对反馈放大电路类型判定方法的研究

摘要：反馈放大电路由基本放大电路和反馈网络组成，反馈桥梁是反馈网络的一部分或全部。反馈放大电路类型的判定方法是：反馈桥梁的一端连接在输出电压的“上端”(或“下端”)就形成电压(或电流)反馈，反馈桥梁的另一端连接输入信号的“前端”(或“后端”)就形成并联(或串联)反馈，再利用瞬时极性法确定使净输入量减小(或增大)的反馈为负反馈(或正反馈)。此方法能快速地判定出反馈放大电路的类型。
关键词：反馈桥梁；反馈类型；判断方法；电流电压反馈；串联并联反馈；正负反馈

    反馈放大电路是电子电路技术的重要内容。在放大电路中引入不同类型的反馈，可以实现改善电路性能或建立振荡的功能，其中正确选择反馈类型是关键。本人与课程组成员一起，总结出了一种判定反馈放大电路类型的方法，它是根据电路的结构从较宏观的角度来判定反馈放大电路类型的。我们在教学中使用该方法多年，对反馈放大电路类型的判定简单、准确。

1 反馈放大电路的基本概念
    在电子电路中，所谓反馈，就是将放大电路的输出量(电压或电流)的一部分或全部，通过某种电路(称为反馈网络)送回到输入回路，与外部所加输入信号共同形成放大电路的输入信号(电压或电流)，以影响输出量(电压或电流)的过程。反馈体现了输出信号对输入信号的反作用。
    反馈有正、负之分。正反馈能提高增益，但会使放大电路的工作稳定度、失真度、频率特性等性能变坏；负反馈虽然降低了放大电路的增益，但却使放大电路许多方面的性能得到改善，利用负反馈技术还可以构成各种运算电路。所以在实际放大电路中均引入负反馈，而正反馈主要用在振荡电路中。
    反馈还有直流反馈和交流反馈之分，直流负反馈改善放大电路的直流性能，常用以稳定静态工作点；交流负反馈改善放大电路的动态性能。在很多电路中，常常是交、直流反馈兼而有之。

2 反馈放大电路结构模型
    为判定反馈放大电路的类型，建立了如图1所示的反馈电路结构模型。

    模型说明：反馈放大电路由基本放大电路和反馈网络组成，基本放大电路的两个输入端分别定义为“输入信号的前端”(简称为“前端”)和“输入信号的后端”(简称为“后端”)；“前端”与“后端”的电位差就是送到基本放大电路的净输入电压μid；放大电路的输出端分为“输出电压的上端”(简称为“上端”)和“输出电压的下端”(简称为“下端”)；图中的小长方形表示反馈桥梁，它是反馈网络的一部分或全部。反馈桥梁也有两个端子，它的右端若与输出电压的“上端”相连接，就构成了电压反馈，若与输出电压的“下端”相连接就构成了电流反馈(注意：形成电流反馈时，下端不能直接接地，应该接一个电阻，否则就无反馈了)；图中反馈桥梁的左端与输入回路连接，连接方式有串联和并联两种，如果与输入信号的“后端”相连接，反馈信号则以电压的形式与净输入电压uid相加减，构成串联反馈，若与输入信号的“前端”相连接，反馈信号则以电流的形式与输入电流ii分流(相加减)后，以净输入电流iid送入基本放大电路，就构成了并联反馈。因此反馈的基本类型有四种，即电压串联反馈、电压并联反馈、电流串联反馈和电流并联反馈。

3 判定反馈放大电路类型的步骤及方法
    (1)找反馈桥梁，确定反馈网络。反馈桥梁是直接连接输出和输入的最短路径，它跟输出和输入的其他公共部分一起统称为反馈网络。反馈桥梁可以从输入端开始采取“顺藤摸瓜”的办法向输出端寻找。
    (2)判断反馈的基本形式。反馈桥梁在输出端连接输出电压的“上端”(或“下端”)，就形成电压反馈(或电流反馈)；反馈桥梁在输入端连接输入信号的“前端”(或“后端”)就为并联反馈(或串联反馈)。
    (3)判定反馈极性。用瞬时极性法判定是正反馈还是负反馈。具体方法是：先假设输入电压信号ui在某一瞬时的极性为正(相对于参考地而言)，并用⊕标记，然后顺着信号的传输方向，逐步推出输出信号和反馈信号的瞬时极性(并用⊕或标记)，最后判定反馈信号是增强还是削弱了净输入信号，如果是削弱，则为负反馈，如果是增强，则是正反馈。
    (4)判定交、直流反馈。信号取样后经过反馈网络送往输入端只有直流的是直流反馈，只有交流的为交流反馈。交、直流反馈的判断较容易，下面举例说明判断反馈的类型时，交、直流反馈不作讨论。

