反饋放大電路信號單向傳遞的條件

摘 要： 在反饋電路中，信號的逆向傳遞可能導致設計失敗，要得到可靠的輸出信號，需要進行精確的阻抗匹配計算和分析。在此采用等效變換的方法，對各類反饋電路進行等效變換，根據反饋控制模型和電路網絡理論詳細分析了電壓并聯反饋、電流串聯反饋、電壓串聯反饋和電流并聯反饋四種反饋放大電路信號單向傳遞的條件。

關鍵詞： 反饋放大電路； 信號； 單向傳遞； 等效變換

中圖分類號： TN710?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）03?0135?03

Conditions of signal one?way transmission for feedback amplification circuits

FENG Lu， CHEN Xin， LI Weihui， SHI Qingfan

（Experimental Center of Physics， School of Physics， Beijing Institute of Technology， Beijing 100081， China）

Abstract： The signal reverse transfer in feedback amplification circuits may lead to the design failure. It is necessary to perform the precise impedance matching calculation and analysis to obtain the reliable output signal. The equivalent transformation method is applied to conducting equivalent transformation for various feedback circuits. The conditions of signal one?way transmission for four feedback amplification circuits including voltage shunt feedback， current series feedback， voltage series feedback and current shunt feedback are detailedly analyzed based on the feedback control model and circuit network theory.

Keywords： feedback amplification circuit； signal； one?way transmission； equivalent transformation

通過引入負反饋可以很好地改善放大電路的許多性能，如穩定靜態工作點、提高放大倍數的穩定性、改善失真、展寬通頻帶、改變輸入/輸出電阻的大小等[1]。放大電路通常分為放大部分和負反饋部分，為避免這兩部分信號的混淆以保證實現信號的單向傳輸，參數選擇是電路設計的關鍵技術之一。

1 反饋放大電路信號的傳遞

負反饋放大電路是由一個基本放大電路和一個反饋網絡構成的，如圖1所示。

從圖1中可以看出：基本放大電路是由輸入到輸出傳遞信號，而反饋網絡將基本放大電路的輸出信號送回到輸入端實現反饋[2]。為了實現信號的單向傳遞，要求反饋放大電路信號傳輸的過程滿足以下三個條件：

（1） 基本放大電路只將外界輸入信號從輸入端傳到輸出端，不通過反饋網絡；

（2） 反饋網絡只把反饋信號傳送回輸入端，不通過基本放大電路；

（3） 信號源的內阻[RS]和負載電阻[R′L]與反饋系數[F?]無關。

信號只有嚴格按照上述過程進行傳輸，才能保證放大電路正向傳遞信號，反饋網絡反向傳遞信號。下面分析保證放大電路正向傳遞信號，反饋網絡反向傳遞信號的條件。

2 負反饋放大電路信號單向傳遞的條件

2.1 電壓并聯反饋[3]

根據電路網絡理論[4]，并聯反饋放大電路相當于兩個雙口網絡并聯組合，如圖2所示。其中一個是由基本放大電路組成的有源網絡A；另一個是由反饋網絡組成的無源網絡F。

基本放大電路A的分析如下：

為了保證信號只通過基本放大電路，而不通過反饋網絡，要求電路導納[YfA?][YfF，]由于三極管使基本放大電路有放大作用，而反饋網絡不但沒有放大作用，反而使信號衰減，這樣滿足了第一個條件；為了保證反饋信號從輸出端傳送到輸入端時只通過反饋網絡，基本放大電路無信號，則[YrF?][YrA，]即放大管內部反饋作用可以忽略，因此也滿足了第二個條件。

在電路參數滿足上述條件時，可以忽略[YfF]和[YrA，]其中[YiF]和[YoF]分別并接到基本放大電路的輸入端和輸出端，此時反饋網絡只相當于放大電路的負載。這樣基本放大電路就只傳遞正向信號，反饋網絡只傳遞反向信號，且反饋系數[F?]為[YrF]的反饋網絡，因此[F?=YrF=IiF?V0?Vi?=0]，由于計算時滿足短路參數的要求，所以信號源內阻[RS]和負載電阻[R′L]都與反饋系數[F?]無關，這樣就滿足了第三個條件。電壓并聯反饋簡化方框圖如圖3（a）所示。

