負反饋放大電路分析.PDF

1、負反饋放大器電路(1正反饋和負反饋概念(2全面了解負反饋電路的種類(3負反饋電路的分析方法(4電壓并聯(lián)負反饋放大器(5電流串聯(lián)負反饋放大器(6電壓串聯(lián)負反饋放大器(7電流并聯(lián)負反饋放大器(8變形負反饋電路的特點和分析方法(9LC并聯(lián)諧振電路參與的負反饋電路(10LC串聯(lián)諧振電路參與的負反饋電路(11RC負反饋式電路(12可控制負反饋量的負反饋電路(13負反饋放大器分析小結4.1 負反饋放大器在放大器中采用負反饋電路,其目的是為了改善放大器的工作性能,提高放大器的輸出信號質量。在引入負反饋電路之后,放大器的增益要比沒有負反饋時的增益小,但是可以改善放大器的許多性能,主要有四項:減小放大器的非線性

2、失真、擴寬放大器的頻帶、降低放大器的噪聲和穩(wěn)定放大器的工作狀態(tài)。放大器的信號傳輸都是從放大器的輸入端傳輸?shù)椒糯笃鬏敵龆?但是反饋過程則不同,它是從放大器輸出端取出一部分輸出信號作為反饋信號,再加到放大器的輸入端,與原放大器輸入信號進行混合,這一過程稱為反饋。1.反饋方框圖如圖4-1所示是反饋方框圖。從圖中可以看出,輸入信號Ui從輸入端加到放大器中進行放大,放大后的輸出信號Uo其中的一部分加到下一級放大器中,另有一部分信號經(jīng)過反饋電路作為反饋信號UF,與輸入信號Ui合并,作為凈輸入信號VI加到放大器中。 圖4-1 反饋方框圖2.反饋種類反饋電路有兩種:正反饋電路和負反饋電路。這兩種反饋的結果(指

3、對輸出信號的影響完全相反。3.正反饋概念正反饋可以舉一個例子來說明,吃某種食品,由于它很可可,所以在吃了之后更想吃,這是正反過程。如圖4-2所示正反饋方框圖,當反饋信號UF與輸入信號U i是同相位時, 這兩個信號混合后是相加的關系,所以凈輸入放大器的信號UI 比輸入信號U i更大,而放大器的放大倍數(shù)沒有變化,這樣放大器的輸出信號Uo比不加入反饋電路時的大,這種反饋稱為正反饋。 圖4-2 正反饋方框圖在加入正反饋之后的放大器,輸出信號愈反饋愈大(當然不會無限制地增大,這一點在后面的振蕩器電路中介紹,這是正反饋的特點。正反饋電路在放大器電路中通常不用,它只是用于振蕩器中。4.負反饋概念負反饋也可以

4、舉一例說明,一盆開水,當手指不小心接觸到熱水時,手指很快縮回,而不是繼續(xù)向里面伸,手指的回縮過程就是負反饋過程。如圖4-3所示是負反饋方框圖,當反饋信號UF相位和輸入信號Ui的相位相反時,它們混合的結果是相減,結果凈輸入放大器的信號UI比輸入信號Ui要小, 使放大器的輸出信號Uo 減小,引起放大器電路這種反饋過程的電路稱為負反饋電路。 圖4-3 負反饋方框圖5.反饋量負反饋的結果使凈輸入放大器的信號變小,放大器的輸出信號減小,這等效成放大器的增益在加入負反饋電路之后減小了。當負反饋電路造成的凈輸入信號愈小,即負反饋量愈大,負反饋放大器的增益愈小,反之負反饋量愈小,負反饋放大器的增益愈大。正反饋

5、也有同樣的正反饋量問題。1.負反饋種類電壓負反饋 電壓負反饋是指,從放大器輸出端取出輸出信號的電壓來作為負反饋信號,而不是取出輸出信號的電流來作為負反饋信號,這樣的負反饋 稱為電壓負反饋。如圖中通過電阻R2取出輸出電壓作為電壓反饋信號。(1電壓負反饋能夠穩(wěn)定放大器的輸出信號電壓 。(2由于電壓負反饋元件是并聯(lián)在放大器輸出端與地之間的,所以能夠降低放大器的輸出電阻。電流負反饋 電流負反饋是指,從放大器輸出端取出輸出信號的電流來作為負反饋信號,而不是取出輸出信號的電壓來作為負反饋信號,這樣的負反饋 稱為電流負反饋。如圖中所示,R3取出輸出信號電流作為電流反饋信號。(1電流負反饋能夠穩(wěn)定放大器的輸出

