基于負(fù)反饋放大電路的電壓增益估算及誤差分析

盧厚元 盧俊 王襄

摘?要：在工程實際中，負(fù)反饋放大電路的電壓增益大多依據(jù)套用電路模型和公式的方法進(jìn)行估算。集成運(yùn)放以及由分立元件組成的多級負(fù)反饋放大電路，估算誤差較小;而由分立元件組成的單級放大電路估算誤差較大。本文探討了不同電路形態(tài)下，電壓增益的估算及誤差分析方法。

關(guān)鍵詞：放大電路;深度負(fù)反饋;電壓增益

中圖分類號：TN710?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A?文章編號：2095-8153（2019）01-0073-05

在工程實際應(yīng)用中，放大電路增益的準(zhǔn)確計算往往需要電路核心元件的相關(guān)參數(shù)，而這些參數(shù)通常不方便獲取，同時還受環(huán)境因素的影響，增益的準(zhǔn)確計算比較困難。事實上從實際應(yīng)用的角度，放大電路的增益也沒必要進(jìn)行精確計算。深度負(fù)反饋條件下，電路增益幾乎僅僅決定于反饋網(wǎng)絡(luò)，受環(huán)境溫度的影響很小，故增益具有很高的穩(wěn)定性，因此，根據(jù)反饋網(wǎng)絡(luò)對增益進(jìn)行估算既方便又可靠。

電子電路在測試時，不管是那種組態(tài)的負(fù)反饋放大電路，總是通過測量電位來獲得電壓和電流的，人們通常關(guān)注的是它們的電壓增益。本文介紹應(yīng)用“套用模型，套解方程”的方法對深度負(fù)反饋放大電路的電壓增益進(jìn)行估算，定性說明反饋深度與估算誤差之間的關(guān)系。

2?多級深度負(fù)反饋放大電路電壓增益的估算

多級負(fù)反饋放大電路的增益分析，若采取“拆環(huán)”分析，將負(fù)反饋電路分解為基本放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)，再考慮反饋網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載效應(yīng)，這樣的分析是很復(fù)雜的。由于多級放大電路的開環(huán)增益很高，很容易形成深度負(fù)反饋，因此通常也用估算的方法。

估算分三步進(jìn)行：（1）確定極間反饋組態(tài)。反饋是把輸出的一部分或全部引回到輸入端，從而影響輸入和輸出的過程，分析時應(yīng)關(guān)注最后的輸出與最前端輸入之間的反饋網(wǎng)絡(luò)，即關(guān)注首、末級間反饋，首末級間反饋組態(tài)即為整體電路的反饋組態(tài)。（2）將電路轉(zhuǎn)換成反饋組態(tài)模型，并提煉參數(shù)。即根據(jù)首末級間反饋組態(tài)，將多級負(fù)反饋電路轉(zhuǎn)換為由單級運(yùn)放所構(gòu)成的負(fù)反饋組態(tài)模型，并進(jìn)行參數(shù)的提煉。（3）寫出估算電壓增益的表達(dá)式，計算電壓增益。

下面通過兩例來說明多級深度負(fù)反饋放大電路電壓增益的估算方法。設(shè)反饋網(wǎng)絡(luò)為線性無源反饋網(wǎng)絡(luò)。

例2：如圖6所示的三級放大電路，基本放大電路由三級共射放大電路組成，R4所在支路為反饋橋梁，反饋橋梁在輸出端采樣電流信號轉(zhuǎn)換為反饋電壓加到輸入端，再結(jié)合極性判斷，確定該電路是電流串聯(lián)負(fù)反饋。由于多級放大電路的開環(huán)放大倍數(shù)很大，極易形成深度負(fù)反饋，套用深度電流串聯(lián)負(fù)反饋的模型，并進(jìn)行參數(shù)提煉，得到電路轉(zhuǎn)換后的模型圖7，套用公式得電壓放大倍數(shù)

分析表1的數(shù)據(jù)，負(fù)反饋深度數(shù)值越大，即反饋越深，閉環(huán)電壓增益就越小，估算誤差也越小。研究表明，這一結(jié)論也適合于其他形式的負(fù)反饋放大電路。從電路性能分析看，負(fù)反饋越深，電路的穩(wěn)定性就越好，因此，我們通常希望增加反饋深度來提高放大電路的性能，但這卻又是以犧牲增益為代價的。同時，為提高放大電路的性能而增加反饋深度的做法還受較多因素的制約，例如開環(huán)增益的增大受元器件性能的制約，反饋系數(shù)的增大又會阻礙開環(huán)增益的增大，甚至?xí)闺娐返姆糯笤シ糯竽芰?，還有實際電路對其放大能力也有其具體的要求。對于負(fù)反饋放大電路的增益和性能改善的矛盾，實際放大電路的設(shè)計通常是要兼顧考慮的。

研究表明，實用的單級分立元件構(gòu)成的放大電路大多達(dá)不到深度負(fù)反饋的條件，其反饋深度通常小于10，估算誤差大于10%。

4?利用multisim進(jìn)行仿真分析

在本文的電路中選兩例利用multisim進(jìn)行仿真分析，對增益仿真計算的結(jié)果與估算結(jié)果進(jìn)行對比，對圖1和圖8（a）電路進(jìn)行仿真分析的電路圖分別如圖9和圖10所示。

對更多的負(fù)反饋放大電路電壓增益的估算及實際計算結(jié)果對比，可以得到結(jié)論：負(fù)反饋放大電路電壓增益的估算誤差隨反饋深度的增大而減小。對于由集成運(yùn)放組成的負(fù)反饋放大電路和由分立元件組成的多級負(fù)反饋放大電路，它們的開環(huán)增益A非常高，且A比反饋系數(shù)F通常大幾個數(shù)量級，因而反饋深度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于10，其估算誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于10%，甚至趨于0;對于分立元件構(gòu)成的單級負(fù)反饋放大電路，大多達(dá)不到深度負(fù)反饋的條件，其估算誤差會大于10%，這樣的誤差是否在意，就要根據(jù)工程實際而確定。

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