电子电路原理第十六章(负反馈)

1927年8月，年轻的工程师哈罗德·布莱克(Harold Black)从纽约斯塔顿岛坐渡轮去上班。为了打发时间，他粗略写下了关于一个新想法的几个方程式。后来又经过反复修改， 布莱克提交了这个创意的专利申请。起初这个全新的创意被认为像“永动机”一样愚蠢可笑，专利申请也遭到拒绝。但情况很快就发生了变化。布莱克的这个创意就是负反馈。(注:本章节部分例题和电路指示图会省略)

16.1  负反馈的四种类型

布莱克只发明了一种负反馈，它能提高电压增益的稳定性，增大输入阻抗，减小输出阻抗。随着晶体管和运算放大器的出现，另外三种类型的负反馈也出现了。

16.1.1   基本概念

负反馈放大器的输入可以是电压也可以是电流。同样，它的输出也可以是电压或者电流。这样就存在四种类型的负反馈。如表16-1所示，第一种是电压输入和电压输出，采用这种负反馈的电路称为压控电压源(VCVS), 是理想电压放大器，具有稳定的电压增益，无穷大的输入阻抗和零输出阻抗。

第二种负反馈是由输入电流控制输出电压。采用这种负反馈的电路称为流控电压源(ICVS) 。 由于输入电流控制输出电压，所以ICVS有时被称为跨阻放大器。称为跨阻是因为Vou/I的单位是欧姆，而且是输出电压与输入电流的比值。

第三种负反馈是由输入电压控制输出电流。采用这种负反馈的电路称为压控电流源(VCIS) 。 由于输入电压控制输出电流，所以VCIS 有时被称为跨导放大器。称为跨导是因为Io/Vm的单位是西门子。

第四种负反馈是由输入电流控制输出电流。采用 这种负反馈的电路称为流控电流源(ICIS),它是理想的电流放大器，具有稳定的电流增益，零输入阻抗和无穷大的输出阻抗。

16.1.2  转换器

将VCVS和ICIS电路作为放大器是因为前者是电压放大器而后者是电流放大器。而将跨阻和跨导放大器称为放大器看起来好像不太恰当，因为它们的输入和输出的量纲不一样。因此，很多工程师和技术人员更喜欢将这些电路称作转换器。例如， VCIS也被称作电压-电流转换器。输入的是电压，输出的是电流。同样，ICVS 也被称为电流-电压转换器，输入的是电流，输出的是电压。

16.1.3   图例

图a所示是VCVS,   电压放大器。实际电路的输入阻抗虽不是无穷大，但也非常大。同样的，输出阻抗虽不是零，但是非常小。VCVS的电压增益用A。表示。因为输出阻抗≈ou接近于零，因而对实际负载电阻而言，VCVS的输出端是准理想电压源。

图b所示是ICVS,   跨阻放大器(电流-电压转换器)。它的输入阻抗和输出阻抗都很小。其转换 系数称为跨阻，用rm表示，单位是欧姆。例如，当rm=1kΩ时，1mA 的输入电流将在负载上产生1V的稳定电压。因为zout接近于零，所以对实际负载电阻而言，ICVS 的输出端是准理想电压源。

图a所示是VCIS,   跨导放大器(电压-电流转换器)。它的输入阻抗和输出阻抗都很大。其转换系数称为跨导，用gm表示，单位是西门子(姆欧)。例如，当gm=1mS时，1V的输入电压将向负载输出1mA电流。因为zou接近于无穷大，所以对实际负载电阻而言，VCIS的输出端是准理想电流源。

图b所示是ICIS, 电流放大器。它的输入阻抗很小而输出阻抗很大。 ICIS的电流增益用A; 表示。因为输出阻抗zout接近于无穷大，所以对实际负载电阻而言， ICIS的输出端是准理想电流源。

16.2  VCVS电压增益

前面一章分析的同相放大器是常见的VCVS的实际电路形式。本节复习该同相放大器并进一步深入探究它的电压增益。

16.2.1  闭环电压增益的精确表达

下图所示是一个同相放大器。运放的开环电压增益为AvoL, 通常为100000或更大。在分压器的作用下， 一部分输出电压反馈到输入端。在VCVS电路中，反馈系数B, 自定义为反馈电压除以输出电压，对于下图,有：

反馈系数也称为反馈衰减系数，它表示输出电压在反馈到反相输入端时的衰减情况。

经过代数化简，可以推导闭环电压增益的精确表达式为：

用表16- 1中的符号表示， A,=A,(cL), 即 ：

这是VCVS放大器闭环电压增益的精确表达式。

16.2.2  环路增益

分母中的第二项AvoLB 称为环路增益，是环绕正向通路和反馈通路一周的电压增益。 在负反馈放大器的设计中，环路增益的值很重要。在实际电路中，环路增益通常很大，且越大越好。它能稳定电压增益，对增益稳定性、失真、失调、输入阻抗和输出阻抗都有改善作用。