6、信號電流。(2由于電流負反饋元件是串聯(lián)在放大器輸出回路中的,所以提高了放大器的輸出電阻。串聯(lián)負反饋 電壓和電流負反饋都是針對放大器輸出端而言的,指負反饋信號從放大器輸出端的取出方式。串聯(lián)和并聯(lián)負反饋則是針對放大器輸入端而言的,指負反饋信號加到放大器輸入端的方式。 串聯(lián)負反饋是指,負反饋電路取出的負反饋信號,同放大器的輸入信號以串聯(lián)形式加到放大器的輸入回路中,這樣的負反饋稱為串聯(lián)負反饋。如圖所示,放大器輸入阻抗與負反饋電阻串聯(lián),這樣輸入信號與負反饋信號以串聯(lián)形式加入到放大器中。(1串聯(lián)負反饋可以降低放大器的電壓放大倍數(shù),穩(wěn)定放大器的電壓增益。(2由于串聯(lián)負反饋元件是串聯(lián)在放大器輸入回路中的,所以

7、這種負反饋可以提高放大器的輸入阻抗。 并聯(lián)負反饋 并聯(lián)負反饋是指,負反饋電路取出的負反饋信號,同放大器的輸入信號以并聯(lián)形式加到放大器的輸入回路中,這樣的負反饋稱為并聯(lián)負反饋。如圖所示,放大器輸入阻抗與負反饋電阻并聯(lián),這樣輸入信號和負反饋信號以并聯(lián)形式輸入到放大器中。 (1并聯(lián)負反饋降低放大器的電流放大倍數(shù),穩(wěn)定放大器的電流增益。(2由于并聯(lián)負反饋元件是與放大器輸入電阻相并聯(lián)的,所以這種負反饋降低了放大器的輸入阻抗。負反饋信號 前面從電路結構上介紹負反饋電路,下面從參加負反饋的信號上介紹負反饋,根據(jù)參加負反饋的信號不同,分有下列幾種:(1直流負反饋它是指參加負反饋的信號只有直流電流,沒有交流電流

8、。直流負反饋的作用是穩(wěn)定放大器的直流工作狀態(tài),放大器的直流工作穩(wěn)定了,它的交流工作狀態(tài)也就穩(wěn)定了,所以直流負反饋的根本目的是穩(wěn)定放大器的交流工作狀態(tài)。(2交流負反饋它是指參加負反饋的信號只有交流電流,沒有直流電流。交流負反饋的作用可以改善放大器的交流工作狀態(tài),從而可以改善放大器輸出信號的質量。(3交流和直流雙重負反饋在這種負反饋電路中,參加負反饋的信號是直流和交流,同時具有直流和交流兩種負反饋的作用。高頻信號負反饋它是指只有電路中的高頻信號參加負反饋,低頻和中頻信號沒有參加負反饋。同理,還有低頻負反饋和某一頻率信號進行負反饋的電路等。 本級和大環(huán)路負反饋負反饋電路接在本級放大器輸入和輸出端之間

9、時稱為本級負反饋電路,當負反饋電路接在多級放大器之間時(在前級放大器輸入端和后級放大器輸出端之間,稱為大環(huán)路負反饋電路。2.四種負反饋電路負反饋電路接在放大器的輸出端和輸入端之間,根據(jù)負反饋放大器輸入端和輸出端的不同組合形式,負反饋放大器共有下列四種電路:(1電壓并聯(lián)負反饋放大器電路。(2電壓串聯(lián)負反饋放大器電路。(3電流并聯(lián)負反饋放大器電路。(4電流串聯(lián)負反饋放大器電路。負反饋電路是初學者比較難學的電路之一,如果掌握了基本的電路分析方法和四種典型的負反饋電路工作原理,那學習將比較輕松。1.瞬時信號極性分析法對于負反饋電路工作原理的分析有特定的方法,即采用信號電壓瞬時極性分析法。如圖4 -4所

