放大器中的负反馈

在放大器中，常常利用负反馈（或叫负回授）来提高各项质量指标，例如减小失真，降低噪声，提高放大器的稳定性等。现在我们就来介绍一下什么是负反馈，谈谈负反馈为什么能够起到这些作用。

首先，我们来看一下图1的放大电路。在阴极电路中接一个电阻R\(_{K}\)。流过电子管的直流电流在RK上产生一个电压降，因而使栅板电位低于阴极电位。这就是我们很熟悉的一种取得负栅偏压的方法。但是，为什么要在RK上并联一个电容器C\(_{K}\)呢？

我们试把开关K打开，不把C\(_{K}\)接到电路内，看看电路的工作情况是怎样的。

设在放大器的输入端加一个交流信号电压U\(_{i}\)，如图2中的曲线1。在信号向正半周变化时，屏流逐渐加大，RK上的电压降逐渐加大；信号向负半周变化时，屏流逐渐减小，R\(_{K}\)上的电压降逐渐变小。所以栅偏压不是一个固定数值，而是随输入信号作相应的变化，如图2中的曲线2。由图2可见，实际加在电子管栅极和阴极间的交流电压Ugk（曲线3）是外加信号电压U\(_{i}\)减去RK上的交变电压分量U\(_{K}\)，比原来的Ui的幅度减小了。所以实际得到的屏流变化（曲线4），也比栅偏压为固定值的屏流变化（曲线5）小了。与此相应，电子管的屏压变化（它就是输出电压）也变小了。

在这个例子中，将输出的一部分电压U\(_{K}\)再加到输入端，和输入信号一块起作用，就叫做反馈。在这个电路中，反馈电压UK是削弱输入信号U\(_{i}\)的作用，使得放大器的有效输入电压Ugk小于原来的信号电压U\(_{i}\)，从而使输出电压比没有反馈时减小，因此，这种反馈就叫做负反馈。反之，如果反馈电压是增强输入信号的作用，从而使输出电压增大，那末，这种反馈就叫做正反馈。从另一方面看，上述电路中的反馈电压UK是和屏流，也就是输出电流成比例的，所以叫做电流反馈。

在许多放大电路中，为了不使输出电压由于R\(_{K}\)上产生的负反馈而减小，就在RK上并联一个很大的电容器C\(_{K}\)。CK对交流电流的阻抗很小，相当于把电流的交流成分短路了。所以在R\(_{K}\)上的电压降就基本上保持不变，建立起固定的栅偏压。由此可见，CK的作用是不使电路中产生负反馈，保证输出电压不致减小。

图3示出了另一种具有负反馈的放大电路。在这个电路中，负反馈不是由R\(_{K}\)引出，而是由分压器 CR1R\(_{2}\)引出的。R1R\(_{2}\)的阻值一般甚大于RL，所以仅仅是在电路中加上这两个电阻，并不会对电路有什么显著的影响。但是由于输出电压的一部分由R\(_{2}\)的上部反馈到输入端，就使电路的工作起了很大的交化。C是隔直流电容器，它的容量很大，对交流来说可以认为是短路。因此，为了只研究交流分量，我们可以将图3a简化成图3b所示的电路。

由图中可以看到，当输入电压U\(_{i}\)在正半周叶，上方为正，下方为负，使屏流增加，因而屏流交变分量IP在R\(_{L}\)上产生的输出电压U0下端为正，上端为负，R\(_{2}\)上的反馈电压也是下端为正。反馈电压刚好和输入电压方向相反，抵消了一部分输入电压的作用，所以这时的反馈是负反馈。

R\(_{2}\)上的反馈电压Uf=

放大电路中有了负反馈，和没有负反馈时比较起来，如果输入电号幅度相同，得到的输出信号就要减小。或者说，有负反馈的放大器，它的放大系数降低了。现在我们来看看，负反馈使放大系数降低了多少。

在图3b中可以看到，没有反馈时的放大系数K=U\(_{0}\)Ugk，有反馈时的放大系数K\(_{f}\)=U0;U\(_{i}\)。另外，Ugh=U\(_{i}\)- βU0，由此可见：

这就是说，由于加了负反馈，放大系数K降低到原来数值的（1+Kβ）分之一。很明显，1＋Kβ越大，放大系数降低得越多，也就是反馈所起的作用越大。所以1+Kβ是一个很重要的量，通常称它为反馈深度。Kβ=U\(_{0}\)Ugk·U\(_{f}\);U0=\(\frac{U}{_{f}}\)Ugk代表反馈电压和实际加在电子管栅极阴极间的有效电压之比。

（1）式虽然是对电压负反馈放大电路导出的式子，但是它对其它方式连结的反馈放大电路也是正确的。在正反馈时，U\(_{β}\)是使实际输入电压增大，Kβ=UfU\(_{gk}\)要取负号，这样1—Kβ小于1；Kf就比没有反馈时的放大系数K大了。

