2.2 负反馈放大电路

2.2.1 反馈的概念

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，并且性能也不太好，给放大电路加上反馈电路可以有效地克服这些缺点。

下面通过图2-12所示来介绍反馈的基础知识。

1.正反馈和负反馈

图2-12a中的基本放大电路没有加反馈电路，X_o表示输出信号，X_i表示输入信号。图2-12b中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，X_f表示反馈信号，反馈信号X_f与输入信号X_i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2-12a中，放大电路没加反馈时的放大倍数称为开环放大倍数A，可表示为

3.闭环放大倍数

在图2-12b中，反馈信号X_f与输出信号X_o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X_f越大，抵消输入信号越多，送到基本放大电路的净输入信号越小，输出信号X_o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A_f，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X_o较未加负反馈的基本放大电路输出信号X_o要小，所以负反馈放大电路的闭环放大倍数A_f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，可根据不同的标准分类：

①根据反馈的极性分：有正反馈和负反馈。

②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。

③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。

④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2-13中所示的两个反馈电路来介绍反馈类型的判别。

1.正反馈和负反馈的判别

（1）晶体管各极电压的变化关系

为了快速判断出反馈电路的反馈类型，有必要了解晶体管各极电压的变化关系。不管是NPN型还是PNP型晶体管，它们各极电压变化都有以下规律：

1）晶体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）晶体管的基极与集电极是反相关系。当基极电压上升（或下降）时，集电极电压也下降（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）晶体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。

晶体管各极电压的变化规律可用图2-14来表示，其中表示电压上升，表示电压下降。

图2-14a表示的含义为“当晶体管基极电压上升时，会引起发射极电压上升、集电极电压下降；当晶体管基极电压下降时，会引起发射极电压下降、集电极电压上升”。

图2-14b表示的含义为“当晶体管发射极电压上升时，会引起基极和集电极电压都上升；当晶体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2-13a电路中，R₅、C₁将输出信号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2-13b电路中，R₄、R₅将后级电路的信号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，如相同说明反馈为正反馈，相反则为负反馈。

正、负反馈类型的判别如图2-15所示。

在图2-15a电路中，因为信号反馈到晶体管VT₁的b极，所以假设VT₁的b极电压上升，根据前面介绍的晶体管各极电压变化规律可知，当晶体管VT₁的b极电压上升时，c极电压会下降，晶体管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2-15b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），则该反馈为电流反馈，如图2-16所示。

3.串联反馈和并联反馈

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，如图2-17所示。

4.交流反馈和直流反馈

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、直流反馈。

交流、直流反馈类型的判别如图2-18所示。

在图2-18a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2-18b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2-13a中的电路的反馈类型是电压、并联、交流正反馈，图2-13b中的电路的反馈类型是电流、串联、直流负反馈。

2.2.3 负反馈放大电路解析

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如图2-19所示。电压负反馈放大电路的电阻R₁除了可以为晶体管VT提供基极电流I_b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。

2.负反馈多级放大电路

图2-20所示为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流、串联、交直流负反馈。

晶体管VT₂的电流途径为

晶体管VT₁的电流途径为

由于晶体管VT₁、VT₂都有正常的电流I_c、I_b、I_e，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的电流I_b1取出VT₂的发射极，如果VT₂没有导通，无电流I_e2，VT₁也就无电流I_b1，VT₁就无法导通。

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章节进行介绍。负反馈对放大电路的影响主要如下：

（1）对输入电阻的影响

对放大电路的输入电阻的影响主要是并联负反馈和串联负反馈。通过理论分析和计算（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

对放大电路的输出电阻的影响主要是电压负反馈和电流负反馈。通过理论分析和计算可知：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I_b、I_c偏大或偏小）或晶体管本身存在缺陷，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会比较差，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 电路小制作：朗读助记器（二）

1.电路原理

朗读助记器的第一、二部分电路原理图如图2-21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。

（1）信号处理过程

晶体管VT₁输出的音频信号经C₃送到VT₂基极，放大后从集电极输出又送到VT₃基极，经VT₃放大后从发射极输出，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获得供电会导通进入放大状态，VT₂、VT₃的电流I_b、I_c、I_e途径如下：

VT₃的电流途径：

VT₂的电流途径：

（3）元件说明

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流、串联、交直流负反馈。RP₂不但可以为VT₂提供电流，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.安装与调试

图2-22所示为安装好第一、二部分电路的朗读助记器。在调试时，给它接通6V电源，并将耳机插入X₂_out插孔，如图2-23所示。然后朝话筒讲话，听耳机里能否听到自己的声音，同时调节电位器RP₁，听声音有无变化，由于有多级放大电路，所以声音较只有一级放大电路时要大。

3.电路检修

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），检修流程如图2-24所示。