10、示是一種負反饋電路,以該電路為例介紹這種電路分析方法中。圖4-4 瞬時信號極性分析法示意圖第一步設基極電壓增大電路中用“+”號標在三極管基極上,表示基極電壓增大第二步分析基極電流情況分析基極信號電壓在增大時,引起三極管基極電流是增大還是減小,NPN型三極管是基極電壓增大基極電流,PNP型三極管是基極電壓增大基極電流減小第三步分析信號傳輸線路有關點電壓相位”號表示是減小,一直分析到放大器輸出端,標出輸出信號的相位。這一電路中,集電極電壓為減小,因為共發(fā)射極放大器集電極電壓相位與基極電壓相位相反”號表示是增大,“+”號標出,“”或“+沿放大器中信號傳輸線路,一步一步分析各點信號電壓的相位是增大還是

11、減小,并在各點上用“第四步分析反饋信號加到放大器輸入端分析放大器輸出端的反饋信號加到輸入級放大管基極,分析對電流產(chǎn)生什么影響,如果減小了凈輸入信號,是負反饋過程,否則就不是負反饋電路。這一電路中,通過電阻R1將集電極電壓加到基極,使基極電壓減小,基極電流減小,所以是負反饋2.電路分析說明在采用瞬時信號極性分析法分析負反饋電路時,要注意以下幾點。一個關鍵點找出放大器電路中的負反饋元件是分析電路的一個關鍵之處,有一個方法可以解決這一問題,即凡是跨接放大器輸入端和輸出端之間的元件均是構成反饋電路的元件,在多級放大器電路用這種方法找出負反元件更加方便。一個判斷標準整個負反饋電路分析應該是成環(huán)路的,即從

12、輸入級放大器的輸入端分析到參加負反饋放大器的輸出級,再回到輸入級放大器的輸入端,如果分析過程中沒有成環(huán)路,說明電路分析錯了。注意NPN型和PNP型三極管的不同電路分析中要用到三極管基極或發(fā)射極電壓大小變化對基極電流的大小影響,對于NPN型三極管而言,當基極信號電壓在增大時,引起基極電流增大,當基極信號電壓減小時,引起基極電流減小變化,當發(fā)射極信號電壓增大時,引起基極電流減小變化,當發(fā)射極信號電壓減小時,引起基極電流的增大變化。對于PNP型三極管,上述電壓變化而引起的電流變化全部相反。電流變化方向不能錯在電路分析過程中,信號電壓的變化引起電流增大還是減小變化的結果不能搞錯,否則分析結果出錯。如若

13、在分析過程中,有兩次將這一問題搞錯,最后的結果是正確的,但分析過程是錯誤的。一個方便的方法在電路分析過程中,可以假設三極管基極信號電壓極性為正,也可以設它為負,最終的負反饋結果是一樣的,但是設為負對電路分析不太方便,所以通常是設為正。一種符號負反饋電路的分析也可以用符號或來分別表示信號在增大或減小。3.負反饋信號種類分析說明在進行負反饋電路分析時,要分析出參加負反饋的信號種類,如是直流信號還是交流信號,對交流信號而言是低頻還是高頻信號,還是某一特定頻率的信號。分析參加負反饋的信號種類時,主要是看負反饋電路特性和整個負反饋回路的特性,有這些回路特性決定了負反饋的種類,主要有下列幾種情況。沒有隔直

14、元件若整個負反饋回路中沒有隔直元器件(如沒有電容器,那么直流信號可以參與負反饋,所以這時的負反饋信號是直流信號。反饋電路中存在交流旁邊情況并不是直流信號能夠進行負反饋,就一定存在交流負反饋,當負反饋元件上存在交流旁路元件時,就不會存在交流負反饋,如發(fā)射極負反饋電阻可以提供直流負反饋,但當它上并聯(lián)發(fā)射極旁路電容時,就只存在直流負反饋,而沒有交流負反饋了。反饋電路中的存在選頻當負反饋回路存在具有選頻特性的電路時,負反饋信號就有頻率特性要求了,若只讓低頻信號參與負反饋,就是低頻負反饋;若只讓高頻信號參與負反饋就是高頻負反饋;若只讓某一頻率的信號參與負反饋,就是這一特定頻率信號的負反饋。4.2 四種典

