模擬電子—從放大器說起（四）：反饋

　　在了解了三極管/MOSFET的原理之后，就可以涉及具體的電路來放大信號(hào)了。但是剛一拿起鉛筆和稿紙就發(fā)現(xiàn)一個(gè)非常現(xiàn)實(shí)的問題那就是三極管或者是MOSFET的放大倍數(shù)都不是那么穩(wěn)定的，例如說三極管的電流增益Beta就是受到工藝影響非常大的一個(gè)指標(biāo)，如果我們要對(duì)信號(hào)進(jìn)行非常精準(zhǔn)的放大僅僅依靠三極管的原生放大倍數(shù)肯定是不行的。

　　在實(shí)際生活當(dāng)中也可以找到非常生動(dòng)的例子。如果讓一個(gè)射擊運(yùn)動(dòng)員在開完一槍之后，閉上眼睛但是手臂保持不動(dòng)在開一槍是很難再打中目標(biāo)的，但是只要讓他睜著眼睛就可以再次射中同一個(gè)目標(biāo)。這是因?yàn)槿说难劬υ诟鶕?jù)看到的情況不斷給大腦提示同時(shí)修正槍口的指向。這就是一種視覺到行為的反饋系統(tǒng)，這個(gè)反饋系統(tǒng)會(huì)不斷調(diào)整以使誤差不斷變小，也就是說行動(dòng)的目的是與觀察的結(jié)果反向的(若果眼睛的觀測(cè)結(jié)果是偏左的誤差，手的運(yùn)動(dòng)就會(huì)讓槍口向右運(yùn)動(dòng)從而減小向左的誤差)。這種反饋機(jī)制就被稱為為負(fù)反饋(negative feedback)。負(fù)反饋是一種讓系統(tǒng)趨于穩(wěn)定的機(jī)制，在電路設(shè)計(jì)當(dāng)中被非常廣泛的應(yīng)用。

　　在單個(gè)三極管的放大器中，有一種結(jié)構(gòu)就是采用的負(fù)反饋的機(jī)制。如圖所示，一個(gè)非常典型的帶有負(fù)反饋的共射三極管放大電路。

　　在這個(gè)電路中我們的目的是實(shí)現(xiàn)一個(gè)電壓到電壓的放大，然而在我們面前最大的問題是三極管的電壓電流特性是指數(shù)型的，也就是說電壓變化一點(diǎn)點(diǎn)，電流就有很大的變化。因此我們?cè)趥鹘y(tǒng)的共射三極管電路當(dāng)中加入了電阻RE來作為負(fù)反饋。RE的工作原理是：當(dāng)VBE增大的時(shí)候，三極管上的電流Ic就會(huì)相應(yīng)增大，此時(shí)RE上的壓降也會(huì)相應(yīng)升高;這樣就反而減小了Vbe(因?yàn)閂b=Vin相對(duì)于GND的值沒有變，而Ve升高了)。這就是典型的負(fù)反饋，這樣的反饋導(dǎo)致的直接結(jié)果就是Vbe的電壓始終保持在三級(jí)管導(dǎo)通電壓附近(就如同上面的例子一樣，槍口始終對(duì)準(zhǔn)目標(biāo))。

　　與此同時(shí)我們得到的間接結(jié)果就是電阻RE上的電壓會(huì)隨著輸入電壓Vin的升高而同步升高，而電流Ic=Vin/RE。最后的輸出為dVout=-RC/RE*dVin，我們可以看到這樣就實(shí)現(xiàn)了一個(gè)放大倍數(shù)由外部電阻決定的反向放大器。

　　綜上所屬，負(fù)反饋在放大器中的應(yīng)用絕大部分都是為了讓整個(gè)電路的某一個(gè)特性(某點(diǎn)的電壓/電流)進(jìn)入一個(gè)已知的，穩(wěn)定的狀態(tài)，利用這個(gè)狀態(tài)和電路上其他元器件的配置達(dá)到確定/精確的放大效果。在分析電路的時(shí)候只要現(xiàn)找到負(fù)反饋導(dǎo)致的穩(wěn)定態(tài)具體是什么就可以很容易地掌握電路地工作狀態(tài)了。