2.2 負反饋放大電路

2.2.1 反饋知識介紹

反饋意為“反送”，反饋電路的功能就是從電路的輸出端取出一部分信號反送到電路的輸入端。由于溫度和電源的影響，放大電路在工作時往往是不穩定的，并且性能也不大好，給放大電路加上反饋電路可以有效克服這些缺點。

下面通過圖2-10所示的方框圖來介紹反饋的基礎知識。

1. 正反饋和負反饋

圖2-10（a）中所示的基本放大電路沒有加反饋電路，Xo表示輸出信號，Xi表示輸入信號。圖2-10（b）中所示的基本放大電路增加了反饋電路，它從放大電路的輸出端取一部分信號反送到電路的輸入端，Xf表示反饋信號，反饋信號Xf與輸入信號Xi疊加后送到電路的輸入端。如果反饋的信號與輸入信號疊加所得到的信號增強，這種反饋稱為正反饋；如果反饋的信號與輸入信號疊加所得到的信號減弱，這種反饋稱為負反饋。

2. 開環放大倍數

在圖2-10（a）所示電路中，放大電路沒加反饋時的放大倍數稱為開環放大倍數A，它可表示為

3. 閉環放大倍數

在圖2-10（b）所示電路中，反饋信號Xf與輸出信號Xo的比值稱為反饋系數F，即

如果反饋電路是負反饋，反饋系數F越大，表示負反饋信號Xf越大，抵消輸入信號越多，送到基本放大電路的凈輸入信號Xi'越小，輸出信號Xo越小，電路增益下降。

電路加了反饋電路后的放大倍數稱為閉環放大倍數Af，它可表示為

由于反饋放大電路引入了負反饋，它輸出的信號Xo較未加負反饋的基本放大電路輸出信號Xo要小，所以負反饋放大電路的閉環放大倍數Af較開環放大倍數A小。

2.2.2 反饋類型的判別

反饋電路類型很多，可根據以下不同的標準分類。

根據反饋的極性分：有正反饋和負反饋。

根據反饋信號和輸出信號的關系分：有電壓反饋和電流反饋。

根據反饋信號和輸入信號的關系分：有串聯反饋和并聯反饋。

根據反饋信號是交流或直流分：有交流反饋和直流反饋。

電路的反饋類型雖然很多，但對于一個具體的反饋電路，它會同時具有以上四種類型。下面就通過圖2-11所示兩個反饋電路來介紹反饋類型的判別方法。

1. 正反饋和負反饋的判別

（1）三極管各極電壓變化關系

為了快速判斷出反饋電路的反饋類型，有必要了解三極管各極電壓的變化關系。不管NPN型還是PNP型三極管，它們各極電壓的變化都有以下規律。

①三極管的基極與發射極是同相關系。當基極電壓上升（或下降）時，發射極電壓也上升（或下降），即基極電壓變化時，發射極的電壓變化與基極電壓變化相同。

②三極管的基極與集電極是反相關系。當基極電壓上升（或下降）時，集電極電壓下降（或上升），即基極電壓變化時，集電極的電壓變化與基極電壓變化相反。

③三極管的發射極與集電極是同相關系。當發射極電壓上升（或下降）時，集電極電壓也上升（或下降），即發射極電壓變化時，集電極的電壓變化與發射極相同。三極管各極電壓變化規律可用圖2-12表示，其中⊕表示電壓上升，表示電壓下降。

圖2-12（a）表示的含義為“當三極管基極電壓上升時，會引起發射極電壓上升、集電極電壓下降；當三極管基極電壓下降時，會引起發射極電壓下降、集電極電壓上升”。

圖2-12（b）表示的含義為“當三極管發射極電壓上升時，會引起基極和集電極電壓都上升；當三極管發射極電壓下降時，會引起基極和集電極電壓都下降”。

（2）正反饋和負反饋的判別

① 判別電路中有無反饋。在圖2-11（a）所示電路中，R5、C1將輸出信號的一部分反送到輸入端，所以電路中有反饋。R5、C1構成反饋電路。

在圖2-11（b）所示電路中，R4、R5將后級電路信號的一部分反送到前級電路，這也屬于反饋。R4、R5、C1構成反饋電路。

② 判別反饋電路的正、負反饋類型。反饋電路的正、負反饋類型通常采用“瞬時極性法”判別。所謂“瞬時極性法”是指假設電路輸入端電壓瞬間變化（上升或下降），再分析輸出端反饋過來的電壓與先前假設的輸入端電壓的變化是否相同，相同說明反饋為正反饋，相反則為負反饋。正、負反饋類型判別如圖2-13所示。

