半導(dǎo)體與放大電路

半導(dǎo)體與放大電路第1頁，課件共13頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-6、放大電路中的負(fù)反饋一、負(fù)反饋的概念及性質(zhì)由于晶體管特性呈非線性，故其放大電路必定存在非線性失真（嚴(yán)重程度是截止失真或飽和失真）。恰當(dāng)選取靜態(tài)工作點(diǎn)于交流負(fù)載線的中央，亦僅能減少小信號(hào)放大時(shí)的失真程度，但大信號(hào)放大時(shí)失真仍很明顯。在阻容耦合放大器中，耦合電容不可能取值無窮大，晶體管的極間電容不可能達(dá)到無窮小，故放大器若在某一定頻率范圍以外工作，便會(huì)出現(xiàn)顯著的頻率失真。放大器無論出現(xiàn)何種失真，都可通過引入“負(fù)反饋”而得到改善。第2頁，課件共13頁，創(chuàng)作于2023年2月第3頁，課件共13頁，創(chuàng)作于2023年2月

圖的方框是一個(gè)失真的多級(jí)放大器，輸入信號(hào)ui是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，輸入放大器的凈輸入電壓ube亦是正弦波，輸出電壓u0按圖示的正方向設(shè)定是正半波大、負(fù)半波小的不對(duì)稱波形。從圖中可以推知，放大器對(duì)信號(hào)正半波和負(fù)半波的放大倍數(shù)A是不同的，記A正>A負(fù)。欲使放大器輸出電壓的正負(fù)半波接近對(duì)稱，僅需在輸出端添置分壓電阻R1和R2，把原來正半波大、負(fù)半波小的輸出電壓取一定比例量uf通過反饋通道回送到輸入回路的電阻R上。這個(gè)被稱作反饋電壓的uf的正方向按u0的正方向輸出，如圖所示。這樣，失真放大器端口的凈輸入電壓ube就等于原信號(hào)ui與反饋信號(hào)uf的差，即ube=ui-uf。值得注意的是，ui是正負(fù)半波相等的正弦波，而uf是相似于u0的正半波大、負(fù)半波小的非正弦波，故其差值ube反而是正半波小、負(fù)半波大的非正弦。第4頁，課件共13頁，創(chuàng)作于2023年2月把它輸入到A正>A負(fù)的失真放大器中，根據(jù)u0=Aube，在正半波時(shí)，輸入小但放大倍數(shù)大，而在負(fù)半波時(shí)，輸入大但放大倍數(shù)小，這樣，輸出電壓正負(fù)半波便接近相等了。信號(hào)多輸入端饋送到輸出端稱為正向饋送。信號(hào)從輸出端送到輸入端稱為反向饋送。即凡是將放大器輸出端的信號(hào)（電壓或電流）的一部分或全部通過反饋電路引回輸入端，稱為反饋。若引回的信號(hào)（稱為反饋信號(hào)）削弱了原來的輸入信號(hào)，使放大器真正的凈信號(hào)減小了，則這種反饋稱為負(fù)反饋；反之，若反饋信號(hào)可增強(qiáng)原來輸入信號(hào)，使凈信號(hào)增大，則稱為正反饋。可以想象，失真的放大器如添置正反饋，失真比原來更為嚴(yán)重。第5頁，課件共13頁，創(chuàng)作于2023年2月下面用框圖來分析負(fù)反饋對(duì)放大器工作性能的影響。圖a和b分別為無負(fù)反饋的和帶有負(fù)反饋的放大電路的方框圖。圖中用，并設(shè)為正弦信號(hào)。信號(hào)的傳遞方向如圖中箭頭所示。表示信號(hào)，這既可表示電壓，也可表示電流、、“-”極性，X和X在輸入端的差值信號(hào)（凈輸入信號(hào)）分別為輸入、輸出和反饋信號(hào)。根據(jù)圖中“+”、為：=-第6頁，課件共13頁，創(chuàng)作于2023年2月第7頁，課件共13頁，創(chuàng)作于2023年2月反饋信號(hào)與輸出信號(hào)之比稱為反饋系數(shù)，記作，圖中，負(fù)反饋會(huì)給電路帶來下列的影響：

