反馈放大电路中反馈组态的直观判别法

反馈放大电路中反馈组态的直观判别法许宜申(苏州大学物理科学与技术学院,江苏苏州215006)摘要：对于初学者而言，反馈放大电路中反馈组态的快速准确判别是其难点之一。结合笔者的教学与研究经验，本文介绍一种反馈放大电路中正反馈与负反馈、串联反馈与并联反馈、电压反馈与电流反馈的直观有效判别方法，适用于三极管或集成运算放大器构成的单级、多级反馈放大电路的组态判别。关键词：放大电路；反馈；组态判别；直观判别法反馈在电子电路中的应用十分广泛，特别是在对输出信号精度、稳定性等指标要求较高的场合，往往通过引入含有负反馈的放大电路，来提高输出信号稳定度、改善波形失真、增加频带宽度、改变放大电路的输入电阻和输出电阻等，以适应实际应用电路需求。反馈组态的判别是《模拟电子技术基础》课程中“反馈放大电路”这一章的重点与难点，笔者在教学中发现学生对于这一部分内容较难掌握，判断反馈放大电路的组态时往往不得其法，容易混淆概念。本文介绍一种反馈放大电路组态的直观判别方法，适用于三极管或集成运算放大器等构成的单级、多级反馈放大电路。1反馈基本概念1.1反馈含义反馈是指将电路输出信号（电压或电流）的一部分或全部，通过一定形式的反馈网络送回到输入回路，使得净输入信号发生变化从而影响输出信号的过程。引入反馈的放大电路称为反馈放大电路，它由基本放大电路A和反馈网络F构成，如图1所示。图1反馈放大电路的组成框图反馈放大电路中，ix是反馈放大电路的原输入信号，ox为输出信号，fx是反馈信号，idx是基本放大电路的净输入信号。基本放大电路A实现信号的正向传输，反馈网络F则将部分或全部输出信号反向传输到输入端。1.2反馈类型观察放大电路中有无反馈通路，即观察放大电路输出回路与输入回路之间是否有电路元件起桥梁作用。若有，则存在反馈通路，即电路为反馈放大电路；反之，则无反馈通路，即电路为开环放大电路。根据电容“隔直通交”的特点，可以判断出反馈的交直流特性。如果反馈回路中有电容接地，则为直流反馈，其作用为稳定静态工作点；如果反馈回路中串有电容，则为交流反馈，其作用为改善放大电路的动态特性；如果反馈回路中只有电阻或只有导线，则反馈为交直流共存。根据反馈信号与原输入信号的合成类型，可将反馈电路分为正反馈与负反馈；根据反馈信号中所含成分的不同，可将反馈电路分为直流反馈与交流反馈；根据反馈信号与原输入信号在放大电路输入端合成方式的不同，可将反馈电路分为串联反馈与并联反馈；根据输出信号反馈端采样方式的不同，可将反馈电路分为电压反馈与电流反馈。为了正确分析反馈对电路性能的影响，首先必须知道如何来区别和判断反馈的类型。由反馈放大电路的组成框图可知，反馈信号送回到输入回路与原输入信号共同作用后，对净输入信号的影响有两种结果：一种是使净输入信号的变化得到增强，这种反馈称为正反馈；另一种是使净输入信号的变化得以削弱，这种反馈称为负反馈。仅在放大电路直流通路中存在的反馈称为直流反馈，直流反馈影响放大电路的直流性能，如直流负反馈能稳定静态工作点。仅在放大电路交流通路中存在的反馈称为交流反馈，交流反馈影响放大电路的交流性能，如增益、输入电阻、输出电阻及带宽等。在放大电路交直流通路中均存在的反馈，称为交直流反馈。串联反馈与并联反馈反映的是反馈信号与输入回路之间的关系，即是串联反馈还是并联反馈由反馈网络在放大电路输入端的连接方式判定。在放大电路输入端，反馈网络与基本放大电路相串联以实现电压比较的称为串联反馈；反馈网络与基本放大电路相并联以实现电流比较的称为并联反馈。电压反馈与电流反馈反映的是反馈信号与输出回路之间的关系，即电压反馈与电流反馈由反馈网络在放大电路输出端的取样对象决定。在电压反馈放大电路中，反馈信号取自输出电压，并与之成比例；在电流反馈放大电路中，反馈信号取自输出电流，并与之成比例。2反馈组态的直观判别法反馈放大电路通常由三极管或集成运算放大器构成，在判别反馈放大电路的组态时，首先需要运用“瞬时极性法”判断放大电路中各点电位的瞬时极性，掌握三极管三种基本电路组态的判定与相应组态输出信号与输入信号之间的相位关系以及集成运算放大器输出端信号与输入端信号之间的相位关系。