负反馈放大电路分析.PDF

1、负反馈放大器电路(1正反馈和负反馈概念(2全面了解负反馈电路的种类(3负反馈电路的分析方法(4电压并联负反馈放大器(5电流串联负反馈放大器(6电压串联负反馈放大器(7电流并联负反馈放大器(8变形负反馈电路的特点和分析方法(9LC并联谐振电路参与的负反馈电路(10LC串联谐振电路参与的负反馈电路(11RC负反馈式电路(12可控制负反馈量的负反馈电路(13负反馈放大器分析小结4.1 负反馈放大器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

2、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。4.1.1 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。 图4-1 反馈方框图2.反馈种类反馈电路有两种:正反馈电路和负

3、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U i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U i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。 图4-2 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

4、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。 图4-3 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,

5、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。4.1.2 全面了解负反馈电路种类1.负反馈种类电压负反馈 电压负反馈是指,从放大器输出端取出输出信号的电压来作为负反馈信号,而不是取出输出信号的电流来作为负反馈信号,这样的负反馈 称为电压负反馈。如图中通过电阻R2取出输出电压作为电压反馈信号。(1电压负反馈能够稳定放大器的输出信号电压 。(2由于电压负反馈元件是并联在放大器输出端与地之间的,所以能够降低放大器的输出电阻。电流负反馈 电流负反馈是指,从放大器输出端取出输出信号的电流来作为负反馈信号,而不是取出输出信号的电压来作为负反馈信号,这样的负反馈 称为电流负反馈。如图中所示,R3取出

6、输出信号电流作为电流反馈信号。(1电流负反馈能够稳定放大器的输出信号电流。(2由于电流负反馈元件是串联在放大器输出回路中的,所以提高了放大器的输出电阻。串联负反馈 电压和电流负反馈都是针对放大器输出端而言的,指负反馈信号从放大器输出端的取出方式。串联和并联负反馈则是针对放大器输入端而言的,指负反馈信号加到放大器输入端的方式。 串联负反馈是指,负反馈电路取出的负反馈信号,同放大器的输入信号以串联形式加到放大器的输入回路中,这样的负反馈称为串联负反馈。如图所示,放大器输入阻抗与负反馈电阻串联,这样输入信号与负反馈信号以串联形式加入到放大器中。(1串联负反馈可以降低放大器的电压放大倍数,稳定放大器的

7、电压增益。(2由于串联负反馈元件是串联在放大器输入回路中的,所以这种负反馈可以提高放大器的输入阻抗。 并联负反馈 并联负反馈是指,负反馈电路取出的负反馈信号,同放大器的输入信号以并联形式加到放大器的输入回路中,这样的负反馈称为并联负反馈。如图所示,放大器输入阻抗与负反馈电阻并联,这样输入信号和负反馈信号以并联形式输入到放大器中。 (1并联负反馈降低放大器的电流放大倍数,稳定放大器的电流增益。(2由于并联负反馈元件是与放大器输入电阻相并联的,所以这种负反馈降低了放大器的输入阻抗。负反馈信号 前面从电路结构上介绍负反馈电路,下面从参加负反馈的信号上介绍负反馈,根据参加负反馈的信号不同,分有下列几种

8、:(1直流负反馈它是指参加负反馈的信号只有直流电流,没有交流电流。直流负反馈的作用是稳定放大器的直流工作状态,放大器的直流工作稳定了,它的交流工作状态也就稳定了,所以直流负反馈的根本目的是稳定放大器的交流工作状态。(2交流负反馈它是指参加负反馈的信号只有交流电流,没有直流电流。交流负反馈的作用可以改善放大器的交流工作状态,从而可以改善放大器输出信号的质量。(3交流和直流双重负反馈在这种负反馈电路中,参加负反馈的信号是直流和交流,同时具有直流和交流两种负反馈的作用。高频信号负反馈它是指只有电路中的高频信号参加负反馈,低频和中频信号没有参加负反馈。同理,还有低频负反馈和某一频率信号进行负反馈的电路

9、等。 本级和大环路负反馈负反馈电路接在本级放大器输入和输出端之间时称为本级负反馈电路,当负反馈电路接在多级放大器之间时(在前级放大器输入端和后级放大器输出端之间,称为大环路负反馈电路。2.四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。4.1.3 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

10、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。图4-4 瞬时信号极性分析法示意图第一步设基极电压增大电路中用“+”号标在三极管基极上,表示基极电压增大第二步分析基极电流情况分析基极信号电压在增大时,引起三极管基极电流是增大还是减小,NPN型三极管是基极电压增大基极电流,PNP型三极管是基极电压增大基极电流减小第三步分析信号传输线路有关点电压相位”号表示是减小,一直分析到放大器输出端,标出输出信号的相位。这一电路中,集电极电压为减小,因为共发射极放大器集电极电压相位与基极电压相位相反”号表示是

