閉環增益

閉環增益

閉環增益,等於開環增益除以1加上環路增益(也就是改善係數),運放在無反饋時的增益是開環增益,在考慮反饋時候的增益為閉環增益,環路增益是在主輸入為0的情況下,反饋網路和放大電路所具有的增益。

背景

為了改善基本放大器的性能, 從基本放大器的輸出端到輸入端引入一條反向的信號通路,構成這條通路的網路叫做 反饋網路,這個反向傳輸的信號叫做 反饋信號。由基本放大器和反饋網路構成的放大器叫做 閉環放大器或反饋放大器。所謂"反饋",就是通過一定的電路形式(反饋網路), 把放大電路輸出信號的一部分或全部按一定的方式送回到放大電路的輸入端,並影響放大電路的輸入信號。這樣,電路輸入端的實際信號不僅有信號源直接提供的信號, 還有輸出端反饋回輸入端的反饋信號。

簡介

負反饋系統描敘圖 負反饋系統描敘圖

通常來說,電晶體的參數會隨溫度而改變,同時當給定一組相同型號的電晶體時,會由於製造工藝和材料的屬性等,使得它們的參數具有一定的分散性。這也就意味著,基於電晶體放大電路的靜態工作點、電壓增益和其它電路特性會根據所使用不同的電晶體而不盡相同,而且還受溫度的影響。這時候負反饋就派上用場了,它能使電晶體電路的特性基本獨立於單個電晶體的參數。通常會有一個與輸出成比例的信號會被反饋到輸入,在與輸入信號的共同作用下得到想要的、穩定的電路特性。舉例來說,電晶體的負反饋放大電路可以通過在輸入與輸出之間接入電阻來實現,這也是最基本的實現方式。

負反饋放大電路如右圖所示,該電路將NPN電晶體的共發射極放大電路與PNP電晶體的共發射極放大電路串聯連線。很直觀,用電阻R將電路的輸出級反饋到初級NPN電晶體的發射級上,從而形成負反饋。

開環增益,也就是負反饋系統描敘圖當中的A,那對應到圖負反饋放大電路中應該是NPN共發射極放大電路的增益與PNP共發射極放大電路的乘積,A=A*A。A=R/R=51,Tr的發射極電阻R被C與電源短路,所以Tr的發射極電阻交流地為0,因此,Tr的電壓增益應該為該電晶體所能產生的電大值,幾乎與h的值相同,這裡假設為100,因此A=5100。

反饋係數,對應負反饋系統描敘圖中的β,也就是由輸出反饋到輸入端的比例大小,在負反饋放大電路圖圖當中由於C的存在,β=R/(R+R)=1/101。

環路增益,對應負反饋系統描敘圖中應該等於β* A,對應負反饋放大電路圖中也就是5100/101。

負反饋放大電路 負反饋放大電路

改善係數,它的定義為,1+β* A,對應負反饋放大電路圖中約等於51。

閉環增益,等於開環增益除以1加上環路增益(也就是改善係數),A= A/(1+β*A),如果A遠遠大於1,那A=1/β。對應負反饋放大電路圖中,A=101。

通過上面的幾個定義,可以很直觀的看到,圖負反饋放大電路當中的負反饋放大電路的電壓增益,也就是閉環增益A=1/β= (R+R)/R,也就是僅僅由兩個電阻的比值決定。也就是說當一百個不同的人,用同一種型號的電晶體,甚至不同型號的電晶體,在電晶體眾籌項目的電路板上焊接調試這個電路的時候,得出的增益都是僅僅由兩個電阻的比值決定的,而不用擔心由電晶體參數的離散性以及溫度對電壓增益的影響。

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