4 应用举例
    在以下的讨论中，为简便起见，对于多级放大电路，只讨论级间反馈。

    要求判定图2的反馈类型。此反馈放大电路中基本放大电路的核心元件是集成运放，该电路集成运放的反相端和同相端分别是输入信号的“前端”和“后端”，负载RL的两端分别是输出电压的“上端”和“下端”。根据步骤(1)，反馈桥梁是R2所在支路，反馈网络由R2，R3所在支路构成。由步骤(2)，反馈桥梁的一端与输出电压的“下端”相连形成电流反馈，另一端连接输入信号的“前端”与输入信号ii分流形成并联反馈，反馈的基本类型是电流并联反馈；由步骤(3)，设ui的瞬时极性为⊕，此刻反馈桥梁的在输入端的极性为⊕。在输出端的极性为，反馈电流ii是从信号前端的节点流出，使净输入量iid减小，故为负反馈。因此反馈类型是电流并联负反馈。

    在图3中，反馈网络为Rf和R4所在支路，反馈桥梁Rf所在支路在输出端连接输出电压的“上端”形成电压反馈，在输入端连接输入信号的“前端”，与输入信号分流形成并联反馈，故反馈的基本类型是电压并联反馈；利用瞬时极性法，设输入信号“前端”(即集成运放的同相输入端P点)为⊕，则集成运放的输出为，复合管的射极即输出电压的“上端”D点也为⊕，虽然反馈桥梁的两端P、D都为正，但在输入端P点的电位有一个微小的升高，经过放大之后，在输出端D点的电位则会有一个很大的提升，这样反馈桥梁在输出端的电位就高于输入端的电位，于是反馈电流if就流入节点P，使净输入量iid增大，形成正反馈。总的反馈类型是电压并联正反馈。
    此电路图如果断开A，P两点之间的连线，并使A、N相连接，则反馈桥梁仍然是Rf所在支路，反馈网络由Rf及R2所在电路构成。反馈桥梁的一端接输出电压的“上端”。另一端接输入信号的“后端”形成电压串联反馈，再利用瞬时极性法，很容易判断出电路的反馈类型为电压串联负反馈。

    在图4中，反馈桥梁是集成运放A3及其外围元件组成的电路，它与R8，R7，R3，R4等构成反馈网络。反馈桥梁在输出端的连接点D，采样输出电压，取出uo的一部分(R4上的电压)，形成电压反馈。注意：若反馈桥梁在输出端不能明显地看出连接的是输出电压的“上端”还是“下端”时，可以令“上端”接地，使输出电压为零，如果反馈信号消失就是电压反馈，否则是电流反馈，此处若使集成运放的输出端接地，则uo为零，D点电压也为零，反馈信号就不存在，故为电压反馈；反馈桥梁在输入端连接点P点即输入信号的“下端”形成串联反馈；设ui的瞬时极性为⊕，从图中可以看出，经过一系列的电位移动及变化，此时送到输入回路的反馈电压uf(R8上的电压)的极性为⊕，使净输入信号uid减少(存在等式ui=uid+uf，当ui有微小的升高，uf就有较大的升高，从而使uid减小)，形成负反馈。因此该电路的反馈类型为电压串联负反馈。

    对图5所示电路，明显地看出，反馈桥梁Cf，Rf所在支路在输出端连接的E2点，不是输出电压的“上端”，不是进行电压采样，故不是电压反馈。而采样的不是电压，就是电流，所以此处接的是电流反馈。此处也可以令负载RL短路，使uo为零，发现反馈依然存在，由此判断为电流反馈；反馈桥梁在输入端接信号的“下端”E1点，反馈电流在Re1上转化为电压形式uf与净输入电压uid(注意uid=ube1)相加减，形成串联反馈；设输入信号端的瞬时极性为⊕，经过一系列电位移动及变化，使E1点的反馈极性为，使净输入量uid增大，形成正反馈。所以电路的级间反馈的类型为电流串联正反馈。如果这时满足电路正常工作条件，加上输入信号，用示波器观察输出信号波形，就会出现波形向上(或向下)翻滚而无法读数的现象，再次说明放大电路若接成了正反馈，就会使放大电路的性能变坏。
    若要构成负反馈，可以使反馈桥梁的端点改接。例如：保持B点与E2点的连接不变，断开A点与E1点的连线而使A点与B1点相连接，就构成了电流并联负反馈。再如：保持A点与E1点的连接不变，断开B点与E2点的连线使B点与D点相连接，就构成了电压串联负反馈。

5 结语
    反馈类型的判定是分析和设计反馈放大电路的前提，在判定反馈放大电路的类型时，如果结合建立的反馈放大电路的结构模型，明确基本放大电路，找准反馈网络和反馈桥梁，按步骤正确运用判断方法，就能正确地判断反馈类型。尽管关于反馈放大电路类型的判断方法早就
有人做过具有成果性的研究，而本文描述的判定反馈放大电路类型的方法着眼于电路的宏观结构，使用更直观，判定更简捷、准确，提高了电路分析和设计的效率。