三极管负反馈电路分析

-难点电路详解之负反应放大器电路一2008-04-14 17:56:17 来源：古木电子社区摘自电子工程师识图速成手册1正反应和负反应概念2全面了解负反应电路的种类3负反应电路的分析方法4电压并联负反应放大器5电流串联负反应放大器6电压串联负反应放大器7电流并联负反应放大器8变形负反应电路的特点和分析方法9LC并联谐振电路参与的负反应电路10LC串联谐振电路参与的负反应电路11RC负反应式电路12可控制负反应量的负反应电路13负反应放大器分析小结4.1 负反应放大器 在放大器中采用负反应电路，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。在引入负反应电路之后，放大器的增益要比没有负反应时的增益小，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。4.1.1 正反应和负反应概念 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，但是反应过程则不同，它是从放大器输出端取出一局部输出信号作为反应信号，再加到放大器的输入端，与原放大器输入信号进展混合，这一过程称为反应。1反应方框图 如图4-1所示是反应方框图。从图中可以看出，输入信号Ui从输入端加到放大器中进展放大，放大后的输出信号Uo其中的一局部加到下一级放大器中，另有一局部信号经过反应电路作为反应信号UF，与输入信号Ui合并，作为净输入信号VI加到放大器中。图4-1 反应方框图2反应种类 反应电路有两种：正反应电路和负反应电路。这两种反应的结果指对输出信号的影响完全相反。3正反应概念 正反应可以举一个例子来说明，吃*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4-2所示正反应方框图，当反应信号UF与输入信号U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U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比不参加反应电路时的大，这种反应称为正反应。图4-2 正反应方框图 在参加正反应之后的放大器，输出信号愈反应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，这是正反应的特点。正反应电路在放大器电路中通常不用，它只是用于振荡器中。4负反应概念 负反应也可以举一例说明，一盆开水，当手指不小心接触到热水时，手指很快缩回，而不是继续向里面伸，手指的回缩过程就是负反应过程。 如图4-3所示是负反应方框图，当反应信号UF相位和输入信号Ui的相位相反时，它们混合的结果是相减，结果净输入放大器的信号UI比输入信号Ui要小，使放大器的输出信号Uo减小，引起放大器电路这种反应过程的电路称为负反应电路。图4-3 负反应方框图5反应量 负反应的结果使净输入放大器的信号变小，放大器的输出信号减小，这等效成放大器的增益在参加负反应电路之后减小了。当负反应电路造成的净输入信号愈小，即负反应量愈大，负反应放大器的增益愈小，反之负反应量愈小，负反应放大器的增益愈大。 正反应也有同样的正反应量问题。4.1.2 全面了解负反应电路种类1负反应种类电压负反应电压负反应是指，从放大器输出端取出输出信号的电压来作为负反应信号，而不是取出输出信号的电流来作为负反应信号，这样的负反应称为电压负反应。如图中通过电阻R2取出输出电压作为电压反应信号。电压负反应能够稳定放大器的输出信号电压 。由于电压负反应元件是并联在放大器输出端与地之间的，所以能够降低放大器的输出电阻。