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4种典型负反馈放大器——原理详解与图解

对应教材《电子工程师必备——九大系统电路识图宝典》第1章 1.2 节(图1-41、图1-49、图1-67、图1-72)。 原文把4种电路拆散在好几页里讲,每种电路又反复重画好几次示意图,容易看到后面忘了前面。这份笔记把每种电路的电路图、节点对照表、判断依据、信号极性走向一次性放在一起,方便对照着看。


0. 先建立一张总地图:4种电路到底是怎么分出来的

判断一个负反馈电路属于哪一种,其实是回答两个互相独立的问题:

  1. 反馈信号是从输出端"量电压"还是"量电流"? → 决定是"电压"还是"电流"反馈
  2. 反馈信号加回输入端时,和原输入信号是"挤在同一个节点"还是"分处两个不同的电极"? → 决定是"并联"还是"串联"反馈

这两个问题的答案任意组合,就是4种电路:

反馈信号回到输入端时并联加入
(和 Ui 挤在同一个节点)
反馈信号回到输入端时串联加入
(和 Ui 分处两个不同电极)
反馈信号取自输出端电压(电压反馈) 电路一:电压并联负反馈 电路三:电压串联负反馈
反馈信号取自输出端电流(电流反馈) 电路四:电流并联负反馈 电路二:电流串联负反馈

判断口诀(教材原有的,很好用,放在这里备查):

要判断的问题 方法 结论
电压反馈 or 电流反馈? 把放大器输出端对地交流短路,看反馈信号是否消失 消失 → 电压反馈;不消失 → 电流反馈
电压反馈 or 电流反馈?(等价判据) 看反馈电阻是否直接接在输出端节点上 直接接在输出端 → 电压反馈;不直接接 → 电流反馈
串联 or 并联? 看输入信号 Ui 和反馈信号 Uf 是加在三极管同一个电极还是不同电极 同一个电极 → 并联;不同电极 → 串联

一个很容易搞混的地方:取样 vs 传递

"电压/电流"和"并联/串联"问的是两件完全不同的事:

  • 电压/电流反馈,问的是"输出端取样的是什么"——取样电压就是电压反馈,取样电流就是电流反馈,判别法是对输出端做短路/开路实验。
  • 并联/串联反馈,问的是"反馈信号在输入端怎么传递"——这里有一条很干净的物理规律:
  • 并联传递的东西,本质上永远是电流(两路信号在同一个节点,按基尔霍夫电流定律相加减:\(I_{净} = I_{Ui} - I_{反馈}\)
  • 串联传递的东西,本质上永远是电压(两路信号加在三极管不同电极上,在回路方程里相减:如 \(U_{BE} = U_B - U_E\)

所以像"电压并联反馈"这个名字,说的其实是输出端取样的是电压,但送回输入端时是以电流的形式——反馈电阻本身只能传导电流(电阻两端的电压差决定了流过它的电流大小),"电压"指的是决定这个电流大小的源头,不是说真的有一个电压信号沿着电阻"跑"了过去。四种电路都遵守这条规律,别被名字里的字面意思误导成"反馈电阻里流的是电压还是电流"。

下面对每种电路,先给电路图,再给节点表,再用这两条判据逐一验证,最后画出"瞬时极性分析"信号链,直观看到"为什么它是负反馈"。


1. 电压并联负反馈放大器(对应图1-41)

1.1 电路图

电压并联负反馈放大器

1.2 节点对照表

图中位置 名称 作用
最顶端 +V 直流电源正极,给整个电路供电
+V 正下方 R2 集电极负载电阻(把 \(I_C\) 的变化转换成 C点的电压变化,见下方说明)
三极管上方 C点(集电极) 整个放大器的输出端
流经R2、进出C点的电流 IC 集电极电流
C点到Uo之间 C3 输出耦合电容
最右侧输出端 Uo 输出电压信号
跨接在B、C之间,与C2并联 R1 反馈电阻:把C点的电压变化直接送回B点;全频段(直流、交流)都导通
与R1并联的支路 C2 高频消振电容:容量很小(如100pF),只在高频信号时才导通,专门用来压低高频增益、防止放大器高频自激
左边输入端 Ui 输入电压信号
Ui 后面的电容 C1 输入耦合电容(隔直流,只让交流信号通过)
三极管左侧 B点(基极) 净输入信号真正加入的地方
流入B点的箭头 IB 基极电流
圆圈本体,B/C/E三根引脚 VT1(NPN) 放大管本身,图中标注的"NPN"是三极管的类型
三极管下方 E点(发射极) 直接接地(本电路没有发射极电阻)
最下方接地符号 GND 电路的公共参考地,E点在这里直接接地

为什么集电极(C点)是输出端,不是基极或发射极?

