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反饋放大電路基礎知識

反饋放大電路基礎知識



反饋的理論及反饋技術在電子電路中占據非常重要的地位。在放大電路中引入負反饋可以起到改善放大器性能的作用，而利用正反饋可以組成不同類別的信號發生器(或稱振蕩器)。本章首先討論反饋的基本概念，分析了負反饋對放大器性能的影響，通過對反饋放大器電路分析方法的介紹，從而達到正確辯識反饋電路類型，掌握深負反饋條件下電路的簡單分析、估算。本章最后對反饋放大器的穩定性進行了論述。



4.1反饋的基本概念

反饋概念的引入

反饋的概念，就是將放大器的輸出量(電流或電壓)，通過一定的網絡，回送到放大器的輸入回路，并同輸入信號一起參與對放大器的輸入控制作用，從而使放大器的某些性能獲得有效改善的過程。

1.負反饋穩定靜態工作點

如圖4.1所示



該電路中放大器的電流ICQ取決于控制電壓UBEQ，而UBEQ＝UBQ－UEQ，其中UEQ≈［RB2／(RB1＋RB2)］·UCC ，基本上是固定不變的。但UEQ則不同，UEQ＝IEQRE，它攜帶著晶體管輸出電流(ICQ≈IEQ)的變化信息。如果某種因素使IEQ增大，則ＵEQ也增大，導致UBEQ反而減小，從而又使IEQ減小。，其結果是使IEQ穩定。這里RE將輸出電流IEQ的變化反饋到輸入回路，引進了一種自動調節的機制，這種過程就是“反饋”。這種反饋實質上是從直流角度來分析的，若去掉發射極旁路電容CE，該電路還起到穩定輸出交流電流的作用，這將在后面具體討論。



2.負反饋穩定輸出電壓(射極輸出器電路)

4.1.2 反饋放大器的基本框圖和一般表達式

1.基本框圖

我們將反饋放大器抽象為如圖4.3所示的方框圖。





2.反饋放大電路的一般表達式

由反饋放大電路的基本框圖中的一些基本量我們定義如下：

基本放大電路的開環增益（開環放大倍數）定義為輸出信號與凈輸入信號之比，即

反饋放大電路的一些主要特性





4.2 反饋放大電路的分析

4.2.1 反饋放大電路的基本類型及判別

1.直流反饋與交流反饋

根據反饋信號中包含的交直流成分來分，可分為直流反饋和交流反饋。如果反饋信號中只包含直流成分，為直流反饋；如果反饋信號中只包含交流成分，為交流反饋；既包含直流成分又包含交流成分的，為交直流反饋。引入直流負反饋的目的是要穩定靜態工作點，引入交流負反饋目的是要改善放大電路性能（放大倍數除外）。本章主要討論交流負反饋。

2.正反饋與負反饋

正負反饋的概念已在前面有所定義，這里再簡述一下。

根據反饋極性的不同，可將反饋分為正反饋和負反饋。

如果引入的反饋信號增強了外加輸入信號的作用，從而使電路的放大倍數得到提高，稱為正反饋；如引入的反饋信號削弱了外加輸入信號的作用，從而使電路的放大倍數降低，稱為負反饋。

判斷正負反饋常用的方法是瞬時極性法：假設輸入信號的變化處于某一瞬時極性（用符號“+”、“－”表示），從輸入端沿放大電路中信號的傳遞路徑到輸出端，逐級推出電路中其它有關各點信號瞬時變化的極性，最后看反饋到輸入端信號的極性對原來的信號是增強了還是削弱了，若增強了輸入信號的作用為正反饋，否則為負反饋。

3.電壓反饋與電流反饋

按反饋網絡與基本放大器輸出端的連接方式不同，有“電壓反饋”與“電流反饋”之分。



根據前面所述，我們一般用輸出短路法判斷是電壓反饋還是電流反饋，即將輸出端短路，看是否還存在反饋信號，如果此時反饋信號不存在了，說明反饋信號取自輸出電壓，為電壓反饋；如果反饋信號仍然存在，說明反饋信號不是取自輸出電壓，而是取自輸出電流，為電流反饋。



4.串聯反饋與并聯反饋

按反饋網絡與基本放大器輸入端的連接方式不同，有“串聯反饋”和“并聯反饋”之分。



圖4.5(b)電路，反饋網絡直接并聯在基本放大器的輸入端，反饋信號與輸入信號在基本放大器輸入端以節點方式聯接在一起。在這種反饋方式中，用節點電流描述較為方便，

5.負反饋放大電路的四種組態

根據反饋網絡與基本放大器輸出、輸入端連接方式的不同，負反饋電路可分為以下四種組態，即：串聯電壓負反饋；串聯電流負反饋；并聯電壓負反饋；并聯電流負反饋。如圖4.6所示。其具體的分析將在后面結合實例闡述。



4.2.2 反饋放大電路的分析舉例

1.單級反饋放大器電路

(1) 串聯電壓負反饋電路



(2) 串聯電流負反饋電路

共反射極放大電路也是我們所熟悉的，只不過這里發射極電阻RE沒有旁接電容，如圖4.8所示。該電路凈輸入電壓

(3) 并聯電壓負反饋電路

由圖4.9可見，該電路反饋網絡由R1和R2組成，其輸入信號



2.多級反饋放大器電路

對于多級放大電路，不僅各級電路存在本級反饋，在級與級之間也可能有越級反饋

(1) 串聯電壓負反饋電路



至于是正反饋還是負反饋，則可根據瞬時極性法來確定，所謂瞬時極性，都是相對于參考點地或交流地而言的。如圖4.10所示，設b1點信號為正極性，則c1點為負極性，c2點為正極性，經R4反饋到e1點而形成的反饋信號Uf也為正極性。

4. 抑制內部噪聲和干擾

利用負反饋抑制放大器內部噪聲及干擾的機理與減小非線性失真是一樣的。負反饋使輸出噪聲下降（1+AF）倍，如果輸入信號本身不攜帶噪聲和干擾，且其幅度可以增大，使輸出信號分量保持不變，那么放大器的信噪比將提高（1+AF）倍。

5.對輸入電阻和輸出電阻的影響

(1) 串聯負反饋使輸入電阻增大，并聯負反饋使輸入電阻減小



(2) 電壓負反饋使輸出電阻減小，電流負反饋使輸出電阻增大

對負載而言，放大電路相當于一個帶內阻的信號源，即可以把放大電路認為是一個電壓源與內阻的串聯。由電路知識可知，信號源內阻越小，負載變化時輸出電壓越穩定，而電壓負反饋也具有穩定輸出電壓的相同效果，所以可以認為引入電壓負反饋后，電路的輸出電阻降低了。可以證明，輸出電阻降低為原來的1/(1+AF)。

同樣也可以把放大電路認為是一個電流源與內阻的并聯。信號源內阻越大，負載變化時輸出電流越穩定，而電流負反饋也具有穩定輸出電流的相同效果，所以可以認為引入電流負反饋后，電路的輸出電阻提高了。可以證明，輸出電阻提高為原來的(1+AF)倍。

以上是負反饋對放大電路的一些基本影響，我們可以根據對放大電路性能改善的不同要求，引入適當形式的反饋，簡單總結見表4.1

綜上所述，負反饋之所以能改善放大器的質量指標，關鍵是通過的X∑自動調節作用來實現的。負反饋只能改善反饋環節內的性能，而不能改善反饋環節外的性能，負反饋雖然改善了放大器的性能，但是付出的代價是放大倍數的下降。