一种学习放大电路和反馈基本原理的新方法

李月乔

(华北电力大学电气与电子工程学院，北京102206)

“模拟电子技术基础”课程中的放大电路和电路反馈是课程中的重要内容。笔者在教学过程中采用了与分析反向的教学方法。该教学方法并不要求学生设计一个完整的包括合适的参数在内的放大某种电路，而只是一种设计思路，学生因而感到容易理解，不代可以改善了学习效果，而且能够掌握基本设计方法。

一些“模拟电子技术”教材在引入放大电路时，直接就给出了一个设计好的放大电路，而没有展现出放大电路的设计步骤，导致许多学生对各元件的作用理解不清。笔者以双极型三极管(BJT)组成的基本放大电路为例，介绍这种设计的教学思路。

1 放大电路的设计教学思路

1)设计直流电路

外加直流电压源要保证BJT的发射结正偏、集电结反偏，即BJT可以工作在放大状态。这样的电路结构可以有很多种。图1给出了四种常见的使BJT的发射结处于正偏状态、集电结处于反偏状态的直流电路。只要这些电路的参数设置合适，都可以使BJT工作在放大状态。可以看出，不管电路的拓扑结构如何，只要电路最终能保证落在BJT发射结上的电压使其正偏、BJT集电结上的电压使其反偏就可以使BJT工作在放大状态。

图1 使BJT工作在放大状态的直流通路

2)在直流电路中加入信号

在直流电路的基础上加入要放大的交流小信号，就可以输出放大了的交流信号。

以图1(a)为例，一旦将很小的交流输入信号接入该直流电路基极，该BJT的发射结的电压会跟随交流小信号变化，BJT输出放大了的交流信号，送给后续的信号处理系统。

现以一个电压放大电路设计为例，来自传感器的交流小信号用交流电压源us和与其串联的电阻Rs来等效，后续的信号处理系统用线性电阻RL来等效，如图2所示。隔直流电容C1和C2用来隔离偏置的电源Ub和UC直流，其容量要足够大，可以认为交流信号能无衰耗地通过。

从一个三极管开始，逐个增加外接阻吝元件，可以使学生对每个元件的作用有比较深刻地理解。这比将一个完整的放大电路一下子展现在学生的面前，效果会好些。这种方法也便于学生理解后面的直流通路和交流通路的概念。

图2 完整的放大电路

2 反馈的设计教学思路

在“模拟电子技术基础”课程的学习过程中，反馈是学生比较难理解的内容之一。笔者总结了设计反馈的教学思路，对一个已有的放大电路，对其引入一个合适的反馈来改善它的交流指标。目前多数的教材都是给定一个已有反馈的放大电路，让读者来判断反馈的极性和类型。而且信号源的类型(电压源还是电流源)和负载的位置交代的也不清楚。

我们应首先强调实际需要的放大电路共有四种类型［1]，即电压放大电路、电流放大电路、互阻放大电路和互导放大电路。因为在实际电子系统设计过程中，根据传感器的工作原理，传感器电路输出的可以是电压信号，也可以是电流信号，后续信号处理系统电路可能需要电压信号，也可能需要电流信号，这样组合起来，需要设计的放大电路就对应有四种类型。

然后我们应针对实际系统中需要的四种类型的放大电路，分别对应引入四种类型的负反馈来改善其性能指标。对电压放大电路只能引入电压、串联负反馈来改善其性能指标;对电流放大电路只能引入电流、并联负反馈来改善其性能指标;对互阻放大电路，只能引入电压、并联负反馈来改善其性能指标;对互导放大电路，只能引入电流、串联负反馈来改善其性能指标。现通过如下例子加以说明。

［例1] 试分析一非电物理量用计算机系统。

我们根据实际要求选定某种传感器，如果传感器的的输出是电压信号，计算机系统要处理的也是电压信号，那么就必须设计一个电压放大电路才能满足此系统的要求。

假如已经设计好的电压放大电路如图3所示。该电路对应的交流等效电路如图4所示。在图4中，假定输入电压ui在某个瞬间的极性为正(+)，根据共射放大电路的特点，可知第一级放大电路的输出端极性为(-)，第二级放大电路的输出端uo的极性为(+)。在图4电路中，由于传感器等效内阻比较小，必须在输入端引入串联负反馈。反馈信号必须是电压信号，使基本放大电路的净输入电压uid减小。因此由负载电阻RC的B点向电阻RE1上的A点引入反馈信号。反馈的结果是引入必须提升了A点的电位(+)，从而使T1的B-E极间的净输入电压uid减小，从而实现了负反馈。图5所示的电路中反馈电阻Rf和T1发射极电阻RE1的大小，共同决定了负反馈的深度。

图3 电压放大电路

图4 图3的交流通路

图5 反馈网络的接入

设计完成后，再利用瞬时极性法对所设计的反馈进行类型和极性分析［2]，以确保引入的反馈正确。应用瞬时极性法时，交流通路中只需要标出规定的那个瞬间的电压和电流的真实方向，而不需要标出参考方向。因为在此只是判断反馈的极性，不需要列电路定律的方程进行计算，所以不标电压和电流的参考方向。假设放大电路输入端的交流输入信号在某一瞬间对地电位的极性为负也是可以的，用(－)表示，那么后续的判断都以此为基础进行，得出的结论与前面的方法是一样的。

3 结语

本文针对四种类型的放大电路，为了改善其性能指标，分别对应引入四种类型的负反馈。这种从设计的角度来讲解放大电路的结构，更符合学生学习的认知规律，讲解方式有利于学生理解。

［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] 李月乔.电子技术基础［M] .北京:中国电力出版社，2010