电流负反应电流负反应是指，从放大器输出端取出输出信号的电流来作为负反应信号，而不是取出输出信号的电压来作为负反应信号，这样的负反应称为电流负反应。如图中所示，R3取出输出信号电流作为电流反应信号。电流负反应能够稳定放大器的输出信号电流。由于电流负反应元件是串联在放大器输出回路中的，所以提高了放大器的输出电阻。串联负反应电压和电流负反应都是针对放大器输出端而言的，指负反应信号从放大器输出端的取出方式。串联和并联负反应则是针对放大器输入端而言的，指负反应信号加到放大器输入端的方式。串联负反应是指，负反应电路取出的负反应信号，同放大器的输入信号以串联形式加到放大器的输入回路中，这样的负反应称为串联负反应。如下图，放大器输入阻抗与负反应电阻串联，这样输入信号与负反应信号以串联形式参加到放大器中。串联负反应可以降低放大器的电压放大倍数，稳定放大器的电压增益。由于串联负反应元件是串联在放大器输入回路中的，所以这种负反应可以提高放大器的输入阻抗。并联负反应并联负反应是指，负反应电路取出的负反应信号，同放大器的输入信号以并联形式加到放大器的输入回路中，这样的负反应称为并联负反应。如下图，放大器输入阻抗与负反应电阻并联，这样输入信号和负反应信号以并联形式输入到放大器中。并联负反应降低放大器的电流放大倍数，稳定放大器的电流增益。由于并联负反应元件是与放大器输入电阻相并联的，所以这种负反应降低了放大器的输入阻抗。负反应信号前面从电路构造上介绍负反应电路，下面从参加负反应的信号上介绍负反应，根据参加负反应的信号不同，分有以下几种：直流负反应它是指参加负反应的信号只有直流电流，没有交流电流。直流负反应的作用是稳定放大器的直流工作状态，放大器的直流工作稳定了，它的交流工作状态也就稳定了，所以直流负反应的根本目的是稳定放大器的交流工作状态。交流负反应它是指参加负反应的信号只有交流电流，没有直流电流。交流负反应的作用可以改善放大器的交流工作状态，从而可以改善放大器输出信号的质量。交流和直流双重负反应在这种负反应电路中，参加负反应的信号是直流和交流，同时具有直流和交流两种负反应的作用。高频信号负反应它是指只有电路中的高频信号参加负反应，低频和中频信号没有参加负反应。同理，还有低频负反应和*一频率信号进展负反应的电路等。本级和大环路负反应负反应电路接在本级放大器输入和输出端之间时称为本级负反应电路，当负反应电路接在多级放大器之间时在前级放大器输入端和后级放大器输出端之间，称为大环路负反应电路。2四种负反应电路 负反应电路接在放大器的输出端和输入端之间，根据负反应放大器输入端和输出端的不同组合形式，负反应放大器共有以下四种电路：1电压并联负反应放大器电路。2电压串联负反应放大器电路。3电流并联负反应放大器电路。4电流串联负反应放大器电路。4.1.3 负反应电路分析方法 负反应电路是初学者比拟难学的电路之一，如果掌握了根本的电路分析方法和四种典型的负反应电路工作原理，那学习将比拟轻松。1瞬时信号极性分析法 对于负反应电路工作原理的分析有特定的方法，即采用信号电压瞬时极性分析法。如图4-4所示是一种负反应电路，以该电路为例介绍这种电路分析方法中。图4-4 瞬时信号极性分析法示意图第一步设基极电压增大电路中用号标在三极管基极上，表示基极电压增大第二步分析基极电流情况分析基极信号电压在增大时，引起三极管基极电流是增大还是减小，NPN型三极管是基极电压增大基极电流，PNP型三极管是基极电压增大基极电流减小第三步分析信号传输线路有关点电压相位号表示是减小，一直分析到放大器输出端，标出输出信号的相位。这一电路中，集电极电压为减小，因为共发射极放大器集电极电压相位与基极电压相位相反-号表示是增大，+号标出，-或+沿放大器*号传输线路，一步一步分析各点信号电压的相位是增大还是减小，并在各点上用第四步分析反应信号加到放大器输入端分析放大器输出端的反应信号加到输入级放大管基极，分析对电流产生什么影响，如果减小了净输入信号，是负反应过程，否则就不是负反应电路。