试论模拟电路中反馈类型的判断方法

试论模拟电路中反馈类型的判断方法

本文主要探讨模拟电路中关于反馈类型的判断方法。反馈在电子技术中的应用十分广泛,掌握反馈类型的判断方法有利于分析电路功能。基于多年的教学实践,针对近年来高职院校学生文化理论和专业基础普遍较差的特点,从学生的认知规律出发,总结出一套易于学生理解的,根据反馈连线的起点和终点位置来判断反馈组态的方法。

标签：电路反馈判断方法

0 引言

在自然科学与社会科学的许多领域中,都存在着反馈或用到反馈。例如人体的感觉器官和大脑就是一个完整的信息反馈系统,自动控制系统应用反馈可使系统达到最佳工作状态。反馈(feedback)又称回馈,是控制论的基本概念,指将系统的输出返回到输入端并以某种方式改变输入,进而影响系统功能的过程。电路中的反馈应用相当广泛,放大电路中利用负反馈来改善电路的性能,而正反馈是振荡电路中起振的必要条件。但多年的教学实践表明,反馈类型的判断一直是学生学习模拟电路的难点之一,这就成为他们分析电路功能和提高电路识图能力的障碍。如何帮助学生解决这一难题呢?笔者从学生的认知规律出发,将学生已学过的晶体三极管的各电极间的相对相位关系和电工基础的串并联电路及电容器导电性能等知识应用进来,提出根据反馈连线的起点和终点位置来判断反馈类型的方法。

1 有无反馈的判断

判别一个电路是否存在反馈,只要分析放大电路的输出回路和输入回路之间是否存在相互联系的电路元件,即反馈元件。简单一点讲,就是看输出端有无连线送回到输入端。有一种特殊情况是三极管的发射极电阻具有反馈作用,虽然没有明显的反馈连线,但它是输入和输出回路的共用部分,它把输出信号的变化送回到输入端,影响着输入信号的变化,因此具有反馈作用。如图1所示,图a)中电阻Rf 是反馈元件;而图b)中电阻Rf就不是反馈元件,因为它只连接到输入端的接地点,并没有对输入端起到任何影响。

2 正负反馈的判断

我们首先明确一下正负反馈的概念。如果引入的反馈信号使放大电路的净输入增加,从而使输出量比没有反馈时增加,称为正反馈;相反,如果反馈信号使放大电路的净输入信号减少,使输出量比没有反馈时减少,则称为负反馈。

正负反馈的判断需要用到瞬时极性法。瞬时极性法的实质是假设信号通过放大环节的反馈网络的闭环系统绕一圈,回来后与原信号的相位做比较,看看是增强还是削弱原信号。也就是在输入端假设输入信号的极性,通过放大器得到输出信

号的极性,再经过反馈网络判断回到放大器输入端的反馈信号的极性,比较其与原假设信号极性的同异。此法判断的难点在于反馈信号送回输入端,可能回到信号输入端(如三极管的基极或集成运放ui为正的那端),也可能回到信号输入的另一端(如三极管的发射极或集成运放ui为负的那端),如果回到信号输入端,则反馈信号与原来假设的信号极性相同为正反馈,相反为负反馈,如图2中a)所示;若反馈回到信号输入的另一端,则与原设极性相同时为负反馈(因净输入信号是输入信号与反馈信号之差,反馈若增加净输入信号反而减少),反之为正反馈,如图2中b)所示。

3 交直流反馈的判断

我们知道,在放大电路中同时存在直流分量和交流分量,分析直流分量,首先要画出直流通路,分析交流分量,则需画出交流通路。如果直流通路中存在反馈通路,则表明该电路有直流反馈,若交流通路中有反馈通路,则存在交流反馈。

交流反馈与直流反馈判断的关键点是理解电容元件容抗与信号的频率成反比关系,电容具有隔直流通交流的作用。它的判断方法较简单,我们采用直观判别法:如果反馈支路并接电容器,为直流反馈;如果反馈支路上串接电容器,为交流反馈;如果反馈支路上既没有串接电容器,也没有并联电容器,则为交、直流反馈了。

4 电压反馈与电流反馈的判断

判断是电压反馈还是电流反馈取决于反馈信号从输出端的取样情况。反馈信号取自于输出电压,是电压反馈,电压反馈中反馈量与放大电路输出电压成正比;反馈信号取自于输出电流,是电流反馈,其反馈量与输出电流成正比。分成两种类型来分析:

