盧厚元 盧俊 王襄

摘?要：在工程實際中，負反饋放大電路的電壓增益大多依據(jù)套用電路模型和公式的方法進行估算。集成運放以及由分立元件組成的多級負反饋放大電路，估算誤差較小;而由分立元件組成的單級放大電路估算誤差較大。本文探討了不同電路形態(tài)下，電壓增益的估算及誤差分析方法。

關(guān)鍵詞：放大電路;深度負反饋;電壓增益

中圖分類號：TN710?文獻標(biāo)識碼：A?文章編號：2095-8153（2019）01-0073-05

在工程實際應(yīng)用中，放大電路增益的準(zhǔn)確計算往往需要電路核心元件的相關(guān)參數(shù)，而這些參數(shù)通常不方便獲取，同時還受環(huán)境因素的影響，增益的準(zhǔn)確計算比較困難。事實上從實際應(yīng)用的角度，放大電路的增益也沒必要進行精確計算。深度負反饋條件下，電路增益幾乎僅僅決定于反饋網(wǎng)絡(luò)，受環(huán)境溫度的影響很小，故增益具有很高的穩(wěn)定性，因此，根據(jù)反饋網(wǎng)絡(luò)對增益進行估算既方便又可靠。

電子電路在測試時，不管是那種組態(tài)的負反饋放大電路，總是通過測量電位來獲得電壓和電流的，人們通常關(guān)注的是它們的電壓增益。本文介紹應(yīng)用“套用模型，套解方程”的方法對深度負反饋放大電路的電壓增益進行估算，定性說明反饋深度與估算誤差之間的關(guān)系。

2?多級深度負反饋放大電路電壓增益的估算

多級負反饋放大電路的增益分析，若采取“拆環(huán)”分析，將負反饋電路分解為基本放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)，再考慮反饋網(wǎng)絡(luò)的負載效應(yīng)，這樣的分析是很復(fù)雜的。由于多級放大電路的開環(huán)增益很高，很容易形成深度負反饋，因此通常也用估算的方法。

估算分三步進行：（1）確定極間反饋組態(tài)。反饋是把輸出的一部分或全部引回到輸入端，從而影響輸入和輸出的過程，分析時應(yīng)關(guān)注最后的輸出與最前端輸入之間的反饋網(wǎng)絡(luò)，即關(guān)注首、末級間反饋，首末級間反饋組態(tài)即為整體電路的反饋組態(tài)。（2）將電路轉(zhuǎn)換成反饋組態(tài)模型，并提煉參數(shù)。即根據(jù)首末級間反饋組態(tài)，將多級負反饋電路轉(zhuǎn)換為由單級運放所構(gòu)成的負反饋組態(tài)模型，并進行參數(shù)的提煉。（3）寫出估算電壓增益的表達式，計算電壓增益。

下面通過兩例來說明多級深度負反饋放大電路電壓增益的估算方法。設(shè)反饋網(wǎng)絡(luò)為線性無源反饋網(wǎng)絡(luò)。

例2：如圖6所示的三級放大電路，基本放大電路由三級共射放大電路組成，R4所在支路為反饋橋梁，反饋橋梁在輸出端采樣電流信號轉(zhuǎn)換為反饋電壓加到輸入端，再結(jié)合極性判斷，確定該電路是電流串聯(lián)負反饋。由于多級放大電路的開環(huán)放大倍數(shù)很大，極易形成深度負反饋，套用深度電流串聯(lián)負反饋的模型，并進行參數(shù)提煉，得到電路轉(zhuǎn)換后的模型圖7，套用公式得電壓放大倍數(shù)

分析表1的數(shù)據(jù)，負反饋深度數(shù)值越大，即反饋越深，閉環(huán)電壓增益就越小，估算誤差也越小。研究表明，這一結(jié)論也適合于其他形式的負反饋放大電路。從電路性能分析看，負反饋越深，電路的穩(wěn)定性就越好，因此，我們通常希望增加反饋深度來提高放大電路的性能，但這卻又是以犧牲增益為代價的。同時，為提高放大電路的性能而增加反饋深度的做法還受較多因素的制約，例如開環(huán)增益的增大受元器件性能的制約，反饋系數(shù)的增大又會阻礙開環(huán)增益的增大，甚至?xí)闺娐返姆糯笤シ糯竽芰?，還有實際電路對其放大能力也有其具體的要求。對于負反饋放大電路的增益和性能改善的矛盾，實際放大電路的設(shè)計通常是要兼顧考慮的。

研究表明，實用的單級分立元件構(gòu)成的放大電路大多達不到深度負反饋的條件，其反饋深度通常小于10，估算誤差大于10%。

4?利用multisim進行仿真分析

在本文的電路中選兩例利用multisim進行仿真分析，對增益仿真計算的結(jié)果與估算結(jié)果進行對比，對圖1和圖8（a）電路進行仿真分析的電路圖分別如圖9和圖10所示。

對更多的負反饋放大電路電壓增益的估算及實際計算結(jié)果對比，可以得到結(jié)論：負反饋放大電路電壓增益的估算誤差隨反饋深度的增大而減小。對于由集成運放組成的負反饋放大電路和由分立元件組成的多級負反饋放大電路，它們的開環(huán)增益A非常高，且A比反饋系數(shù)F通常大幾個數(shù)量級，因而反饋深度遠遠大于10，其估算誤差遠遠小于10%，甚至趨于0;對于分立元件構(gòu)成的單級負反饋放大電路，大多達不到深度負反饋的條件，其估算誤差會大于10%，這樣的誤差是否在意，就要根據(jù)工程實際而確定。

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