15、型負反饋放大器典型負反饋放大器的共有四種,其他負反饋放大器的電路會有一些變化,但都從本質上離不開這四種典型電路,所以必須掌握這四種負反饋放大器工作原理。如圖4-5所示是一級共發(fā)射極放大器,它也構成了電壓并聯(lián)負反饋放大器。電路中,VT1是放大管,R1是集電極-基極負反饋偏置電阻,R2是集電極負載電阻,Ui是輸入信號,UO 是輸出信號。由于這是一級共發(fā)射極放大器,所以VT1管集電極輸出信號電壓的相位與基極上輸入信號電壓相位相反。 圖4-5 電壓并聯(lián)負反饋放大器1.負反饋元件確定方法根據(jù)接在放大器輸出端與輸入端之間的元器件可能是負反饋元器件這一判斷方法,從電路中可以看出,接在輸入端VT1管基極和輸出

16、端VT1管集電極之間的元件有R1和C2兩個,所以這兩個元件有可能構成負反饋電路。其他元器件都不是接在放大器的輸入端和輸出端之間,沒有構成負反饋電路的可能,這樣分析負反饋電路時重點是R1和C2。2.負反饋電阻R1分析前面在基極偏置電路中已經(jīng)介紹,R1是VT1管的集電極-基極負反饋式偏置電阻。這里根據(jù)負反饋電路的分析方法來說明接入這一電阻R1后的電路負反饋過程。 設某瞬間在VT1管基極上的信號電壓增大,用+號表示,由于VT1管是NPN型三極管,所以當基極信號電壓在增大時其基極電流在增大。另外,由于VT1管接成共發(fā)射極放大器,它的反相作用使VT1管集電極輸出信號電壓在減小,用-號表示,如圖所示。這一

17、負極性輸出信號電壓通過電阻R1加到VT1管的基極,造成VT1管基極上的信號電壓在減小,使凈輸入VT1管基極的信號電流減小,所以這是負反饋過程,R1是負反饋電阻。關于這一負反饋電路還要說明以下幾點。R1電路特征電阻R1一端接在放大器的輸出端(集電極,另一端接在輸入端(基極,所以R1構成反饋電路,由分析可知是負反饋,所以R1是負反饋電阻。電路分析的另一種表示方法這一負反饋電路的工作過程還可以這樣說明:設VT1管基極信號電壓VT1管基極電流(VT1是NPN型三極管VT1管集電極電流(集電極電流受基極電流控制VT1管集電極信號電壓(集電極信號電壓與電流之間成反相關系VT1管基極信號電壓(通過電阻R1V

18、T1管基極電流,所以這是負反饋過程。假設VT1基極電壓下降分析方法這一負反饋電路的工作過程還可以設VT1管基極信號電壓減小來說明:設某間VT1管的基極信號電壓VT1管基極電流(VT1管基極電流減說明信號的負半周幅度在增大VT1管集電極電流VT1管集電極信號電壓VT1管基極信號電壓(通過電阻R1VT1管基極電流(說明負半周周的幅度在減小,使凈輸入VT1管基極的負半周信號在減小,所以這是負反饋過程。直流和交流雙重負反饋由于電阻接在VT1管的基極與集電極之間,在R1回路中沒有隔直流的元件,這樣從VT1管集電極反饋到VT1管基極的電流,可以是直流電流,也可以是交流信號電流,這樣上述負反饋過程的分析同時

19、適合于直流和交流,所以R1對直流和交流信號都存在負反饋作用,是一個直流和交流雙重負反饋電路。負反饋量R1阻值大小對負反饋量的影響是這樣:當R1阻值大時,從VT1管集電極加到VT1管基極的負反饋信號就小,若大到極限情況時R1開路,此時沒有負反饋信號加到VT1管的基極,便不存在負反饋。所以在這種負反饋電路中,負反饋電阻R1阻值愈大,負反饋量愈小,放大器的增益愈大。在故障檢修中,如果感覺放大器的放大量稍差點,此時可以通過減小負反饋提高放大器放大能力的簡單方法來解決。頻率影響由于電阻R1對不同頻率的交流信號存在相同的阻值,所以對交流信號的頻率沒有選擇特性,這樣R1對所有頻率的交流信號存在相同的負反饋作

