第12节 反馈 (修订中)
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如果放大器输出信号的一定百分比连接到输入端，以便放大器放大其输出信号的一部分，我们就有了所谓的___反馈___。
反馈类别
反馈有两种形式：正面__（也称为_____再生_____）和___负面___（也称为_____退化_____）__。
正面反馈
加强放大器输出电压变化的方向，而负反馈正好相反。
一个熟悉的反馈示例发生在公共广播 (“PA”) 系统中，其中有人将麦克风太靠近扬声器：随之而来的是高音调的“呜呜声”或“嚎叫声”，因为音频放大器系统正在检测并放大它的声音。噪音。具体来说，这是_正_反馈或_再生_反馈的示例，因为麦克风检测到的任何声音都会被扬声器放大并变成更响亮的声音，然后再次被麦克风检测到，依此类推。. . 结果是音量稳步增加的噪音，直到系统变得“饱和”并且无法再产生任何音量。
考虑到 PA 系统“啸叫”这样一个恼人的例子，人们可能想知道反馈对放大器电路有什么好处。如果我们将正反馈或再生反馈引入放大器电路，它往往会产生并维持振荡，其频率由处理从输出到输入的反馈信号的组件的值决定。这是使_振荡器_电路从直流电源产生交流电的一种方法。振荡器是非常有用的电路，因此反馈对我们有明确的实际应用。
负面反馈
另一方面，负反馈对放大器具有“阻尼”作用：如果输出信号的幅度恰好增加，则反馈信号会在放大器的输入中引入减小的影响，从而抵消输出信号的变化。正反馈将放大器电路驱动到一个不稳定点（振荡），而负反馈将它驱动到相反的方向：朝向一个稳定点。
配备一定量负反馈的放大器电路不仅更稳定，而且输入波形失真更少，并且通常能够放大更宽的频率范围。这些优势的权衡（负反馈一定有一个劣势，对吧？）是降低增益_。_如果放大器输出信号的一部分被“反馈”到输入以对抗输出的任何变化，则需要更大的输入信号幅度才能将放大器的输出驱动到与以前相同的幅度。这构成降低的增益。然而，对于许多应用来说，稳定性、低失真和更大带宽的优势值得在降低增益的情况下进行权衡。
让我们检查一个简单的放大器电路，看看我们如何将负反馈引入其中，从下图开始。
无反馈的共射放大器。
此处显示的放大器配置是一个共发射极 (opens new window)，具有由 R1 和 R2 形成的电阻偏置网络。电容器将 Vinput 耦合到放大器，这样信号源就不会受到 R1/R2 分压器网络施加在其上的直流电压。电阻器 R3 用于控制电压增益。我们可以省略它以获得最大电压增益，但由于像这样的基极电阻在共射极放大器电路中很常见，我们将在此原理图中保留它。
与所有共射极放大器一样，该放大器在输入信号被放大时对其进行反相_。_换句话说，正向输入电压会导致输出电压降低，或向负向移动，反之亦然。
示波器波形如下图所示。
共射放大器，无反馈，带有参考波形用于比较。
因为输出是输入信号的反相或镜像再现，所以下图中晶体管的输出（集电极）线和输入（基极）线之间的任何连接都会导致_负_反馈。
负反馈，集电极反馈，降低输出信号。
R1、R2、R3 和 Rfeedback 的电阻一起用作信号混合网络，因此在晶体管基极（相对于地）看到的电压是输入电压和反馈电压的加权平均值，从而导致在进入晶体管的幅度减小的信号中。因此，上图中的放大器电路会降低电压增益，但会提高线性度（降低失真）并增加带宽。
但是，将集电极连接到基极的电阻器并不是将负反馈引入该放大器电路的唯一方法。另一种方法，虽然起初更难理解，但在下图中，在晶体管的发射极端子和电路接地之间放置一个电阻器。
发射器反馈：将负反馈引入电路的另一种方法。
这种新的反馈电阻器会降低与通过晶体管的发射极电流成比例的电压，它的作用是抵消输入信号对晶体管基极-发射极结的影响。让我们仔细看看发射极 - 基极结，看看这个新电阻在下图中有什么不同。
在下图 (a) 中没有将发射极接地的反馈电阻器，无论输入信号 (Vinput) 的电平如何通过耦合电容和 R1/R2/R3 电阻网络，都将直接在基极-发射极结上施加，如晶体管的输入电压（VB-E）。换句话说，在没有反馈电阻的情况下，VB-E 等于 Vinput。因此，如果 Vinput 增加 100 mV，则 VB-E 增加 100 mV：一个变化与另一个变化相同，因为两个电压彼此相等。
现在让我们考虑在下图 (b) 中在晶体管的发射极引线和地之间插入一个电阻器 (Rfeedback) 的效果。
(a) 无反馈与 (b) 发射器反馈。集电极的波形相对于基极反转。在 (b) 处，发射极波形与基极同相（发射极跟随器），与集电极异相。因此，发射极信号从集电极输出信号中减去。