这一电路中，通过电阻R1将集电极电压加到基极，使基极电压减小，基极电流减小，所以是负反应2电路分析说明 在采用瞬时信号极性分析法分析负反应电路时，要注意以下几点。一个关键点找出放大器电路中的负反应元件是分析电路的一个关键之处，有一个方法可以解决这一问题，即但凡跨接放大器输入端和输出端之间的元件均是构成反应电路的元件，在多级放大器电路用这种方法找出负反元件更加方便。一个判断标准整个负反应电路分析应该是成环路的，即从输入级放大器的输入端分析到参加负反应放大器的输出级，再回到输入级放大器的输入端，如果分析过程中没有成环路，说明电路分析错了。注意NPN型和PNP型三极管的不同电路分析中要用到三极管基极或发射极电压大小变化对基极电流的大小影响，对于NPN型三极管而言，当基极信号电压在增大时，引起基极电流增大，当基极信号电压减小时，引起基极电流减小变化，当发射极信号电压增大时，引起基极电流减小变化，当发射极信号电压减小时，引起基极电流的增大变化。对于型三极管，上述电压变化而引起的电流变化全部相反。电流变化方向不能错在电路分析过程中，信号电压的变化引起电流增大还是减小变化的结果不能搞错，否则分析结果出错。如假设在分析过程中，有两次将这一问题搞错，最后的结果是正确的，但分析过程是错误的。一个方便的方法在电路分析过程中，可以假设三极管基极信号电压极性为正，也可以设它为负，最终的负反应结果是一样的，但是设为负对电路分析不太方便，所以通常是设为正。一种符号负反应电路的分析也可以用符号或来分别表示信号在增大或减小。3负反应信号种类分析说明 在进展负反应电路分析时，要分析出参加负反应的信号种类，如是直流信号还是交流信号，对交流信号而言是低频还是高频信号，还是*一特定频率的信号。 分析参加负反应的信号种类时，主要是看负反应电路特性和整个负反应回路的特性，有这些回路特性决定了负反应的种类，主要有以下几种情况。没有隔直元件假设整个负反应回路中没有隔直元器件如没有电容器，则直流信号可以参与负反应，所以这时的负反应信号是直流信号。反应电路中存在交流旁边情况并不是直流信号能够进展负反应，就一定存在交流负反应，当负反应元件上存在交流旁路元件时，就不会存在交流负反应，如发射极负反应电阻可以提供直流负反应，但当它上并联发射极旁路电容时，就只存在直流负反应，而没有交流负反应了。反应电路中的存在选频当负反应回路存在具有选频特性的电路时，负反应信号就有频率特性要求了，假设只让低频信号参与负反应，就是低频负反应；假设只让高频信号参与负反应就是高频负反应；假设只让*一频率的信号参与负反应，就是这一特定频率信号的负反应。4.2 四种典型负反应放大器 典型负反应放大器的共有四种，其他负反应放大器的电路会有一些变化，但都从本质上离不开这四种典型电路，所以必须掌握这四种负反应放大器工作原理。4.2.1 电压并联负反应放大器 如图4-5所示是一级共发射极放大器，它也构成了电压并联负反应放大器。电路中，VT1是放大管，R1是集电极基极负反应偏置电阻，R2是集电极负载电阻，Ui是输入信号，UO是输出信号。由于这是一级共发射极放大器，所以VT1管集电极输出信号电压的相位与基极上输入信号电压相位相反。图4-5 电压并联负反应放大器1负反应元件确定方法 根据接在放大器输出端与输入端之间的元器件可能是负反应元器件这一判断方法，从电路中可以看出，接在输入端VT1管基极和输出端VT1管集电极之间的元件有R1和C2两个，所以这两个元件有可能构成负反应电路。其他元器件都不是接在放大器的输入端和输出端之间，没有构成负反应电路的可能，这样分析负反应电路时重点是R1和C2。