信号流在反馈类型判断中的应用

邹学玉(长江大学电子信息学院，湖北 荆州 434023)

刘 洪(重庆市南川区南川中学，重庆 408400)

秦红波(武汉工程大学管理学院，湖北 武汉 430205)

信号流在反馈类型判断中的应用

邹学玉(长江大学电子信息学院，湖北 荆州 434023)

刘 洪(重庆市南川区南川中学，重庆 408400)

秦红波(武汉工程大学管理学院，湖北 武汉 430205)

反馈是电子线路中重要技术之一，广泛用来改善电子线路的工作状态和性能。从反馈概念入手，明确信号流向在反馈类型判断中的作用，采用信号流的方法分析了反馈类型的判断步骤、原理和方法，从而更好地理解和掌握反馈类型的判断方法。

信号流；反馈；反馈类型

反馈技术是电子系统中的一个非常重要的技术，对电子系统的设计具有重要作用。反馈分为正反馈和负反馈，负反馈被广泛用来改善电子系统中放大器的性能，而正反馈被利用来产生特定的信号。因此，反馈类型的判断方法是分析和应用反馈技术的必备基本知识。由于反馈的概念较抽象以及电路型式复杂多样，令初学者感到难以理解和掌握。针对上述问题，有学者对该问题进行了研究[1-5]，但都忽视了信号流在分析该问题中的作用。为此，笔者对信号流在反馈类型判断中的应用进行了研究。

1 信号流与反馈的概念

在放大电路中，对输入信号Xi放大时，引入反馈以改善系统性能。反馈是指将放大电路(或电子系统)输出Xo(电压或电流)的一部分或全部(简称输出采样)，通过某种方式(简称反馈电路)引回到输入回路(简称信号合成)形成反馈信号Xf来影响放大电路的净输入信号Xd(电压或电流)的过程[1-2]。在电子线路中，信号流有正向与反向传输之分，由于反馈电路采样的电压或电流是电路系统中最基本的信号参量，因而分析信号在电子线路中的流动情况可以有助于正确理解和快速掌握反馈类型的判断方法。

2 反馈类型的判断

Xd-净输入信号；Xf-反馈输出信号；Xo-输出信号

在电子线路中，无论是全局还是局部反馈，反馈放大电路都可以划分为基本放大电路(用A表示)和反馈电路(用F表示)2大模块部分，因而可以表示为如图1所示的方框图形式，图中标明了主要的信号流向。由二端口网络理论[6]和信号系统理论[7]可知，基本放大电路有正向传输与反向传输特性，其中在低频电路中，正向传输特性占主导地位，反向传输特性很弱，可以忽略不计；同理，反馈电路同样可以忽略其反向传输特性，从而形成一个信号流正向传输的放大-反馈回路。在该回路中，信号Xf与Xd的合成方式决定了是串联还是并联反馈；对信号Xo的采样类型决定了是电压还是电流反馈。为此，笔者以正向传输信号流向来判断反馈类型。

在反馈的判断过程中，首先必须弄清信号流在反馈放大器电路中的特点和作用；其次，必须弄清信号流的主要和次要路径；再次，必须弄清有无反馈、反馈电路在哪、反馈的采样信号参量是直流还是交流；最后，采用适当的方法判断反馈类型，具体步骤如下。

2.1查找反馈电路

对初学者来说，查找反馈电路是分析反馈的难点之一。笔者提出的反馈电路查找方法简称为输入-输出信号流关联法，即分别画出放大电路的交直流等效电路，然后根据电路中信号(直流或交流)流向，在信号的输入与输出之间列出所有可能前向路径，对多条前向路径，若路径之间存在关联电路，则表示有反馈存在；否则，表示无反馈电路; 对单条路径，若输出信号位于输入回路中，则该路径存在反馈，否则，该路径上无反馈。若直流电路有反馈，称之为直流反馈；若交流电路有反馈，称之为交流反馈。