20、用。3.高頻負反饋電容C2分析從電路中可以看出,在負反饋電阻R1上還并聯(lián)了一只容量很小的電容C2 ,對C2的負反饋過程分析同電阻R1的分析過程是一樣的,但電容器和電阻器的特性不同,所以這一電容的負反饋原理有所不同,主要說明以下幾點。不存在直流負反饋電容器具有隔直作用,這樣VT1管集電極上的直流電壓不能通過C2負反饋到VT1管基極,所以C2不存在直流負反饋的作用。不存在音頻負反饋VT1管構成的是音頻放大器,而C2的容量只有100pF,這么小的電容對音頻信號的容抗是很大的而相當于開路,音頻信號也不能通過C2加到VT1管基極,所以C2對音頻信號也不存在負反饋的作用。只存在高頻負反饋作用C2對于比音頻

21、更高的信號其容抗很小,所以集電極上的這種高頻信號可以通過C2加到基極,這樣C2只對頻率很高的信號具有負反饋作用。在放大器中,會產(chǎn)生一些高頻自激現(xiàn)象,一旦出現(xiàn)這種高頻自激,放大器就不能正常工作了,為此要設C2這樣的高頻負反饋電容。由于C2對這種高頻信號具有強烈的負反饋作用,使放大器對這種高頻信號的放大倍數(shù)很小,這樣達到消除放大器高頻自激的目的。音頻放大器電路中,像C2這種作用的電容稱為消振電容。4.電壓負反饋判別方法電路中R1和C2構成的是電壓負反饋電路,因為這兩個元將放大器輸出的信號電壓反饋到放大器的輸入端,所以稱為電壓負反饋電路。 對這種電壓負反饋電路的判斷方法是這樣:如若將放大器的輸出端對

22、地交流短接后,放大器中不存在負反饋了,那么這是電壓負反饋電路。4-6所示電路,若將輸出端對地交流短接后,VT1管集電極交流接地,此時交流輸出信號UO等于零,R1沒有交流信號加到VT1管的基極上,電路不存在負反饋信號,所以這是電壓負反饋電路。5.并聯(lián)負反饋判別方法見圖4-5所示是并聯(lián)負反饋電路,由R1送過來的負反饋信號是與輸入信號Ui在基極并聯(lián)后加到三極管基極的,所以這是并聯(lián)負反饋電路。 當負反饋信號是從三極管基極加到放大器輸入端時,為并聯(lián)負反饋電路,如圖4-7所示。由于輸入信號Ui和R1加來的負反饋信號都是從VT1基極加入三極管的,這兩個信號是并聯(lián)的關系,所以稱為并聯(lián)負反饋電路。圖4-7 并聯(lián)

23、負反饋電路判斷方法示意圖根據(jù)電壓負反饋和并聯(lián)負反饋的判別方法可知,如圖4-5所示電路中的R1和C2構成電壓并聯(lián)負反饋電路。如圖4-8所示是一級共發(fā)射極放大器,R3構成電流串聯(lián)負反饋電路。 圖4-8 電流串聯(lián)負反饋電路R3是VT1發(fā)射極負反饋電阻,R3接在發(fā)射極回路中,而發(fā)射極是這一放大器輸入、輸出回路共用端,所以R3是接在放大器的輸入端和輸出端之間的,它有可能構成負反饋電路。1.負反饋電路分析VT1發(fā)射極電流流過電阻R3后,在R3上產(chǎn)生電壓降,這一信號電壓降就是反饋信號電壓。 負反饋過程分析 假設某瞬間VT1基極信號電壓增大,這導致VT1基極電流增大,使VT1發(fā)射極信號電流增大,發(fā)射極電流流過

24、電阻R3,使R3上的信號壓降增大,即VT1發(fā)射極信號電壓增大,這導致VT1正向偏置電壓(基極與發(fā)射極之間電路減小,使VT1基極電流減小,所以這是負反饋過程,R3構成的是負反饋電路電阻R3上負反饋信號電壓與輸入信號相串聯(lián),所以這是串聯(lián)負反饋電路?！矩摲答伭刻崾尽?這種負反饋電路中,如果VT1發(fā)射極電流大小不變,負反饋電阻R3愈大,在R3上的負反饋信號電壓愈大,使VT1基極電流減小量愈大,即負反饋量愈大,放大器的增益愈小,反之則相反。電路中,由于直流和交流電流都流過了負反饋電阻R3,所以R3對直流和交流都存在負反饋作用。2.接有旁路電容的發(fā)射極負反饋電阻電路 三極管發(fā)射極電阻構成的是電流串聯(lián)負反饋

