放大電路負(fù)反饋分析與判斷方法

陳和平，曾 鑫，冉 建

（1.川西鉆探公司機(jī)電工程公司，四川遂寧 629000；2.川慶鉆探工程有限公司設(shè)備處，四川成都 610051）

0 引言

放大電路受電源電壓波動(dòng)，溫度、負(fù)載變化和外界干擾信號(hào)的影響，使放大電路無法正常工作，引入負(fù)反饋是一種有效的解決辦法和手段。鉆井現(xiàn)場(chǎng)整流器、逆變器、斬波器的控制電路板，PLC 開關(guān)電源，壓力、溫度、流量傳感器等電氣元件均引入負(fù)反饋放大電路。為了準(zhǔn)確判斷放大電路故障原因，快速維修解決現(xiàn)場(chǎng)電子設(shè)備問題，便于分析電子電路原理圖，維修電工應(yīng)熟練掌握基本放大電路的反饋方式和原理。負(fù)反饋電路在鉆井電控電子設(shè)備應(yīng)用十分廣泛，因此重點(diǎn)探討放大電路負(fù)反饋，為現(xiàn)場(chǎng)維修提供一種新的思路和幫助。

1 有無反饋的判斷

判斷放大電路有無反饋，關(guān)鍵是看電路的輸入和輸出之間是否有無電路聯(lián)系，若有則有反饋，否則為無反饋。

1.1 分立元件放大電路反饋的判斷

圖1 為固定偏置共射極放大電路，放大元件T 的發(fā)射極直接與地短接，輸入與輸出之間沒有交直流反饋通路，也沒有反饋元件，所以沒有反饋。圖2 中，Re電阻將輸入輸出聯(lián)系起來，Re電阻兩端的電壓ue受輸出電壓uo的影響，反饋電壓ue又影響輸入電壓ui，所以該電路存在反饋。兩個(gè)電路相似，不同只在細(xì)微之處，分析判斷容易出錯(cuò)。

圖1 固定偏置共射極放大電路

圖2 帶反饋的共射極放大電路

1.2 集成放大電路反饋的判斷

圖3、圖4 兩個(gè)集成放大電路極易混淆。圖3 為同相輸入放大電路，R2是接地的，與輸入回路其實(shí)沒有聯(lián)系，所以該電路并無反饋。圖4 中R2與R1共同作用，將輸出電壓uo進(jìn)行分壓后引入輸入回路ui，R1是反饋電阻，所以該電路存在反饋。

圖3 同相輸入放大電路

圖4 帶反饋的放大電路

判斷放大電路有無反饋的2 個(gè)環(huán)節(jié)是：①有無反饋通路；②有無反饋元件，居其一則電路存在反饋。對(duì)存在疑問的反饋放大電路，可以斷開其與輸入的聯(lián)系，如果對(duì)凈輸入沒有任何影響，該電路無反饋；如果斷開后，電路的凈輸入增加或減少，則該電路存在反饋。

2 直流和交流反饋判斷

直流和交流反饋判斷指判斷反饋信號(hào)是交流、直流，或是交直流都有。

2.1 直流反饋的判斷

反饋回來的信號(hào)是直流，則為直流反饋（圖5）。電容C3與電阻Re并聯(lián)，將直流信號(hào)阻斷，將交流信號(hào)短路，反饋電阻Re兩端的反饋電壓為直流，為放大器提供一個(gè)穩(wěn)定的靜態(tài)工作點(diǎn)，所以該電路只有直流反饋信號(hào)。

圖5 直流反饋

2.2 交流反饋的判斷

反饋回來的信號(hào)是交流，則為交流反饋（圖6）。反饋支路C2將直流信號(hào)隔斷，僅有交流信號(hào)通過，所以該電路僅存在交流反饋信號(hào)。

圖6 交流反饋

2.3 交直流反饋都有的判斷

圖2、圖4 中，反饋電阻Re和R1均存在交直流信號(hào)，所以交直流反饋同時(shí)存在。

判斷反饋信號(hào)主要看反饋電路是否存在電容，同時(shí)看電容是否接地。對(duì)存在反饋的放大電路來說，若存在電容，電容未接地，電路只有交流反饋；若電容接地，則只有直流反饋；若無電容，電路交直流反饋都有。