2负反应电阻R1分析 前面在基极偏置电路中已经介绍，R1是VT1管的集电极基极负反应式偏置电阻。这里根据负反应电路的分析方法来说明接入这一电阻R1后的电路负反应过程。设*瞬间在VT1管基极上的信号电压增大，用号表示，由于VT1管是NPN型三极管，所以当基极信号电压在增大时其基极电流在增大。另外，由于VT1管接成共发射极放大器，它的反相作用使VT1管集电极输出信号电压在减小，用号表示，如下图。这一负极性输出信号电压通过电阻R1加到VT1管的基极，造成VT1管基极上的信号电压在减小，使净输入VT1管基极的信号电流减小，所以这是负反应过程，R1是负反应电阻。 关于这一负反应电路还要说明以下几点。R1电路特征电阻R1一端接在放大器的输出端集电极，另一端接在输入端基极，所以R1构成反应电路，由分析可知是负反应，所以R1是负反应电阻。电路分析的另一种表示方法这一负反应电路的工作过程还可以这样说明：设VT1管基极信号电压VT1管基极电流VT1是NPN型三极管VT1管集电极电流集电极电流受基极电流控制VT1管集电极信号电压集电极信号电压与电流之间成反相关系VT1管基极信号电压通过电阻R1VT1管基极电流，所以这是负反应过程。假设VT1基极电压下降分析方法这一负反应电路的工作过程还可以设VT1管基极信号电压减小来说明：设*间VT1管的基极信号电压VT1管基极电流VT1管基极电流减说明信号的负半周幅度在增大VT1管集电极电流VT1管集电极信号电压VT1管基极信号电压通过电阻R1VT1管基极电流说明负半周周的幅度在减小，使净输入VT1管基极的负半周信号在减小，所以这是负反应过程。直流和交流双重负反应由于电阻接在VT1管的基极与集电极之间，在R1回路中没有隔直流的元件，这样从VT1管集电极反应到VT1管基极的电流，可以是直流电流，也可以是交流信号电流，这样上述负反应过程的分析同时适合于直流和交流，所以R1对直流和交流信号都存在负反应作用，是一个直流和交流双重负反应电路。负反应量R1阻值大小对负反应量的影响是这样：当R1阻值大时，从VT1管集电极加到VT1管基极的负反应信号就小，假设大到极限情况时R1开路，此时没有负反应信号加到VT1管的基极，便不存在负反应。所以在这种负反应电路中，负反应电阻R1阻值愈大，负反应量愈小，放大器的增益愈大。在故障检修中，如果感觉放大器的放大量稍差点，此时可以通过减小负反应提高放大器放大能力的简单方法来解决。频率影响由于电阻R1对不同频率的交流信号存在一样的阻值，所以对交流信号的频率没有选择特性，这样R1对所有频率的交流信号存在一样的负反应作用。3高频负反应电容C2分析 从电路中可以看出，在负反应电阻R1上还并联了一只容量很小的电容C2 ，对C2的负反应过程分析同电阻R1的分析过程是一样的，但电容器和电阻器的特性不同，所以这一电容的负反应原理有所不同，主要说明以下几点。不存在直流负反应电容器具有隔直作用，这样VT1管集电极上的直流电压不能通过C2负反应到VT1管基极，所以C2不存在直流负反应的作用。不存在音频负反应VT1管构成的是音频放大器，而C2的容量只有100，这么小的电容对音频信号的容抗是很大的而相当于开路，音频信号也不能通过C2加到VT1管基极，所以C2对音频信号也不存在负反应的作用。只存在高频负反应作用C2对于比音频更高的信号其容抗很小，所以集电极上的这种高频信号可以通过C2加到基极，这样C2只对频率很高的信号具有负反应作用。在放大器中，会产生一些高频自激现象，一旦出现这种高频自激，放大器就不能正常工作了，为此要设C2这样的高频负反应电容。由于C2对这种高频信号具有强烈的负反应作用，使放大器对这种高频信号的放大倍数很小，这样到达消除放大器高频自激的目的。