了解负反馈的作用和原理

知识储备

在实际工作中，多级放大电路的性能指标一般不能满足要求，往往需要在电路中引入负反馈电路。负反馈可以改善放大电路的性能，实用的放大电路都离不开负反馈。把电子系统的输出量（电压或电流）的一部分或全部，经过一定的电路（称为反馈网络）送回到它的输入端，与原来的输入量（电压或电流）共同控制该电子系统，这种连接方式称为反馈。

在讨论放大电路的工作点稳定问题时，其实已用到了反馈的概念。为此，把分压式偏置电路重画于图3.8（a）中。

图3.8　分压式偏置电路

（a）电路；（b）去掉Ce后的交流通路

此电路的工作点稳定就是通过反馈实现的：

可见，该电路的输出电流IC通过Re的作用得到UE，它与原UB共同控制UBE，从而达到稳定静态电流IC的目的。由于此电路中Re两端并联大电容Ce，所以Re两端的电压降只反映集电极电流直流分量IC的变化，这种电路只对直流量起反馈作用，称为直流反馈。值得注意的是，当温度上升时，反馈的结果是抑制了IC的增大，而不能误解为IC会使比原来的还小。实际上，如果没有IC的增大就不会出现上述的调节过程，所以反馈不可能使IC一成不变，而是有少量的增大。

图3.8中的反馈是人为有意识的通过外接电路元件实现的，称为外部反馈或人工反馈。如果反馈是在器件内部产生的，则称为内部反馈或寄生反馈（它也可以是寄生电容或寄生电感引起的）。寄生反馈是有害的，应设法避免和消除。

带反馈的放大电路称为反馈放大电路。在反馈放大电路中，输入端信号经电路放大后传输到输出端，而输出端信号又经反馈网络反向传输到输入端（即存在反馈通路），形成闭合环路，这种情况称为闭环，所以反馈放大电路又称为闭环放大电路。如果一个放大电路不存在反馈，即只存在放大这一信号传输的途径，则不会形成闭合环路，这种情况称为开环，没有反馈的放大电路又称为开环放大电路。为了便于分析，一个反馈放大电路可以分为基本放大器和反馈网络两部分。基本放大器只起放大作用，即把输入信号放大为输出信号；反馈网络只起反馈作用，即把基本放大器的输出信号送回到输入端。

因此，一个放大电路是否存在反馈，主要分析输出信号能否被送回到输入端，即输入回路和输出回路之间是否存在反馈通路。若有反馈通路，则存在反馈；否则没有反馈。例如，在图3.8所示电路中，Re就构成输出回路与输入回路之间的反馈通路，因此存在反馈。

图3.9　放大器的通用符号

1.电路中的反馈形式

电路中的反馈形式很多，主要有下述几种。

1）正反馈和负反馈

由于反馈放大电路的反馈信号与原输入信号共同控制放大电路，因此必然使输出信号受到影响，其放大倍数也将改变。根据反馈影响（即反馈极性）的不同，它可分为正反馈和负反馈两类。如果反馈信号削弱输入信号，即在输入信号不变时输出信号比没有反馈时变小，导致放大倍数减小，这种反馈称为负反馈；反之，则为正反馈。正反馈虽然使放大倍数增大，但却使电路的工作稳定性变差，甚至产生自激振荡而破坏其正常的放大作用，所以在放大电路中很少采用，而振荡器却是利用正反馈的作用来产生信号的。负反馈虽然降低了放大倍数，却使放大电路的性能得到改善，因此应用极为广泛，并且常把负反馈简称为反馈。

判别反馈的性质可采用瞬时极性法。先假定输入信号的瞬时值对地有一正向的变化，即瞬时电位升高（用“↑”表示），瞬时极性用“（+）”表示；然后按照信号先放大后反馈的传输途径，根据放大电路在中频区有关电压的相位关系，依次得到各级放大电路的输入信号与输出信号的瞬时电位是升高还是降低，即瞬时极性是（+）还是（-）；最后推出反馈信号的瞬时极性，从而判断反馈信号是加强还是削弱输入信号，加强的（即净输入信号增大）为正反馈，削弱的（即净输入信号减小）为负反馈。

在图3.10中，设ui的瞬时极性为（+），则uB1的瞬时极性也为（+），经VT1反相放大，uC1（即uB2）的瞬时极性为（-），uE2的瞬时极性也为（-），该电压经Rf加至VT1的发射极，则uE1的瞬时极性为（-），由于uBE1=uB1-uE1，则净输入电压增大，故为正反馈。上述过程可表示为

注意：① 分析信号瞬时极性变化是在中频区进行的，所以应不考虑耦合元件产生的附加效应，即大电容视为短路，小电容视为开路等；② 引入反馈（正反馈或负反馈）并没有改变放大电路本身的特性，故反相输入端仍与本级的输出反相，同相亦然。

2）直流反馈和交流反馈

如果反馈回来的信号是直流量，则为直流反馈；如果反馈回来的信号是交流量，则为交流反馈。直流负反馈多用于稳定静态工作点，交流负反馈则用于改善放大电路的性能。此外，如果反馈回来的信号既有交流分量，又有直流分量，则同时存在交、直流反馈。

