對(duì)反饋放大電路類型判定方法的研究

反饋放大電路由基本放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)組成，反饋橋梁是反饋網(wǎng)絡(luò)的一部分或全部。反饋放大電路類型的判定方法是：反饋橋梁的一端連接在輸出電壓的“上端”(或“下端”)就形成電壓(或電流)反饋，反饋橋梁的另一端連接輸入信號(hào)的“前端”(或“后端”)就形成并聯(lián)(或串聯(lián))反饋，再利用瞬時(shí)極性法確定使凈輸入量減小(或增大)的反饋為負(fù)反饋(或正反饋)。此方法能快速地判定出反饋放大電路的類型。

反饋放大電路是電子電路技術(shù)的重要內(nèi)容。在放大電路中引入不同類型的反饋，可以實(shí)現(xiàn)改善電路性能或建立振蕩的功能，其中正確選擇反饋類型是關(guān)鍵。本人與課程組成員一起，總結(jié)出了一種判定反饋放大電路類型的方法，它是根據(jù)電路的結(jié)構(gòu)從較宏觀的角度來(lái)判定反饋放大電路類型的。我們?cè)诮虒W(xué)中使用該方法多年，對(duì)反饋放大電路類型的判定簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確。

1 反饋放大電路的基本概念
在電子電路中，所謂反饋，就是將放大電路的輸出量(電壓或電流)的一部分或全部，通過(guò)某種電路(稱為反饋網(wǎng)絡(luò))送回到輸入回路，與外部所加輸入信號(hào)共同形成放大電路的輸入信號(hào)(電壓或電流)，以影響輸出量(電壓或電流)的過(guò)程。反饋體現(xiàn)了輸出信號(hào)對(duì)輸入信號(hào)的反作用。
反饋有正、負(fù)之分。正反饋能提高增益，但會(huì)使放大電路的工作穩(wěn)定度、失真度、頻率特性等性能變壞；負(fù)反饋雖然降低了放大電路的增益，但卻使放大電路許多方面的性能得到改善，利用負(fù)反饋技術(shù)還可以構(gòu)成各種運(yùn)算電路。所以在實(shí)際放大電路中均引入負(fù)反饋，而正反饋主要用在振蕩電路中。
反饋還有直流反饋和交流反饋之分，直流負(fù)反饋改善放大電路的直流性能，常用以穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)；交流負(fù)反饋改善放大電路的動(dòng)態(tài)性能。在很多電路中，常常是交、直流反饋兼而有之。

2 反饋放大電路結(jié)構(gòu)模型
為判定反饋放大電路的類型，建立了如圖1所示的反饋電路結(jié)構(gòu)模型。

模型說(shuō)明：反饋放大電路由基本放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)組成，基本放大電路的兩個(gè)輸入端分別定義為“輸入信號(hào)的前端”(簡(jiǎn)稱為“前端”)和“輸入信號(hào)的后端”(簡(jiǎn)稱為“后端”)；“前端”與“后端”的電位差就是送到基本放大電路的凈輸入電壓μid；放大電路的輸出端分為“輸出電壓的上端”(簡(jiǎn)稱為“上端”)和“輸出電壓的下端”(簡(jiǎn)稱為“下端”)；圖中的小長(zhǎng)方形表示反饋橋梁，它是反饋網(wǎng)絡(luò)的一部分或全部。反饋橋梁也有兩個(gè)端子，它的右端若與輸出電壓的“上端”相連接，就構(gòu)成了電壓反饋，若與輸出電壓的“下端”相連接就構(gòu)成了電流反饋(注意：形成電流反饋時(shí)，下端不能直接接地，應(yīng)該接一個(gè)電阻，否則就無(wú)反饋了)；圖中反饋橋梁的左端與輸入回路連接，連接方式有串聯(lián)和并聯(lián)兩種，如果與輸入信號(hào)的“后端”相連接，反饋信號(hào)則以電壓的形式與凈輸入電壓uid相加減，構(gòu)成串聯(lián)反饋，若與輸入信號(hào)的“前端”相連接，反饋信號(hào)則以電流的形式與輸入電流ii分流(相加減)后，以凈輸入電流iid送入基本放大電路，就構(gòu)成了并聯(lián)反饋。因此反饋的基本類型有四種，即電壓串聯(lián)反饋、電壓并聯(lián)反饋、電流串聯(lián)反饋和電流并聯(lián)反饋。

