放大電路的負反饋詳細解析

　 放大電路負反饋的特點

　　一、提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性

　　引入負反饋以后，放大電路放大倍數(shù)穩(wěn)定性的提高通常用相對變化量來衡量。

因為：

所以求導得：

即：

　　二、減小非線性失真和抑制噪聲

　　由于電路中存在非線性器件，會導致輸出波形產(chǎn)生一定的非線性失真。如果在放大電路中引入負反饋后，其非線性失真就可以減小。

　　需要指出的是：負反饋只能減小放大電路自身產(chǎn)生的非線性失真，而對輸入信號的非線性失真，負反饋是無能為力的。

　　放大電路的噪聲是由放大電路中各元器件內(nèi)部載流子不規(guī)則的熱運動引起的。而干擾來自于外界因素的影響，如高壓電網(wǎng)、 雷電等的影響。負反饋的引入可以減小噪聲和干擾，但輸出端的信號也將按同樣規(guī)律減小，結(jié)果輸出端的信號與噪聲的比值（稱為信噪比）并沒有提高。

　　三、負反饋對輸入電阻的影響

　　由于負反饋可以提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性，所以引入負反饋后，在低頻區(qū)和高頻區(qū)放大倍數(shù)的下降程度將減小，從而使通頻帶展寬。

　　引入負反饋后，可使通頻帶展寬約（1+AF）倍。

　　四、負反饋對輸入電阻的影響

　　（a）串聯(lián)反饋 （b）并聯(lián)反饋

　　圖1 求輸入電阻

　　1、串聯(lián)負反饋使輸入電阻提高

　　引入串聯(lián)負反饋后，輸入電阻可以提高（1+AF）倍。即：

　　式中：ri為開環(huán)輸入電阻

　　rif為閉環(huán)輸入電阻

　　2、并連負反饋使輸入電阻減小引入并聯(lián)負反饋后，輸入電阻減小為開環(huán)輸入電阻的1/（1+AF ）倍。

　　即：

　　五、負反饋對輸出電阻的影響

　　1、電壓負反饋使輸出電阻減小

　　放大電路引入電壓負反饋后，輸出電壓的穩(wěn)定性提高了，即電路具有恒壓特性。

　　引入電壓負反饋后，輸出電阻rof減小到原來的1/（1+AF）倍。

　　2、電流負反饋使輸出電阻增大

　　放大電路引入電流負反饋后，輸出電流的穩(wěn)定性提高了，即電路具有恒流特性。

　　引入電流負反饋后，使輸出電阻rof增大到原來的（1+AF）倍。

　　3、負反饋選取的原則

　?。?）要穩(wěn)定靜態(tài)工作點，應引入直流負反饋。

　?。?）要改善交流性能，應引入交流負反饋。

　　（3）要穩(wěn)定輸出電壓，應引入電壓負反饋;

　　要穩(wěn)定輸出電流，應引入電流負反饋。

　?。?）要提高輸入電阻，應引入串聯(lián)負反饋;

　　要減小輸入電阻，應引入并聯(lián)負反饋。

　　六、 深度負反饋的特點

　　1、串聯(lián)負反饋的估算條件

　　反饋深度（1+AF）》》1的負反饋，稱為深度負反饋。通常，只要是多級負反饋放大電路，都可以認為是深度負反饋。

　 ??.此時有：

因為：

所以： xi≈xf

　　估算條件：

　?。?）對于深度串聯(lián)負反饋有：ui≈uf （稱之為“虛短” ）

　　（2）由于串聯(lián)負反饋的閉環(huán)輸入電阻增大，在深度負反饋條件下：ii≈0（稱之為“虛斷” ）

　　2、并聯(lián)負反饋的估算條件

　　因為深度負反饋有：xi≈xf

　?。?）對于深度并聯(lián)負反饋有：ii≈if（或稱之為“虛斷”）

　　（2）并聯(lián)負反饋的閉環(huán)輸入電阻減小，在深度負反饋條件下： ui ≈0 （稱之為“虛短” ）

　　七、深度負反饋放大倍數(shù)的估算

　　例1 估算圖2所示反饋放大電路的電壓放大倍數(shù)Auf。

　?。╝） （b）

　　圖2 電壓串聯(lián)負反饋電路和電流串聯(lián)負反饋電路

　　解：（1）在圖2（a）所示放大電路中，可以判斷Rf構(gòu)成越級電壓串聯(lián)負反饋，因而可認為是深度負反饋，即有ui≈uf。。因而其反饋系數(shù)為：

