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关于“A / (1 + A F)”

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HWM|  楼主 | 2012-5-27 19:36 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
本帖最后由 HWM 于 2012-5-28 10:14 编辑

看到 A / (1 + A F) 自然想到闭环反馈系统,这是个经典的闭环增益表达式,其中 A 为“放大”部分的开环增益,F 为反馈回路的反馈系数。这个式子成立的条件是“放大”部分是个单向环节(无反向信息流),而且放大部分输出为受控理想源(理想电压或电流源)。这是个基本的条件,通常的建模都能满足。另外,需要强调的是,某些场合下还需插入输入和输出系数(一般情况下输入或输出未必直接对接闭环反馈系统的输入和输出)。


分析几个例子:


1)VFA 正相比例放大器(R1 为接地电阻,Rf 为反馈电阻,运放的开环增益为 A 且输出阻抗忽略)

显见,F = R1 / (R1 + Rf) 且输入直接入闭环(Ki = 1),则

  Af = A / (1 + A F)

当 |A F| >> 1 时有

  Af ≈ 1 / F = (R1 + Rf) / R1


2)VFA 反相比例放大器(R1 为输入电阻,Rf 为反馈电阻,运放的开环增益为 A 且输出阻抗忽略)

显然 F = R1 / (R1 + Rf) ,但其输入不是直接入闭环,输入系数为 Ki = - Rf / (R1 + Rf),则

  Af = Ki A / (1 + A F) = - Rf A / (Rf + (1 + A) R1)

当 |A F| >> 1 时有

  Af ≈ - Rf / R1


3)BJT 单管放大器(R1、R2 为基极偏置分压电阻,Re 为发射极电阻,Rc 为集电极电阻,rbe 为 BJT 的 BE 电阻)

这里,选择“放大”部分为 BJT 的受控电流源,忽略其输出电阻(令其为无穷大)。显然,A = β,F = Re / (rbe + Re),Ki = 1 / (rbe + Re),Ko = - Rc。闭环增益为

  Af = Ki [A / (1 + A F)] Ko
     = - β Rc / (rbe + (1 + β) Re)


4)BJT 射极跟随器(Re 为发射极电阻,rbe 为 BJT 的 BE 电阻)

显然,A = β,F = Re / (rbe + Re),Ki = 1 / (rbe + Re),Ko = Re (1 + β) / β,则

  Af = Ki [A / (1 + A F)] Ko
     = (1 +  β) Re / (rbe + (1 + β) Re)

考虑 rbe << (1 + β) Re,有

  Af ≈ 1
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沙发
HWM|  楼主 | 2012-5-28 08:39 | 只看该作者
本帖最后由 HWM 于 2012-5-28 10:14 编辑

继前:

5)CFA 正相比例放大器(R1 为接地电阻,Rf 为反馈电阻,运放的开环跨阻为 A 且输出阻抗忽略)

容易得知,F = 1 / Rf,Ki = 1 / R1||Rf,则有

  Af = Ki A / (1 + A F)
      = [(R1 + Rf) / R1] A / (Rf + A)

当 A >> Rf 时,有

  Af ≈ (R1 + Rf) / R1


6)CFA 反相比例放大器(R1 为输入电阻,Rf 为反馈电阻,运放的开环跨阻为 A 且输出阻抗忽略)

同样容易得知,F = 1 / Rf,Ki = - 1 / R1,则有

  Af = Ki A / (1 + A F)
      = - [Rf / R1] A / (Rf + A)

同样当 A >> Rf 时,有

  Af ≈ - Rf / R1

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SLEET1986| | 2012-5-28 10:20 | 只看该作者
好帖,要顶,感谢LZ

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yhf311| | 2012-5-28 11:18 | 只看该作者
没有图,看起来会比较费力,如果可以把每种放大器对应的电路图补上就更好了。

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5
yhf311| | 2012-5-28 11:21 | 只看该作者
VFA:电压反馈放大器
CFA:电流反馈放大器

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6
Lgz2006| | 2012-5-28 11:37 | 只看该作者
同样是论述负反馈,本帖就是不一样的好
我通常是将增益A既可看做电压的,也可是电流跨导或跨阻的。异曲同工

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7
linfuchi| | 2012-5-28 12:30 | 只看该作者
顶顶更健康:lol

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8
123654789| | 2012-5-28 18:24 | 只看该作者
好帖子