3 判定反饋放大電路類型的步驟及方法
(1)找反饋橋梁，確定反饋網(wǎng)絡(luò)。反饋橋梁是直接連接輸出和輸入的最短路徑，它跟輸出和輸入的其他公共部分一起統(tǒng)稱為反饋網(wǎng)絡(luò)。反饋橋梁可以從輸入端開始采取“順藤摸瓜”的辦法向輸出端尋找。
(2)判斷反饋的基本形式。反饋橋梁在輸出端連接輸出電壓的“上端”(或“下端”)，就形成電壓反饋(或電流反饋)；反饋橋梁在輸入端連接輸入信號(hào)的“前端”(或“后端”)就為并聯(lián)反饋(或串聯(lián)反饋)。
(3)判定反饋極性。用瞬時(shí)極性法判定是正反饋還是負(fù)反饋。具體方法是：先假設(shè)輸入電壓信號(hào)ui在某一瞬時(shí)的極性為正(相對(duì)于參考地而言)，并用⊕標(biāo)記，然后順著信號(hào)的傳輸方向，逐步推出輸出信號(hào)和反饋信號(hào)的瞬時(shí)極性(并用⊕或標(biāo)記)，最后判定反饋信號(hào)是增強(qiáng)還是削弱了凈輸入信號(hào)，如果是削弱，則為負(fù)反饋，如果是增強(qiáng)，則是正反饋。
(4)判定交、直流反饋。信號(hào)取樣后經(jīng)過(guò)反饋網(wǎng)絡(luò)送往輸入端只有直流的是直流反饋，只有交流的為交流反饋。交、直流反饋的判斷較容易，下面舉例說(shuō)明判斷反饋的類型時(shí)，交、直流反饋不作討論。

4 應(yīng)用舉例
在以下的討論中，為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，對(duì)于多級(jí)放大電路，只討論級(jí)間反饋。

要求判定圖2的反饋類型。此反饋放大電路中基本放大電路的核心元件是集成運(yùn)放，該電路集成運(yùn)放的反相端和同相端分別是輸入信號(hào)的“前端”和“后端”，負(fù)載RL的兩端分別是輸出電壓的“上端”和“下端”。根據(jù)步驟(1)，反饋橋梁是R2所在支路，反饋網(wǎng)絡(luò)由R2，R3所在支路構(gòu)成。由步驟(2)，反饋橋梁的一端與輸出電壓的“下端”相連形成電流反饋，另一端連接輸入信號(hào)的“前端”與輸入信號(hào)ii分流形成并聯(lián)反饋，反饋的基本類型是電流并聯(lián)反饋；由步驟(3)，設(shè)ui的瞬時(shí)極性為⊕，此刻反饋橋梁的在輸入端的極性為⊕。在輸出端的極性為，反饋電流ii是從信號(hào)前端的節(jié)點(diǎn)流出，使凈輸入量iid減小，故為負(fù)反饋。因此反饋類型是電流并聯(lián)負(fù)反饋。

在圖3中，反饋網(wǎng)絡(luò)為Rf和R4所在支路，反饋橋梁Rf所在支路在輸出端連接輸出電壓的“上端”形成電壓反饋，在輸入端連接輸入信號(hào)的“前端”，與輸入信號(hào)分流形成并聯(lián)反饋，故反饋的基本類型是電壓并聯(lián)反饋；利用瞬時(shí)極性法，設(shè)輸入信號(hào)“前端”(即集成運(yùn)放的同相輸入端P點(diǎn))為⊕，則集成運(yùn)放的輸出為，復(fù)合管的射極即輸出電壓的“上端”D點(diǎn)也為⊕，雖然反饋橋梁的兩端P、D都為正，但在輸入端P點(diǎn)的電位有一個(gè)微小的升高，經(jīng)過(guò)放大之后，在輸出端D點(diǎn)的電位則會(huì)有一個(gè)很大的提升，這樣反饋橋梁在輸出端的電位就高于輸入端的電位，于是反饋電流if就流入節(jié)點(diǎn)P，使凈輸入量iid增大，形成正反饋?？偟姆答侇愋褪请妷翰⒙?lián)正反饋。
此電路圖如果斷開A，P兩點(diǎn)之間的連線，并使A、N相連接，則反饋橋梁仍然是Rf所在支路，反饋網(wǎng)絡(luò)由Rf及R2所在電路構(gòu)成。反饋橋梁的一端接輸出電壓的“上端”。另一端接輸入信號(hào)的“后端”形成電壓串聯(lián)反饋，再利用瞬時(shí)極性法，很容易判斷出電路的反饋類型為電壓串聯(lián)負(fù)反饋。

