第四章负反馈放大电路
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一. 负反馈放大电路
为了让放大电路稳定地工作,可以给放大电路增加负反馈电路,带有负反馈电路的放大电路称为负反馈放大电路。
1. 电压负反馈放大电路
电压负反馈放大电路的电阻R1除了可以为三极管VT提供基极电流Ib外,还能将输出信号一部分反馈到VT的基极(即输入端)由于基极与集电极是反相关系,故反馈为负反馈,用前面介绍的方法还可以判断出该电路的反馈类型是电压、并联、交直流反馈。
负反馈电路的一个非常重要的特点就是可以稳定放大电路的静态工作点。
由于三极管是半导体元件,它具有热敏性,当环境温度上升时,它的导电性增强,Ib、Ic电流会增大,从而导致三极管工作不稳定,整个放大电路工作也不稳定。给放大电路引入负反馈电阻R1后就可以稳定Ib、Ic电流,其稳定过程如下:
当环境温度上升时,三极管VT的Ib、Ic电流增大—流过R2的电流I增大(I=Ib+Ic,Ib、Ic电流增大,I就增大)—R2两端的电压UR2增大(UR2=I•R2,I增大,R2不变,UR2增大)—VT的C极电压Uc下降(Uc=Vcc-UR2,UR2增大,Vcc不变,Uc会减小)—VT的b极电压Ub下降(Ub由Uc经R1降压获得,Uc下降,Ub也会跟着下降)—Ib减小(Ub下降,VT发射结两端的电压Ube减小,流过的Ib电流就减小)—Ic也减小(Ic=Ib·β,Ib减小,β不变,故Ic减小)—Ib、Ic、减小到正常值。
由此可见,电压负反馈放大电路由于R1的负反馈作用,使放大电路的静态工作点得到稳定。
2. 负反馈多极放大电路
(1) 三极管电流途径
三极管VT2的电流途径为: 三有管VT1的电流途径为:
由于三极管VT1、VT2都有正常的Ic、Ib、Ie电流,所以VT1、VT2均处于放大状态。
(2) 静态工作点的稳定
给放大电路增加负反馈可以稳定静态工作点,其静态工作点稳定过程如下:
当环境温度上升时,三极管VT1的Ib、Ic电流增大—流过R1的电流Ic1增大—UR1增大—Uc1下降(Uc1=Vcc-UR1,UR1增大,Uc1下降)—VT2的基极电压Ub2下降—Ib2减小—Ic2减小—Ie2减小—流过R4的电流减小—UR4减小—Ue2下降(Ue2=UR4)—VT1的基极电压Ub1下降—Ib1减小—Ic1减小。即三极管VT1原来增大的Ib、Ic电流又下降到正常值,从而稳定了放大电路的静态工作点。
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1 难点电路详解之负反馈放大器电路
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。
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2所示正反馈方框图,当反馈信号UF与输入信号Ui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Ui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。 路漫漫其修远兮,吾将上下而求索
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图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,它只是用于振荡器中。
83 第4章 放大电路中的负反馈
许多电子设备对放大电路除了要求具有较高的增益外,对其他方面的性能要求也很高。例如高保真音响放大器要求失真度要很低,精密测量仪器要求增益的稳定性和准确度要很高。因此,在实用放大电路中,总是要引入不同形式的反馈以改善各方面的性能。
在放大电路中,将输出量(电压或电流)的一部分或全部,经过一定的电路(反馈网络)反过来送回到输入回路,并与原来的输入量(电压或电流)共同控制该电路,这种连接形式称为反馈。在电子电路中,反馈现象是普遍存在的。
反馈有正负之分。在放大电路中,通常引入负反馈以改善放大电路的性能,如在分压式偏置电路中利用负反馈稳定放大电路的工作点。此外,负反馈还可以提高增益的稳定性、减少非线性失真、扩展频带以及控制输入和输出阻抗等。当然,所有这些性能的改善是以牺牲放大电路的增益为代价的。至于正反馈,在放大电路中很少采用,常用于振荡电路中。
本章从反馈的基本概念和分类入手,抽象出反馈放大器的方框图,分析负反馈对放大器性能的影响,介绍负反馈放大器的分析计算方法,总结出引入负反馈的一般原则,最后讨论负反馈放大器的自激振荡及其稳定的措施。
4.1 反馈的基本概念及判断方法
4.1.1 反馈的基本概念
1.反馈放大器的原理框图
含有反馈电路的放大器称为反馈放大器。根据反馈放大器各部分电路的主要功能,可将其分为基本放大电路和反馈网络两部分,如图4-1所示。整个反馈放大电路的输入信号称为输入量,其输出信号称为输出量;反馈网络的输入信号就是放大电路的输出量,其输出信号称为反馈量;基本放大器的输入信号称为净输入量,它是输入量和反馈量叠加的结果。
图4-1反馈放大器的原理框图
由图4-1可见,基本放大电路放大输入信号产生输出信号,而输出信号又经反馈网络反向传输到输入端,形成闭合环路,这种情况称为闭环,所以反馈放大器又称为闭环放大器。如果一个放大器不存在反馈,即只存在放大器放大输入信号的传输途径,则不会形成闭合环路,这种情况称为开环。没有反馈的放大器又称为开环放大器,基本放大电路就是一个开环放大器。因此一个放大器是否存在反馈,主要是分析输出信号能否被送回输入端,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。
负反馈放大电路的四种组态
根据不同的输入连接方式和输出取样方式相组合,可以得到负反馈放大电路的四种基本组态,分别是:电压串联负反馈、电压并联负反馈、电流串联负反馈和电流并联负反馈。
1、 电压串联负反馈
电路如下列图所示。
〔1〕 用瞬时极性法判断正负反馈。
。根据瞬时极性法,可知和同极性,因此,该电路是负反馈。
〔2〕 由输出端判断电压或电流反馈。
当时,反馈信号,为电压反馈。
〔3〕 由输入端判断串联或并联反馈。
反馈信号与输入信号接在运放的不同端,为串联反馈。
综上所述,该放大电路的反馈类型为:电压串联负反馈。
2.电压并联负反馈
电路如下列图所示。
〔1〕
用瞬时极性法判断正负反馈。
。根据瞬时极性法,可判断在输入端加入正信号,电流的实际流向和图中标注的相同,因此,该电路是负反馈。
〔2〕 由输出端判断电压或电流反馈。
当时,反馈信号,为电压反馈
〔3〕 由输入端判断串联或并联反馈。
反馈信号与输入信号接在运放的同一端,故为并联反馈。
综上所述,该放大电路的反馈类型为:电压并联负反馈。
3、 电流串联负反馈
电路如下列图所示。
〔1〕用瞬时极性法判断正负反馈:负反馈
〔2〕由输出端判断电压电流反馈:电流反馈
〔3〕由输入端判断串、并联反馈:串联反馈
综上所述,该放大电路的反馈类型为:电流串联负反馈。
4、 电流并联负反馈
电路如下列图所示。
〔1〕用瞬时极性法判断正负反馈:负反馈
〔2〕由输出端判断电压电流反馈:电流反馈
〔3〕由输入端判断串、并联反馈:并联反馈
综上所述,该放大电路的反馈类型为:电流并联负反馈。