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回馈

第4章 - 双极结晶体管

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如果放大器的输出信号的一些百分比连接到输入,则放大器放大其输出信号的一部分,我们有什么所谓的回馈

反馈类别

反馈有两种品种:积极的(也被称为再生, 和消极的(也被称为退行无穷

正面反馈

强化放大器输出电压变化的方向,而负反馈只是相反的。

熟悉的反馈示例发生在公共地址(“PA”)系统中,有人将麦克风靠近扬声器:高音“呜呜声”或“HOWL”,因为音频放大器系统正在检测和放大其噪音。具体而言,这是一个例子积极的或者再生反馈,作为麦克风检测到的任何声音被放大并由扬声器转换为更响亮的声音,然后再次被麦克风检测到麦克风等。。。结果是稳定增加的体积噪声,直到系统变为“饱和”并且不能产生更多的体积。

有人可能想知道一个可能的益处是什么,给出了放大器电路,给出了像PA系统“HOWAL。”这样一个令人讨厌的例子。如果我们将反馈或再生反馈引入放大器电路,则倾向于创建和维持振荡,其频率由处理从输出到输入的反馈信号的组件的值确定。这是制作的一种方式振荡器电路从直流电源产生AC。振荡器是非常有用的电路,因此反馈对我们有一个明确的实用应用。

负面反馈

另一方面,负反馈在放大器上具有“抑制”效果:如果输出信号发生在幅度的幅度上增加,则反馈信号将影响降低到放大器的输入,从而对抗输出信号的变化。虽然正反馈驱动放大器电路朝向不稳定性的点(振荡),但负反馈驱动它相反的方向:朝向稳定点。

配备有一定量的负反馈的放大器电路不仅更稳定,而且它扭曲了输入波形较小,并且通常能够放大更广泛的频率。这些优势的权衡(只有对负反馈的缺点是右,右图:增益下降。如果放大器的输出信号的一部分被“反馈”到输入以反对输出中的任何变化,则需要更大的输入信号幅度来驱动放大器的输出到与之前相同的幅度。这构成了降低的增益。然而,稳定性,较低的失真和更大的带宽的优点是许多应用的降低增益的权衡。

让我们来检查一个简单的放大器电路,看看我们如何将负面反馈引入其中,从下图开始。

没有反馈的通用发射极放大器。

没有反馈的通用发射极放大器。

这里显示的放大器配置是一个共同发射器,具有由R1和R2形成的电阻偏置网络。电容器将vInput耦合到放大器,使得信号源没有通过R1 / R2分频器网络施加的直流电压。电阻R3用于控制电压增益的目的。我们可以省略最大电压增益,但由于像这样的基本电阻在共分发电机放大器电路中很常见,因此我们将把它保留在这一示意图中。

与所有通用发射器放大器一样,这是倒置放大器的输入信号。换句话说,正面输入电压导致输出电压降低,或朝向负面移动,反之亦然。

示波器波形如下图所示。

共用发射极放大器,没有反馈,具有参考波形进行比较。

共用发射极放大器,没有反馈,具有参考波形进行比较。

因为输出是反转的,或者镜像,输入信号的再现,输出(收集器)线和下图中的晶体管的输入(基座)线之间的任何连接将导致消极的回馈。

负反馈,收集器反馈,降低输出信号。

负反馈,收集器反馈,降低输出信号。

R1,R2,R3和RFEEDBACK和RFEDBACK函数的电阻作为信号混合网络,使得在晶体管的基极(相对于地)处看到的电压是输入电压的加权平均值和反馈电压,得到的在降低幅度的信号中进入晶体管。因此,上图中的放大器电路将具有降低的电压增益,但是提高了线性度(减小的失真)和增加的带宽。

尽管如此,将收集器连接到基座的电阻不是唯一的唯一方法。虽然首先更难以理解,但是首先难以理解的方法,涉及在下图中的晶体管的发射极端子和电路接地之间放置电阻。

发射器反馈:将负反馈引入电路的不同方法。

发射器反馈:将负反馈引入电路的不同方法。

该新反馈电阻器通过晶体管将电压降成比例,并且它以与反对晶体管的基极发射极结合的输入信号影响为此。让我们仔细看看发射极限结,看看这款新电阻在下图中的差异有什么不同。

