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,負反饋閉環電路的非線性降低特點將在“非線性”章節中具體描述;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波動發生變化,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)
(10)
閉環增益的變化率Δ H ( s ) / H ( s )比開環增益的變化率Δ A ( s ) / A ( s )降低了(1 + * T* ( s ))倍。然而,這時閉環增益是開環增益的1 / (1 + * T* ( s ))倍,這是以犧牲增益為代價的。譬如,環路增益 LG ( s ) = ? 100,開環增益的變化率為10%,那么閉環增益變化率降低為0.1%,此時閉環增益是開環增益的1/101倍,通過犧牲增益換取閉環增益變化率的不敏感性。
端口阻抗變化
負反饋四種組態中,反饋網絡采樣是電流串聯和反饋網絡反饋是電壓串聯都能夠提高阻抗(1 + T )倍,即串聯形式能夠提高阻抗;反饋網絡采樣是電壓并聯和反饋網絡反饋是電流并聯都能夠降低阻抗(1 + T )倍,即并聯形式能夠降低阻抗(1 + T )倍。
圖6 串聯形式的輸入/輸出阻抗電路,(a)串聯輸入,(b)串聯輸出
串聯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 ,計算閉環輸入阻抗z icl ,
(11)
串聯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 ,計算閉環輸出阻抗z ocl ,
(12)
圖7 并聯形式的輸入/輸出阻抗電路,(a)并聯輸入,(b)并聯輸出
并聯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 ,計算閉環輸入阻抗z icl ,
(13)
并聯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 ,計算閉環輸出阻抗z ocl ,
(14)
綜上,串聯形式提高阻抗(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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