音频放大器电路中，像C2这种作用的电容称为消振电容。4电压负反应判别方法 电路中R1和C2构成的是电压负反应电路，因为这两个元将放大器输出的信号电压反应到放大器的输入端，所以称为电压负反应电路。对这种电压负反应电路的判断方法是这样：如假设将放大器的输出端对地交流短接后，放大器中不存在负反应了，则这是电压负反应电路。4-6所示电路，假设将输出端对地交流短接后，VT1管集电极交流接地，此时交流输出信号UO等于零，R1没有交流信号加到VT1管的基极上，电路不存在负反应信号，所以这是电压负反应电路。5并联负反应判别方法 见图4-5所示是并联负反应电路，由R1送过来的负反应信号是与输入信号Ui在基极并联后加到三极管基极的，所以这是并联负反应电路。当负反应信号是从三极管基极加到放大器输入端时，为并联负反应电路，如图4-7所示。由于输入信号Ui和R1加来的负反应信号都是从VT1基极参加三极管的，这两个信号是并联的关系，所以称为并联负反应电路。图4-7 并联负反应电路判断方法示意图 根据电压负反应和并联负反应的判别方法可知，如图4-5所示电路中的R1和C2构成电压并联负反应电路。4.2.2 电流串联负反应放大器 如图4-8所示是一级共发射极放大器，R3构成电流串联负反应电路。图4-8 电流串联负反应电路 R3是VT1发射极负反应电阻，R3接在发射极回路中，而发射极是这一放大器输入、输出回路共用端，所以R3是接在放大器的输入端和输出端之间的，它有可能构成负反应电路。1负反应电路分析 VT1发射极电流流过电阻R3后，在R3上产生电压降，这一信号电压降就是反应信号电压。负反应过程分析假设*瞬间VT1基极信号电压增大，这导致VT1基极电流增大，使VT1发射极信号电流增大，发射极电流流过电阻R3，使R3上的信号压降增大，即VT1发射极信号电压增大，这导致VT1正向偏置电压基极与发射极之间电路减小，使VT1基极电流减小，所以这是负反应过程，R3构成的是负反应电路 电阻R3上负反应信号电压与输入信号相串联，所以这是串联负反应电路。【负反应量提示】： 这种负反应电路中，如果VT1发射极电流大小不变，负反应电阻R3愈大，在R3上的负反应信号电压愈大，使VT1基极电流减小量愈大，即负反应量愈大，放大器的增益愈小，反之则相反。电路中，由于直流和交流电流都流过了负反应电阻R3，所以R3对直流和交流都存在负反应作用。2接有旁路电容的发射极负反应电阻电路 三极管发射极电阻构成的是电流串联负反应电路，这一电路根据是否接有发射极旁路电容和该电容容量大小不同，有多种变形电路。如图4-9所示是接有旁路电容的发射极负反应电阻电路，这也是一级音频放大器。在发射极负反应电阻R1上并联了一只容量比拟大的旁路电容C1，其容抗远比发射极电阻R1的阻值小，VT1发射极输出的交流信号电流全部通过C1到地，而不能流过R1。图4-9 接有旁路电容的发射极负反应电阻电路 R1是发射极负反应电阻，没有接入C1时VT1发射极流出的直流电流和交流信号电流都流过R1到地，R1对直流和交流都存在负反应作用。参加C1后R1只存在直流负反应作用，因为交流信号电流没有流过R1，所以R1对交流信号不存在负反应作用。 F，对于音频放大器而言，该电容容量很大了，它对所有频率音频信号呈现很小的容抗，所以它能让所有频率的音频信号通过。m从图中可以看出，C1的容量为47 判断发射极电阻存在什么样信号负反应的方法是： 什么样的电流流过发射极电阻，就存在什么样信号电压，便存在什么样的负反应，所以只要分析是什么样的电流流过了发射极电阻即可。3局部发射极电阻加旁路电容电路如图4-10所示是局部发射极电阻加接旁路电容的电路。发射极电路中，有时为了获得适宜的直流和交流负反应，将发射极电阻分成两只串联的形式。