史上最全！負(fù)反饋放大器電路詳解

負(fù)反饋放大器

在放大器中采用負(fù)反饋電路，其目的是為了改善放大器的工作性能，提高放大器的輸出信號(hào)質(zhì)量。在引入負(fù)反饋電路之后，放大器的增益 要比沒(méi)有負(fù)反饋時(shí)的增益小，但是可以改善放大器的許多性能，主要有四項(xiàng)：減小放大器的非線性失真、擴(kuò)寬放大器的頻帶、降低放大器的噪聲和穩(wěn)定放大器的工作狀態(tài)。

正反饋和負(fù)反饋概念

放大器的信號(hào)傳輸都是從放大器的輸入端傳輸?shù)椒糯笃鬏敵龆?，但是反饋過(guò)程則不同，它是從放大器輸出端取出一部分輸出信號(hào)作為反饋信號(hào)，再加到放大器的輸入端，與原放大器輸入信號(hào)進(jìn)行混合，這一過(guò)程稱為反饋。

1.反饋方框圖

如圖4-1所示是反饋方框圖。從圖中可以看出，輸入信號(hào)Ui從輸入端加到放大器中進(jìn)行放大，放大后的輸出信號(hào)Uo其中的一部分加到下一級(jí)放大器中，另有一部分信號(hào)經(jīng)過(guò)反饋電路作為反饋信號(hào)UF，與輸入信號(hào)Ui合并，作為凈輸入信號(hào)VI加到放大器中。

圖1 反饋方框圖

2.反饋種類

反饋電路有兩種：正反饋電路和負(fù)反饋電路。這兩種反饋的結(jié)果(指對(duì)輸出信號(hào)的影響)完全相反。

3.正反饋概念

正反饋可以舉一個(gè)例子來(lái)說(shuō)明，吃某種食品，由于它很可可，所以在吃了之后更想吃，這是正反過(guò)程。

如圖4-2所示正反饋方框圖，當(dāng)反饋信號(hào)UF與輸入信號(hào)Ui是同相位時(shí)，這兩個(gè)信號(hào)混合后是相加的關(guān)系，所以凈輸入放大器的信號(hào)UI比輸入信號(hào)Ui更大，而放大器的放大倍數(shù)沒(méi)有變化，這樣放大器的輸出信號(hào)Uo比不加入反饋電路時(shí)的大，這種反饋稱為正反饋。

圖2 正反饋方框圖

在加入正反饋之后的放大器，輸出信號(hào)愈反饋愈大(當(dāng)然不會(huì)無(wú)限制地增大，這一點(diǎn)在后面的振蕩器電路中介紹)，這是正反饋的特點(diǎn)。正反饋電路在放大器電路中通常不用，它只是用于振蕩器中。

4.負(fù)反饋概念

負(fù)反饋也可以舉一例說(shuō)明，一盆開(kāi)水，當(dāng)手指不小心接觸到熱水時(shí)，手指很快縮回，而不是繼續(xù)向里面伸，手指的回縮過(guò)程就是負(fù)反饋過(guò)程。

如圖4-3所示是負(fù)反饋方框圖，當(dāng)反饋信號(hào)UF相位和輸入信號(hào)Ui的相位相反時(shí)，它們混合的結(jié)果是相減，結(jié)果凈輸入放大器的信號(hào)UI比輸入信號(hào)Ui要小，使放大器的輸出信號(hào)Uo減小，引起放大器電路這種反饋過(guò)程的電路稱為負(fù)反饋電路。

圖3 負(fù)反饋方框圖

5.反饋量

負(fù)反饋的結(jié)果使凈輸入放大器的信號(hào)變小，放大器的輸出信號(hào)減小，這等效成放大器的增益在加入負(fù)反饋電路之后減小了。當(dāng)負(fù)反饋電路造成的凈輸入信號(hào)愈小，即負(fù)反饋量愈大，負(fù)反饋放大器的增益愈小，反之負(fù)反饋量愈小，負(fù)反饋放大器的增益愈大。

正反饋也有同樣的正反饋量問(wèn)題。

全面了解負(fù)反饋電路種類

1．負(fù)反饋種類

四種負(fù)反饋電路

負(fù)反饋電路接在放大器的輸出端和輸入端之間，根據(jù)負(fù)反饋放大器輸入端和輸出端的不同組合形式，負(fù)反饋放大器共有下列四種電路：

(1)電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大器電路。

(2)電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大器電路。

(3)電流并聯(lián)負(fù)反饋放大器電路。

(4)電流串聯(lián)負(fù)反饋放大器電路。

負(fù)反饋電路分析方法

負(fù)反饋電路是初學(xué)者比較難學(xué)的電路之一，如果掌握了基本的電路分析方法和四種典型的負(fù)反饋電路工作原理，那學(xué)習(xí)將比較輕松。

