闭环增益

科技工作者之家  |   2020-11-17 17:43

闭环增益,等于开环增益除以1加上环路增益(也就是改善系数),运放在无反馈是的增益是开环增益,在考虑反馈时候的增益为闭环增益,环路增益是在主输入为0的情况下,反馈网络和放大电路所具有的增益。

背景为了改善基本放大器的性能, 从基本放大器的输出端到输入端引入一条反向的信号通路,构成这条通路的网络叫做反馈网络,这个反向传输的信号叫做反馈信号。由基本放大器和反馈网络构成的放大器叫做闭环放大器或反馈放大器。所谓"反馈",就是通过一定的电路形式(反馈网络), 把放大电路输出信号的一部分或全部按一定的方式送回到放大电路的输入端,并影响放大电路的输入信号。这样,电路输入端的实际信号不仅有信号源直接提供的信号, 还有输出端反馈回输入端的反馈信号。

简介通常来说,晶体管的参数会随温度而改变,同时当给定一组相同型号的晶体管时,会由于制造工艺和材料的属性等,使得它们的参数具有一定的分散性。这也就意味着,基于晶体管放大电路的静态工作点、电压增益和其它电路特性会根据所使用不同的晶体管而不尽相同,而且还受温度的影响。这时候负反馈就派上用场了,它能使晶体管电路的特性基本独立于单个晶体管的参数。通常会有一个与输出成比例的信号会被反馈到输入,在与输入信号的共同作用下得到想要的、稳定的电路特性。举例来说,晶体管的负反馈放大电路可以通过在输入与输出之间接入电阻来实现,这也是最基本的实现方式。

负反馈放大电路如右图所示,该电路将NPN晶体管的共发射极放大电路与PNP晶体管的共发射极放大电路串联连接。很直观,用电阻Rf将电路的输出级反馈到初级NPN晶体管的发射级上,从而形成负反馈。

开环增益,也就是负反馈系统描叙图当中的AOL,那对应到图负反馈放大电路中应该是NPN共发射极放大电路的增益与PNP共发射极放大电路的乘积,AOL=ANPN*APNP。ANPN=R2/RS=51,Tr2的发射极电阻R4被C6与电源短路,所以Tr2的发射极电阻交流地为0,因此,Tr2的电压增益应该为该晶体管所能产生的电大值,几乎与hFE的值相同,这里假设为100,因此AOL=5100。

反馈系数,对应负反馈系统描叙图中的β,也就是由输出反馈到输入端的比例大小,在负反馈放大电路图图当中由于C5的存在,β=RS/(RS+RF)=1/101。1

环路增益,对应负反馈系统描叙图中应该等于β* AOL,对应负反馈放大电路图中也就是5100/101。

改善系数,它的定义为,1+β* AOL,对应负反馈放大电路图中约等于51。

闭环增益,等于开环增益除以1加上环路增益(也就是改善系数),ACL= AOL/(1+β*AOL),如果AOL远远大于1,那ACL=1/β。对应负反馈放大电路图中,ACL=101。2

通过上面的几个定义,可以很直观的看到,图负反馈放大电路当中的负反馈放大电路的电压增益,也就是闭环增益ACL=1/β= (RS+RF)/RS,也就是仅仅由两个电阻的比值决定。也就是说当一百个不同的人,用同一种型号的晶体管,甚至不同型号的晶体管,在晶体管众筹项目的电路板上焊接调试这个电路的时候,得出的增益都是仅仅由两个电阻的比值决定的,而不用担心由晶体管参数的离散性以及温度对电压增益的影响。

本词条内容贡献者为:

肖志勇 - 副教授 - 江南大学