3 正反饋和負(fù)反饋的判斷

反饋量?jī)H決定于輸出的物理量。反饋信號(hào)使凈輸入增加，稱為正反饋；反饋信號(hào)使凈輸入減少，稱為負(fù)反饋。正反饋一般在震蕩電路中用于波形的轉(zhuǎn)換，負(fù)反饋一般用于放大電路中減小電路放大倍數(shù)，提高放大電路的穩(wěn)定性。反饋回去的信號(hào)可以是電壓或電流，無論是何種形式的反饋信號(hào)引回到輸入端，總是與給定輸入相加或相減，從而影響凈輸入。

3.1 正反饋的判斷

根據(jù)瞬時(shí)極性法（圖7），放大器為反相輸入，ui輸入為“+”，放大器輸出為“-”，若斷開反饋電路，并將輸入端接地，此時(shí)輸入信號(hào)uid將減小，同時(shí)輸入減小，這種反饋電壓使凈輸入電壓增強(qiáng)，所以是正反饋。又如圖8，節(jié)點(diǎn)b 的電流為輸入電流Ii與反饋電流If之和，使凈輸入Iib增強(qiáng)，所以該電路也是正反饋。

圖7 正反饋電路（集成運(yùn)放）

圖8 正反饋電路（三極管）

3.2 負(fù)反饋的判斷

圖9 中，放大器為同相輸入，同樣利用瞬時(shí)極性法，輸入為“+”，輸出為“+”，反饋uf為“+”，使輸入信號(hào)削弱，所以為負(fù)反饋。圖10中，輸入為“+”，輸出為“-”，同樣使凈輸入減少，所以為負(fù)反饋。

圖9 負(fù)反饋電路（集成運(yùn)放）

圖10 負(fù)反饋電路（三極管）

判斷方法主要在于反饋信號(hào)引回至輸入，是使凈輸入增加還是減少，如果使凈輸入增加則為正反饋，反之，凈輸入減少則為負(fù)反饋。同時(shí)可以采用“斷開反饋電路”的方法判斷，即斷開后放大電路凈輸入量增加，則為負(fù)反饋；如果凈輸入量減少，則為正反饋。

4 電壓反饋和電流反饋的判斷

電壓和電流反饋是指反饋取自輸出端的是電壓還是電流，其本質(zhì)是反饋端口的輸入與放大電路的輸出連接方式。判斷方法：將輸出端負(fù)載短路，如信號(hào)存在則為電流反饋；電路輸入端口沒有反饋或反饋消失，則為電壓反饋。將輸出端負(fù)載斷開，如果信號(hào)存在，則為電壓反饋；如果沒有反饋或反饋消失，則為電流反饋。

4.1 電壓反饋的判斷

反饋輸入與放大電路輸出是并聯(lián)的，反饋信號(hào)取自放大電路輸出的電壓信號(hào)，將輸出端負(fù)載RL兩端短路，反饋輸入信號(hào)消失，反饋輸入與放大器輸出負(fù)載是并聯(lián)連接的，所以電路為電壓反饋（圖11）。

圖11 電壓反饋

4.2 電流反饋的判斷

反饋回路串聯(lián)在放大電路的輸出回路中，若將輸出端負(fù)載RL短路，反饋信號(hào)依然存在，反饋輸入與放大器輸出負(fù)載是串聯(lián)連接的，反饋信號(hào)取自輸出端的電流，所以該電路為電流反饋（圖12）。

圖12 電流反饋

判斷反饋電路的分析方法可以采用輸出端“短路法”與“開路法”。將輸出端短路，無反饋信號(hào)為電壓反饋，有反饋信號(hào)則為電流反饋。將輸出端開路，無反饋信號(hào)為電流反饋，有反饋信號(hào)則為電壓反饋。

5 串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋的判斷

如果反饋與輸入端是并聯(lián)聯(lián)結(jié)，反饋信號(hào)是以電流的形式與輸入相疊加，這種聯(lián)結(jié)方式稱為并聯(lián)反饋。如果反饋與輸入端串聯(lián)，反饋信號(hào)以電壓的形式與輸入相疊加，這種聯(lián)結(jié)方式稱為串聯(lián)反饋。

5.1 串聯(lián)反饋判斷

將RL短路，反饋信號(hào)仍然存在，所以反饋信號(hào)取自輸出端的電流信號(hào)，引回至輸入端與信號(hào)源是以串聯(lián)形式輸入，且極性相同，使凈輸入減小，所以電路是串聯(lián)負(fù)反饋（圖13）。

圖13 串聯(lián)負(fù)反饋

5.2 并聯(lián)反饋判斷

反饋信號(hào)取自輸出端的電壓，反饋引回輸入并同時(shí)加在放大器同一個(gè)輸入端，且極性相反，使凈輸入電流減小，所以該電路為電壓并聯(lián)負(fù)反饋（圖14）。