R1和R2串联起来后作为VT1总的发射极电阻，分成R1和R2串联电路形式是为了方便参加不同量的直流和交流负反应量。图4-10 局部发射极电阻加接旁路电容电路直流电流回路直流电流流过R1和R2，所以这两个电阻都有直流负反应作用交流电流回路VT1发射极交流电流通过R1和C1到地，没有流过R2，所以只有R1存在交流负反应作用 采用这种发射极电阻设计的目的是获得更大的直流负反应同时减小交流负反应，因为交流负反应量太大后，会使放大器的增益下降得太多。【分析提示】： 对于这种多个发射极电阻串联电路，分析哪只电阻是直流还是交流负反应关键是看流过该电阻的电流是什么，如果只是直流电流流过该电阻，就是只有直流负反应。如果除直流电流外还有交流电流流过该电阻，则该电阻存在交流和直流的双重负反应。4接有高频旁路电容的发射极负反应电阻电路 F。mF，所以VT1构成音频放大器，VT1发射极电阻上接有一只容量较小的旁路电容C21m如图4-11所示是接有高频旁路电容的发射极负反应电阻电路。由于输入端耦合电容C1容量为10图4-11 接有高频旁路电容的发射极负反应电阻电路直流和音频信号中的低频、中频信号都存在负反应作用F，对音频信号中的低频和中频信号容抗远大于电阻R2的阻值，这样C2相当于呈开路状态，此时音频信号中的低频和中频信号因为C2容抗很大而流过电阻R2，所以R2对直流和音频信号中的低频、中频信号都存在负反应作用。m对于音频放大器而言，由于C2容量比拟小1高频旁路电容。对于音频信号中的高频信号而言，C2容抗比拟小，因为高频信号的频率高，所以容抗小。C2构成了VT1发射极输出的高频信号电流通路，起到高频旁路的作用，所以R2没有高频负反应作用。这样，放大器对高频信号的负反应量较小，对高频信号的放大倍数大于对低频和中频信号放大倍数，这样的电路称为高频补偿电路。像C2这样只让音频信号中的高频信号流过的电容称为高频旁路电容。 F，但是容抗已经很小，远小于发射极负反应电阻R2，所有的高频信号通过C2流到地线。参加了C2之后，R2没有高频信号负反应作用，只存在直流负反应。m如果VT1管构成的是高频放大器电路中的输入端耦合电容容量减小几百皮法，高频放大器的工作频率远高于音频信号频率，由于信号的频率本身高，C2容量虽然只有1【分析提示】： F的电容C2，在不同工作频率的放大器中所起的具体作用不同。对音频信号而言，C2只对音频信号中的高频信号进展旁路；对于高频放大器而言，则对所有的高频信号旁路。m通过这一电路的分析可知，在进展电路分析时有时不仅要了解是什么类型放大器，了解电路中元器件的特性，有时还需要了解元器件标称值的大小，否则电路分析不准确，例如电路中同是15接有不同容量旁路电容的发射极电阻电路如图4-12所示电路中接有两种不同容量旁路电容的发射极电阻电路。电路中，VT1构成音频放大器电路，它有两只串联起来的发射极电阻R2和R3，另有两只容量不等的发射极旁路电容C2和C3。由于C2容量较小，对音频信号中的高频信号容抗很小，而对中频和低频信号的容抗大。图4-12 接有两种不同容量旁路电容的发射极电阻电路负反应电阻R2流有直流、音频信号中的低频和中频信号电流，所以存在直流、低频和中频负反应，C2只让音频信号中的高频信号流过负反应电阻R3流有直流电流，所以只存在直流负反应，C3让音频信号中的低、中、高频信号通过6判断电流负反应电路方法 电流负反应电路判断方法是这样：如图4-13所示，如果将放大器的输出端对地交流短接后，放大器中负反应仍然存在，则是电流负反应电路，否则就不是电流负反应电路。图4-13 电流负反应电路判断方法示意图7串联负反应电路判断方法当负反应信号与输入信号在不同端点分别是三极管基极和发射极参加放大器时，这是串联负反应电路，如图4-14所示。图4-14 串联负反应电路判断方法示意图. z.