1.瞬時(shí)信號(hào)極性分析法

對(duì)于負(fù)反饋電路工作原理的分析有特定的方法，即采用信號(hào)電壓瞬時(shí)極性分析法。如圖4-4所示是一種負(fù)反饋電路，以該電路為例介紹這種電路分析方法中。

圖4 瞬時(shí)信號(hào)極性分析法示意圖

2.電路分析說(shuō)明

在采用瞬時(shí)信號(hào)極性分析法分析負(fù)反饋電路時(shí)，要注意以下幾點(diǎn)。

3.負(fù)反饋信號(hào)種類分析說(shuō)明

在進(jìn)行負(fù)反饋電路分析時(shí)，要分析出參加負(fù)反饋的信號(hào)種類，如是直流信號(hào)還是交流信號(hào)，對(duì)交流信號(hào)而言是低頻還是高頻信號(hào)，還是某一特定頻率的信號(hào)。

分析參加負(fù)反饋的信號(hào)種類時(shí)，主要是看負(fù)反饋電路特性和整個(gè)負(fù)反饋回路的特性，有這些回路特性決定了負(fù)反饋的種類，主要有下列幾種情況。

四種典型負(fù)反饋放大器

典型負(fù)反饋放大器的共有四種，其他負(fù)反饋放大器的電路會(huì)有一些變化，但都從本質(zhì)上離不開(kāi)這四種典型電路，所以必須掌握這四種負(fù)反饋放大器工作原理。

電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大器

如圖4-5所示是一級(jí)共發(fā)射極放大器，它也構(gòu)成了電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大器。電路中，VT1是放大管，R1是集電極-基極負(fù)反饋偏置電阻 ，R2是集電極負(fù)載電阻，Ui是輸入信號(hào)，UO是輸出信號(hào)。由于這是一級(jí)共發(fā)射極放大器，所以VT1管集電極輸出信號(hào)電壓的相位與基極上輸入信號(hào)電壓相位相反。

圖 電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大器

1.負(fù)反饋元件確定方法

根據(jù)接在放大器輸出端與輸入端之間的元器件可能是負(fù)反饋元器件這一判斷方法，從電路中可以看出，接在輸入端VT1管基極和輸出端VT1管集電極之間的元件有R1和C2兩個(gè)，所以這兩個(gè)元件有可能構(gòu)成負(fù)反饋電路。其他元器件都不是接在放大器的輸入端和輸出端之間，沒(méi)有構(gòu)成負(fù)反饋電路的可能，這樣分析負(fù)反饋電路時(shí)重點(diǎn)是R1和C2。

2.負(fù)反饋電阻R1分析

前面在基極偏置電路中已經(jīng)介紹，R1是VT1管的集電極-基極負(fù)反饋式偏置電阻。這里根據(jù)負(fù)反饋電路的分析方法來(lái)說(shuō)明接入這一電阻R1后的電路負(fù)反饋過(guò)程。

關(guān)于這一負(fù)反饋電路還要說(shuō)明以下幾點(diǎn)。

3.高頻負(fù)反饋電容C2分析

從電路中可以看出，在負(fù)反饋電阻R1上還并聯(lián)了一只容量很小的電容C2 ，對(duì)C2的負(fù)反饋過(guò)程分析同電阻R1的分析過(guò)程是一樣的，但電容器和電阻器的特性不同，所以這一電容的負(fù)反饋原理有所不同，主要說(shuō)明以下幾點(diǎn)。

4.電壓負(fù)反饋判別方法

電路中R1和C2構(gòu)成的是電壓負(fù)反饋電路，因?yàn)檫@兩個(gè)元將放大器輸出的信號(hào)電壓反饋到放大器的輸入端，所以稱為電壓負(fù)反饋電路。

5.并聯(lián)負(fù)反饋判別方法

見(jiàn)圖4-5所示是并聯(lián)負(fù)反饋電路，由R1送過(guò)來(lái)的負(fù)反饋信號(hào)是與輸入信號(hào)Ui在基極并聯(lián)后加到三極管基極的，所以這是并聯(lián)負(fù)反饋電路。

根據(jù)電壓負(fù)反饋和并聯(lián)負(fù)反饋的判別方法可知，如圖4-5所示電路中的R1和C2構(gòu)成電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路。

4.2.2 電流串聯(lián)負(fù)反饋放大器

如圖4-8所示是一級(jí)共發(fā)射極放大器，R3構(gòu)成電流串聯(lián)負(fù)反饋電路。

圖4-8 電流串聯(lián)負(fù)反饋電路

R3是VT1發(fā)射極負(fù)反饋電阻，R3接在發(fā)射極回路中，而發(fā)射極是這一放大器輸入、輸出回路共用端，所以R3是接在放大器的輸入端和輸出端之間的，它有可能構(gòu)成負(fù)反饋電路。

