負反饋特性主要包括:能夠減小增益變化率敏感性,能夠改善輸入輸出阻抗,能夠擴展頻率帶寬,以及減小電路的非線性和噪聲等等。本小節(jié)主要介紹負反饋增益變化不敏感性和端口阻抗變化兩種特性,負反饋閉環(huán)電路的非線性降低特點將在“非線性”章節(jié)中具體描述;負反饋對電路噪聲性能的改善特性將在“噪聲”章節(jié)中仔細剖析。
增益變化率不敏感性
集成電路中,器件跨導gm和輸出阻抗ro都會隨著工藝、電源電壓和溫度等參數(shù)波動發(fā)生變化,從而造成放大器增益的波動。負反饋技術能很好的降低放大器增益波動對總體增益的影響。由公式(1)求導可得,
(9)
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閉環(huán)增益的變化率Δ H ( s ) / H ( s )比開環(huán)增益的變化率Δ A ( s ) / A ( s )降低了(1 + * T* ( s ))倍。然而,這時閉環(huán)增益是開環(huán)增益的1 / (1 + * T* ( s ))倍,這是以犧牲增益為代價的。譬如,環(huán)路增益 LG ( s ) = ? 100,開環(huán)增益的變化率為10%,那么閉環(huán)增益變化率降低為0.1%,此時閉環(huán)增益是開環(huán)增益的1/101倍,通過犧牲增益換取閉環(huán)增益變化率的不敏感性。
端口阻抗變化
負反饋四種組態(tài)中,反饋網絡采樣是電流串聯(lián)和反饋網絡反饋是電壓串聯(lián)都能夠提高阻抗(1 + T )倍,即串聯(lián)形式能夠提高阻抗;反饋網絡采樣是電壓并聯(lián)和反饋網絡反饋是電流并聯(lián)都能夠降低阻抗(1 + T )倍,即并聯(lián)形式能夠降低阻抗(1 + T )倍。
圖6 串聯(lián)形式的輸入/輸出阻抗電路,(a)串聯(lián)輸入,(b)串聯(lián)輸出
串聯(lián)形式的輸入阻抗電路如圖6(a)所示,無論輸出信號Sout是電壓或者電流,A相應是電壓增益或者跨導增益,F相應是電壓增益或者跨阻增益,在輸入端加電壓激勵源v x ,電流響應i x ,計算閉環(huán)輸入阻抗z icl ,
(11)
串聯(lián)形式的輸出阻抗電路如圖6(b)所示,輸入信號Sin置零,無論輸入信號S in 、反饋信號Sf和誤差信號Sε都是電壓或者電流,A相應是跨導增益或者電流增益,F相應是跨阻增益或者電流增益,在輸出端加電流激勵源i x ,電壓響應v x ,計算閉環(huán)輸出阻抗z ocl ,
(12)
圖7 并聯(lián)形式的輸入/輸出阻抗電路,(a)并聯(lián)輸入,(b)并聯(lián)輸出
并聯(lián)形式的輸入阻抗電路如圖7(a)所示,無論輸出信號Sout是電壓或者電流,A相應是跨阻增益或者電流增益,F相應是跨導增益或者電流增益,在輸入端加電流激勵源i x ,電壓響應v x ,計算閉環(huán)輸入阻抗z icl ,
(13)
并聯(lián)形式的輸出阻抗電路如圖7(b)所示,輸入信號Sin置零,無論輸入信號S in 、反饋信號Sf和誤差信號Sε都是電壓或者電流,A相應是電壓增益或者跨阻增益,F相應是電壓增益或者跨導增益,在輸出端加電壓激勵源v x ,電流響應i x ,計算閉環(huán)輸出阻抗z ocl ,
(14)
綜上,串聯(lián)形式提高阻抗(1 + T )倍,無論是在輸入端口還是在輸出端口;并聯(lián)形式降低阻抗(1 + T )倍,無論是在輸入端口還是在輸出端口。
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