没有反馈电阻将发射器连接到下图(a)的图中,无论输入信号(vInput)是否通过耦合电容,R1 / R2 / R3电阻网络将直接施加到基极发射器结上the transistor’s input voltage (VB-E). In other words, with no feedback resistor, VB-E equals Vinput. Therefore, if Vinput increases by 100 mV, then VB-E increases by 100 mV: a change in one is the same as a change in the other since the two voltages are equal to each other.

现在让我们考虑在晶体管的发射极引线和地图中插入电阻(RFEDBACK)的效果(b)图中的图中。

(a)无反馈VS(B)发射器反馈。收集器处的波形相对于基座反转。在(b)AT(b)中,发射极波形与基座相同(发射器跟随器),与收集器不相位。因此,发射极信号从收集器输出信号中减去。

(a)无反馈VS(B)发射器反馈。收集器处的波形相对于基座反转。在(b)AT(b)中,发射极波形与基座相同(发射器跟随器),与收集器不相位。因此,发射极信号从收集器输出信号中减去。

注意横跨RFEDBACK的电压如何将VB-E添加到等于vInput。在VINPUT-VB-E循环中使用rfeedback,VB-E将不再等于vInput。我们知道RFEDBACK将使与发射极电流成比例的电压,这又由基电流控制,这又通过跨越晶体管(VB-E)的基极结合器的电压来控制。因此,如果vInput在正方向上增加,则会增加VB-E,导致更多的基本电流,导致更多的收集器(负载)电流,导致更多的发射极电流,并导致跨越RFED背面丢弃更多的反馈电压。但是,在反馈电阻上的电压降的这种增加,减去从vInput降低VB-E,以便VB-E的实际电压增加将小于VInput的电压增加。vInput中不再增加100mV的vb-e的100 mV增加,因为两个电压是不是等于彼此。

因此,输入电压比晶体管的控制较小,并且放大器的电压增益减少:只是我们从负反馈中预期的。

在实用的共同发射极电路中,负面反馈不仅仅是一种奢侈品;它是稳定运行的必要性。在一个完美的世界中,我们可以构建和操作共用发射极晶体管放大器,没有负反馈,并且在晶体管的基极发射器结上具有压印的全部振幅。这将为我们提供大的电压增益。然而,遗憾的是,基极发射极电压和基极发射极电流之间的关系随温度而变化,如“二极管方程”所预测的。随着晶体管加热,对于任何给定电流,在基极发射极结上的正向电压降得更少。This causes a problem for us, as the R1/R2 voltage divider network is designed to provide the correct quiescent current through the base of the transistor so that it will operate in whatever class of operation we desire (in this example, I’ve shown the amplifier working in class-A mode). If the transistor’s voltage/current relationship changes with temperature, the amount of DC bias voltage necessary for the desired class of operation will change. A hot transistor will draw more bias current for the same amount of bias voltage, making it heat up even more, drawing even more bias current. The result, if unchecked, is called热失控

然而,共用集电极放大器(下图)不受热失控的影响。为什么是这样?答案与负反馈有关。公共集电器(发射器跟随器)放大器。

公共集电器(发射器跟随器)放大器。

请注意共同收藏家放大器(上图)其负载电阻在与上面图中的最后一个电路中的RFEDBACK电阻相同的位置(b):发射器和地之间。这意味着在晶体管的基极交界处映射的唯一电压是不同之处在VINPUT和VOITPUT之间,导致非常低的电压增益(通常接近1个用于共界放大器的1)。对于该放大器不可能进行热失控:如果由于晶体管加热而发生底电流以增加,则发射极电流同样会增加,载重载量的更多电压,从而又转动减去从vInput降低基础和发射器之间掉落的电压量。换句话说,通过放置负载电阻提供的负反馈使得热失控的问题自我纠正。为了大大降低电压增益,我们从热失控获得卓越的稳定性和免疫力。

