低频电子线路中的负反馈放大器教学探讨

2023-12-04 理论教育版权反馈

【摘要】：《低频电子线路》负反馈放大器之教学探讨武汉东湖学院电信学院姚敏负反馈在电子电路中应用广泛，对电路的工作性能有重要影响。负反馈技术是低频电子线路课程中的重点内容，也是学生普遍感到难学的内容，如何对反馈极性、类型及组态作出正确、快速判定，这是大部分学生都感到较为困难的。在低频线性电路中，主要有三极管或以集成运放为核心元件构成基本放大电路。

《低频电子线路》负反馈放大器之教学探讨

武汉东湖学院电信学院　姚　敏

负反馈在电子电路中应用广泛，对电路的工作性能有重要影响。正确判断电路中的反馈类别是非常必要的。本文结合教学实际介绍了如何正确、快速地判断反馈的类型、极性以及反馈组态，并与传统的判断方法作了比较与分析。

一、引言

几乎所有的由电子电路组成的自动控制系统都是建立在负反馈基础上的。负反馈技术是低频电子线路课程中的重点内容，也是学生普遍感到难学的内容，如何对反馈极性、类型及组态作出正确、快速判定，这是大部分学生都感到较为困难的。在此，本文就该内容的教学进行归纳和分析，提供本人在实践教学中采用的方法给广大师生参考。

二、反馈类型的判别

反馈类型分为直流反馈和交流反馈。相比极性和组态的判别，电路中的直流或交流反馈是比较好区别的。如果反馈电阻并联旁路电容，该电路就是直流反馈，因为交流信号全部通过旁路电容，反馈信号中只有直流成分。增加旁路电容C后，R_f只对直流起反馈作用。如果反馈电阻串联隔直电容，该电路就是交流反馈，因为直流信号不能通过隔直电容，反馈信号中只有交流成分。增加隔直电容C后，R_f只对交流起反馈作用。如果反馈电阻既没有并联旁路电容、也没有串联隔直电容，则说明反馈信号同时存在直流和交流成分，因此是交直流反馈。

图1　交、直流反馈电路

三、反馈组态的判别

不同于很多教师先判断反馈极性，再判别反馈组态的常用分析顺序，我在教学中一般是先对组态进行考察，再判别极性。因为在极性判别中，需要分析反馈信号和输入信号是电流量相加减还是电压量相加减，而这需要根据反馈组态来判断。

在低频线性电路中，主要有三极管或以集成运放为核心元件构成基本放大电路。对于这两种反馈电路，判别方法也有区别。先分析以三极管构成的反馈电路。

（一）三极管为核心元件

1.电压反馈和电流反馈

电压反馈或电流反馈取决于反馈支路是取样于电路的输出电压，还是输出电流。由此定义的常用方法有短路法，假设负载短路，使输出电压为零。如果反馈信号也为零，则表示反馈信号与输出电压成比例，因而属电压反馈；反之，若反馈信号不为零，则属电流反馈。但是真正操作起来，却不好判断，我在实际教学中是根据反馈信号在输出端的取样位置来判断。若反馈元件与放大电路的输出端同点连接，即直接取自于输出端，则该反馈是电压反馈，否则是电流反馈。以常见的共射极放大电路为例，若反馈信号从集电极流出，该电路为电压反馈，如图2所示；若反馈信号从发射极流出，则电路为电流反馈，如图3所示。

2.串联反馈和并联反馈

串联反馈还是并联反馈取决于反馈信号与输入信号在输入回路中是以电压形式还是电流形式相求和。学生据此定义判断串联、并联反馈有较大困难。实际教学中，我采用的是更为直观简单的方法。若反馈支路与放大电路的输入端同点连接，则该反馈是并联反馈，否则是串联反馈。对于共射极电路，输入端是三极管的基极，如果反馈信号也引入到基极，则是并联反馈，如图3所示；如果引入到发射极，则为串联反馈，如图2所示。

图2　电压串联负反馈

图3　电流并联负反馈

（二）集成运放为核心元件

1.电压反馈和电流反馈(www.chuimin.cn)

对于集成运放反馈电路，这里不再从定义出发来作判别，而是直接套用上述直观方法来分析。如果反馈支路和输出负载同时并接在集成运放的输出端，为电压反馈，如图4所示；如果反馈支路不是直接和输出端相连，而是通过输出回路的电阻间接取得，则为电流反馈，如图5所示。

2.串联反馈和并联反馈

集成运放电路串、并联反馈判断方法同样可以套用三极管电路的同点连接法，如果原输入信号与反馈信号加在运放的两个不同输入端，为串联反馈，如图5所示；如果原输入信号与反馈信号加在运放的同一输入端上，则为并联反馈，如图4所示。