2.2判断信号合成方式

图2 Xi置零短路处理示意图

图3 电压反馈中反馈信号uf≠0示意图

基本放大器输入端的信号合成方式是判断串联反馈还是并联反馈关键，如果基本放大器的净输入信号Xd与输入信号Xi和反馈输出信号Xf以电压形式合成，则称之为串联反馈；反之，如果基本放大器的净输入信号Xd与输入信号Xi和反馈输出信号Xf以电流形式合成，则称之为并联反馈。判断方法为输入信号置零法。在该法中，输入信号Xi由信号源(电压源Vs或电流源Is)与内阻Rs(与Rs串接的电阻视为Rs的一部分)构成，Xi做置零短路处理(见图2)后，若基本放大器的净输入信号Xd为0，则属于并联反馈(见图2(a))；否则，若Xd不为0，则属于串联反馈(见图2(b))。

由此可得相应的直观判断方法，简称串并直观法，即观察反馈输出信号Xf的2端与基本放大器输入端口的连接情况，若反馈电路的输出端口与基本放大器的输入端口有2个共同的连接端子(见图2(a)中的a、b点)，则反馈输出信号Xf引回至基本放大器的同一端口，称之为并联反馈；否则，若反馈电路的输出端口与基本放大器的输入端口只有1个共同的连接端子(见图2(b)中的c点)，则称之为串联反馈。

2.3判断信号采样类型

识别反馈电路的信号采样类型是判断电压反馈还是电流反馈的关键，也是难点之一。判断方法是输出负载短路法，即将输出负载RL短路，使输出电压Uo=0，若反馈信号“消失”，则称之为电压反馈；否则，若反馈信号没有“消失”，则称之为电流反馈。这里，“消失”的概念是指反馈电路F的输出信号Xf中的正向传输分量(即与Xo成比例的分量)为0，而不是指Xf=0。

电压反馈中反馈信号uf≠0示意图如图3所示。对于图3中的电压反馈，初学者用电路分析的方法无法得到Xf=0(Re1、Rf构成反馈电路)，从而导致误判为电流反馈。由于uf=ie1(Re1||Rf)≠0，但uf与反馈电路的输入信号io无关(uo因负载短接而为0)，所以为电压反馈。因此，在判断采样信号类型时要重点强调和把握“Xf中的正向传输分量为0”的概念，正确理解反馈“消失”的内在含义是表征Xf与Xo无关。

图4 电流反馈图例

由此可得相应的直观判断方法，简称负载直观法，即观察反馈电路的输入端口的2个端子与基本放大器的负载RL(RL开路情形，等效为RL=∞)的连接情况，若反馈电路的输入端口与基本放大器的负载有2个共同的连接端子(见3(b)中的a、b点)，则反馈电路采样的信号Xo是基本放大器的负载两端的电压信号uo，称之为电压反馈(见3(b)中的a、b点)；若反馈电路的输入端口2个端子与基本放大器的负载RL只有一个共同的连接端子(见图4)，则称之为电流反馈。

2.4判断反馈极性

由于反馈极性的判断与反馈电路在信号流向中的位置有关，无论是全局还是局部反馈都存在一个信号经过放大-反馈的正向传输回路。对于全局的级间反馈，信号经过放大、反馈至输入端的回路，将回路增益最大的回路简称为主回路，其指输入信号ui经过基本放大电路、反馈电路时，信号获得最大增益所经过的路径。在该回路中，反馈电路视作为基本放大电路的负载，简称假负载。在多级放大电路中存在级间反馈时，主回路的认知也是初学者的学习难点之一，将直接影响反馈极性的判断。

在图5所示的级间反馈放大电路中，由Re1、Rf、Re3构成的级间反馈电路，其对应的主回路为ui→C1→b1→c1(b2)→c2(b3)→e3→Rf→e1。

图5 级间反馈放大电路

对于局部反馈，放大、反馈电路构成的回路较为简单，简称次回路，如图5中T1管的局部反馈电阻Re1存在交直流反馈，在判断其反馈极性时，Re1作为T1管的假负载。

反馈极性的判断方法是回路-瞬时极性法，其基本步骤如下：①依据放大-反馈回路确定信号流正向传输路径；②在信号流正向传输路径上，从输入端开始，逐级确定各级放大器的组态(说明：后一级或反馈电路(又称假负载)等效为本级的负载来确定其组态)，根据其组态依次判断各级放大器在信号流正向传输路径上的瞬时极性(用“⊕”表示输出与输入之间同相、“⊖”表示输出与输入之间反相)；③判断反馈极性。对于串联反馈，若反馈电路的输出极性与基本放大器的输入极性相同，则为负反馈，否则，为正反馈；对于并联反馈，若反馈电路的输出极性与基本放大器的输入极性相同，则为正反馈，否则为负反馈。