通过在公共发射器放大器中添加发射器和地之间的“反馈”电阻,我们使放大器的表现得更不像“理想”的共同发射器,更像是共用集电极。反馈电阻值通常比负载小一点,最小化负反馈量并保持电压增益相当高。

在共分集电电路中清楚地看到的负反馈的另一个好处,即它倾向于使放大器的电压增益更少地取决于晶体管的特性。注意,在公共集电极放大器中,无论晶体管的β如何,电压增益几乎等于Unity(1)。除此之外,这意味着我们可以用具有不同β的一个具有不同β的晶体管在共分集放大器中替换晶体管,而不是看到电压增益的任何显着变化。在公共发射极电路中,电压增益高度依赖于β。如果我们要用另一个不同的β更换公共发射器电路中的晶体管,则放大器的电压增益将显着变化。在配备负反馈的公共发射器放大器中,电压增益仍然取决于晶体管β到某种程度,但不像以前那样多,尽管晶体管β变化,但是仍然可以预测的电路。

我们必须将负反馈引入共通用发射器放大器以避免热失控的事实是一个不满意的解决方案。是否有可能避免热失控,而无需抑制放大器固有的高压增益?如果我们密切检查问题:我们必须最小化以避免热失控的电压增益,我们可以使用最佳世界困境的解决方案DC.电压增益,不是AC.电压增益。After all, it isn’t the AC input signal that fuels thermal runaway: it's the DC bias voltage required for a certain class of operation: that quiescent DC signal that we use to “trick” the transistor (fundamentally a DC device) into amplifying an AC signal. We can suppress DC voltage gain in a common-emitter amplifier circuit without suppressing AC voltage gain if we figure out a way to make the negative feedback only function with DC. That is, if we only feed back an inverted DC signal from output to input, but not an inverted AC signal.

RFEDBACK发射器电阻通过丢弃与负载电流成比例的电压提供负反馈。换句话说,通过将阻抗插入发射极电流路径来完成负反馈。如果我们想回馈DC但不是AC,我们需要一个高电平的阻抗,但对于AC而言。什么样的电路对DC具有高阻抗,但对AC的阻抗很低?当然是一个高通滤波器!

通过连接A.电容器与下图中的反馈电阻并行,我们创建了我们需要的情况:从发射器到地面的路径比对于DC更容易。通过将CBYBASS与RFEDBACK并联添加CBYPASS来重新建立高AC电压增益

通过将CBYBASS与RFEDBACK并联添加CBYPASS来重新建立高AC电压增益

新电容器“绕过”AC从晶体管的发射极点接地,使得从发射器中没有掉落到接地到输入和抑制电压增益的“反馈”。另一方面,直流电流不能通过旁路电容,因此必须通过反馈电阻,丢弃发射器和地之间的直流电压,降低直流电压增益并稳定放大器的直流响应,防止热失控。因为我们希望该电容器(XC)的电抗尽可能低,因此CBYBASS应大小相对较大。因为该电容器的极性永远不会改变,所以使用用于任务的偏振(电解)电容是安全的。

对负反馈的问题降低电压增益的另一种方法是使用多级放大器而不是单晶硅放大器。如果单个晶体管的衰减增益不足以用于手头的任务,我们可以使用多个晶体管来构成由反馈引起的减少。示出在下图中的三级公共发射极放大器中的负反馈的示例电路。反馈周围的“奇数”数量的直接耦合公共发射极阶段产生负反馈。

反馈周围的“奇数”数量的直接耦合公共发射极阶段产生负反馈。

从最终输出到输入的反馈路径是通过单个电阻,RFEDBACK。由于每个阶段是共分发器放大器(因此反相),因此从输入到输出的奇数阶段将反转输出信号;反馈将是负(退化)。可以使用相对大量的反馈,而不会牺牲电压增益,因为三个放大器阶段提供了很多增益,以便开始。