请注意 Rfeedback 上的电压降如何与 VB-E 相加等于 Vinput。在 Vinput—VB-E 环路中使用 Rfeedback，VB-E 将不再等于 Vinput。我们知道，Rfeedback 会降低与发射极电流成比例的电压，而发射极电流又由基极电流控制，而基极电流又由晶体管 (VB-E) 的基极-发射极结上的电压降控制。因此，如果 Vinput 正向增加，它将增加 VB-E，导致更多的基极电流，导致更多的集电极（负载）电流，导致更多的发射极电流，并导致更多的反馈电压在 Rfeedback 上下降。但是，反馈电阻上的压降增加会_减去_从 Vinput 降低 VB-E，这样 VB-E 的实际电压增加将小于 Vinput 的电压增加。Vinput 增加 100 mV 不会再导致 VB-E 增加 100 mV，因为这两个电压彼此_不_相等。
因此，输入电压对晶体管的控制比以前少，放大器的电压增益降低：这正是我们对负反馈的预期。
在实际的共射极电路中，负反馈不仅仅是一种奢侈；它是稳定运行的必要条件。在一个完美的世界中，我们可以构建和操作一个没有负反馈的共射极晶体管放大器，并且在晶体管的基极-发射极结上施加完整的 Vinput 幅度。这会给我们带来很大的电压增益。然而不幸的是，正如“二极管方程”所预测的那样，基极-发射极电压和基极-发射极电流之间的关系会随温度而变化。随着晶体管升温，对于任何给定电流，基极 - 发射极结上的正向电压降都会减少。这给我们带来了一个问题，因为 R1/R2 分压器网络旨在通过晶体管的基极提供正确的静态电流，以便它可以在我们想要的任何类型的操作中运行（在这个例子中，我已经展示了在 A 类中工作的放大器模式）。如果晶体管的电压/电流关系随温度而变化，则所需的工作类别所需的直流偏置电压量将发生变化。对于相同数量的偏置电压，热晶体管会吸收更多的偏置电流，使其发热更多，从而吸收更多的偏置电流。结果，如果未选中，则调用 对于相同数量的偏置电压，热晶体管会吸收更多的偏置电流，使其发热更多，从而吸收更多的偏置电流。结果，如果未选中，则调用 对于相同数量的偏置电压，热晶体管会吸收更多的偏置电流，使其发热更多，从而吸收更多的偏置电流。结果，如果未选中，则调用___热失控_____。__
然而，共集电极放大器（下图）不会受到热失控的影响。为什么是这样？答案与负面反馈有关。
公共集电极（发射极跟随器）放大器。
请注意，共集电极 (opens new window)放大器（上图）的负载电阻放置在与上图 (b) 中最后一个电路中的 R 反馈电阻相同的位置：发射极和接地之间。这意味着施加在晶体管基极-发射极结上的唯一电压是 Vinput 和 Voutput 之间的_差异_，导致电压增益非常低（对于共集电极放大器，通常接近 1）。该放大器不可能发生热失控：如果基极电流由于晶体管发热而增加，发射极电流也会增加，从而降低负载上的更多电压，从而_减少_从 Vinput 以减少基极和发射极之间的电压降量。换句话说，负载电阻的放置所提供的负反馈使热失控问题能够_自我纠正_。以大大降低的电压增益作为交换，我们获得了极好的稳定性和热失控的免疫力。
通过在共发射极放大器的发射极和地之间添加一个“反馈”电阻，我们可以使放大器的行为不像“理想”共发射极，而更像一个共集电极。反馈电阻值通常比负载小很多，从而最大限度地减少负反馈量并保持相当高的电压增益。
在共集电极电路中可以清楚地看到负反馈的另一个好处是，它倾向于使放大器的电压增益不太依赖于晶体管的特性。请注意，在共集电极放大器中，电压增益几乎等于单位 (1)，而与晶体管的 β 无关。这意味着，除其他外，我们可以用具有不同 β 的晶体管替换共集电极放大器中的晶体管，并且不会看到电压增益有任何显著变化。在共发射极电路中，电压增益高度依赖于 β。如果我们用另一个不同的 β 替换共发射极电路中的晶体管，放大器的电压增益将发生显著变化。在配备负反馈的共射极放大器中，
我们必须在共射极放大器中引入负反馈以避免热失控这一事实是一个不能令人满意的解决方案。是否可以避免热失控而不必抑制放大器固有的高电压增益？如果我们仔细研究这个问题，我们可以得到一个两全其美的解决方案来解决这个难题：我们必须最小化以避免热失控的电压增益是_直流_电压增益，而不是_交流电压增益_电压增益。毕竟，导致热失控的不是交流输入信号：它是某一类操作所需的直流偏置电压：我们用来“欺骗”晶体管（基本上是直流设备）放大的静态直流信号交流信号。如果我们想办法让负反馈只对直流起作用，我们可以在不抑制交流电压增益的情况下抑制共射极放大器电路中的直流电压增益。也就是说，如果我们只将反相的直流信号从输出端反馈到输入端，而不是反相的交流信号。