在圖4中，反饋橋梁是集成運(yùn)放A3及其外圍元件組成的電路，它與R8，R7，R3，R4等構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)。反饋橋梁在輸出端的連接點(diǎn)D，采樣輸出電壓，取出uo的一部分(R4上的電壓)，形成電壓反饋。注意：若反饋橋梁在輸出端不能明顯地看出連接的是輸出電壓的“上端”還是“下端”時(shí)，可以令“上端”接地，使輸出電壓為零，如果反饋信號(hào)消失就是電壓反饋，否則是電流反饋，此處若使集成運(yùn)放的輸出端接地，則uo為零，D點(diǎn)電壓也為零，反饋信號(hào)就不存在，故為電壓反饋；反饋橋梁在輸入端連接點(diǎn)P點(diǎn)即輸入信號(hào)的“下端”形成串聯(lián)反饋；設(shè)ui的瞬時(shí)極性為⊕，從圖中可以看出，經(jīng)過(guò)一系列的電位移動(dòng)及變化，此時(shí)送到輸入回路的反饋電壓uf(R8上的電壓)的極性為⊕，使凈輸入信號(hào)uid減少(存在等式ui=uid+uf，當(dāng)ui有微小的升高，uf就有較大的升高，從而使uid減小)，形成負(fù)反饋。因此該電路的反饋類型為電壓串聯(lián)負(fù)反饋。

對(duì)圖5所示電路，明顯地看出，反饋橋梁Cf，Rf所在支路在輸出端連接的E2點(diǎn)，不是輸出電壓的“上端”，不是進(jìn)行電壓采樣，故不是電壓反饋。而采樣的不是電壓，就是電流，所以此處接的是電流反饋。此處也可以令負(fù)載RL短路，使uo為零，發(fā)現(xiàn)反饋依然存在，由此判斷為電流反饋；反饋橋梁在輸入端接信號(hào)的“下端”E1點(diǎn)，反饋電流在Re1上轉(zhuǎn)化為電壓形式uf與凈輸入電壓uid(注意uid=ube1)相加減，形成串聯(lián)反饋；設(shè)輸入信號(hào)端的瞬時(shí)極性為⊕，經(jīng)過(guò)一系列電位移動(dòng)及變化，使E1點(diǎn)的反饋極性為，使凈輸入量uid增大，形成正反饋。所以電路的級(jí)間反饋的類型為電流串聯(lián)正反饋。如果這時(shí)滿足電路正常工作條件，加上輸入信號(hào)，用示波器觀察輸出信號(hào)波形，就會(huì)出現(xiàn)波形向上(或向下)翻滾而無(wú)法讀數(shù)的現(xiàn)象，再次說(shuō)明放大電路若接成了正反饋，就會(huì)使放大電路的性能變壞。
若要構(gòu)成負(fù)反饋，可以使反饋橋梁的端點(diǎn)改接。例如：保持B點(diǎn)與E2點(diǎn)的連接不變，斷開A點(diǎn)與E1點(diǎn)的連線而使A點(diǎn)與B1點(diǎn)相連接，就構(gòu)成了電流并聯(lián)負(fù)反饋。再如：保持A點(diǎn)與E1點(diǎn)的連接不變，斷開B點(diǎn)與E2點(diǎn)的連線使B點(diǎn)與D點(diǎn)相連接，就構(gòu)成了電壓串聯(lián)負(fù)反饋。

5 結(jié)語(yǔ)
反饋類型的判定是分析和設(shè)計(jì)反饋放大電路的前提，在判定反饋放大電路的類型時(shí)，如果結(jié)合建立的反饋放大電路的結(jié)構(gòu)模型，明確基本放大電路，找準(zhǔn)反饋網(wǎng)絡(luò)和反饋橋梁，按步驟正確運(yùn)用判斷方法，就能正確地判斷反饋類型。盡管關(guān)于反饋放大電路類型的判斷方法早就
有人做過(guò)具有成果性的研究，而本文描述的判定反饋放大電路類型的方法著眼于電路的宏觀結(jié)構(gòu)，使用更直觀，判定更簡(jiǎn)捷、準(zhǔn)確，提高了電路分析和設(shè)計(jì)的效率。