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负反馈放大电路详细解析

文章出处:电子市场 发布时间: 2017-5-10 14:48:50 | 789 次阅读 | 0次推荐 | 0条留言

   负反馈放大电路的作用

  在放大器中采用负反馈电路,其目的是为了改善放大器的工作性能,提高放大器的输出信号质量。在引入负反馈电路之后,放大器的增益 要比没有负反馈时的增益小,但是可以改善放大器的许多性能,主要有四项:减小放大器的非线性失真、扩宽放大器的频带、降低放大器的噪声和稳定放大器的工作状态。

   正反馈和负反馈概念

  放大器的信号传输都是从放大器的输入端传输到放大器输出端,但是反馈过程则不同,它是从放大器输出端取出一部分输出信号作为反馈信号,再加到放大器的输入端,与原放大器输入信号进行混合,这一过程称为反馈。

  1.反馈方框图

  如图4-1所示是反馈方框图。从图中可以看出,输入信号Ui从输入端加到放大器中进行放大,放大后的输出信号Uo其中的一部分加到下一级放大器中,另有一部分信号经过反馈电路作为反馈信号UF,与输入信号Ui合并,作为净输入信号VI加到放大器中。

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  图1 反馈方框图

  2.反馈种类

  反馈电路有两种:正反馈电路和负反馈电路。这两种反馈的结果(指对输出信号的影响)完全相反。

  3.正反馈概念

  正反馈可以举一个例子来说明,吃某种食品,由于它很可可,所以在吃了之后更想吃,这是正反过程。

  如图4-2所示正反馈方框图,当反馈信号UF与输入信号Ui是同相位时,这两个信号混合后是相加的关系,所以净输入放大器的信号UI比输入信号Ui更大,而放大器的放大倍数没有变化,这样放大器的输出信号Uo比不加入反馈电路时的大,这种反馈称为正反馈。

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  图2 正反馈方框图

  在加入正反馈之后的放大器,输出信号愈反馈愈大(当然不会无限制地增大,这一点在后面的振荡器电路中介绍),这是正反馈的特点。正反馈电路在放大器电路中通常不用,它只是用于振荡器中。

  4.负反馈概念

  负反馈也可以举一例说明,一盆开水,当手指不小心接触到热水时,手指很快缩回,而不是继续向里面伸,手指的回缩过程就是负反馈过程。

  如图4-3所示是负反馈方框图,当反馈信号UF相位和输入信号Ui的相位相反时,它们混合的结果是相减,结果净输入放大器的信号UI比输入信号Ui要小,使放大器的输出信号Uo减小,引起放大器电路这种反馈过程的电路称为负反馈电路。

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  图3 负反馈方框图

  5.反馈量

  负反馈的结果使净输入放大器的信号变小,放大器的输出信号减小,这等效成放大器的增益在加入负反馈电路之后减小了。当负反馈电路造成的净输入信号愈小,即负反馈量愈大,负反馈放大器的增益愈小,反之负反馈量愈小,负反馈放大器的增益愈大。

  正反馈也有同样的正反馈量问题。

  负反馈电路种类详解

  1.负反馈种类

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  四种负反馈电路

  负反馈电路接在放大器的输出端和输入端之间,根据负反馈放大器输入端和输出端的不同组合形式,负反馈放大器共有下列四种电路:

  (1)电压并联负反馈放大器电路。

  (2)电压串联负反馈放大器电路。

  (3)电流并联负反馈放大器电路。

  (4)电流串联负反馈放大器电路。

  负反馈电路分析方法

  负反馈电路是初学者比较难学的电路之一,如果掌握了基本的电路分析方法和四种典型的负反馈电路工作原理,那学习将比较轻松。

  1.瞬时信号极性分析法

  对于负反馈电路工作原理的分析有特定的方法,即采用信号电压瞬时极性分析法。如图4-4所示是一种负反馈电路,以该电路为例介绍这种电路分析方法中。

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  图4 瞬时信号极性分析法示意图

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  2.电路分析说明

  在采用瞬时信号极性分析法分析负反馈电路时,要注意以下几点。

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  3.负反馈信号种类分析说明

  在进行负反馈电路分析时,要分析出参加负反馈的信号种类,如是直流信号还是交流信号,对交流信号而言是低频还是高频信号,还是某一特定频率的信号。

  分析参加负反馈的信号种类时,主要是看负反馈电路特性和整个负反馈回路的特性,有这些回路特性决定了负反馈的种类,主要有下列几种情况。

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  四种典型负反馈放大器

  典型负反馈放大器的共有四种,其他负反馈放大器的电路会有一些变化,但都从本质上离不开这四种典型电路,所以必须掌握这四种负反馈放大器工作原理。

  电压并联负反馈放大器

  如图4-5所示是一级共发射极放大器,它也构成了电压并联负反馈放大器。电路中,VT1是放大管,R1是集电极-基极负反馈偏置电阻 ,R2是集电极负载电阻,Ui是输入信号,UO是输出信号。由于这是一级共发射极放大器,所以VT1管集电极输出信号电压的相位与基极上输入信号电压相位相反。