　　所以閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為：

　　另外，從電路結(jié)構(gòu)上可以認為，反饋電壓是輸出電壓經(jīng)電阻Rf和Re1串聯(lián)分壓后得到的，所以：

　　仍可得：

　?。?）在圖2（b）所示放大電路中，可以判斷

　　構(gòu)成電流串聯(lián)負反饋。所以在深度負反饋條件下，有ui≈uf。因為uf= ie×

　　，uo=-io×Rc≈ie×Rc，所以其反饋系數(shù)為：

　　所以閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為：

　　例2 估算圖3所示反饋放大電路的源電壓放大倍數(shù)Ausf。

　?。╝）　　　　　　　　　　　　　?。╞）

　　圖3　電壓并聯(lián)負反饋電路和電流并聯(lián)負反饋電路

解：(1)在圖3(a)所示放大電路中，Rb構(gòu)成電壓并聯(lián)負反饋。在深度負反饋條件下，由式(4—16)可知ii≈if(或——虛斷)，而且還有ui≈0(虛短)。

由圖3(a)的輸入回路可得：

所以，閉環(huán)源電壓放大倍數(shù)為：

(2)在圖3(b)所示放大電路中，Rf構(gòu)成越級電壓并聯(lián)負反饋。在深度負反饋條件下，ii≈if(虛斷)，并且有ui≈0(虛短)，所以有：

又從圖3(b)的輸出端可知：

所以閉環(huán)源電壓放大倍數(shù)為：

從以上分析過程可以看到，在深度負反饋條件下，放大倍數(shù)僅由一些電阻來決定，幾乎與放大電路無關(guān)。若不是深度負反饋，則用上述方法計算出來的結(jié)果誤差較大，此時應采用其他方法分析。

一、反饋回路的判斷電路的放大部分就是晶體管或運算放大器的基本電路。而反饋是把放大電路輸出端信號的一部分或全部引回到輸入端的電路，則反饋回路就應該是從放大電路的輸出端引回到輸入端的一條回路。這條回路通常是由電阻和電容構(gòu)成。尋找這條回路時，要特別注意不能直接經(jīng)過電源端和接地端，這是初學者最容易犯的問題。例如圖5如果只考慮極間反饋則放大通路是由T1的基極到T1的集電極再經(jīng)過T2的基極到T2的集電極;而反饋回路是由T2的集電極經(jīng)Rf至T1的發(fā)射極。反饋信號uf=ve1影響凈輸入電壓信號ube1。

圖4 電壓串聯(lián)負反饋

二、交直流的判斷

根據(jù)電容“隔直通交”的特點，我們可以判斷出反饋的交直流特性。如果反饋回路中有電容接地，則為直流反饋，其作用為穩(wěn)定靜態(tài)工作點;如果回路中串連電容，則為交流反饋，改善放大電路的動態(tài)特性;如果反饋回路中只有電阻或只有導線，則反饋為交直流共存。

圖1種的反饋即為交直流共存。

三、正負反饋的判斷正負反饋的判斷使用瞬時極性法。

瞬時極性是一種假設(shè)的狀態(tài)，它假設(shè)在放大電路的輸入端引入一瞬時增加的信號。這個信號通過放大電路和反饋回路回到輸入端。反饋回來的信號如果使引入的信號增加則為正反饋，否則為負反饋。在這一步要搞清楚放大電路的組態(tài)，是共發(fā)射極、共集電極還是共基極放大。每一種組態(tài)放大電路的信號輸入點和輸出點都不一樣，其瞬時極性也不一樣。如圖5所示。相位差180°則瞬時極性相反，相位差0°則瞬時極性相同。運算放大器電路也同樣存在反饋問題。運算放大器的輸出端和同相輸入端的瞬時極性相同，和反相輸入端的瞬時極性相反。

表2 不同組態(tài)放大電路的相位差

依據(jù)以上瞬時極性判別方法，從放大電路的輸入端開始用瞬時極性標識，沿放大電路、反饋回路再回到輸入端。這時再依據(jù)負反饋總是減弱凈輸入信號，正反饋總是增強凈輸入信號的原則判斷出反饋的正負。

在晶體管放大電路中，若反饋信號回到輸入極的瞬時極性與原處的瞬時極性相同則為正反饋，相反則為負反饋。其中注意共發(fā)射極放大電路的反饋有時回到公共極——發(fā)射極，此時反饋回到發(fā)射極的瞬時極性與基極的瞬時極性相同則為負反饋，相反則為正反饋。圖4中的瞬時極性判斷順序如下：T1基極(+)→T1集電極(-)→T2基極(-)→T2集電極(+)→經(jīng)Rf至T1發(fā)射極(+)，此時反饋回到發(fā)射極的瞬時極性與基極的瞬時極性相同所以電路為負反饋。在運算放大器反饋電路中，若反饋回來的瞬時極性與同一端的原瞬時極性相同則為正反饋，相反則為負反饋;若反饋回來的瞬時極性與另一端的原瞬時極性相同則為負反饋，相反則為正反饋。

四、反饋類型的判斷

反饋類型是特指電路中交流負反饋的類型，所以只有判斷電路中存在交流負反饋才判斷反饋的類型。反饋是取出輸出信號(電壓或電流)的全部或一部分送回到輸入端并以某種形式(電壓或電流)影響輸入信號。所以反饋依據(jù)取自輸出信號的形式的不同分為電壓反饋和電流反饋。依據(jù)它影響輸入信號的形式分為串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋。

