1105tost

这个必须转,模拟高手对放大器反馈的解读

1105tost 在 2013-12-24 建立的討論區
最後回覆由ADIForum於2013-12-26提供

关于放大器,一个非常现实的问题那就是三极管或者是MOSFET的放大倍数都不是那么稳定的,例如说三极管的电流增益Beta就是受到工艺影响非常大的一个指标,如果我们要对信号进行非常精准的放大仅仅依靠三极管的原生放大倍数肯定是不行的。

 

在实际生活当中也可以找到非常生动的例子。如果让一个射击运动员在开完一枪之后,闭上眼睛但是手臂保持不动在开一枪是很难再打中目标的,但是只要让他睁着眼睛就可以再次射中同一个目标。这是因为人的眼睛在根据看到的情况不断给大脑提示同时修正枪口的指向。这就是一种视觉到行为的反馈系统,这个反馈系统会不断调整以使误差不断变小,也就是说行动的目的是与观察的结果反向的(若果眼睛的观测结果是偏左的误差,手的运动就会让枪口向右运动从而减小向左的误差)。这种反馈机制就被称为为负反馈(negative feedback)。负反馈是一种让系统趋于稳定的机制,在电路设计当中被非常广泛的应用。

 

在单个三极管的放大器中,有一种结构就是采用的负反馈的机制。如图所示,一个非常典型的带有负反馈的共射三极管放大电路。

001.jpg

在这个电路中我们的目的是实现一个电压到电压的放大,然而在我们面前最大的问题是三极管的电压电流特性是指数型的,也就是说电压变化一点点,电流就有很大的变化。因此我们在传统的共射三极管电路当中加入了电阻RE来作为负反馈。RE的工作原理是:当VBE增大的时候,三极管上的电流Ic就会相应增大,此时RE上的压降也会相应升高;这样就反而减小了Vbe(因为VbVin相对于GND的值没有变,而Ve升高了)。这就是典型的负反馈,这样的反馈导致的直接结果就是Vbe的电压始终保持在三级管导通电压附近(就如同上面的例子一样,枪口始终对准目标)。

 

与此同时我们得到的间接结果就是电阻RE上的电压会随着输入电压Vin的升高而同步升高,而电流IcVin/RE。最后的输出为dVout=-RC/REdVin,我们可以看到这样就实现了一个放大倍数由外部电阻决定的反向放大器。

 

综上所属,负反馈在放大器中的应用绝大部分都是为了让整个电路的某一个特性(某点的电压/电流)进入一个已知的,稳定的状态,利用这个状态和电路上其他元器件的配置达到确定/精确的放大效果。在分析电路的时候只要现找到负反馈导致的稳定态具体是什么就可以很容易地掌握电路的工作状态了。

結果