晶体管放大电路的性能缺陷及改善方法

晶体管和场效应晶体管都是半导体器件，虽然有放大作用，但都不具有理想的线性放大功能，会使输出信号失真，而且会受环境温度影响而工作不稳定，甚至会使电路发生严重损坏。解决这个问题的基本方法有两个：首先是选用优质半导体器件和元件制作电路；其次是在电路中引入负反馈（实际起补偿作用）。

1.负反馈对放大电路性能的改善和相关负反馈的种类

在放大电路引入负反馈的方法很多，作用也各不相同，负反馈分类及其作用见表3-4。

表3-4 负反馈分类及其作用表

放大电路中的交流负反馈有四种组态方式，如图3-14所示。

负反馈对电路的作用有以下几项：

（1）降低放大倍数。引入负反馈后，反馈信号削弱了输入信号，使得净输入信号减小，从而使得放大电路的输出信号幅度降低，总体放大倍数变小。

（2）提高了放大电路的稳定性。当外界条件变化时，如温度变化、元器件参数变化、管子老化、电源电压波动等，都会引起放大电路的变化。引入负反馈后，则可以利用反馈量进行自我调节，提高放大电路的稳定性。

图3-14 交流负反馈的四种组态方式

a）电流串联负反馈放大器的结构框图及电路 b）电压并联负反馈放大器的结构框图及电路c）电压串联负反馈放大器的结构框图及电路

图3-14 交流负反馈的四种组态方式（续）

d）电流并联负反馈放大器的结构框图及电路

直流负反馈可以稳定电路的静态工作点或输出电压，交流负反馈可以改善电路的交流特性。

负反馈取自输出电压则能稳定输出电压，取自输出电流则能稳定输出电流。

（3）负反馈可以按需要改变放大器的输入、输出电阻，与前、后级电路的阻抗相匹配，以实现最大功率传输。串联负反馈可提高放大器输入电阻，并联负反馈使放大器的输入电阻减小。电压负反馈使输出电阻减小，有稳定输出电压的作用。电流负反馈使输出电阻增大，有稳定输出电流的作用。

（4）负反馈可以改善非线性失真，其原理如图3-15所示。

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图3-15 负反馈改善非线性失真示意图

放大器的失真可分为两类：一类是由输入信号幅度过大或直流工作点位置不当造成的饱和、截止失真：另一类是由晶体管的非线性放大造成正、负半周不对称失真。前者只能用降低输入幅度或矫正工作点解决，负反馈只能补偿非线性失真。补偿的原理是利用负反馈网络的倒相给放大器的输入信号造成反向的预失真，即事先让放大倍数高的部分幅度低于放大倍数低的部分，以改善输出信号波形。但负反馈不能完全消除失真，只能是减小或改善失真，因为输出信号没有失真就不能对输入信号造成预失真。

用示波器验证负反馈会使电路的放大能力降低和对放大电路非线性失真的改善作用的测试，将在后文中结合具体电路介绍。

（5）负反馈可以展宽通频带，展宽频带原理如图3-16所示。

图3-16 负反馈展宽通频带原理

在技术上规定放大器的通频带宽度等于放大器幅频特性（表示信号幅度与频率对应特性）曲线0.707位置的频率宽度。

负反馈的这些优良特性都是在牺牲电路一定放大倍数的情况下获得的。负反馈技术应用广泛，如自动增益控制、自动音量控制、自动色度控制等各类自动控制、自动调节电路都是以负反馈为核心的，或是依据负反馈原理设计的。

2.直流反馈和交流反馈的判断

如果反馈信号仅为直流量，称为直流反馈。如果反馈信号仅为交流量，称为交流反馈。如果反馈信号中包含了交、直流量，那么，该电路对交、直流均有反馈，叫交直流反馈。区分交、直流负反馈的简单方法是看反馈电路中电容的使用方式。图3-14a中R_e与C_e并联，电容接地旁路交流，R_e是直流负反馈元件，不使用电容的R_f是交、直流共用负反馈元件。图3-14c所示中电容C₄与电阻R_f串联属于交流负反馈。

3.负反馈的串联、并联判断

如果反馈信号与输入信号相串联（或反馈电路的输出端与放大电路的输入端串联），就是串联反馈。凡是串联反馈，反馈信号在放大电路的输入端总是以电压的形式出现。如果反馈信号与输入信号相并联（或反馈电路的输出端与放大电路的输入端并联），就是并联反馈。凡是并联反馈，反馈信号在放大电路的输入端总是以电流的形式出现。

4.电流负反馈与电压负反馈的判断

如果反馈信号取自输出电流，并与之成正比，就是电流反馈。如果反馈信号取自输出电压，并与之成正比，就是电压反馈。

由上述分类可见，对反馈的判别共分为四个方面，对具体电路需逐一进行判断。下面以晶体管共射极放大电路为例，总结一下反馈电路的判别方法。

1）电压、电流反馈的判别。对共射极电路来说，反馈信号取自C极为电压反馈，反馈信号取自E极为电流反馈。

2）串联、并联反馈的判别。对共射极电路来说，反馈信号接到B极为并联反馈，反馈信号接到E极为串联反馈。

3）交流、直流、交直流反馈的判别。反馈元件两端并联电容的为直流反馈元件，反馈元件与电容串联构成的反馈电路为交流反馈，其余为交直流反馈。