1.負(fù)反饋電路分析

VT1發(fā)射極電流流過(guò)電阻R3后，在R3上產(chǎn)生電壓降，這一信號(hào)電壓降就是反饋信號(hào)電壓。

電阻R3上負(fù)反饋信號(hào)電壓與輸入信號(hào)相串聯(lián)，所以這是串聯(lián)負(fù)反饋電路。

【負(fù)反饋量提示】：

這種負(fù)反饋電路中，如果VT1發(fā)射極電流大小不變，負(fù)反饋電阻R3愈大，在R3上的負(fù)反饋信號(hào)電壓愈大，使VT1基極電流減小量愈大，即負(fù)反饋量愈大，放大器的增益愈小，反之則相反。電路中，由于直流和交流電流都流過(guò)了負(fù)反饋電阻R3，所以R3對(duì)直流和交流都存在負(fù)反饋?zhàn)饔谩?/p>

2.接有旁路電容的發(fā)射極負(fù)反饋電阻電路

三極管發(fā)射極電阻構(gòu)成的是電流串聯(lián)負(fù)反饋電路，這一電路根據(jù)是否接有發(fā)射極旁路電容和該電容容量大小不同，有多種變形電路。

R1是發(fā)射極負(fù)反饋電阻，沒(méi)有接入C1時(shí)VT1發(fā)射極流出的直流電流和交流信號(hào)電流都流過(guò)R1到地，R1對(duì)直流和交流都存在負(fù)反饋?zhàn)饔谩＜尤隒1后R1只存在直流負(fù)反饋?zhàn)饔?，因?yàn)榻涣餍盘?hào)電流沒(méi)有流過(guò)R1，所以R1對(duì)交流信號(hào)不存在負(fù)反饋?zhàn)饔谩?/p>

從圖中可以看出，C1的容量為47F，對(duì)于音頻放大器而言，該電容容量很大了，它對(duì)所有頻率音頻信號(hào)呈現(xiàn)很小的容抗，所以它能讓所有頻率的音頻信號(hào)通過(guò)。

判斷發(fā)射極電阻存在什么樣信號(hào)負(fù)反饋的方法是：

什么樣的電流流過(guò)發(fā)射極電阻，就存在什么樣信號(hào)電壓，便存在什么樣的負(fù)反饋，所以只要分析是什么樣的電流流過(guò)了發(fā)射極電阻即可。

3.部分發(fā)射極電阻加旁路電容電路

采用這種發(fā)射極電阻設(shè)計(jì)的目的是獲得更大的直流負(fù)反饋同時(shí)減小交流負(fù)反饋，因?yàn)榻涣髫?fù)反饋量太大后，會(huì)使放大器的增益下降得太多。

【分析提示】：

對(duì)于這種多個(gè)發(fā)射極電阻串聯(lián)電路，分析哪只電阻是直流還是交流負(fù)反饋關(guān)鍵是看流過(guò)該電阻的電流是什么，如果只是直流電流流過(guò)該電阻，就是只有直流負(fù)反饋。如果除直流電流外還有交流電流流過(guò)該電阻，則該電阻存在交流和直流的雙重負(fù)反饋。

4.接有高頻旁路電容的發(fā)射極負(fù)反饋電阻電路

如果VT1管構(gòu)成的是高頻放大器(電路中的輸入端耦合電容容量減小幾百皮法)，高頻放大器的工作頻率遠(yuǎn)高于音頻信號(hào)頻率，由于信號(hào)的頻率本身高，C2容量雖然只有1F，但是容抗已經(jīng)很小，遠(yuǎn)小于發(fā)射極負(fù)反饋電阻R2，所有的高頻信號(hào)通過(guò)C2流到地線。加入了C2之后，R2沒(méi)有高頻信號(hào)負(fù)反饋?zhàn)饔?，只存在直流?fù)反饋。

【分析提示】：

通過(guò)這一電路的分析可知，在進(jìn)行電路分析時(shí)有時(shí)不僅要了解是什么類型放大器，了解電路中元器件的特性，有時(shí)還需要了解元器件標(biāo)稱值的大小，否則電路分析不準(zhǔn)確，例如電路中同是1F的電容C2，在不同工作頻率的放大器中所起的具體作用不同。對(duì)音頻信號(hào)而言，C2只對(duì)音頻信號(hào)中的高頻信號(hào)進(jìn)行旁路;對(duì)于高頻放大器而言，則對(duì)所有的高頻信號(hào)旁路。

5.接有不同容量旁路電容的發(fā)射極電阻電路

6.判斷電流負(fù)反饋電路方法

電流負(fù)反饋電路判斷方法是這樣：如圖4-13所示，如果將放大器的輸出端對(duì)地交流短接后，放大器中負(fù)反饋仍然存在，那么是電流負(fù)反饋電路，否則就不是電流負(fù)反饋電路。

圖4-13 電流負(fù)反饋電路判斷方法示意圖

7.串聯(lián)負(fù)反饋電路判斷方法

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