反馈放大电路信号单向传递的条件

摘 要： 在反馈电路中，信号的逆向传递可能导致设计失败，要得到可靠的输出信号，需要进行精确的阻抗匹配计算和分析。在此采用等效变换的方法，对各类反馈电路进行等效变换，根据反馈控制模型和电路网络理论详细分析了电压并联反馈、电流串联反馈、电压串联反馈和电流并联反馈四种反馈放大电路信号单向传递的条件。

关键词： 反馈放大电路； 信号； 单向传递； 等效变换

中图分类号： TN710⁃34 文献标识码： A 文章编号： 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

通过引入负反馈可以很好地改善放大电路的许多性能，如稳定静态工作点、提高放大倍数的稳定性、改善失真、展宽通频带、改变输入/输出电阻的大小等[1]。放大电路通常分为放大部分和负反馈部分，为避免这两部分信号的混淆以保证实现信号的单向传输，参数选择是电路设计的关键技术之一。

1 反馈放大电路信号的传递

负反馈放大电路是由一个基本放大电路和一个反馈网络构成的，如图1所示。

从图1中可以看出：基本放大电路是由输入到输出传递信号，而反馈网络将基本放大电路的输出信号送回到输入端实现反馈[2]。为了实现信号的单向传递，要求反馈放大电路信号传输的过程满足以下三个条件：

（1） 基本放大电路只将外界输入信号从输入端传到输出端，不通过反馈网络；

（2） 反馈网络只把反馈信号传送回输入端，不通过基本放大电路；

（3） 信号源的内阻[RS]和负载电阻[R′L]与反馈系数[F∙]无关。

信号只有严格按照上述过程进行传输，才能保证放大电路正向传递信号，反馈网络反向传递信号。下面分析保证放大电路正向传递信号，反馈网络反向传递信号的条件。

2 负反馈放大电路信号单向传递的条件

2.1 电压并联反馈[3]

根据电路网络理论[4]，并联反馈放大电路相当于两个双口网络并联组合，如图2所示。其中一个是由基本放大电路组成的有源网络A；另一个是由反馈网络组成的无源网络F。

基本放大电路A的分析如下：

为了保证信号只通过基本放大电路，而不通过反馈网络，要求电路导纳[YfA≫][YfF，]由于三极管使基本放大电路有放大作用，而反馈网络不但没有放大作用，反而使信号衰减，这样满足了第一个条件；为了保证反馈信号从输出端传送到输入端时只通过反馈网络，基本放大电路无信号，则[YrF≫][YrA，]即放大管内部反馈作用可以忽略，因此也满足了第二个条件。

在电路参数满足上述条件时，可以忽略[YfF]和[YrA，]其中[YiF]和[YoF]分别并接到基本放大电路的输入端和输出端，此时反馈网络只相当于放大电路的负载。这样基本放大电路就只传递正向信号，反馈网络只传递反向信号，且反馈系数[F∙]为[YrF]的反馈网络，因此[F∙=YrF=IiF∙V0∙Vi∙=0]，由于计算时满足短路参数的要求，所以信号源内阻[RS]和负载电阻[R′L]都与反馈系数[F∙]无关，这样就满足了第三个条件。电压并联反馈简化方框图如图3（a）所示。

2.2 电流串联反馈[3，5]

根据电路网络理论[4]，串联反馈放大电路相当于两个双口网络串联组合，如图4所示。

为了保证信号只在基本放大电路中的传输，而反馈网络无信号，则电路参数[ZfA≫][ZfF]；为了保证反馈信号只通过反馈网络网络从输出端传送到输入端，而基本放大电路无信号，则[ZrF≫][ZrA]。这样满足了第一个和第二个条件。

在电路参数满足上述条件时，可以忽略[ZrA]和[ZfF，]其中[ZiF]和[ZoF]分别串接到基本放大电路的输入端和输出端，这时反馈网络对放大电路只起负载作用。反馈系数[F∙]为[ZrF]的反馈网络，因此[F∙=ZrF=][ViF∙Io∙Ii∙=0]，这样就满足了第三个条件。电流串联反馈简化方框图如图3（b）所示。

2.3 电压串联反馈[6]

电压串联反馈放大电路如图5所示。

基本放大电路A的分析：

为了满足第一个条件，即基本放大电路有信号，而反馈网络无信号，则电路参数[YfA≫][YfF]；为了满足第二个条件，即只通过反馈网络只将反馈信号从输出端传送到输入端，而基本放大电路无信号，则[ZrF≫][ZrA]。

在电路参数满足上述条件时，可以忽略[YfF]和[ZrA，]其中[ZiF]串接到基本放大电路的输入端，[YoF]并接到输出端作为基本放大电路的一部分，这时反馈网络对放大电路只起负载作用。电压串联反馈简化方框图如图3（c）所示。

2.4 电流并联反馈[5⁃6]

根据网络理论[4]，并联反馈放大电路相当于两个双口网络并联组合，如图6所示。其中一个是由基本放大电路组成的有源网络[A，]另一个是由反馈网络组成的无源网络[F。]

为了满足第一个条件，即只有基本放大电路有信号，而反馈网络无信号，则电路参数[ZfA≫][ZfF；]为了满足第二个条件，即反馈信号只通过反馈网络网络从输出端传送到输入端，而基本放大电路无信号，则[YrF≫][YrA]。

在电路参数满足上述条件时，可以忽略[ZfF]和[YrA，]其中[YiF]并接到基本放大电路的输入端，[ZoF]串接到输出端作为基本放大电路的一部分，这时反馈网络对放大电路只起负载作用。当反馈网络有两个电阻[R1]和[R2]时，电流并联反馈简化方框图如图3（d）所示。

3 结 论

设计反馈电路时，必须考虑阻抗匹配的问题。本文采用等效变换的方法，对各类反馈电路进行等效变换，根据反馈控制模型和电路理论定理详细分析了四种反馈放大电路信号单向传递的条件。对于并联电路采用导纳[Y]参数便于分析，对于串联电路采用开路阻抗[Z]参数便于分析。电压并联反馈中基本放大电路[YfA≫][YfF，]反馈网络[YrF≫][YrA；]电流串联反馈中基本放大电路[ZfA≫][ZfF，]反馈网络[ZrF≫][ZrA；]电压串联反馈中基本放大电路[YfA≫][YfF，]反馈网络[ZrF≫][ZrA；]电流并联反馈中基本放大电路[ZfA≫][ZfF，]反馈网络[YrF≫][YrA]。

参考文献

[1] 康华光.模拟电子技术基础：模拟部分[M].4版.北京：高等教育出版社，2002.

[2] 童诗白.利用虚接概念分析反馈放大电路的拆环问题[J].电气电子教学学报，2000，22（2）：27⁃31.

[3] 童诗白.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，1980.

[4] 李瀚荪.简明电路分析基础[M].北京：高等教育出版社，2002.

[5] 姚玉洁，冯军，尹洪，等.模拟集成电路设计电流模法[M].北京：高等教育出版社，1996.

[6] 谢嘉奎.反馈放大器理论综述[J].电气电子教学学报，1999，21（4）：9⁃17.