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  图 电压并联负反馈放大器

  1.负反馈元件确定方法

  根据接在放大器输出端与输入端之间的元器件可能是负反馈元器件这一判断方法,从电路中可以看出,接在输入端VT1管基极和输出端VT1管集电极之间的元件有R1和C2两个,所以这两个元件有可能构成负反馈电路。其他元器件都不是接在放大器的输入端和输出端之间,没有构成负反馈电路的可能,这样分析负反馈电路时重点是R1和C2。

  2.负反馈电阻R1分析

  前面在基极偏置电路中已经介绍,R1是VT1管的集电极-基极负反馈式偏置电阻。这里根据负反馈电路的分析方法来说明接入这一电阻R1后的电路负反馈过程。

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  关于这一负反馈电路还要说明以下几点。

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  3.高频负反馈电容C2分析

  从电路中可以看出,在负反馈电阻R1上还并联了一只容量很小的电容C2 ,对C2的负反馈过程分析同电阻R1的分析过程是一样的,但电容器电阻器的特性不同,所以这一电容的负反馈原理有所不同,主要说明以下几点。

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  4.电压负反馈判别方法

  电路中R1和C2构成的是电压负反馈电路,因为这两个元将放大器输出的信号电压反馈到放大器的输入端,所以称为电压负反馈电路。

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  5.并联负反馈判别方法

  见图4-5所示是并联负反馈电路,由R1送过来的负反馈信号是与输入信号Ui在基极并联后加到三极管基极的,所以这是并联负反馈电路。

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  根据电压负反馈和并联负反馈的判别方法可知,如图4-5所示电路中的R1和C2构成电压并联负反馈电路。

  4.2.2 电流串联负反馈放大器

  如图4-8所示是一级共发射极放大器,R3构成电流串联负反馈电路。

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  图4-8 电流串联负反馈电路

  R3是VT1发射极负反馈电阻,R3接在发射极回路中,而发射极是这一放大器输入、输出回路共用端,所以R3是接在放大器的输入端和输出端之间的,它有可能构成负反馈电路。

  1.负反馈电路分析

  VT1发射极电流流过电阻R3后,在R3上产生电压降,这一信号电压降就是反馈信号电压。

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  电阻R3上负反馈信号电压与输入信号相串联,所以这是串联负反馈电路。

  【负反馈量提示】:

  这种负反馈电路中,如果VT1发射极电流大小不变,负反馈电阻R3愈大,在R3上的负反馈信号电压愈大,使VT1基极电流减小量愈大,即负反馈量愈大,放大器的增益愈小,反之则相反。电路中,由于直流和交流电流都流过了负反馈电阻R3,所以R3对直流和交流都存在负反馈作用。

  2.接有旁路电容的发射极负反馈电阻电路

  三极管发射极电阻构成的是电流串联负反馈电路,这一电路根据是否接有发射极旁路电容和该电容容量大小不同,有多种变形电路。

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  R1是发射极负反馈电阻,没有接入C1时VT1发射极流出的直流电流和交流信号电流都流过R1到地,R1对直流和交流都存在负反馈作用。加入C1后R1只存在直流负反馈作用,因为交流信号电流没有流过R1,所以R1对交流信号不存在负反馈作用。

  从图中可以看出,C1的容量为47?F,对于音频放大器而言,该电容容量很大了,它对所有频率音频信号呈现很小的容抗,所以它能让所有频率的音频信号通过。

  判断发射极电阻存在什么样信号负反馈的方法是:

  什么样的电流流过发射极电阻,就存在什么样信号电压,便存在什么样的负反馈,所以只要分析是什么样的电流流过了发射极电阻即可。

  3.部分发射极电阻加旁路电容电路

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  采用这种发射极电阻设计的目的是获得更大的直流负反馈同时减小交流负反馈,因为交流负反馈量太大后,会使放大器的增益下降得太多。

  【分析提示】:

  对于这种多个发射极电阻串联电路,分析哪只电阻是直流还是交流负反馈关键是看流过该电阻的电流是什么,如果只是直流电流流过该电阻,就是只有直流负反馈。如果除直流电流外还有交流电流流过该电阻,则该电阻存在交流和直流的双重负反馈。

  4.接有高频旁路电容的发射极负反馈电阻电路

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  如果VT1管构成的是高频放大器(电路中的输入端耦合电容容量减小几百皮法),高频放大器的工作频率远高于音频信号频率,由于信号的频率本身高,C2容量虽然只有1?F,但是容抗已经很小,远小于发射极负反馈电阻R2,所有的高频信号通过C2流到地线。加入了C2之后,R2没有高频信号负反馈作用,只存在直流负反馈。

  【分析提示】:

  通过这一电路的分析可知,在进行电路分析时有时不仅要了解是什么类型放大器,了解电路中元器件的特性,有时还需要了解元器件标称值的大小,否则电路分析不准确,例如电路中同是1?F的电容C2,在不同工作频率的放大器中所起的具体作用不同。对音频信号而言,C2只对音频信号中的高频信号进行旁路;对于高频放大器而言,则对所有的高频信号旁路。

  5.接有不同容量旁路电容的发射极电阻电路

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  6.判断电流负反馈电路方法

  电流负反馈电路判断方法是这样:如图4-13所示,如果将放大器的输出端对地交流短接后,放大器中负反馈仍然存在,那么是电流负反馈电路,否则就不是电流负反馈电路。

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  图4-13 电流负反馈电路判断方法示意图

  7.串联负反馈电路判断方法

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