3 应用实例

以电路是一阻容耦合的多级放大电路(见图5)为例，依据反馈类型的判断方法来分析其存在的反馈类型。

3.1直流反馈情况

1)全局反馈 关于全局反馈的判断，存在如下情形：①输入与输出之间有2条路径，即b1→c1(b2)→c2(b3)→c3(简称P1)和b1→e1→Rf→e3→c3(简称P2)，这2条路径关联部分为T1,Rf,T3，因而存在由Re1、Rf、Re3构成的反馈电路；②由串并直观法可知反馈电路的输出端子(e1,地)与基本放大器的输入端子(b1,e1)只有一个共同的端子，所以信号的合成方式为串联反馈；③由输出负载短路法可知，当令uo=0时，Re1上的反馈电压uf∝io，即反馈未“消失”，故为电流反馈；④在输入与输出之间路径P1和P2中，P1的增益远大于P2的增益，因此P1路径构成A，P2中的部分路径构成F，由反馈电路可知放大-反馈主回路为ui→C1→b1→c1(b2)→c2(b3)→e3→Rf→e1，判断瞬时极性的各级放大器组态依次是T1管共射组态、T2管共射组态和T3管共集组态(注意与实际输出uo的共射组态不同)，根据回路-瞬时极性法可知该反馈极性为负反馈。

综上所述，反馈电路Re1、Rf、Re3构成直流电流串联负反馈。

2)局部反馈 以T2管的局部反馈支路Re2为例，T2与Re2构成放大-反馈的次回路为b2→e2→Re2→e2，反馈Re2构成直流电流串联负反馈；同理，Re1构成T1管的直流电流串联负反馈；Re3构成T3管的直流电流串联负反馈。

3.2交流反馈情况

1)全局反馈 反馈电路由Re1、Rf、Re3构成，同理可得Re1、Rf、Re3构成交流电流串联负反馈。

2)局部反馈 以T1管的局部反馈支路Re1为例，Re1构成交流电流串联负反馈；同理，Re3构成T3管的交流电流串联负反馈。

综合以上分析可知，Re1、Rf和Re3构成全局反馈，反馈类型为交直流电流串联负反馈；Re1构成局部交直流电流串联负反馈；Re3构成局部交直流电流串联负反馈。

4 结 语

放大器中的反馈是《电子技术》基本知识中的难点之一，为了更好地掌握其实质，首先要了解反馈的概念及其类型，用方框图法分析信号在放大-反馈回路的主要流向及其作用，正确理解全局反馈与局部反馈的关系，然后深入了解反馈类型的判断方法及其原理，最后通过典型实例分析来增强对反馈判断方法的灵活运用能力，从而更好地理解和掌握反馈类型的判断方法。

[1]华成英.模拟电子技术基础教程[M].北京：清华大学出版社，2006.

[2] 康华光，陈大钦.电子技术基础-模拟部分[M]. 第5版.北京：高等教育出版社,2006.

[3] 蒋新庚.关于放大电路中反馈类型判断方法的探究[J]. 苏州大学学报(工科版), 2007，27(1):77-79.

[4] 杨飒.反馈电路教学的几点新思路[J].高师理科学刊, 2005,25(4):90-92.

[5] 聂斌，吕菁华.重构反馈放大器理论的基本假设与理想模型[J].高师理科学刊,2005,25(3):38-41.

[6] 梁贵书，董华英.电路理论基础[M].北京：中国电力出版社，2009.

[7] 郑君里.信号与系统引论[M].北京：高等教育出版社，2010.

[编辑] 李启栋

TN721.2

A

1673-1409(2012)05-N147-03

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.05.049

2012-02-25

邹学玉(1965-)，男， 1988年大学毕业，博士，副教授，现主要从事多媒体通信、传感器网络、无线通信技术和电子技术等方面的教学与研究工作。