4.1 取样环节与输出电压在不同电极若取样环节与输出电压(或负载电阻)在不同电极,可以断定它引入的是电流反馈。

4.2 取样环节与输出电压在同一个电极在放大器的输出端,若取样环节与输出电压在同一个电极时,可通过观察取样环节与输出电压(或负载电阻)的连接方式来判别:若二者相并联,为电压反馈;反之,为电流反馈。

5 串联反馈与并联反馈的判断

判断是串联反馈还是并联反馈取决于反馈信号在输入端的叠加情况。反馈信号若与输入信号串联,即反馈电压信号与输入信号电压叠加,是串联反馈;反馈信号与输入信号并联,即反馈信号电流与输入信号电流叠加,是并联反馈。

如何简单而明了地判断呢?采取的办法仍是将电路原理的分析转变为电路结构的判断,即看反馈连线的终点在输入端的叠加,是加在信号输入的一端(如三极管的基极或集成运放ui为正的那端),还是加在信号输入的另一端(如三极管的发射极或集成运放ui为负的那端)。若反馈信号回到信号输入的另一端,是电压量进行叠加,属于串联反馈;若反馈信号回到信号输入的那端,是电流量进行叠加,属于

并联反馈。利用这种方法只要明确反馈连线回到输入端的终点在三极管的哪个级或在集成运放的哪个端,就能准确地判断出是串联反馈还是并联反馈。

通过举例分析,从各种形态的反馈电路中总结出本质的东西:反馈在输出端的取样方式和回到输入端的叠加方式,也就是反馈连线的起点和终点的位置决定了反馈的组态。取样的反馈信号在负载的前端还是后端决定了是电压反馈还是电流反馈;叠加的反馈信号回到信号输入端还是信号输入的另一端,决定了是并联反馈还是串联反馈。而判别步骤一般如下:首先辨认电路的反馈元件;若电路存在反馈元件,便用瞬时极性法判别反馈的极性;然后在电路的输出端判别电压、电流反馈;最后在电路的输入端判别串联、并联反馈。

6 振荡电路中正反馈判断时难点问题的探讨

振荡电路是产生信号的电路,正确引入正反馈是振荡电路的核心。振荡电路的正反馈判断会涉及到变压器、选频网络的相位等问题,也是学生反映的学习难点。振荡电路没有外加输入信号,因此,在应用瞬时极性法前先要判断电路的输入和输出端。对于分立元件的电路,要首先确定是哪种电路组态,其中共集电路的电压放大倍数A≤1,而反馈取自于输出信号的全部或者部分,即反馈系数F≤1,故共集电路不能满足振荡的幅值平衡条件AF=1,所以共集电路不能单独作为振荡电路。确定了电路组态,假设断开输入端,应用瞬时极性法判断电路是否具有正反馈。

LC振荡电路中变压器反馈式和电容、电感三点式电路的正反馈判断,遇到的难点是当反馈取样于电感线圈的中心抽头或者两个串联电容的中间端点时,如何确定反馈引回信号的极性。因为中间端点可以有相对于两端的两种极性,取哪一种的关键是看它相对于地点的电位,同相,由变压器的初级耦合到变压器的次级,中心抽头相对于下端是正,相对于上端是负,由于下端接地,反馈的电压正是中心抽头到地的电压,故相对于地而言取正极性送回到输入端为正反馈。

电路反馈的判断需要一环扣一环地进行推理和分析。若不及时总结和归纳,学生学过以后感觉知识凌乱,不能形成清晰的知识链。教师要通过生动的语言、形象的比喻、有效的提问等紧紧抓住学生的心理,然后归纳为循序渐进的具体步骤,以此来提高学生分析、综合解决问题的能力。学生分析电路的能力得到了提高,学习电路的兴趣变浓了,也为日后的专业实习打下了基础。

参考文献:

[1]华中工学院电子学教研室编.康华光主编.《电子技术基础(模拟部分)》(第三版).北京.高等教育出版社.1988年.

[2]周良权主编:《模拟电子技术基础》.北京.高等教育出版社.1992年.

[3]薛文,王丕兰.《电子技术基础(模拟部分)》[M].北京.高等教育出版社.2001年.