这是共发射极组态本身的放大机制决定的,跟负反馈无关:

  1. 基极电流 \(I_B\) 只是"控制信号",Ui 经 C1 加到基极,只引起 \(I_B\) 一个很小的变化,这不是放大的结果,只是"指令"。
  2. 集电极电流 \(I_C\)\(I_B\) 控制,且被放大了\(I_C \approx \beta \cdot I_B\)(β 是电流放大倍数,通常几十到几百)。\(I_B\) 一个微小变化,引起 \(I_C\) 大得多的变化——放大真正发生在这里
  3. R2 把"电流的变化"转换成"电压的变化"\(U_C = V_{CC} - I_C \times R2\)\(I_C\) 变大,R2 上压降变大,\(U_C\) 就相应变小——\(I_C\) 的变化经过 R2,变成了 C 点电压的摆动,这个摆动幅度远大于基极的原始信号,这就是电压增益的来源。R2 存在的唯一目的就是做这个"电流→电压"的转换;没有 R2,\(I_C\) 的变化会直接被 +V 电源"吸收"掉,C 点电压恒定在 +V 附近,没有信号可取。

基极是输入端,那里只有未放大的原始小信号;发射极在共射组态里是公共端(本电路直接接地),不是信号摆动最大的点。对比另外两种组态更清楚:共集电极(射极输出器)从发射极取输出,只有电流放大没有电压放大;共基极从集电极取输出但输入在发射极,只有电压放大没有电流放大。共发射极(这4种反馈电路全都用这个组态)能同时提供电流和电压放大,所以输出自然就在集电极。后面3种电路的 C点/C1点/C2点 是输出端,道理都一样,不再重复说明。

1.3 为什么是"电压"反馈

R1 的一端直接焊在 C 点(输出端)上。如果把 C 点对地交流短路(比如在 C 点并一个大电容到地),R1 上就再也没有信号可以往回送了——反馈直接消失。这正是"电压反馈"的判据:取的是输出端那个点的电压本身

1.4 为什么是"并联"反馈

顺着 R1 往下走,它最终落到的点,正好是 Ui 经 C1 进来的那同一个 B 点。也就是说,输入信号和反馈信号是在 B 点这一个节点上"汇合"的——两股电流在同一节点相加(\(I_{B(净)} = I_{Ui来的} - I_{反馈来的}\))。两个信号源共用一个节点,这就是"并联"的定义。

1.5 瞬时极性分析(信号是怎么被"压回去"的)

flowchart LR
    A["B点电压 ↑ ( + )<br/>设某瞬间基极信号增大"] --> B["IB ↑<br/>基极电流增大"]
    B --> C["IC ↑<br/>集电极电流增大"]
    C --> D["C点电压 ↓ ( – )<br/>共射放大器:C点与B点电压反相"]
    D -->|"R1两端电压差变化<br/>→流过R1的电流ΔI_R1变化"| A
    D -.->|结论| E["送回B点的是「负」的变化<br/>抵消了A的原始升高<br/>结果就是负反馈"]

图中 D --> A 这条边写成"R1两端电压差变化→电流变化",而不是简单一句"送回",是故意的:真正流回 B 点、和 IB 相加减的是电流 \(\Delta I_{R1}\),不是电压\(\Delta I_{R1}\) 的大小由 C 点电压的变化决定(\(\Delta I_{R1} = \Delta U_C / R1\)),这就是为什么它仍然叫"电压"反馈——取样的源头是电压,但传递到 B 点、真正参与 KCL 相加减的是电流。上面"0. 先建立一张总地图"里的取样/传递规律,这里就是最直接的例子。