25、電路,這一電路根據(jù)是否接有發(fā)射極旁路電容和該電容容量大小不同,有多種變形電路。 如圖4-9所示是接有旁路電容的發(fā)射極負反饋電阻電路,這也是一級音頻放大器。在發(fā)射極負反饋電阻R1上并聯(lián)了一只容量比較大的旁路電容C1,其容抗遠比發(fā)射極電阻R1的阻值小,VT1發(fā)射極輸出的交流信號電流全部通過C1到地,而不能流過R1。圖4-9 接有旁路電容的發(fā)射極負反饋電阻電路 R1是發(fā)射極負反饋電阻,沒有接入C1時VT1發(fā)射極流出的直流電流和交流信號電流都流過R1到地,R1對直流和交流都存在負反饋作用。加入C1后R1只存在直流負反饋作用,因為交流信號電流沒有流過R1,所以R1對交流信號不存在負反饋作用。F ,對于音

26、頻放大器而言,該電容容量很大了,它對所有頻率音頻信號呈現(xiàn)很小的容抗,所以它能讓所有頻率的音頻信號通過。µ從圖中可以看出,C1的容量為47判斷發(fā)射極電阻存在什么樣信號負反饋的方法是:什么樣的電流流過發(fā)射極電阻,就存在什么樣信號電壓,便存在什么樣的負反饋,所以只要分析是什么樣的電流流過了發(fā)射極電阻即可。3.部分發(fā)射極電阻加旁路電容電路 如圖4-10所示是部分發(fā)射極電阻加接旁路電容的電路。發(fā)射極電路中,有時為了獲得合適的直流和交流負反饋,將發(fā)射極電阻分成兩只串聯(lián)的形式。R1和R2串聯(lián)起來后作為VT1總的發(fā)射極電阻,分成R1和R2串聯(lián)電路形式是為了方便加入不同量的直流和交流負反饋量。圖4-1

27、0 部分發(fā)射極電阻加接旁路電容電路直流電流回路 直流電流流過R1和R2,所以這兩個電阻都有直流負反饋作用交流電流回路 VT1發(fā)射極交流電流通過R1和C1到地,沒有流過R2,所以只有R1存在交流負反饋作用采用這種發(fā)射極電阻設計的目的是獲得更大的直流負反饋同時減小交流負反饋,因為交流負反饋量太大后,會使放大器的增益下降得太多。【分析提示】:對于這種多個發(fā)射極電阻串聯(lián)電路,分析哪只電阻是直流還是交流負反饋關鍵是看流過該電阻的電流是什么,如果只是直流電流流過該電阻,就是只有直流負反饋。如果除直流電流外還有交流電流流過該電阻,則該電阻存在交流和直流的雙重負反饋。4.接有高頻旁路電容的發(fā)射極負反饋電阻電路

28、 F 。µF ,所以VT1構成音頻放大器,VT1發(fā)射 極電阻上接有一只容量較小的旁路電容C2(1µ如圖4-11所示是接有高頻旁路電容的發(fā)射極負反饋電阻電路。由于輸入端耦合電容C1容量為10圖4-11 接有高頻旁路電容的發(fā)射極負反饋電阻電路直流和音頻信號中的低頻、中頻信號都存在負反饋作用 F ,對音頻信號中的低頻和中頻信號容抗遠大于電阻R2的阻值,這樣C2相當于呈開路狀態(tài),此時音頻信號中的低頻和中頻信號因為C2容抗很大而流過電阻R2,所以R2對直流和音頻信號中的低頻、中頻信號都存在負反饋作用。µ對于音頻放大器而言,由于C2容量比較小(1高頻旁路電容。 對于音頻信號中的高頻信號而言,C2容抗比較小,因為高頻信號的頻率高,所以容抗小。C2構成了VT1發(fā)射極輸出的高頻信號電流通路,起到高頻旁路的作用,所以R2沒有高頻負反饋作用。這樣,放大器對高頻