基于負反饋放大電路的電壓增益估算及誤差分析

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下，電壓增益的估算及誤差分析方法。

關鍵詞：放大電路;深度負反饋;電壓增益

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

在工程實際應用中，放大電路增益的準確計算往往需要電路核心元件的相關參數，而這些參數通常不方便獲取，同時還受環境因素的影響，增益的準確計算比較困難。事實上從實際應用的角度，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絡，受環境溫度的影響很小，故增益具有很高的穩定性，因此，根據反饋網絡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，人們通常關注的是它們的電壓增益。本文介紹應用“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”分析，將負反饋電路分解為基本放大電路和反饋網絡，再考慮反饋網絡的負載效應，這樣的分析是很復雜的。由于多級放大電路的開環增益很高，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。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，分析時應關注最后的輸出與最前端輸入之間的反饋網絡，即關注首、末級間反饋，首末級間反饋組態即為整體電路的反饋組態。（2）將電路轉換成反饋組態模型，并提煉參數。即根據首末級間反饋組態，將多級負反饋電路轉換為由單級運放所構成的負反饋組態模型，并進行參數的提煉。（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。設反饋網絡為線性無源反饋網絡。

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換為反饋電壓加到輸入端，再結合極性判斷，確定該電路是電流串聯負反饋。由于多級放大電路的開環放大倍數很大，極易形成深度負反饋，套用深度電流串聯負反饋的模型，并進行參數提煉，得到電路轉換后的模型圖7，套用公式得電壓放大倍數

分析表1的數據，負反饋深度數值越大，即反饋越深，閉環電壓增益就越小，估算誤差也越小。研究表明，這一結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，例如開環增益的增大受元器件性能的制約，反饋系數的增大又會阻礙開環增益的增大，甚至會使電路的放大元件失去放大能力，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，實際放大電路的設計通常是要兼顧考慮的。

研究表明，實用的單級分立元件構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果與估算結果進行對比，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果對比，可以得到結論：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，它們的開環增益A非常高，且A比反饋系數F通常大幾個數量級，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，就要根據工程實際而確定。

[參考文獻]

[1] 胡宴如.模擬電子技術（第5版）[M].北京：高等教育出版社，2015：132.

[2] 華成英.模擬電子技術基礎：第四版習題解答[M].北京：高等教育出版社，2013：164-170.

[3] 盧厚元.對反饋放大電路類型判定方法的研究[J].現代電子技術，2012，35（9）：173-175.

[4] 康華光.電子技術基礎（模擬部分）：第五版[M].北京：高等教育出版社，2006：351.

[5] 陳大欽.模擬電子技術基礎（問答·例題·試題）[M].武漢：華中科技大學出版社，1996：347-349.