分析

    该电路为电压串联负反馈放大电路，反馈网络为Rf、Re1所在支路[3]，假设它们在放大电路中构成的是深度负反馈，就可应用ui=uf建立方程并求解，估算出电压增益[4]。该电路转化为由集成运放组成的深度电压串联负反馈电路模型，如图1(b)所示[5]，利用集成运放线性应用的“虚短”和“虚断”特性，利用ui=uf得到：

1.1.2 实际计算电压增益

    基本放大电路的确定：将反馈支路的负载效应等效到输入回路和输出回路，得到消除了反馈网络，并计入其负载效应的等效电路的交流通路如图1(c)所示[2]。电路的开环增益为：

    下面改变开环增益或反馈系数来观察估算误差和误差深度积，分析数据记入表1电压串联负反馈估算误差数据分析表。

1.2 电流并联负反馈电压增益的估算及其误差分析

1.2.2 实际计算电压增益

    利用负反馈放大器划分基本放大器输入回路和输出回路的法则，可以得到图2(b)所示的基本放大电路。当ib2<<ic2=io时，基本放大电路的电流增益为：

    下面改变开环增益或反馈系数来观察估算误差和误差深度积，分析数据记入表2电流并联负反馈估算误差数据分析表。

1.3 电压并联负反馈电压增益的估算及其误差分析

    该电路为电压并联负反馈放大电路，应用ii=if建立方程，求解估算电压增益。将电路转化为由集成运放组成的深度电压并联负反馈电路模型如图3(b)所示[4]，利用集成运放线性应用的“虚短(而且本例为虚地)”和“虚断”特性，利用ii=if得到：

1.3.2 实际计算电压增益

    下面改变开环增益或反馈系数来观察估算误差和误差深度积，分析数据记入表3电压并联负反馈估算误差数据分析表。

1.4 电流串联负反馈电压增益的估算及其误差分析

    该放大器接入的是电流串联负反馈，并为电流全反馈的情形，设为深度负反馈，就可以根据“虚短”（而且此电路还为“虚地”）和“虚断”，利用ui=uf建立方程求得闭环电压增益：

1.4.2 实际计算电压增益

    下面改变开环增益或反馈系数来观察估算误差和误差深度积，分析数据记入表4电流串联负反馈估算误差数据分析表。

1.5 集成运放为基本放大电路组成的负反馈放大电路增益的估算及其误差分析

    由于集成运放的开环增益A非常高（通常是104~107）[1，7]，它比负反馈反馈系数F通常大几个数量级，使得反馈深度远大于10，因此集成运放作为基本放大电路组成的负反馈放大电路都是深度负反馈放大电路。选取由集成运放组成的负反馈放大电路的大量实例，通过对其电压增益的测试与估算的结果研究[8]，表明：电压增益估算的相对误差趋近于零，估算相对误差与反馈深度的乘积趋近于1。

2 误差深度积的理论分析

    综合以上分析，结合电路仿真，可以得出结论[10]：由集成运放组成的负反馈放大电路以及多级负反馈放大电路，它们极易形成深度负反馈，增益估算的误差较小，而由分立元件组成的单级放大电路，大多不易形成深度负反馈，估算误差较大；负反馈越深，估算误差就越小；估算的相对误差与负反馈深度的乘积等于1。

[1] 童诗白，华成英.模拟电子技术基础(第四版)[M].北京：高等教育出版社，2013.

[2] 唐克新.模拟电子技术基础解题指南[M].北京：清华大学出版社，2001.

[3] 卢厚元.对反馈放大电路类型判定方法的研究[J].现代电子技术，2012，35(9)：173-175.

[4] 徐安静.电工学Ⅱ模拟电子技术[M].北京：清华大学出版社，2008.

[5] 华成英.模拟电子技术基础(第四版)习题解答[M].北京：高等教育出版社，2013.

[6] 陈大钦.模拟电子技术基础(问答·例题·试题)[M].武汉：华中科技大学出版社，2001.

[7] 康华光.电子技术基础(模拟部分).第五版[M].北京：高等教育出版社，2006.

[8] 卢厚元.电子技术实践[M].北京：电子工业出版社，2017.

[9] 胡宴如.模拟电子技术(第5版)[M].北京：高等教育出版社，2015.

[10] 黄培根，任清褒.multisim10计算机虚拟仿真实验室[M].北京：电子工业出版社，2008.

(湖北工业职业技术学院 智能工程学院，湖北 十堰442000)

电压串联 负反馈。电流串联 负反馈。电压并联 负反馈。电流并联 负反馈。电压负反馈稳定输出电压，电流负反馈稳定输出电流；串联负 反馈适应于信号源为近似恒压源的情况，并联负反馈适应于信 号源为近似恒流源的情况。。§6.2 深度负反馈放大电路的估算 一、负反馈放大电路的方框图。反馈网络。断开反馈，且考虑反 馈网络的负载效应。反馈组态 电压串联负反馈 电压并联负反馈 电流串联负反馈

我要回帖

更多关于 运放负反馈放大倍数怎么算 的文章

 

随机推荐