起初,这种设计理念可能看起来难以忍受,也许甚至是反效率。这不是一种克服通过使用负面反馈产生的增益损失的相当粗略的方法,以便在阶段后添加阶段来恢复增益?如果我们刚刚通过负面反馈衰减所有这些增益,使用三个晶体管阶段创造了巨大电压增益的重点是什么?虽然首先不明显,但这一点是从整个电路增加的可预测性和稳定性。如果三个晶体管级被设计为提供无反馈的任意高电压增益(成千上万,或更大),则会发现,添加负反馈使整体电压增益变得更少依赖于个体阶段收益,大约等于简单比率rfeedback / rin。电路的电压增益越多(无反馈),一旦建立反馈,电压增益就越近rfeedback / rin。换句话说,该电路中的电压增益由两个电阻的值固定,而且没有。

这是电子电路的大规模生产的优点:如果可以使用广泛变化β值的晶体管构造可预测增益的放大器,它可以减轻组件的选择和更换。这也意味着放大器的增益随温度的变化而变化几乎不变。通过负反馈通过高增益放大器“驯化”稳定增益控制的原理几乎升高到所谓的电子电路中的艺术形式运算放大器, 或者OP-AMPS.。在本书的后一章中,您可以在这些电路上阅读更多!

审查:

  • 回馈是放大器输出到其输入的耦合。
  • 积极的, 或者再生反馈具有使放大器电路不稳定的趋势,因此它产生振荡(AC)。这些振荡的频率主要由反馈网络中的组件决定。
  • 消极的, 或者退行无穷反馈具有使放大器电路更稳定的趋势,使其输出变化较少的对于给定的输入信号而不是无反馈。这降低了放大器的增益,但具有降低失真和增加带宽的优点(放大器可以处理的频率范围)。
  • 可以通过将集电极耦合到基座或通过在发射器和地之间插入电阻器来引入共分发电电路中的负反馈。
  • 发射极点的“反馈”电阻通常在共同发射极电路中发现作为防止措施热失控
  • 负反馈还具有使放大器电压增益更加取决于电阻值的优点,并且更少依赖于晶体管的特性。
  • 由于在发射极和地之间的放置,共用集电极放大器具有大量负反馈。该反馈占放大器的极稳定电压增益,以及对热失控的免疫力。
  • 可以通过连接a而不会重新建立用于共分发电电路的电压增益,而不会牺牲热失控的抗扰度旁路电容器与发射器“反馈电阻”并行。
  • 如果放大器的电压增益是任意高(数千或更大的),并且负反馈用于将增益降低到合理的水平,则会发现增益大致相等回馈/ R.。晶体管β或其他内部元件值的变化对操作反馈的电压增益几乎没有影响,导致放大器稳定且易于设计。
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5点评论
  • Pardhasaradhi6. 4月5日,2020年4月

    优秀先生......到内容作家,我会非常感谢你先生......你让我改变了我对这个反馈的看法,这对早期了解非常棘手

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    • RK37. 4月7日,2020年4月
      嗨,谢谢阅读。如果您想了解有关负面反馈的更多信息,AAC就有一个很长一系列的课题,我认为你会很欣赏。以下是第一篇文章的链接:https://www.allaboutcircules.com/technical- articles/negation-feedback-part-general-structure-and-essient - 概述/
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  • Dawid_w 2020年11月18日

    你好,有一些我不明白的东西,这一段时间很困扰。

    “换句话说,没有反馈电阻,VB-E等于vInput。因此,如果vInput增加了100 mV,则VB-E增加了100 mV:一个与另一个相同的变化相同,因为两个电压彼此相等。“

    我没有得到它。VBE电压如何高于〜0.6V-0.7V?不是二极管,纯粹和简单吗?如果信号是+ -500mV怎么办?

    还 - 没有发射极电阻(当发射器分支直接连接到地时)任何带分压器的偏置似乎都没有。VB-Ground将始终位于〜0.7V,因此尝试在某个Q点设置偏置分压器(假设我们想要VB = 1.5V以进行输入信号VPP = 1V)是什么意思?我们无法在0.7V以上升高VB-Ground而没有发射极电阻,因此该放大器只能用于非常微小的信号。

    我希望你能得到我的观点。

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