直流反馈和交流反馈可以通过观察反馈信号是直流量还是交流量来判断，也可以通过画出反馈放大电路的直流通路和交流通路来判断。例如，图3.8（a）所示电路由于Ce的作用，交流信号被旁路，所以只有直流反馈而无交流反馈。本任务主要讨论交流负反馈。

3）反馈和电流反馈

根据基本放大器和反馈网络在输出端连接方式的不同，反馈放大电路分为电压反馈和电流反馈。

在反馈放大电路的输出端，如果基本放大器（一部分或全部）和反馈网络并联，则反馈信号xf与输出电压ui成正比，或者说反馈信号取自输出电压（称为电压采样），这种方式称为电压反馈，如图3.11（a）所示。反之，如果在反馈放大电路的输出端，基本放大器和反馈网络串联，则反馈信号与输出电流io成正比，或者说反馈信号取自输出电流（称为电流采样），这种方式称为电流反馈，如图3.11（b）所示。

图3.10　用瞬时极性法判断反馈极性

图3.11　输出端的反馈类型

（a）电压反馈；（b）电流反馈

4）串联反馈和并联反馈

根据基本放大器和反馈网络在输入端连接方式的不同，反馈放大电路分为串联反馈和并联反馈。

图3.12　输入端的反馈类型

（a）串联反馈；（b）并联反馈

如果输入信号和反馈信号分别加到放大电路的两个不同的输入端（三极管的基极和发射极可以看成是放大电路的两个输入端），则为串联反馈；如果输入信号与反馈信号都加到放大电路的同一输入端，则为并联反馈。

2.负反馈电路的4种类型

根据基本放大器和反馈网络在输入端连接方式的不同和输出端采样对象的不同，负反馈放大电路可分为电压并联、电压串联、电流并联和电流串联4种组态，如图3.13所示，下面分别简单加以介绍。

1）电压并联负反馈

电压并联负反馈电路能够稳定输出电压。在ii一定时，由于RL减小使输出电压下降，其稳定输出电压是通过下述自动调整过程实现的：

2）电压串联负反馈

电压串联负反馈电路能稳定输出电压，其原理留给读者思考。

3）电流并联负反馈

电流并联负反馈电路能够稳定输出电流。在ii一定时，若由于RL增大使输出电流减小，则其稳定输出电流是通过下述自动调整过程实现的：

4）电流串联负反馈

电流串联负反馈电路能稳定输出电流，其原理也留给读者思考。

总之，凡是电压负反馈都能稳定输出电压，凡是电流负反馈都能稳定输出电流，即负反馈具有稳定被采样输出量的作用。

图3.13　负反馈放大电路的4种组态

（a）电压并联；（b）电压串联；（c）电流并联；（d）电流串联

例3.1　如图3.14所示的电路，试分析它们的交流反馈的极性和组态。

（2）对于图3.14（b）所示电路，设ui（即ub）的瞬时极性为（+），经VT1反相放大后，uc1（即ub2）的瞬时极性为（-），ue2的瞬时极性也为（-），ue2通过Rf削弱ui，故为负反馈。

（3）对于图3.14（c）所示电路，设ui的瞬时极性为（+），即同相输入端电压瞬时极性为（+），由于输出端与同相输入端的极性是相同的，因而此时输出电压的瞬时极性为正。通过反馈支路将输出电压反送到反相输入端，用uf表示，且瞬时极性为正。由于uid=ui-uf，uf的正极性会使净输入量uid减小，因此这个电路的反馈是负反馈。

当uo=0时，输出电流io仍在R2两端建立起电压，故反馈电压uf仍存在，属于电流反馈；输入端满足uid=ui-uf，故为串联反馈。综合起来，该电路是电流串联负反馈电路。(www.xing528.com)

（4）对于图3.14（d）所示电路，设ui的瞬时极性为（+），则反相输入端电压uN的瞬时极性也为（+），经放大器反相后，uo的瞬时极性为（-），该电压通过Rf反馈到反相输入端，使uN被削弱，因此是负反馈。

图3.14　例3.1图

自测习题

自测习题答案

1.判断

（1）若放大电路的放大倍数为负，则引入的反馈一定是负反馈。（　　）

（2）反馈信号取自输出电压的反馈称为电压反馈。（　　）

2.选择

（1）在输入量不变的情况下，如果引入反馈后（　　），则说明引入的反馈是负反馈。

A. 输入电阻增大　B. 输出量增大

C. 净输入量增大　D. 净输入量减小

（2）分压式偏置电路稳定静态工作点的原理是利用了（　　）。

A. 交流电流负反馈　B. 交流电压负反馈

C. 直流电流负反馈　D. 直流电压负反馈

（3）电路如题2（3）图所示，试判断电路中的反馈类型（　　）。

A. 电压串联负反馈　B. 电压并联负反馈　C. 电流串联负反馈

（4）电路如题2（4）图所示运算电路，负反馈类型为（　　）。

A. 电压串联　B. 电压并联　C. 电流串联

题2（3）图

题2（4）图