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9
HWM|  楼主 | 2012-5-29 09:33 | 只看该作者
a/(1+af)一式是基于两端口网络推到出来的,其成立条件根本无需限制“单向环节”或理想源。
从后文推导来看,这些个约束条件是a=受控源增益的条件。

兵在精而不在广,例子也是,要想通过例子来证明可行,基本上8大类 ...
xukun977 发表于 2012-5-28 18:50

那是基于“信息流”图,而非二端网络(虽然二端网络可以拆解成信息流来表达其内部细节)。“单向”和“理想输出”是充分必要条件。当然,针对一般线性放大,可以通过剥离使其满足条件。

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10
yhf311| | 2012-5-29 09:37 | 只看该作者
有关输入系数和输出系数,确实没有咋接触过,需要楼主给出具体的定义。

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11
yinlitansuo| | 2012-5-29 09:40 | 只看该作者
看看

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12
HWM|  楼主 | 2012-5-29 10:02 | 只看该作者
有关输入系数和输出系数,确实没有咋接触过,需要楼主给出具体的定义。
yhf311 发表于 2012-5-29 09:37

先确定“放大部分”——A,这是个关键。由此自然“A”的输入(Xai)和输出(Xao)便定了,然后确定F、Ki 和 Ko。

令总输入(Xi)为零,在“A”的输出端加一个激励信号Xao,观察反馈至“A”的输入Xai,反馈系数就是 F = Xai / Xao。令“A”的输出为零,在总输入加一个激励信号Xi,观察其至“A”输入端的反映Xai,输入系数就是 Ki = Xai / Xi。最终,观察“A”的输出Xao和总输出Xo的关系,输出系数就是 Ko = Xo / Xao。

注意,这里“X”仅代表信息,其可以是电压、电流或功率流等。

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13
yhf311| | 2012-5-29 11:03 | 只看该作者
光看文字,还真不好理解,呵呵,画个图出来,再对照文字看,就好理解很多,所以真的很希望HWM老师对主贴的分析可以补加电路图。还有在分析第三第四点有关三极管放大中,HWM老师是不是用了三极管的交流小信号模型来进行分析的?

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14
Lgz2006| | 2012-5-29 11:38 | 只看该作者
其实,更多时候a/(1+af)一式只是个数学证明式
它证明了,当增益相当大时,放大电路的一些特性将万分近似地仅由反馈回路参数决定,而与放大器件无关!

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15
xukun977| | 2012-5-29 11:46 | 只看该作者
还是不大懂,上面叫好的网友应该懂了,能否结合下图给个解释?

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16
HWM|  楼主 | 2012-5-29 12:05 | 只看该作者
还是不大懂,上面叫好的网友应该懂了,能否结合下图给个解释?

110328
xukun977 发表于 2012-5-29 11:46

代入简化的低频π模型即可。

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17
HWM|  楼主 | 2012-5-29 12:22 | 只看该作者
不管如何吧,每个问题(不管多简单)都要计算四次(A,F,KI,KO),简单问题复杂化了
倘若给个两级级联单级放大器,每一级只考虑1个寄生电容,那么这个计算过程就更繁琐了。

这种计算方法最最头疼地方还不在于计算复 ...
xukun977 发表于 2012-5-29 11:57

基本的三环节:1)Ki环节,2)AF环节,3)Ko环节。其中AF是闭环反馈环节,做到最简。任何一个复杂的信息流分析都不可能简单,只能通过不断的“模块”吸收合并得到外观上的简化,但其中合并后的模块传输函数将变的更为复杂。

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18
xukun977| | 2012-5-29 12:39 | 只看该作者
还是没看懂。



1,如果说激励Xi是电压,XAI是电流的话,那么酸出来的结果与Ki不同,那么XAI应该是电压??如果是电压那KI=1??也不对。。。。晕

2,“令A的输出为零”,不知这“令”该如何理解,倘若是beta*ib=0,那么推出ib=0,ki=0??也靠不上啊。

晕晕晕

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yhf311| | 2012-5-29 12:42 | 只看该作者
楼上问的好,呵呵,我也困惑着呢!

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20
HWM|  楼主 | 2012-5-29 12:49 | 只看该作者
1)将电流源视为“A”,自然有 A = β

2)令 Vi = 0,加入激励 Ic,按分流自然 rbe 上的电流为 Ic Re / (rbe + Re),故有 F = Re / (rbe + Re)。

3)令 Ic = 0,加入激励 Vi,自然有 Ki = 1 / (rbe + Re)。

4)显然有 Ko = - Rc,因为 Vo = - Ic Rc。

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