2.分析方法
上一小節,我們學習研究了負反饋的基本概念、反饋類型、四種負反饋組態以及負反饋特性,這些知識內容都是基于負反饋理想模型前提下得到的。下面,我們先看看實際負反饋電路分析過程中會碰到的哪些非理想因素,然后,詳細介紹幾種負反饋分析方法。
2.1. 負反饋的非理想因素
第一種非理想因素是反饋網絡的負載效應。圖3四種負反饋組態中,反饋網絡 F ( s )是理想受控源,沒有考慮其輸入/輸出阻抗對主放大器 A ( s )的輸出/輸入端口的負載效應。以圖3(a)串聯-并聯負反饋組態為例,考慮反饋網絡 F ( s )的輸入/輸出阻抗,我們來分析一下反饋網絡的負載效應會給閉環特性帶來哪些影響。
圖9 考慮反饋網絡輸入/輸出阻抗的串聯-并聯負反饋組態
如圖9所示是考慮反饋網絡 F ( s )的輸入/輸出阻抗的串聯-并聯負反饋組態,主放大器 A ( s )為電壓增益A v ,輸入阻抗為z i ,輸出阻抗為z o ,反饋網絡 F ( s )為電壓增益A vf ,輸入阻抗為z if ,輸出阻抗為z of ,在輸入端加激勵電壓源v in ,求輸出電壓響應v out ,計算可得閉環電壓增益A vcl ,
(16)
其中,Avl定義為有負載效應條件下的主放大器增益,簡稱有載主放大器增益。
(17)
閉環輸入阻抗z icl ,
(18)
圖10 考慮反饋網絡輸入/輸出阻抗的串聯-并聯負反饋組態的閉環輸出阻抗電路
如圖10所示是考慮反饋網絡 F ( s )的輸入/輸出阻抗的串聯-并聯負反饋組態的閉環輸出阻抗電路,將圖9中輸入獨立電壓源vin置零,在輸出端加電壓激勵源v x ,求電流響應i x ,計算可得閉環輸出阻抗z ocl ,
(19)
圖11 考慮反饋網絡輸入/輸出阻抗的串聯-并聯負反饋組態的環路增益電路
如圖11所示是考慮反饋網絡 F ( s )的輸入/輸出阻抗的串聯-并聯負反饋組態的環路增益電路,將圖9中輸入獨立電壓源vin置零,反饋網絡中電壓控制的電壓源Avfvout的控制電壓vout斷開,將控制電壓vout替換為電壓激勵源v t ,求反饋網絡的輸入控制電壓響應v out ,計算可得環路增益 LG ,
(20)
考慮反饋網絡輸入/輸出阻抗的串聯-并聯負反饋組態的等效電路圖如圖12(a)所示,A l ( s )為有載主放大器,F l ( s )為去除輸入/輸出阻抗的理想反饋網絡。原先反饋網絡的輸出阻抗zof并入有載主放大器的輸入端形成分壓系數zi / (zi + z of );原先反饋網絡的輸入阻抗zif并入有載主放大器的輸出端形成分壓系數zif / (zo + z if )。進一步簡化可以得到圖12(b)簡化電路,有載主放大器的輸入阻抗為zi + z of ,輸出阻抗為zo // z if ,電壓增益為Avl = (zi / (zi + z of )) Av (zif / (zo + z if ))。
圖12 有負載效應串聯-并聯負反饋組態電路圖 (a) 等效電路圖 (b) 簡化電路圖
第二種非理想因素是傳遞函數的非單向性。之前所有分析都假設主放大器和反饋網絡是單向傳輸的,即單向性,只有輸入到輸出傳遞函數而沒有考慮輸出到輸入傳遞函數。然而,實際電路大部分情況下都存在反向傳遞函數,這樣前述四種負反饋組態分析方法就存在問題。
第三種非理想因素是多個反饋環路和多種反饋機制并存。四種基本負反饋組態的采樣和反饋信號都是單一電壓或者電流,如果采樣信號同時存在電壓和電流形式,或者反饋信號同時存在電壓和電流形式,這樣的負反饋就不滿足上述四種反饋組態形式,也就無法通過四種負反饋組態分析方法來處理。
如果負反饋中存在第一種和第二種非理想因素,我們可以通過2.1小節二端口網絡拆環分析方法來解決。
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