2.2 负反馈放大电路

2.2.1 反馈知识介绍

反馈意为“反送”，反馈电路的功能就是从电路的输出端取出一部分信号反送到电路的输入端。由于温度和电源的影响，放大电路在工作时往往是不稳定的，并且性能也不大好，给放大电路加上反馈电路可以有效克服这些缺点。

下面通过图2-10所示的方框图来介绍反馈的基础知识。

1. 正反馈和负反馈

图2-10（a）中所示的基本放大电路没有加反馈电路，Xo表示输出信号，Xi表示输入信号。图2-10（b）中所示的基本放大电路增加了反馈电路，它从放大电路的输出端取一部分信号反送到电路的输入端，Xf表示反馈信号，反馈信号Xf与输入信号Xi叠加后送到电路的输入端。如果反馈的信号与输入信号叠加所得到的信号增强，这种反馈称为正反馈；如果反馈的信号与输入信号叠加所得到的信号减弱，这种反馈称为负反馈。

2. 开环放大倍数

在图2-10（a）所示电路中，放大电路没加反馈时的放大倍数称为开环放大倍数A，它可表示为

3. 闭环放大倍数

在图2-10（b）所示电路中，反馈信号Xf与输出信号Xo的比值称为反馈系数F，即

如果反馈电路是负反馈，反馈系数F越大，表示负反馈信号Xf越大，抵消输入信号越多，送到基本放大电路的净输入信号Xi'越小，输出信号Xo越小，电路增益下降。

电路加了反馈电路后的放大倍数称为闭环放大倍数Af，它可表示为

由于反馈放大电路引入了负反馈，它输出的信号Xo较未加负反馈的基本放大电路输出信号Xo要小，所以负反馈放大电路的闭环放大倍数Af较开环放大倍数A小。

2.2.2 反馈类型的判别

反馈电路类型很多，可根据以下不同的标准分类。

根据反馈的极性分：有正反馈和负反馈。

根据反馈信号和输出信号的关系分：有电压反馈和电流反馈。

根据反馈信号和输入信号的关系分：有串联反馈和并联反馈。

根据反馈信号是交流或直流分：有交流反馈和直流反馈。

电路的反馈类型虽然很多，但对于一个具体的反馈电路，它会同时具有以上四种类型。下面就通过图2-11所示两个反馈电路来介绍反馈类型的判别方法。

1. 正反馈和负反馈的判别

（1）三极管各极电压变化关系

为了快速判断出反馈电路的反馈类型，有必要了解三极管各极电压的变化关系。不管NPN型还是PNP型三极管，它们各极电压的变化都有以下规律。

①三极管的基极与发射极是同相关系。当基极电压上升（或下降）时，发射极电压也上升（或下降），即基极电压变化时，发射极的电压变化与基极电压变化相同。

②三极管的基极与集电极是反相关系。当基极电压上升（或下降）时，集电极电压下降（或上升），即基极电压变化时，集电极的电压变化与基极电压变化相反。

③三极管的发射极与集电极是同相关系。当发射极电压上升（或下降）时，集电极电压也上升（或下降），即发射极电压变化时，集电极的电压变化与发射极相同。三极管各极电压变化规律可用图2-12表示，其中⊕表示电压上升，表示电压下降。

图2-12（a）表示的含义为“当三极管基极电压上升时，会引起发射极电压上升、集电极电压下降；当三极管基极电压下降时，会引起发射极电压下降、集电极电压上升”。

图2-12（b）表示的含义为“当三极管发射极电压上升时，会引起基极和集电极电压都上升；当三极管发射极电压下降时，会引起基极和集电极电压都下降”。

（2）正反馈和负反馈的判别

① 判别电路中有无反馈。在图2-11（a）所示电路中，R5、C1将输出信号的一部分反送到输入端，所以电路中有反馈。R5、C1构成反馈电路。

在图2-11（b）所示电路中，R4、R5将后级电路信号的一部分反送到前级电路，这也属于反馈。R4、R5、C1构成反馈电路。

② 判别反馈电路的正、负反馈类型。反馈电路的正、负反馈类型通常采用“瞬时极性法”判别。所谓“瞬时极性法”是指假设电路输入端电压瞬间变化（上升或下降），再分析输出端反馈过来的电压与先前假设的输入端电压的变化是否相同，相同说明反馈为正反馈，相反则为负反馈。正、负反馈类型判别如图2-13所示。

在图2-13（a）所示电路中，因为信号反馈到三极管VT1的b极，所以假设VT1的b极电压上升，根据前面介绍的三极管各极电压变化规律可知，当VT1的b极电压（指对地电压，以下同）上升时，c极电压会下降，三极管VT2的b极电压下降，VT2的c极电压上升，该上升的电压经R5、C1反馈到VT1的b极，由于反馈信号的电压极性与先前假设的电压极性相同，所以该反馈为正反馈。

在图2-13（b）所示电路中，因为信号反馈到VT1的e极，所以假设VT1的e极电压上升，VT1的c极电压也会上升，VT2的b极电压上升，VT2的c极电压下降，该下降的电压经R5、R4反馈到VT1的e极，由于反馈信号的电压极性与先前假设的电压极性相反，所以该反馈为负反馈。

2. 电压反馈和电流反馈的判别

电压反馈和电流反馈的判别方法是：将电路的输出端对地短路，如果反馈信号不再存在（即反馈信号被短路到地），则该反馈为电压反馈；如果反馈信号依然存在（即反馈信号未被短路），该反馈为电流反馈。电压、电流反馈类型判别如图2-14所示。