前面说了很多，都是说明放大器有了负反馈，就使放大系数降低。这样，为什么在电路内还要用负反馈呢？这是因为，虽然在许多放大器中采用负反馈会使放大系数降低，但在其它方面却可以得到很多好处。现在我们就举几个例子说明负反馈的好处。

负反馈可以使非线性失真减小。我们看一下图4。假定原来输入的信号是一个上下对称的正弦波U\(_{i}\)，由于电子管屏流对栅压Ugh的特性曲线的非线性，使得输出电流成为不对称的了。如图中的曲线1，曲线上半部分对应于输入信号的正半周，这时所得到的输出交流电流幅度较大，曲线下半部分对应于负半周的电流幅度就比较小。如果我们把输出取出一部分送回到放大器的输入端，并使它和原输入信号方向相反，也就是加一个负反馈，这样，U\(_{i}\)和Uf相减所得到的突际输入电压U\(_{gk}\)就是一个不对称的信号，正半周幅度小，负半周幅度大。这样就使得输出的不对称程度减小了（曲线2），也就是说减小了非线性失真。由图可见，虽然曲线2比曲线1幅度小一些（放大系数减小），但是形状却更接近于输入信号了。

放大器对不同频率的信号，放大是不均匀的。在输入信号幅度相同时，频率过高或过低，输出电压都要减小，如图5的曲线1所示。这条曲线叫做放大器的频率特性曲线。由于频率特性不均匀，就产生了频率失真。加上负反馈后，将使各全频率上的输出电压普遍降低。但是在高频和低频段，由于输出电压本未较小，因而反馈电压也较小，和中频区域比起来，这时使输出电压减小的程度就小一些，如图中曲线2所示。曲线2表示，有负反馈时，放大器对不同频率的信号的放大要均匀一些，于是就减小了频率失真。

根据实际需要不同，可以利用不同的负反馈（电压或电流）来稳定输出信号，改变放大器的输出电阻。电压负反馈能稳定输出电压，使输出电阻减小。这样，在电源变化、负裁变化、或更换电子管时，输出电压变化就可以小一些。电流负反馈则相反，它能使输出电流稳定，使输出电阻增大。现在就以电压负反馈为例谈谈这个问题。

当输出电压因某种原因发生变化，例如因负载电阻的减小而减小时，反馈电压U\(_{f}\)也就减小，从而放大器的实际输入电压（Ugh=U\(_{i}\)-Uf）增加，使得输出电压回升。也就是使输出电压保持稳定不变。从式（1）的公式可以看到，如果Kβ》1，那末

放大系数就只决定于反馈系数，而与放大电路的其它参数没有关系。所以电源电压和负载等等发生变化都不会影响放大系数，输出电压就比较稳定了。有线广播机常常采用电压负反馈来稳定输出电压，这样，当用户喇叭的数目改变时，输出电压可以保持不变。

输出电压稳定度的提高，就意味着输出内阻减小。我们知道，电子管放大器的放大系数

式是r\(_{i}\)是电子管的内阻，μ是电子管的放大因数。将式（2）代入式（1），得到

将式（2）和（3）加以比较可知，采用电压负反馈后，电路中好象是接用了另一个等效电子管。这个等效电子管的放大因数从原电子管的μ降低到

而内阻（也就是输出电阻）由原电子管的r\(_{i}\)降低到

由此可见，如果改变反馈的深度，即改变β的值，就可以改变输出电阻。利用这种办法，举例说，就可以使放大器和后面的电路匹配。

除了上面所举的例子以外，采用负反馈还可以减低放大器的噪声。利用不同的连接反馈电路的方法，还可以使放大器的输入电阻增加或减小，以符合实际的需要。例如，在许多测量用电子仪器的放大器中，为了减小测量仪器对被测设备的影响，常常采用串联负反馈来提高输入阻抗。

由前面所讲的可以看到，采用反馈来改变放大器特性的基本原理在于使放大器的实际输入信号和原输入信号不同。采用负反馈后使放大器的若干指标得到提高，但是放大器的输出电压和放大系数都减小了。这就是我们所付出的代价。为了使放大器在加负反馈后的输出和放大系数保持原值，就需要增加放大器的级数。

最后，我们要着重指出，为了使负反馈能有效地改善放大器的各项指标，放大器各级的容许输入信号应设计得有一些富余。我们以负反馈对频率特性的改善为例来说明这一问题。前面已经说过，当原输入信号U\(_{i}\)的幅度不随频率而变时，放大器的实际输入信号Ugk在频率较低和较高的区域要比在中频区域大一些，从而使频率特性变得比较均匀。如果电子管在中频区的输入信号已经是最大容许值了，那末，在频率较低或较高的区域，虽然实际输入电压U\(_{gk}\)加大了，但是也不能使输出进一步增加，因而也就不能得到预期的效果。（赵侠）