反馈放大电路基础知识

反馈放大电路基础知识



反馈的理论及反馈技术在电子电路中占据非常重要的地位。在放大电路中引入负反馈可以起到改善放大器性能的作用，而利用正反馈可以组成不同类别的信号发生器(或称振荡器)。本章首先讨论反馈的基本概念，分析了负反馈对放大器性能的影响，通过对反馈放大器电路分析方法的介绍，从而达到正确辩识反馈电路类型，掌握深负反馈条件下电路的简单分析、估算。本章最后对反馈放大器的稳定性进行了论述。



4.1反馈的基本概念

反馈概念的引入

反馈的概念，就是将放大器的输出量(电流或电压)，通过一定的网络，回送到放大器的输入回路，并同输入信号一起参与对放大器的输入控制作用，从而使放大器的某些性能获得有效改善的过程。

1.负反馈稳定静态工作点

如图4.1所示



该电路中放大器的电流ICQ取决于控制电压UBEQ，而UBEQ＝UBQ－UEQ，其中UEQ≈［RB2／(RB1＋RB2)］·UCC ，基本上是固定不变的。但UEQ则不同，UEQ＝IEQRE，它携带着晶体管输出电流(ICQ≈IEQ)的变化信息。如果某种因素使IEQ增大，则ＵEQ也增大，导致UBEQ反而减小，从而又使IEQ减小。，其结果是使IEQ稳定。这里RE将输出电流IEQ的变化反馈到输入回路，引进了一种自动调节的机制，这种过程就是“反馈”。这种反馈实质上是从直流角度来分析的，若去掉发射极旁路电容CE，该电路还起到稳定输出交流电流的作用，这将在后面具体讨论。



2.负反馈稳定输出电压(射极输出器电路)

4.1.2 反馈放大器的基本框图和一般表达式

1.基本框图

我们将反馈放大器抽象为如图4.3所示的方框图。





2.反馈放大电路的一般表达式

由反馈放大电路的基本框图中的一些基本量我们定义如下：

基本放大电路的开环增益（开环放大倍数）定义为输出信号与净输入信号之比，即

反馈放大电路的一些主要特性





4.2 反馈放大电路的分析

4.2.1 反馈放大电路的基本类型及判别

1.直流反馈与交流反馈

根据反馈信号中包含的交直流成分来分，可分为直流反馈和交流反馈。如果反馈信号中只包含直流成分，为直流反馈；如果反馈信号中只包含交流成分，为交流反馈；既包含直流成分又包含交流成分的，为交直流反馈。引入直流负反馈的目的是要稳定静态工作点，引入交流负反馈目的是要改善放大电路性能（放大倍数除外）。本章主要讨论交流负反馈。

2.正反馈与负反馈

正负反馈的概念已在前面有所定义，这里再简述一下。

根据反馈极性的不同，可将反馈分为正反馈和负反馈。

如果引入的反馈信号增强了外加输入信号的作用，从而使电路的放大倍数得到提高，称为正反馈；如引入的反馈信号削弱了外加输入信号的作用，从而使电路的放大倍数降低，称为负反馈。

判断正负反馈常用的方法是瞬时极性法：假设输入信号的变化处于某一瞬时极性（用符号“+”、“－”表示），从输入端沿放大电路中信号的传递路径到输出端，逐级推出电路中其它有关各点信号瞬时变化的极性，最后看反馈到输入端信号的极性对原来的信号是增强了还是削弱了，若增强了输入信号的作用为正反馈，否则为负反馈。

3.电压反馈与电流反馈

按反馈网络与基本放大器输出端的连接方式不同，有“电压反馈”与“电流反馈”之分。



根据前面所述，我们一般用输出短路法判断是电压反馈还是电流反馈，即将输出端短路，看是否还存在反馈信号，如果此时反馈信号不存在了，说明反馈信号取自输出电压，为电压反馈；如果反馈信号仍然存在，说明反馈信号不是取自输出电压，而是取自输出电流，为电流反馈。



4.串联反馈与并联反馈

按反馈网络与基本放大器输入端的连接方式不同，有“串联反馈”和“并联反馈”之分。



图4.5(b)电路，反馈网络直接并联在基本放大器的输入端，反馈信号与输入信号在基本放大器输入端以节点方式联接在一起。在这种反馈方式中，用节点电流描述较为方便，

5.负反馈放大电路的四种组态

根据反馈网络与基本放大器输出、输入端连接方式的不同，负反馈电路可分为以下四种组态，即：串联电压负反馈；串联电流负反馈；并联电压负反馈；并联电流负反馈。如图4.6所示。其具体的分析将在后面结合实例阐述。



4.2.2 反馈放大电路的分析举例

1.单级反馈放大器电路

(1) 串联电压负反馈电路



(2) 串联电流负反馈电路

共反射极放大电路也是我们所熟悉的，只不过这里发射极电阻RE没有旁接电容，如图4.8所示。该电路净输入电压

(3) 并联电压负反馈电路

由图4.9可见，该电路反馈网络由R1和R2组成，其输入信号



2.多级反馈放大器电路

对于多级放大电路，不仅各级电路存在本级反馈，在级与级之间也可能有越级反馈

(1) 串联电压负反馈电路



至于是正反馈还是负反馈，则可根据瞬时极性法来确定，所谓瞬时极性，都是相对于参考点地或交流地而言的。如图4.10所示，设b1点信号为正极性，则c1点为负极性，c2点为正极性，经R4反馈到e1点而形成的反馈信号Uf也为正极性。

4. 抑制内部噪声和干扰

利用负反馈抑制放大器内部噪声及干扰的机理与减小非线性失真是一样的。负反馈使输出噪声下降（1+AF）倍，如果输入信号本身不携带噪声和干扰，且其幅度可以增大，使输出信号分量保持不变，那么放大器的信噪比将提高（1+AF）倍。

5.对输入电阻和输出电阻的影响

(1) 串联负反馈使输入电阻增大，并联负反馈使输入电阻减小



(2) 电压负反馈使输出电阻减小，电流负反馈使输出电阻增大

对负载而言，放大电路相当于一个带内阻的信号源，即可以把放大电路认为是一个电压源与内阻的串联。由电路知识可知，信号源内阻越小，负载变化时输出电压越稳定，而电压负反馈也具有稳定输出电压的相同效果，所以可以认为引入电压负反馈后，电路的输出电阻降低了。可以证明，输出电阻降低为原来的1/(1+AF)。

同样也可以把放大电路认为是一个电流源与内阻的并联。信号源内阻越大，负载变化时输出电流越稳定，而电流负反馈也具有稳定输出电流的相同效果，所以可以认为引入电流负反馈后，电路的输出电阻提高了。可以证明，输出电阻提高为原来的(1+AF)倍。

以上是负反馈对放大电路的一些基本影响，我们可以根据对放大电路性能改善的不同要求，引入适当形式的反馈，简单总结见表4.1

综上所述，负反馈之所以能改善放大器的质量指标，关键是通过的X∑自动调节作用来实现的。负反馈只能改善反馈环节内的性能，而不能改善反馈环节外的性能，负反馈虽然改善了放大器的性能，但是付出的代价是放大倍数的下降。