在图2-14（a）所示电路中，将输出端B点对地短路，输出信号和反馈信号都被短路到地，反馈信号不存在，该反馈为电压反馈。

在图2-14（b）所示电路中，将输出端B点对地短路，输出信号被短路到地，反馈信号没有被短路（输出端为三极管的发射极，但反馈信号取自三极管的集电极，故反馈信号未被短路到地），反馈信号还存在，该反馈为电流反馈。

3. 串联反馈和并联反馈的判别

串联反馈和并联反馈的判别方法是：将电路的输入端对地短路，如果反馈信号不存在（即反馈信号被短路到地），该反馈为并联反馈；如果反馈信号依然存在（即反馈信号未被短路），该反馈为串联反馈。串联、并联反馈类型判别如图2-15所示。

在图2-15（a）所示电路中，将输入端A点与地短路，输入信号和反馈信号都被短路到地，反馈信号不存在，该反馈为并联反馈。

在图2-15（b）所示电路中，将输入端A点对地短路，输入信号被短路到地，反馈信号没有被短路，仍有反馈信号加到前级电路，该反馈为串联反馈。

4. 交流反馈和直流反馈的判别

交流反馈和直流反馈的判别方法是：如果反馈信号是交流信号，为交流反馈；如果反馈信号是直流信号，就为直流反馈；如果反馈信号中既有交流信号又有直流信号，这种反馈称为交流、直流反馈。

交流、直流反馈类型判别如图2-16所示。

在图2-16（a）所示电路中，由于电容C1的隔直作用，直流信号无法加到输入端，只有交流信号才能加到输入端，故该反馈为交流反馈。

在图2-16（b）所示电路中，由于电容C1的旁路作用，反馈的交流信号被旁路到地，只有直流信号送到前级电路，故该反馈为直流反馈。

综上所述，图2-11（a）所示电路的反馈类型是电压、并联、交流正反馈，图2-11（b）所示电路的反馈类型是电流、串联、直流负反馈。

2.2.3 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。下面介绍两种常见的负反馈放大电路。

1. 电压负反馈放大电路

电压负反馈放大电路如图2-17所示。

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，还能将输出信号的一部分反馈到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、交流、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。下面分析图2-17所示电压负反馈放大电路静态工作点的稳定过程。

由于三极管是半导体器件，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，其稳定过程如下所述。

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，静态工作点得到稳定。

2. 负反馈多级放大电路

图2-18所示是一种较常用的负反馈多级放大电路，电路中的R3为反馈电阻，根据前面介绍的方法不难判断出该电路的反馈类型是电压、并联、交流、直流负反馈。

（1）三极管电流途径

三极管VT2的电流途径为：

三极管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。另外，从VT1的电流途径可以看出，VT1的Ib1电流取自VT2的发射极，如果VT2没有导通，无Ie2电流，VT1也就无Ib1电流，VT1就无法导通。

（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，图2-18所示电路也不例外，其静态工作点稳定过程如下所述。

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（Ub1电压取自Ue2电压）→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。

2.2.4 负反馈对放大电路的影响

反馈有正反馈和负反馈之分，正反馈用在放大电路中可以将放大电路转变成振荡电路，而负反馈用在放大电路中可以使放大性能更好、更稳定。有关正反馈的应用将在后面的章节介绍。负反馈对放大电路的影响主要有以下几点。

1. 对输入电阻的影响

对放大电路输入电阻的影响主要是并联负反馈和串联负反馈。理论分析和计算（该过程较复杂，这里省略）表明：并联负反馈可使放大电路的输入电阻减小，串联负反馈可使放大电路的输入电阻增大。

2. 对输出电阻的影响

对放大电路输出电阻的影响主要是电压负反馈和电流负反馈。理论分析和计算表明：电压负反馈可使放大电路的输出电阻减小，有稳定输出电压的功能；电流负反馈可使放大电路的输出电阻增大，有稳定输出电流的功能。

3. 对非线性失真的影响

如果一个放大电路静态工作点设置不合理（如Ib、Ic偏大或偏小）或三极管本身存在缺陷，就会造成放大电路放大后输出的信号产生失真。为了减小失真，可以在放大电路中加入负反馈电路。

4. 对频率特性的影响

对于一个放大电路，如果放大倍数很高，那么它的频率特性就比较差，对频率偏高或偏低的信号就不能正常放大，而引入负反馈后，放大电路的放大倍数就会下降，频率特性就会得到改善，通频带变宽（即能放大频率范围更广的信号）。

2.2.5 朗读助记器的原理与检修（二）

1. 电路原理

朗读助记器第一、二部分电路如图2-19所示，点画线框内的为第二部分，它是一个负反馈多级放大电路。由于朗读助记器的第一部分前面已详细说明，这里仅介绍第二部分电路。朗读助记器的第二部分电路原理如下所述。

（1）信号处理过程

三极管VT1输出的音频信号经C3送到VT2基极，放大后从VT2集电极输出又送到VT3基极，经VT3放大后从VT3发射极输出，再经C6送到耳机插座X2_out，如果将耳机插入X2插孔，就可以听到自己的朗读声。

（2）直流工作情况

6V直流电源通过接插件X4送入电路，+6V电压经R10降压后，除了为朗读助记器第一部分电路供电外，还为第二部分电路供电。第二部分电路中的VT2、VT3获得供电后进入放大状态，VT2、VT3的Ib、Ic、Ie电流途径如下所述。

VT3的电流途径：

VT2的电流途径：

（3）元器件说明

VT2、VT3构成两级反馈放大电路。RP2为反馈电阻，该电路反馈类型是电压、并联、交流、直流负反馈。RP2不但可以为VT2提供Ib2电流，还可以稳定VT2、VT3的静态工作点。C4为交流旁路电容，可以提高VT2放大电路的增益。

2. 电路的检修

下面以“无声”故障为例来说明朗读助记器第二部分电路的检修（第一部分电路已确定正常），检修过程如图2-20所示。