在圖2-13（a）所示電路中，因為信號反饋到三極管VT1的b極，所以假設VT1的b極電壓上升，根據前面介紹的三極管各極電壓變化規律可知，當VT1的b極電壓（指對地電壓，以下同）上升時，c極電壓會下降，三極管VT2的b極電壓下降，VT2的c極電壓上升，該上升的電壓經R5、C1反饋到VT1的b極，由于反饋信號的電壓極性與先前假設的電壓極性相同，所以該反饋為正反饋。

在圖2-13（b）所示電路中，因為信號反饋到VT1的e極，所以假設VT1的e極電壓上升，VT1的c極電壓也會上升，VT2的b極電壓上升，VT2的c極電壓下降，該下降的電壓經R5、R4反饋到VT1的e極，由于反饋信號的電壓極性與先前假設的電壓極性相反，所以該反饋為負反饋。

2. 電壓反饋和電流反饋的判別

電壓反饋和電流反饋的判別方法是：將電路的輸出端對地短路，如果反饋信號不再存在（即反饋信號被短路到地），則該反饋為電壓反饋；如果反饋信號依然存在（即反饋信號未被短路），該反饋為電流反饋。電壓、電流反饋類型判別如圖2-14所示。

在圖2-14（a）所示電路中，將輸出端B點對地短路，輸出信號和反饋信號都被短路到地，反饋信號不存在，該反饋為電壓反饋。

在圖2-14（b）所示電路中，將輸出端B點對地短路，輸出信號被短路到地，反饋信號沒有被短路（輸出端為三極管的發射極，但反饋信號取自三極管的集電極，故反饋信號未被短路到地），反饋信號還存在，該反饋為電流反饋。

3. 串聯反饋和并聯反饋的判別

串聯反饋和并聯反饋的判別方法是：將電路的輸入端對地短路，如果反饋信號不存在（即反饋信號被短路到地），該反饋為并聯反饋；如果反饋信號依然存在（即反饋信號未被短路），該反饋為串聯反饋。串聯、并聯反饋類型判別如圖2-15所示。

在圖2-15（a）所示電路中，將輸入端A點與地短路，輸入信號和反饋信號都被短路到地，反饋信號不存在，該反饋為并聯反饋。

在圖2-15（b）所示電路中，將輸入端A點對地短路，輸入信號被短路到地，反饋信號沒有被短路，仍有反饋信號加到前級電路，該反饋為串聯反饋。

4. 交流反饋和直流反饋的判別

交流反饋和直流反饋的判別方法是：如果反饋信號是交流信號，為交流反饋；如果反饋信號是直流信號，就為直流反饋；如果反饋信號中既有交流信號又有直流信號，這種反饋稱為交流、直流反饋。

交流、直流反饋類型判別如圖2-16所示。

在圖2-16（a）所示電路中，由于電容C1的隔直作用，直流信號無法加到輸入端，只有交流信號才能加到輸入端，故該反饋為交流反饋。

在圖2-16（b）所示電路中，由于電容C1的旁路作用，反饋的交流信號被旁路到地，只有直流信號送到前級電路，故該反饋為直流反饋。

綜上所述，圖2-11（a）所示電路的反饋類型是電壓、并聯、交流正反饋，圖2-11（b）所示電路的反饋類型是電流、串聯、直流負反饋。

2.2.3 負反饋放大電路

為了讓放大電路穩定地工作，可以給放大電路增加負反饋電路，帶有負反饋電路的放大電路稱為負反饋放大電路。下面介紹兩種常見的負反饋放大電路。

1. 電壓負反饋放大電路

電壓負反饋放大電路如圖2-17所示。

電壓負反饋放大電路的電阻R1除了可以為三極管VT提供基極電流Ib外，還能將輸出信號的一部分反饋到VT的基極（即輸入端），由于基極與集電極是反相關系，故反饋為負反饋，用前面介紹的方法還可以判斷出該電路的反饋類型是電壓、并聯、交流、直流反饋。

負反饋電路的一個非常重要的特點就是可以穩定放大電路的靜態工作點。下面分析圖2-17所示電壓負反饋放大電路靜態工作點的穩定過程。

由于三極管是半導體器件，它具有熱敏性，當環境溫度上升時，它的導電性增強，Ib、Ic電流會增大，從而導致三極管工作不穩定，整個放大電路工作也不穩定。給放大電路引入負反饋電阻R1后就可以穩定Ib、Ic電流，其穩定過程如下所述。

當環境溫度上升時，三極管VT的Ib、Ic電流增大→流過R2的電流I增大（I=Ib+Ic，Ib、Ic電流增大，I就增大）→R2兩端的電壓UR2增大（UR2=I×R2，I增大，R2不變，UR2增大）→VT的c極電壓Uc下降（Uc=VCC-UR2，UR2增大，VCC不變，Uc會減小）→VT的b極電壓Ub下降（Ub由Uc經R1降壓獲得，Uc下降，Ub也會跟著下降）→Ib減小（Ub下降，VT發射結兩端的電壓Ube減小，流過的Ib電流就減小）→Ic也減小（Ic=Ib×β，Ib減小，β不變，故Ic減小）→Ib、Ic減小到正常值。由此可見，電壓負反饋放大電路由于R1的負反饋作用，靜態工作點得到穩定。