1.6 这种反馈的效果

  • 电压反馈 → 能稳定输出电压,降低放大器的输出电阻
  • 并联反馈 → 降低放大器的输入电阻(因为R1和输入信号的内阻在B点是并联关系,相当于给输入信号"分流")
  • R1 上还并了 C2(很小的高频电容),只在高频信号时才导通,专门用来压低高频增益、防止放大器高频自激(消振)

2. 电流串联负反馈放大器(对应图1-49)

2.1 电路图

电流串联负反馈放大器

2.2 节点对照表

图中位置 名称 作用
最顶端 +V 直流电源正极
+V左侧分支 R1 基极偏置电阻,给VT1提供基极偏置电流
+V右侧分支 R2 集电极负载电阻
三极管上方 C点(集电极) 放大器输出端(本电路的反馈信号不取自这里
流经R2、进出C点的电流 IC 集电极电流
C点到Uo之间 C4 输出耦合电容
最右侧输出端 Uo 输出电压信号
左边输入端 Ui 输入电压信号
Ui 后面的电容 C1 输入耦合电容
三极管左侧 B点(基极) 净输入 \(U_{BE}\) 的正端
流入B点的箭头 IB 基极电流
圆圈本体,B/C/E三根引脚 VT1(NPN) 放大管本身
三极管下方 E点(发射极) 净输入 \(U_{BE}\) 的负端(反馈信号真正的取样点)
流经R3的电流 IE 发射极电流
E点下方 R3 反馈电阻:发射极电流 \(I_E\) 流过它产生的压降就是反馈信号
最下方接地符号 GND 电路的公共参考地

2.3 为什么是"电流"反馈(不是电压)

把 C 点(输出端)开路断掉,\(I_E\)(流过R3的电流)会不会消失?不会——因为集电极支路和发射极支路是两条不同的回路,输出端断不断路,发射结的电流照样存在。反馈信号压根不关心C点电压是多少,它只关心流过R3的电流(约等于 \(I_C\))。这就是电流反馈。

对比电路一:电路一的 R1 直接焊在 C 点上,C 点一断(对地短路),反馈立刻消失;这里的 R3 根本不焊在 C 点,C 点的死活跟它没关系——这是区分两者最直观的方式。

2.4 为什么是"串联"反馈(不是并联)

Ui 加在 B点,反馈信号(R3上的压降)却出现在 E点——是三极管的两个不同电极,不是同一个节点。三极管真正起作用的是

\[U_{BE} = U_B - U_E\]

这是两个电压"相减",而不是两路电流在同一节点"相加"。凡是反馈信号和输入信号分别加在不同电极上,都是串联反馈。

2.5 瞬时极性分析

flowchart LR
    A["B点电压 ↑ ( + )"] --> B["IB ↑"]
    B --> C["IE ↑<br/>发射极电流增大"]
    C --> D["E点电压 ↑ ( + )<br/>IE·R3 压降增大,E点被抬高"]
    D -->|"U_BE = U_B − U_E ↓"| A
    D -.->|结论| E["E点被抬高,把 U_BE 拉低<br/>抵消了IB原本的升高<br/>→ 负反馈"]

2.6 这种反馈的效果

  • 电流反馈 → 稳定输出电流,提高放大器的输出电阻
  • 串联反馈 → 提高放大器的输入电阻
  • R3 上如果并联旁路电容,交流电流会抄近路走电容,不再流过R3 → 只剩直流负反馈(用来稳定静态工作点),交流增益不受影响。这是实际电路里最常用的手法。

3. 电压串联负反馈放大器(对应图1-67,两级阻容耦合)

这是一个两级放大器(VT1 → VT2),反馈电阻跨接在"第二级的输出"和"第一级的发射极"之间,形成"大环路"负反馈。

3.1 电路图

电压串联负反馈放大器

图中最显眼的是那条绕了一整圈的 R4:从 VT2 集电极(C2点,整个放大器的输出端)出发,绕到最外圈,一路送回 VT1 的发射极(E1点)。这条又长又绕的路径,画出来正好就是"大环路负反馈"这个名字的字面意思——反馈信号跨过了两级放大器才回到输入级。