2.2 電流串聯反饋[3，5]

根據電路網絡理論[4]，串聯反饋放大電路相當于兩個雙口網絡串聯組合，如圖4所示。

為了保證信號只在基本放大電路中的傳輸，而反饋網絡無信號，則電路參數[ZfA?][ZfF]；為了保證反饋信號只通過反饋網絡網絡從輸出端傳送到輸入端，而基本放大電路無信號，則[ZrF?][ZrA]。這樣滿足了第一個和第二個條件。

在電路參數滿足上述條件時，可以忽略[ZrA]和[ZfF，]其中[ZiF]和[ZoF]分別串接到基本放大電路的輸入端和輸出端，這時反饋網絡對放大電路只起負載作用。反饋系數[F?]為[ZrF]的反饋網絡，因此[F?=ZrF=][ViF?Io?Ii?=0]，這樣就滿足了第三個條件。電流串聯反饋簡化方框圖如圖3（b）所示。

2.3 電壓串聯反饋[6]

電壓串聯反饋放大電路如圖5所示。

基本放大電路A的分析：

為了滿足第一個條件，即基本放大電路有信號，而反饋網絡無信號，則電路參數[YfA?][YfF]；為了滿足第二個條件，即只通過反饋網絡只將反饋信號從輸出端傳送到輸入端，而基本放大電路無信號，則[ZrF?][ZrA]。

在電路參數滿足上述條件時，可以忽略[YfF]和[ZrA，]其中[ZiF]串接到基本放大電路的輸入端，[YoF]并接到輸出端作為基本放大電路的一部分，這時反饋網絡對放大電路只起負載作用。電壓串聯反饋簡化方框圖如圖3（c）所示。

2.4 電流并聯反饋[5?6]

根據網絡理論[4]，并聯反饋放大電路相當于兩個雙口網絡并聯組合，如圖6所示。其中一個是由基本放大電路組成的有源網絡[A，]另一個是由反饋網絡組成的無源網絡[F。]

為了滿足第一個條件，即只有基本放大電路有信號，而反饋網絡無信號，則電路參數[ZfA?][ZfF；]為了滿足第二個條件，即反饋信號只通過反饋網絡網絡從輸出端傳送到輸入端，而基本放大電路無信號，則[YrF?][YrA]。

在電路參數滿足上述條件時，可以忽略[ZfF]和[YrA，]其中[YiF]并接到基本放大電路的輸入端，[ZoF]串接到輸出端作為基本放大電路的一部分，這時反饋網絡對放大電路只起負載作用。當反饋網絡有兩個電阻[R1]和[R2]時，電流并聯反饋簡化方框圖如圖3（d）所示。

3 結 論

設計反饋電路時，必須考慮阻抗匹配的問題。本文采用等效變換的方法，對各類反饋電路進行等效變換，根據反饋控制模型和電路理論定理詳細分析了四種反饋放大電路信號單向傳遞的條件。對于并聯電路采用導納[Y]參數便于分析，對于串聯電路采用開路阻抗[Z]參數便于分析。電壓并聯反饋中基本放大電路[YfA?][YfF，]反饋網絡[YrF?][YrA；]電流串聯反饋中基本放大電路[ZfA?][ZfF，]反饋網絡[ZrF?][ZrA；]電壓串聯反饋中基本放大電路[YfA?][YfF，]反饋網絡[ZrF?][ZrA；]電流并聯反饋中基本放大電路[ZfA?][ZfF，]反饋網絡[YrF?][YrA]。

參考文獻

[1] 康華光.模擬電子技術基礎：模擬部分[M].4版.北京：高等教育出版社，2002.

[2] 童詩白.利用虛接概念分析反饋放大電路的拆環問題[J].電氣電子教學學報，2000，22（2）：27?31.

[3] 童詩白.模擬電子技術基礎[M].北京：高等教育出版社，1980.

[4] 李瀚蓀.簡明電路分析基礎[M].北京：高等教育出版社，2002.

[5] 姚玉潔，馮軍，尹洪，等.模擬集成電路設計電流模法[M].北京：高等教育出版社，1996.

[6] 謝嘉奎.反饋放大器理論綜述[J].電氣電子教學學報，1999，21（4）：9?17.