圖5 電流并聯(lián)負反饋

(1)串聯(lián)并聯(lián)的判斷

反饋的串并聯(lián)類型是指反饋信號影響輸入信號的方式即在輸入端的連接方式。串聯(lián)反饋是指凈輸入電壓和反饋電壓在輸入回路中的連接形式為串聯(lián)，如圖1中的凈輸入電壓信號ube1和反饋信號uf=ue1;而并聯(lián)反饋是指的凈輸入電流和反饋電流在輸入回路中并聯(lián)，如圖4中的凈輸入電流ib1和if的連接形式。綜合一下就是反饋信號如果引回到輸入回路的發(fā)射極即為串聯(lián)反饋，引回到基極即為并聯(lián)反饋。而在運算放大器負反饋電路中，反饋引回到輸入另一端則為串聯(lián)反饋如圖6，圖中uD與uF串聯(lián)連接;如果引回到輸入另一端則為串聯(lián)反饋如圖7，圖中iD與iF并聯(lián)連接。

圖6 電壓串聯(lián)負反饋?

圖7 電流并聯(lián)負反饋

(2)電壓電流的判斷

電壓電流反饋是指反饋信號取自輸出信號(電壓或電流)的形式。電壓反饋以圖6為例，反饋電壓uF是經(jīng)R1、R2組成的分壓器由輸出電壓uO取樣得來。反饋電壓是輸出電壓的一部分，故是電壓反饋。在判斷電壓反饋時，可以采用一種簡便的方法，即根據(jù)電壓反饋的定義——反饋信號與輸出電壓成比例，設(shè)想將放大電路的負載RL兩端短路，短路后如使uF=0(或IF=0),就是電壓反饋。

電流反饋以圖7為例, 圖中反饋電流iF為電阻R1和R2對輸出電流iO的分流，所以是電流反饋。另一種簡便方法就是將負載RL開路(RL=∞)，致使iO=0,從而使iF=0,即由輸出引起的反饋信號消失了，從而確定為電流反饋。

電壓并聯(lián)負反饋

電壓并聯(lián)負反饋的電路如圖8所示。因反饋信號與輸入信號在一點相加，為并聯(lián)反饋。根據(jù)瞬時極性法判斷，為負反饋，且為電壓負反饋。因為并聯(lián)反饋，在輸入端采用電流相加減。即。

圖8 電壓并聯(lián)負反饋

具有電阻的量綱

具有電阻的量綱

具有電導的量綱

稱為互阻增益，稱為互導反饋系數(shù)，相乘無量綱。對于深度負反饋，互阻增益為

而電壓增益為:

　　電壓串聯(lián)負反饋

　?。╝）分立元件放大電路 （b）集成運放放大電路

　　圖9 電壓串聯(lián)負反饋

　?。?） 判斷方法

　　對圖9（a）所示電路，根據(jù)瞬時極性法判斷，經(jīng)Rf加在發(fā)射極E1上的反饋電壓為‘+’，與輸入電壓極性相同，且加在輸入回路的兩點，故為串聯(lián)負反饋。反饋信號與輸出電壓成比例，是電壓反饋。后級對前級的這一反饋是交流反饋，同時Re1上還有第一級本身的負反饋，這將在下面分析。

　　對圖（b），因輸入信號和反饋信號加在運放的兩個輸入端，故為串聯(lián)反饋，根據(jù)瞬時極性判斷是負反饋，且為電壓負反饋。結(jié)論是交直流串聯(lián)電壓負反饋。

　　電流串聯(lián)負反饋

　　電流串聯(lián)負反饋電路如圖7-7所示。圖10 （a）是基本放大電路將Ce去掉而構(gòu)成，

　　圖10 （b）是由集成運放構(gòu)成。

　　對圖10 （a），反饋電壓從Re上取出，根據(jù)瞬時極性和反饋電壓接入方式，可判斷為串聯(lián)負反饋。因輸出電壓短路，反饋電壓仍然存在，故為串聯(lián)電流負反饋。

　?。╝） （b）

　　圖10 電流串聯(lián)負反饋

圖10 電流串聯(lián)負反饋

對圖10(b)的電路，求其互導增益

于是1/R ，這里忽略了Rf的分流作用。電壓增益為

電流并聯(lián)負反饋

電流并聯(lián)負反饋的電路如圖11(a)、(b)所示。對于圖(a)電路，反饋節(jié)點與輸入點相同，所以是電流并聯(lián)負反饋。對于圖(b)電路，也為電流并聯(lián)負反饋。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (a) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?(b)

圖11 并聯(lián)電流負反饋

電流反饋系數(shù)是，以圖11(b)為例

電流放大倍數(shù)

顯然，電流放大倍數(shù)基本上只與外電路的參數(shù)有關(guān)，與運放內(nèi)部參數(shù)無關(guān)。電壓放大倍數(shù)為