11、增大,“+”号标出,“”或“+沿放大器中信号传输线路,一步一步分析各点信号电压的相位是增大还是减小,并在各点上用“第四步分析反馈信号加到放大器输入端分析放大器输出端的反馈信号加到输入级放大管基极,分析对电流产生什么影响,如果减小了净输入信号,是负反馈过程,否则就不是负反馈电路。这一电路中,通过电阻R1将集电极电压加到基极,使基极电压减小,基极电流减小,所以是负反馈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。一个关键点找出放大器电路中的负反馈元件是分析电路的一个关键之处,有一个方法可以解决这一问题,即凡是跨接放大器输入端和输出端之间的元件均是构成反馈电路的元件,在多

12、级放大器电路用这种方法找出负反元件更加方便。一个判断标准整个负反馈电路分析应该是成环路的,即从输入级放大器的输入端分析到参加负反馈放大器的输出级,再回到输入级放大器的输入端,如果分析过程中没有成环路,说明电路分析错了。注意NPN型和PNP型三极管的不同电路分析中要用到三极管基极或发射极电压大小变化对基极电流的大小影响,对于NPN型三极管而言,当基极信号电压在增大时,引起基极电流增大,当基极信号电压减小时,引起基极电流减小变化,当发射极信号电压增大时,引起基极电流减小变化,当发射极信号电压减小时,引起基极电流的增大变化。对于PNP型三极管,上述电压变化而引起的电流变化全部相反。电流变化方向不能错

13、在电路分析过程中,信号电压的变化引起电流增大还是减小变化的结果不能搞错,否则分析结果出错。如若在分析过程中,有两次将这一问题搞错,最后的结果是正确的,但分析过程是错误的。一个方便的方法在电路分析过程中,可以假设三极管基极信号电压极性为正,也可以设它为负,最终的负反馈结果是一样的,但是设为负对电路分析不太方便,所以通常是设为正。一种符号负反馈电路的分析也可以用符号或来分别表示信号在增大或减小。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

14、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。没有隔直元件若整个负反馈回路中没有隔直元器件(如没有电容器,那么直流信号可以参与负反馈,所以这时的负反馈信号是直流信号。反馈电路中存在交流旁边情况并不是直流信号能够进行负反馈,就一定存在交流负反馈,当负反馈元件上存在交流旁路元件时,就不会存在交流负反馈,如发射极负反馈电阻可以提供直流负反馈,但当它上并联发射极旁路电容时,就只存在直流负反馈,而没有交流负反馈了。反馈电路中的存在选频当负反馈回路存在具有选频特性的电路时,负反馈信号就有频率特性要求了,若只让低频信号参与负反馈,就是低频负反馈;若只让高频信号参与负反

15、馈就是高频负反馈;若只让某一频率的信号参与负反馈,就是这一特定频率信号的负反馈。4.2 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。4.2.1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。 图4-5 电压并联负反馈放大器1.负反馈元件确

16、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。 设某瞬间在VT1管基极上的信号电压增大,用+号表示,由于VT1管是NPN型三极管,所以当基极信号电压在增大时其基极

17、电流在增大。另外,由于VT1管接成共发射极放大器,它的反相作用使VT1管集电极输出信号电压在减小,用-号表示,如图所示。这一负极性输出信号电压通过电阻R1加到VT1管的基极,造成VT1管基极上的信号电压在减小,使净输入VT1管基极的信号电流减小,所以这是负反馈过程,R1是负反馈电阻。关于这一负反馈电路还要说明以下几点。R1电路特征电阻R1一端接在放大器的输出端(集电极,另一端接在输入端(基极,所以R1构成反馈电路,由分析可知是负反馈,所以R1是负反馈电阻。电路分析的另一种表示方法这一负反馈电路的工作过程还可以这样说明:设VT1管基极信号电压VT1管基极电流(VT1是NPN型三极管VT1管集电极

18、电流(集电极电流受基极电流控制VT1管集电极信号电压(集电极信号电压与电流之间成反相关系VT1管基极信号电压(通过电阻R1VT1管基极电流,所以这是负反馈过程。假设VT1基极电压下降分析方法这一负反馈电路的工作过程还可以设VT1管基极信号电压减小来说明:设某间VT1管的基极信号电压VT1管基极电流(VT1管基极电流减说明信号的负半周幅度在增大VT1管集电极电流VT1管集电极信号电压VT1管基极信号电压(通过电阻R1VT1管基极电流(说明负半周周的幅度在减小,使净输入VT1管基极的负半周信号在减小,所以这是负反馈过程。直流和交流双重负反馈由于电阻接在VT1管的基极与集电极之间,在R1回路中没有隔