三极管所组成的共射极、共集电极与共基极放大电路中，各电极之间的相位关系分别如图2中的(a)、(b)、(c)所示。在集成运算放大器所构成的放大电路中，其输出端信号与同相输入端信号的相位相同，与反相输入端信号的相位相反。图2三极管放大电路中各电极之间的相位关系2.1正反馈与负反馈判断反馈极性的基本方法是瞬时变化极性法，简称瞬时极性法。具体做法是：首先将反馈支路与输入回路断开，再假定原输入信号在某一瞬时变化的极性为正（相对于公共参考端“GND”而言），根据各种基本放大电路的输出信号与输入信号之间的相位关系，顺着信号的输出方向，逐级标出放大电路中各有关点电位的瞬时极性，最后判断反馈信号是削弱还是增强了净输入信号的变化量，如果是增强则为正反馈，如果是削弱则为负反馈。利用直观判别法进行反馈组态的判断时，将与原输入信号相接的电极或输入端称为输入节点，剩余的电极或输入端称为非输入节点；将与输出信号相接的电极或运算放大电路中负载电阻的上端称为输出节点，剩余的电极或运算放大电路中负载电阻的下端称为非输出节点。正负反馈的直观判别法如下：当反馈信号接入输入节点时，若反馈信号与原输入信号的瞬时极性相同，则为正反馈，若反馈信号与原输入信号的瞬时极性相反，则为负反馈；当反馈信号接入非输入节点时，若反馈信号与原输入信号的瞬时极性相同，则为负反馈，若反馈信号与原输入信号的瞬时极性相反，则为正反馈。2.2串联反馈与并联反馈串联反馈与并联反馈反映的是反馈信号与输入回路之间的关系，当反馈信号为电压信号时，电路为串联反馈放大电路；当反馈信号为电流信号时，电路为并联反馈放大电路。串联反馈与并联反馈的直观判别法：若反馈信号与原输入信号在同一输入节点，则为并联反馈；若反馈信号与原输入信号不在同一输入节点，则为串联反馈。2.3电压反馈与电流反馈判断电压反馈与电流反馈的常用方法为“输出短路法”，即假设输出电压或负载电阻为零，看反馈信号是否不存在了，若反馈信号也随之为零，则说明反馈信号与输出电压成比例，是电压反馈；若反馈信号仍然存在，则说明反馈信号与输出电流成比例，是电流反馈。电压反馈与电流反馈的直观判别法：若反馈信号由反馈网络直接取自输出节点，则为电压反馈；若反馈信号由反馈网络取自非输出节点，则为电流反馈。即判断放大电路是电压反馈还是电流反馈时，只需观察反馈网络与输出节点之间的关系，若反馈网络与输出节点直接相连，则为电压反馈；否则，则为电流反馈。3直观判别法应用举例反馈放大电路中，反馈回路是指从放大电路的输出端送回到输入端的一条回路，这条回路通常由电阻、电容等构成。寻找这条回路时，要特别注意通过“地”(包括交流地)与特征节点(输入节点、非输入节点、输出节点与非输出节点)相连的不是反馈元件。进行反馈放大电路的组态判别时，首先需要采用瞬时极性法，假设输入信号的某一瞬时极性为正，沿着信号的传输途径，根据三极管各个电极或者集成运算放大器输出端与输入端之间的相位关系，标出各点的瞬时极性，然后再依据前文所述的直观判别方法，进行放大电路反馈组态的判断。图3中，只考虑两三极管放大电路的级间反馈，信号的传输途径为由T1的基极到T1的集电极再经过T2的基极到T2的集电极，而反馈回路则是由T2的集电极经反馈电阻Rf至T1的发射极。反馈信号取自输出节点而接入非输入节点，且反馈信号与原输入信号的瞬时极性相同，可知该电路为电压串联负反馈放大电路。图4是由集成运算放大器构成的反馈放大电路，反馈回路由负载电阻RL和电阻R1组成。反馈信号取自非输出节点而接入输入节点，且反馈信号与原输入信号的瞬时极性相反，因而该电路为电流并联负反馈放大电路。图3电压串联负反馈放大电路图4电流并联负反馈放大电路4结束语反馈放大电路的组态判断是模拟电子技术中必须掌握的知识点之一，同时也是初学者的难点之一。运用本文介绍的直观判别方法进行反馈放大电路的组态判断时，快速准确，教学实践证明该方法简单易学，行之有效。参考文献[1]康华光.电子技术基础－模拟部分(第五版)[M].北京：高等教育出版社，2006.[2]华成英，童诗白.模拟电子技术基础(第四版)[M].北京：高等教育出版社，2006.