圖14 并聯(lián)負(fù)反饋

6 局部反饋和級(jí)間反饋的判斷

一個(gè)多級(jí)放大電路，一般存在局部反饋和全局反饋，即本級(jí)反饋穩(wěn)定自身工作點(diǎn)，同時(shí)存在級(jí)間反饋以影響整個(gè)放大電路的增益和穩(wěn)定。圖15為分立元件3 級(jí)放大電路，3級(jí)均有自身反饋網(wǎng)絡(luò)，反饋元件分別是Re1、Re2、Re3，為各級(jí)提供穩(wěn)定的靜態(tài)工作點(diǎn)。Rf為電路的全局級(jí)間反饋電阻，將輸出的電流信號(hào)引回至輸入，在放大電路輸入端以串聯(lián)的形式與輸入信號(hào)相疊加，極性與輸入相同，為負(fù)反饋，所以該電路級(jí)間反饋為電流串聯(lián)負(fù)反饋電路。

圖15 3 級(jí)放大電路

7 放大電路四種組態(tài)的判斷

圖16a）中，反饋從輸出取電壓信號(hào)，通過輸入端與輸入信號(hào)以電流形式相疊加，在輸入端，因?yàn)榉答佇盘?hào)與輸入信號(hào)同時(shí)加在輸入端的同一個(gè)端口，電壓相同，凈輸入電流減小。其本質(zhì)是將輸出的電壓轉(zhuǎn)換為電流，所以該圖為電壓并聯(lián)負(fù)反饋。同理，圖16b）中，反饋取自輸入端的電壓，在輸入端以電壓的形式分別加在輸入的兩個(gè)端口，輸入端凈輸入電壓減小，所以該圖為電壓串聯(lián)負(fù)反饋。圖16c）中反饋信號(hào)取自輸出端的電流，所以為電流并聯(lián)負(fù)反饋。圖16d）中電流串聯(lián)負(fù)反饋。

圖16 4 種放大電路

8 放大電路負(fù)反饋綜合判斷

判斷反饋性質(zhì)和反饋連接方式應(yīng)根據(jù)具體實(shí)際電路進(jìn)行分析，判斷方法與前述方法相同。

8.1 分立元件放大電路反饋判斷

圖17 中，反饋網(wǎng)絡(luò)Rf取自放大器輸出引腳⑧的電壓信號(hào)，引回至差分放大器的反相端③并同輸入端相串聯(lián)，反饋信號(hào)交直流都有，反饋輸出在輸入端是以電壓形式相減，該電路為電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路。

圖17 差分放大電路串聯(lián)負(fù)反饋

圖18 中，反饋電阻Rf接在輸出引腳⑧，取自輸出的電流。反饋引入至差分放大器的同相輸入②，與放大器接在同一個(gè)輸入端，且極性相反，所以該電路為電流并聯(lián)負(fù)反饋放大電路。

圖18 差分放大電路串聯(lián)負(fù)反饋

8.2 集成放大電路的反饋判斷

圖19 由集成放大電路組成的兩級(jí)放大電路，A1和A2均由反相端輸入。局部反饋：A1放大器局部負(fù)反饋為Rf1與A1的反相輸入端相連，反饋信號(hào)為電壓，與A1輸入端串聯(lián)且與輸入極性相同，所以該電路為電壓串聯(lián)負(fù)反饋。級(jí)間反饋：反饋電阻Rf2接在A2的輸出端，然后引至A1的同極性輸入端，為并聯(lián)反饋，反饋信號(hào)仍然為電壓。根據(jù)瞬時(shí)極性法，為負(fù)反饋，所以該電路為電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路。

圖19 集成放大電路并聯(lián)負(fù)反饋

9 結(jié)語

分析判斷放大電路反饋的方法：①先找出電路中的反饋網(wǎng)絡(luò)（反饋電阻）；②看反饋網(wǎng)絡(luò)是否有電容存在，根據(jù)電容隔直通交的特性，判斷反饋電路的交直流信號(hào)；③利用輸出負(fù)載短路法或開路法判別，反饋取自輸出電壓則為電壓反饋，取自輸出電流則為電流反饋；④利用瞬時(shí)極性法判別，反饋量使凈輸入增加則為正反饋，使凈輸入減少則為負(fù)反饋；⑤判斷反饋組態(tài)，反饋量與輸入量以電壓形式相疊加則為串聯(lián)反饋，若反饋量與輸入量以電流形式相疊加則為并聯(lián)反饋。