3.2 节点对照表

图中位置 名称 作用
最顶端 +V 直流电源正极,同时给两级放大器供电
第一级:+V下方左支 R1 VT1基极偏置电阻
第一级:+V下方右支 R2 VT1集电极负载电阻
VT1 上方 C1点(VT1集电极) 第一级输出端
C1点到B2点之间 C3 级间耦合电容(隔直流,只让交流信号传到第二级)
左边输入端 Ui 输入电压信号
Ui 后面的电容 C1 输入耦合电容
VT1 基极 B1点 输入信号 Ui 加入的地方
第一个圆圈 VT1 第一级放大管
VT1 发射极 E1点 反馈信号 R4 真正落地的地方
E1点下方 R3 VT1本级的发射极电阻(局部偏置/稳定用,不是跨级反馈电阻,别和R4搞混)
第二级:+V下方左支 R5 VT2基极偏置电阻
第二级:+V下方右支 R6 VT2集电极负载电阻
VT2 上方 C2点(VT2集电极) 整个放大器的最终输出端
C2点到Uo之间 C4 输出耦合电容
最右侧输出端 Uo 输出电压信号
VT2 基极 B2点 接收第一级经C3送来的信号
第二个圆圈 VT2 第二级放大管
VT2 发射极 E2点 VT2本级的发射极
E2点下方 R7 VT2本级的发射极电阻
与R7并联的支路 C5 R7的旁路电容:让VT2本级只剩直流负反馈,交流负反馈被旁路掉
跨接 C2点 到 E1点 的长导线 R4 反馈电阻:把最终输出端(C2点)的电压变化,跨两级直接送回第一级的发射极(E1点)
R4 旁边的小字 (跨级环路反馈) 提示这是跨两级的大环路反馈,不是某一级自己的局部反馈

3.3 为什么是"电压"反馈

R4 的一端直接焊在 C2点——也就是整个放大器最终的输出端上。把 C2 点对地交流短路,R4 上就没有信号可送,反馈消失。取的是输出端的电压 → 电压反馈。

3.4 为什么是"串联"反馈

反馈信号送到 E1点,而输入信号 Ui 加在 B1点——分别是 VT1 的两个不同电极,构成 \(U_{BE1} = U_{B1} - U_{E1}\) 的相减关系。两个信号分处不同电极 → 串联反馈。

3.5 瞬时极性分析(跨两级的信号链)

flowchart LR
    A["B1点电压 ↑ ( + )"] --> B["VT1: C1点电压 ↓ ( – )<br/>共射放大器:反相"]
    B --> C["VT2: B2点电压 ↓ ( – )<br/>经耦合电容,同相传递"]
    C --> D["VT2: C2点电压 ↑ ( + )<br/>共射放大器:反相"]
    D -->|经R4送回| E["E1点电压 ↑ ( + )"]
    E -->|"U_BE1 = U_B1 − U_E1 ↓"| A
    E -.->|结论| F["E1点被抬高,拉低U_BE1<br/>抵消了B1点原本的升高<br/>→ 负反馈"]

这条链子跨了两个三极管,一路"+ → - → - → + → +",每一步的正负都由"共射放大器输出与输入反相"或"直接/耦合传递不变号"这两条规则决定,最后落回B1点时正好是能抵消原变化的方向。

3.6 这种反馈的效果

  • 电压反馈 → 稳定输出电压,降低输出电阻
  • 串联反馈 → 提高输入电阻
  • 因为是跨两级的大环路反馈,开环增益大,负反馈效果比单级反馈好得多——这也是多级放大器常采用大环路反馈的原因。

4. 电流并联负反馈放大器(对应图1-72,两级直接耦合)

也是两级放大器,但两级之间是直接耦合(没有耦合电容,VT1集电极直接接到VT2基极),反馈电阻从"第二级发射极"跨接回"第一级基极"。

4.1 电路图

电流并联负反馈放大器

和电路三对比着看最清楚:电路三的大圈子最终绕回了 E1点(发射极);这里的大圈子(R2)最终绕回的是 B1点(基极)——和 Ui 输入信号挤在同一个点上。这一个终点的不同,就是"串联"和"并联"的全部区别。另外注意 VT1 和 VT2 之间没有耦合电容,C1点的直流电压直接决定了 VT2 的偏置(图上已标出"直接耦合"字样)。