图4　电压并联负反馈

图5　电流串联负反馈

四、反馈极性的判别

（一）三极管为核心元件

正确判别某一电路的反馈组态后，就可以进行反馈极性的判断了。这里采用瞬时极性法。与大多数教材介绍的瞬时极性法不同，我们不是从输入信号的变化着手，而是从输出端开始。假设输出端信号有一定极性的瞬时变化，依次经过反馈、比较、放大后，再回到输出端，若输出信号与原输出信号的变化极性相反，则为负反馈，反之为正反馈。瞬时极性法所判断的也是相位的关系。电路中两个信号的相位不是同相就是反相，因此若两个信号都上升，它们一定同相；若一个信号下降而另一个上升，它们一定反相。

1.具体判别方法

采用瞬时极性法要分清楚反馈组态，如果是电压反馈，则要从输出电压的微小变化开始。如果是电流反馈，则要从输出电流的微小变化开始，即先假定电路的输出信号产生一个瞬时极性为正的变化，用符号⊕表示，再依次根据放大器各级输入端和输出端的相位关系，逐极推出电路各点的瞬时极性。判断时在输入端也要反映出反馈信号与输入信号的比较关系。如果是串联反馈，即输入信号与反馈信号是电压量相加减，如果是并联反馈，输入信号与反馈信号则是电流量相加减。以图2为例，当电路是电压反馈时，假设输出电压U_o增大，则U_f增大，由于是串联反馈，U_be=U_i—U_f会减小，由于基极和集电极的相位反相，U_c1增大，U_b2增大，U_c2减小，输出电压U_o则减小。说明输出信号与原输出信号的变化极性相反，因此为负反馈。再以图3为例分析，当电路是电流反馈时，假设输出I_e2电流增大，则U_f增大，I_f减小，由于是并联反馈，I_b=I_o—I_f会增大，同样由于基极和集电极的相位反相，U_c1，U_b2减小，电路I_b2，I_e2则随之减小。说明输出信号与原输出信号的变化极性相反，因此也为负反馈。

2.集成运放为核心元件

对于以集成运放为核心元件构成的反馈电路，我们仍然采用传统的瞬时极性法。假设在输入端加入一个瞬时极性为正的信号，再依次根据放大器各级输入端和输出端的相位关系，逐极推出电路各点的瞬时极性。如果是串联反馈，可以直接通过反馈信号的瞬时极性来判断反馈信号对原输入信号是增强还是削弱；以图5为例，输入信号U_i加在运放的同相输入端，当U_i瞬时极性为正时，可依次判断U_o、U_f的极性也为正，而差模输入电压U_id等于输入电压U_i和反馈电压Uf之差，可见反馈电压削弱了输入电压的作用，因此是负反馈。如果是并联反馈，则需通过电路各点的瞬时极性推导出流经反馈支路的电流流向，从而判断反馈信号对原输入信号是增强还是削弱。以图4为例，输入信号U_i加在运放的反相输入端，当U_i瞬时极性为正时，可判断U_o的极性为负，因而流经反馈电阻R_f的电流I_f是从左至右，可见¢=I_i-I_f，净输入电流减小，为负反馈。

实际教学中必须解释清楚的是：（1）⊕号不是表示电位的高低，而是表示输入的信号是上升的趋势；（2）对于电路中的三极管，如果是共发射极的状态，那么基极和集电极的相位是反相的，此时发射极和基极同相，而如果电路中是其他两种组态则基极和集电极不需要反相；（3）如果反馈信号不是送回到电路初始信号端，那这时三极管真正的输入信号应该是发射结两端的电压；假如这时的电路是集成运放，实际输入的量应该是运放的差模输入电压。

五、结束语

对于负反馈放大器电路，本文在常用的定义判断法基础上，介绍了实际教学中采用的快速、有效的反馈类别判断方法：（1）交、直流反馈的判断从电容和反馈电阻的连接关系判断；（2）串、并联反馈的判断从反馈量与输入量在输入端连接方式来判别；（3）电压、电流反馈的判断从反馈支路与输出信号在输出端的连接方式来判别；（4）反馈极性的判断应用瞬时极性法从输出量的变化开始分析，经过反馈、比较、放大又回到输出端。掌握了反馈电路各部分的独立判断，就很容易正确判断放大电路中的反馈组态并掌握负反馈对放大电路性能的影响。

【参考文献】

[1] 杨素行.模拟电子技术基础简明教程[M].北京：高等教育出版社，2006：224—235.

[2] 文亚凤.放大电路负反馈组态的多种判断方法[J].中国现代教育装备，2010，（91）3：85—86.

[3] 康华光.电子技术基础（模拟部分）[M].北京：高等教育出版社，2005.

[4] 袁明珠.《电子线路》负反馈的教学探讨[J].黑龙江科技信息，2010(8)：174.

低频电子线路中的负反馈放大器教学探讨

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