1、降低放大倍數(shù)：，R/2=R2//R。無反饋時(shí)放大倍數(shù)=/=/放大倍數(shù)。有負(fù)反饋時(shí)定義為：第8頁，課件共13頁，創(chuàng)作于2023年2月把上式分母的模|1+。因此，上式的分?jǐn)?shù)值必定小于分子值，故負(fù)反饋放大倍數(shù)小于無反饋放大倍數(shù)。反饋程度愈大，負(fù)反饋?zhàn)饔糜鷱?qiáng)，Af也就愈小。當(dāng)負(fù)反饋?zhàn)銐驈?qiáng)時(shí)，若滿足|稱為反饋深度，其值必大于1>>1，則上式可改寫為=/=1/倍數(shù)僅與反饋系數(shù)無關(guān)。注意，請(qǐng)勿誤解此時(shí)不再需要放大器了，恰恰相反，不僅需要放大器而且其放大倍數(shù)A應(yīng)足夠大才能滿足

，這表示負(fù)反饋放大有關(guān)而與放大器原來的放大倍數(shù)A>>1的條件。當(dāng)反饋電壓等于輸出電壓，即反饋系數(shù)=1時(shí)，上式可改寫為=/（1+放大倍數(shù)略小于1。這稱為全反饋的極限狀態(tài)。）<1，此時(shí)負(fù)反饋第9頁，課件共13頁，創(chuàng)作于2023年2月引入負(fù)反饋后放大倍數(shù)下降這一結(jié)論，可以從圖得到更直觀的理解。由于負(fù)反饋信號(hào)削弱了原來信號(hào)，使凈輸入電壓減小，因而經(jīng)放大器后輸出量一定要小，故放大倍數(shù)變小。

2、提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性：當(dāng)放大器的工況變化時(shí)（例如環(huán)境溫度、管子老化等），即使輸入信號(hào)一定，仍將引起輸出信號(hào)的變化，也就是引起放大倍數(shù)的變化。如果這種變化較小，則說明其穩(wěn)定性較高。表征放大倍數(shù)的穩(wěn)定性，無反饋時(shí)用dA/A，有負(fù)反饋時(shí)用dAf/Af。其值愈小就愈穩(wěn)定。對(duì)上式的模Af=A/（1+AF）求導(dǎo)數(shù)，得：第10頁，課件共13頁，創(chuàng)作于2023年2月即上式表明，引入負(fù)反饋時(shí)，放大倍數(shù)的相對(duì)變化量dAf/Af只有未引入反饋時(shí)的1/（1+AF），可見負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定性提高了。引入負(fù)反饋放大器雖然降低了放大倍數(shù)，但卻提高了放大倍數(shù)的穩(wěn)定性，這是改善放大器一切失真（包括非線性失真、頻率失真以及以后的學(xué)的其它失真）的理論基礎(chǔ)。第11頁，課件共13頁，創(chuàng)作于2023年2月圖的非線性失真，可理解為原放大器對(duì)正負(fù)半波不同工況的放大倍數(shù)不同，加入負(fù)反饋后，使整個(gè)電路正負(fù)半波的放大倍數(shù)穩(wěn)定不變，因而改善了非線性失真。頻率失真可理解為原放大器在高頻和低頻工況時(shí)放大倍數(shù)小，在中頻時(shí)放大倍數(shù)大。加入負(fù)反饋后，使整個(gè)電路對(duì)各種頻率工況的放大倍數(shù)穩(wěn)定不變，因而改善了頻率失真。

3、改善非線性失真：直觀的理解可由圖說明。

4、改善頻率失真使頻帶加寬：第12頁，課件共13頁，創(chuàng)作于2023年2月直觀的理解可由圖說明。無反饋放大器在中頻段放大倍數(shù)大，其反饋信號(hào)亦大，削弱輸入信號(hào)的作用強(qiáng)，凈輸入信號(hào)減小嚴(yán)重，而高