2. 負反饋多級放大電路

圖2-18所示是一種較常用的負反饋多級放大電路，電路中的R3為反饋電阻，根據前面介紹的方法不難判斷出該電路的反饋類型是電壓、并聯、交流、直流負反饋。

（1）三極管電流途徑

三極管VT2的電流途徑為：

三極管VT1的電流途徑為：

由于三極管VT1、VT2都有正常的Ic、Ib、Ie電流，所以VT1、VT2均處于放大狀態。另外，從VT1的電流途徑可以看出，VT1的Ib1電流取自VT2的發射極，如果VT2沒有導通，無Ie2電流，VT1也就無Ib1電流，VT1就無法導通。

（2）靜態工作點的穩定

給放大電路增加負反饋可以穩定靜態工作點，圖2-18所示電路也不例外，其靜態工作點穩定過程如下所述。

當環境溫度上升時，三極管VT1的Ib、Ic電流增大→流過R1的電流Ic1增大→UR1增大→Uc1下降（Uc1=VCC-UR1，UR1增大，Uc1下降）→VT2的基極電壓Ub2下降→Ib2減小→Ic2減小→Ie2減小→流過R4的電流減小→UR4減小→Ue2下降（Ue2=UR4）→VT1的基極電壓Ub1下降（Ub1電壓取自Ue2電壓）→Ib1減小→Ic1減小，即三極管VT1原來增大的Ib、Ic電流又下降到正常值，從而穩定了放大電路的靜態工作點。

2.2.4 負反饋對放大電路的影響

反饋有正反饋和負反饋之分，正反饋用在放大電路中可以將放大電路轉變成振蕩電路，而負反饋用在放大電路中可以使放大性能更好、更穩定。有關正反饋的應用將在后面的章節介紹。負反饋對放大電路的影響主要有以下幾點。

1. 對輸入電阻的影響

對放大電路輸入電阻的影響主要是并聯負反饋和串聯負反饋。理論分析和計算（該過程較復雜，這里省略）表明：并聯負反饋可使放大電路的輸入電阻減小，串聯負反饋可使放大電路的輸入電阻增大。

2. 對輸出電阻的影響

對放大電路輸出電阻的影響主要是電壓負反饋和電流負反饋。理論分析和計算表明：電壓負反饋可使放大電路的輸出電阻減小，有穩定輸出電壓的功能；電流負反饋可使放大電路的輸出電阻增大，有穩定輸出電流的功能。

3. 對非線性失真的影響

如果一個放大電路靜態工作點設置不合理（如Ib、Ic偏大或偏小）或三極管本身存在缺陷，就會造成放大電路放大后輸出的信號產生失真。為了減小失真，可以在放大電路中加入負反饋電路。

4. 對頻率特性的影響

對于一個放大電路，如果放大倍數很高，那么它的頻率特性就比較差，對頻率偏高或偏低的信號就不能正常放大，而引入負反饋后，放大電路的放大倍數就會下降，頻率特性就會得到改善，通頻帶變寬（即能放大頻率范圍更廣的信號）。

2.2.5 朗讀助記器的原理與檢修（二）

1. 電路原理

朗讀助記器第一、二部分電路如圖2-19所示，點畫線框內的為第二部分，它是一個負反饋多級放大電路。由于朗讀助記器的第一部分前面已詳細說明，這里僅介紹第二部分電路。朗讀助記器的第二部分電路原理如下所述。

（1）信號處理過程

三極管VT1輸出的音頻信號經C3送到VT2基極，放大后從VT2集電極輸出又送到VT3基極，經VT3放大后從VT3發射極輸出，再經C6送到耳機插座X2_out，如果將耳機插入X2插孔，就可以聽到自己的朗讀聲。

（2）直流工作情況

6V直流電源通過接插件X4送入電路，+6V電壓經R10降壓后，除了為朗讀助記器第一部分電路供電外，還為第二部分電路供電。第二部分電路中的VT2、VT3獲得供電后進入放大狀態，VT2、VT3的Ib、Ic、Ie電流途徑如下所述。

VT3的電流途徑：

VT2的電流途徑：

（3）元器件說明

VT2、VT3構成兩級反饋放大電路。RP2為反饋電阻，該電路反饋類型是電壓、并聯、交流、直流負反饋。RP2不但可以為VT2提供Ib2電流，還可以穩定VT2、VT3的靜態工作點。C4為交流旁路電容，可以提高VT2放大電路的增益。

2. 電路的檢修

下面以“無聲”故障為例來說明朗讀助記器第二部分電路的檢修（第一部分電路已確定正常），檢修過程如圖2-20所示。