19、直流的元件,这样从VT1管集电极反馈到VT1管基极的电流,可以是直流电流,也可以是交流信号电流,这样上述负反馈过程的分析同时适合于直流和交流,所以R1对直流和交流信号都存在负反馈作用,是一个直流和交流双重负反馈电路。负反馈量R1阻值大小对负反馈量的影响是这样:当R1阻值大时,从VT1管集电极加到VT1管基极的负反馈信号就小,若大到极限情况时R1开路,此时没有负反馈信号加到VT1管的基极,便不存在负反馈。所以在这种负反馈电路中,负反馈电阻R1阻值愈大,负反馈量愈小,放大器的增益愈大。在故障检修中,如果感觉放大器的放大量稍差点,此时可以通过减小负反馈提高放大器放大能力的简单方法来解决。频率影响由于

20、电阻R1对不同频率的交流信号存在相同的阻值,所以对交流信号的频率没有选择特性,这样R1对所有频率的交流信号存在相同的负反馈作用。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,但电容器和电阻器的特性不同,所以这一电容的负反馈原理有所不同,主要说明以下几点。不存在直流负反馈电容器具有隔直作用,这样VT1管集电极上的直流电压不能通过C2负反馈到VT1管基极,所以C2不存在直流负反馈的作用。不存在音频负反馈VT1管构成的是音频放大器,而C2的容量只有100pF,这么小的电容对音频信号的容抗是很大的而相

21、当于开路,音频信号也不能通过C2加到VT1管基极,所以C2对音频信号也不存在负反馈的作用。只存在高频负反馈作用C2对于比音频更高的信号其容抗很小,所以集电极上的这种高频信号可以通过C2加到基极,这样C2只对频率很高的信号具有负反馈作用。在放大器中,会产生一些高频自激现象,一旦出现这种高频自激,放大器就不能正常工作了,为此要设C2这样的高频负反馈电容。由于C2对这种高频信号具有强烈的负反馈作用,使放大器对这种高频信号的放大倍数很小,这样达到消除放大器高频自激的目的。音频放大器电路中,像C2这种作用的电容称为消振电容。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

22、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。 对这种电压负反馈电路的判断方法是这样:如若将放大器的输出端对地交流短接后,放大器中不存在负反馈了,那么这是电压负反馈电路。4-6所示电路,若将输出端对地交流短接后,VT1管集电极交流接地,此时交流输出信号UO等于零,R1没有交流信号加到VT1管的基极上,电路不存在负反馈信号,所以这是电压负反馈电路。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。 当负反馈信号是从三极管基极加到放大器输入端时,为并联负反馈电路,如图4-7所示。由于输

23、入信号Ui和R1加来的负反馈信号都是从VT1基极加入三极管的,这两个信号是并联的关系,所以称为并联负反馈电路。图4-7 并联负反馈电路判断方法示意图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。 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

24、降,这一信号电压降就是反馈信号电压。 负反馈过程分析 假设某瞬间VT1基极信号电压增大,这导致VT1基极电流增大,使VT1发射极信号电流增大,发射极电流流过电阻R3,使R3上的信号压降增大,即VT1发射极信号电压增大,这导致VT1正向偏置电压(基极与发射极之间电路减小,使VT1基极电流减小,所以这是负反馈过程,R3构成的是负反馈电路电阻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

25、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。 如图4-9所示是接有旁路电容的发射极负反馈电阻电路,这也是一级音频放大器。在发射极负反馈电阻R1上并联了一只容量比较大的旁路电容C1,其容抗远比发射极电阻R1的阻值小,VT1发射极输出的交流信号电流全部通过C1到地,而不能流过R1。图4-9 接有旁路电容的发射极负反馈电阻电路 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R

26、1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。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。µ从图中可以看出,C1的容量为47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 如图4-10所示是部分发射极电阻加接旁路电容的电路。发射极电路中,有时为了获得合适的直流和交流负反馈

27、,将发射极电阻分成两只串联的形式。R1和R2串联起来后作为VT1总的发射极电阻,分成R1和R2串联电路形式是为了方便加入不同量的直流和交流负反馈量。图4-10 部分发射极电阻加接旁路电容电路直流电流回路 直流电流流过R1和R2,所以这两个电阻都有直流负反馈作用交流电流回路 VT1发射极交流电流通过R1和C1到地,没有流过R2,所以只有R1存在交流负反馈作用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

28、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 F 。µF ,所以VT1构成音频放大器,VT1发射 极电阻上接有一只容量较小的旁路电容C2(1µ如图4-11所示是接有高频旁路电容的发射极负反馈电阻电路。由于输入端耦合电容C1容量为10图4-11 接有高频旁路电容的发射极负反馈电阻电路直流和音频信号中的低频、中频信号都存在负反馈作用 F ,对音频信号中的低频和中频信号容抗远大于电阻R2的阻值,这样C2相当于呈开路状态,此时音频信号中的低频和中频信号因为C2容抗很大而流过电阻R2,所以R2对直流和音频信号中的低频、中频信号都存在负反馈作用。µ对于音频放大器而言,由于C2容量比较小(1高频旁路电容。 对于音频信号中的高频信号而言,C2容抗比较小,因为高频信号的频率高,所以容抗小。C2构成了VT1发射极输出的高频信号电流通路,起到高频旁路的作用,所以R2没有高频负反馈作用。这样