Rfeedback 发射极电阻器通过降低与负载电流成比例的电压来提供负反馈。换句话说，负反馈是通过在发射极电流路径中插入一个阻抗来实现的。如果我们想反馈直流而不是交流，我们需要一个对直流高但对交流低的阻抗。什么样的电路对直流阻抗高，对交流阻抗低？当然是高通滤波器！
通过将一个[电容器](https://www.allaboutcircuits.com/video- 通过与 Rfeedback 并联添加 Cbypass 重新建立高 AC 电压增益 (opens new window)
通过与 Rfeedback 并联添加 Cbypass 重新建立高 AC 电压增益
新电容器将交流电从晶体管的发射极“旁路”到地，这样发射器到地的交流电压不会下降，从而“反馈”到输入端并抑制电压增益。另一方面，直流电流不能通过旁路电容器，因此必须通过反馈电阻，从而降低发射极和地之间的直流电压，从而降低直流电压增益并稳定放大器的直流响应，防止热失控。因为我们希望这个电容器 (XC) 的电抗尽可能低，所以 Cbypass 的尺寸应该相对较大。因为这个电容器的极性永远不会改变，所以使用极化（电解）电容器来完成这项任务是安全的。
解决负反馈降低电压增益问题的另一种方法是使用多级放大器而不是单晶体管放大器。如果单个晶体管的衰减增益不足以完成手头的任务，我们可以使用多个晶体管来弥补反馈造成的衰减。下图中显示三级共射极放大器中的负反馈的示例电路。
围绕“奇数”个直接耦合共发射极级的反馈会产生负反馈。
从最终输出到输入的反馈路径通过单个电阻器 Rfeedback。由于每一级都是一个共射极放大器（因此是反相的），从输入到输出的奇数级将使输出信号反相；反馈将是负面的（退化的）。可以在不牺牲电压增益的情况下使用相对大量的反馈，因为三个放大器级一开始就提供了很大的增益。
起初，这种设计理念可能看起来不优雅，甚至可能适得其反。这不是一种相当粗暴的方法来克服由于使用负反馈而导致的增益损失，而是通过逐级增加来恢复增益吗？如果我们只是要通过负反馈来衰减所有增益，那么使用三个晶体管级创建巨大的电压增益有什么意义呢？这一点，虽然起初可能并不明显，但提高了整个电路的可预测性和稳定性。如果将三个晶体管级设计为在没有反馈的情况下提供任意高的电压增益（数万或更大），则会发现添加负反馈会导致整体电压增益变得更少依赖于个体阶段性收益，并且大约等于简单比率 Rfeedback/Rin。电路的电压增益越大（无反馈），一旦建立反馈，电压增益将越接近 Rfeedback/Rin。换句话说，该电路中的电压增益由两个电阻器的值固定，仅此而已。
这对于电子电路的大规模生产来说是一个优势：如果可以使用具有广泛变化的 β 值的晶体管构建具有可预测增益的放大器，那么它可以简化组件的选择和更换。这也意味着放大器的增益随温度变化变化不大。这种通过负反馈“驯服”的高增益放大器实现稳定增益控制的原理在电子电路中几乎被提升为一种艺术形式，称为运算放大器_或_运算放大器 (opens new window)。您可能会在本书后面的章节中了解更多关于这些电路的信息！
# 1. 总结
- _反馈_是放大器输出与其输入的耦合。
- _正_反馈或_再生_反馈会使放大器电路不稳定，从而产生振荡 (AC)。这些振荡的频率很大程度上取决于反馈网络中的组件。
- _负_反馈或_退化_反馈具有使放大器电路更稳定的趋势，因此对于给定的输入信号，其输出的变化比没有反馈的情况要_小。_这会降低放大器的增益，但具有降低失真和增加带宽（放大器可以处理的频率范围）的优势。
- 通过将集电极耦合到基极，或通过在发射极和地之间插入电阻器，可以将负反馈引入共发射极电路。
- 发射极对地“反馈”电阻器通常用于共发射极电路中，作为防止_热失控_的措施。
- 负反馈还具有使放大器电压增益更多地依赖于电阻值而不依赖于晶体管特性的优点。
- 由于负载电阻器放置在发射极和地之间，共集电极放大器有很多负反馈。这种反馈解释了放大器极其稳定的电压增益，以及它对热失控的免疫力。
- _通过将旁路电容器_与发射极“反馈电阻器”并联连接，可以在不牺牲抗热失控能力的情况下重新建立共发射极电路的电压增益。
- 如果放大器的电压增益任意高（数万或更大），并且使用负反馈将增益降低到合理水平，则会发现增益将近似等于 R feedback /R in。晶体管 β 或其他内部元件值的变化对工作中的反馈电压增益几乎没有影响，从而使放大器稳定且易于设计。
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