4.2 节点对照表

图中位置 名称 作用
最顶端 +V 直流电源正极
+V正下方 R1 双重作用:VT1的集电极负载电阻,同时它的直流电压又直接作为VT2的基极偏置(图中已标注"集电极负载+VT2偏置")
VT1 基极 B1点 输入信号 Ui 加入的地方;同时也是反馈信号R2落地的地方
VT1 集电极 C1点 直接接到 VT2 基极(无耦合电容)
C1点到B2点之间的小字 直接耦合(无电容) 提示这里没有隔直电容,C1点的直流电压直接传给VT2基极
左边输入端 Ui 输入电压信号
Ui 后面的电容 C1 输入耦合电容
第一个圆圈 VT1 第一级放大管
VT1 发射极 E1点 直接接地(本电路中VT1没有发射极电阻)
VT2 基极 B2点 直流电位由 C1点 决定,交流信号也直接传递
+V右侧分支 R3 VT2集电极负载电阻
VT2 集电极 C2点 整个放大器的最终输出端
C2点到Uo之间 C4 输出耦合电容
最右侧输出端 Uo 输出电压信号
第二个圆圈 VT2 第二级放大管
VT2 发射极 E2点 反馈信号真正的取样点
E2点下方 R4 VT2的发射极电阻
与R4并联的支路 C3 R4的旁路电容
跨接 E2点 到 B1点 的长导线 R2 双重作用:反馈电阻(把 E2点 的电流变化送回 B1点),同时也是VT1的偏置电流来源(图中已标注"反馈+VT1偏置")

4.3 为什么是"电流"反馈

把最终输出端(C2点)开路断掉,E2点的电流会不会消失?不会——发射极支路和集电极支路是两条不同回路。R2 上的反馈信号只跟"流过 E2 的电流"有关,跟 C2 点电压是否存在无关 → 电流反馈。

4.4 为什么是"并联"反馈

R2 反馈信号最终落到的点,正好是 Ui 进来的同一个 B1点——两路信号在 B1点这一个节点上汇合相加,这是"并联"的定义。

对比电路三:电路三的反馈落点是 E1点(和Ui所在的B1点不是同一个电极)→ 串联;这里的反馈落点直接就是 B1点(和Ui是同一个电极)→ 并联。这是区分电路三和电路四最关键的一步。

4.5 瞬时极性分析

flowchart LR
    A["B1点电压 ↑ ( + )"] --> B["VT1: C1点电压 ↓ ( – )<br/>共射放大器:反相"]
    B --> C["VT2: B2点电压 ↓ ( – )<br/>直接耦合,同相传递"]
    C --> D["VT2: IE2 ↓<br/>发射极电流减小"]
    D -->|经R2送回B1点| E["流入B1点的反馈电流方向<br/>使净IB1减小"]
    E -.->|结论| F["净IB1的增大被抵消<br/>→ 负反馈"]

4.6 这种反馈的效果

  • 电流反馈 → 稳定输出电流,提高输出电阻
  • 并联反馈 → 降低输入电阻
  • 因为是直接耦合,R2 同时身兼两职(既是反馈电阻,又是VT1的偏置电阻),这是这种电路结构省元件的巧妙之处,但也导致直流分析和交流反馈分析必须分开看,是4种电路里最容易看晕的一种。

5. 四种电路总对照表

电压并联 电流串联 电压串联 电流并联
对应图 图1-41 图1-49 图1-67 图1-72
级数 单级 单级 两级(阻容耦合) 两级(直接耦合)
反馈电阻 R1 R3 R4 R2
反馈信号取自 输出端电压(C点) 输出电流(经E点/R3) 输出端电压(第二级C点) 输出电流(第二级E点)
反馈信号送回 输入端同一节点(B点,并联) 输入端不同电极(E点,串联) 输入端不同电极(第一级E点,串联) 输入端同一节点(第一级B点,并联)
输出端短路测试 反馈消失 → 电压反馈 反馈仍在 → 电流反馈 反馈消失 → 电压反馈 反馈仍在 → 电流反馈
对输入电阻影响 降低 提高 提高 降低
对输出电阻影响 降低(稳定输出电压) 提高(稳定输出电流) 降低(稳定输出电压) 提高(稳定输出电流)

记忆技巧:只要抓住"两个独立判断"——① 输出端短路测试(电压/电流)② 反馈落点是否和 Ui 同一电极(并联/串联)——4种电路就是这两个二选一的排列组合,不需要死记4张图。


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