兰州城市学院培黎机械工程学院 郑隆举 宿忠娥 郭中华 李慧芳
模拟电路是“电子技术”的基础,其在信号放大,功率放大,整流稳压电路,模拟量反馈等电路中具有不可取代的作用。在这些电路中,电压、电流等物理量不仅需要进行放大和变换,同时要求在放大、变换、信号运算、滤波、采样时保证其精度和稳定性。因此,要求放大电路必须设计合理的反馈电路。而放大电路反馈类型的判断是解决这一问题的重要环节[1]。在多年的教学实践过程中,经过认真钻研,反复琢磨,仔细探究,总结了一套易教、易学快速判断反馈类型的教学方法。
反馈:将电子电路或者放大电路输出端的电压或电流信号的一部分或全部,由一条导线或者电阻元件或电容元件组成的电路引回到输入端,用来改变净输入信号大小,使其工作在线性区或者非线性区,这样的电路,称之为反馈电路[2,3]。
图1 通过发射极电阻RE将输出电流信号反馈到输入端Figure 1 Feedback the output current signal to the input by the emitter resistance RE
图2 通过发射极电阻RE将输出电压信号反馈到输入端Figure 2 Feedback the outputr tension signal to the input by the emitter resistance RE
若引入的反馈信号与输入信号相比较,使净输入信号减小,输出信号随之减小的反馈,称为负反馈;负反馈的引入对放大电路的放大倍数、失真现象、通频带及输入输出电阻等方面都产生极其有利的影响。若引入的反馈信号与输入信号相比较,使净输入信号增大,输出信号随之增大的反馈,称为正反馈[4]。但是,用定义来判断反馈并不容易掌握。
利用瞬时极性法[2,3]和口诀法判断正、负反馈:
<1>设放大电路的接地点的电位为零,如果电路中某一点的瞬时电位高于接地点电位,则认为该点电位的瞬时极性为正(用⊕表示);反之为负(用表示);
<2>如果引入的反馈信号与输入信号加在不同的两个输入端(同相端和反相端),二者极性相同,为负反馈,简称为“两、同、负”;反之,二者极性相反,则为正反馈,简称为“两、反、正”;
<3>如果引入的反馈信号与输入信号加在同一个输入端(同相端或反相端),二者极性相反,为负反馈,简称为“一、反、负”;反之,二者极性相同,则为正反馈,简称为“一、同、正”。
图3 多级放大电路的反馈电路Figure 3 Feedback circuit of multistage amplifier circuit
对于多级放大电路,判断反馈时,反馈电路只看由末级输出端直接引至第一级输入端的反馈电路,而不管各级的反馈电路。如上图3所示,只看电阻元件R所组成的这一条反馈电路。利用瞬时极性法判断时,按照放大电路信号的传输方向,假设加在反相输入端的输入信号ui的极性为正,经过电阻元件R1将极性为正的信号由反相输入端进入集成运放A1,输出时极性为负,信号经过电阻元件R2进入集成运放A2的反相端,输出时极性为正,再由反馈电阻R组成的反馈电路将极性为正的输出信号uo的一部分或者全部引入到同相输入端。输入信号和反馈信号加在输入的两端,极性相同,所以为负反馈。
(1)判断电压、电流反馈要看放大电路的输出端:反馈电路直接从输出端引出或者从负载电阻RL上端引出的,则是电压反馈,简称“上、压”;从负载电阻RL的下端(靠近接地点)引出的,则是电流反馈,简称“下、流”。
(2)判断串、并联反馈要看放大电路的输入端:如果反馈信号和输入信号加在同一个输入端(同相或反相),则是并联反馈,简称“一、并”;如果输入信号和反馈信号分别加在两个输入端(同相和反相),则是串联反馈,简称“两、串”。
(1)串联电压负反馈:如图4所示,反馈信号和输入信号分别加在反相端和同相端(两、串),即为串联反馈;反馈信号从负载电阻RL的上端引出(上、压),即为电压反馈。
图4 串联电压负反馈Figure 4 Negative feedback of series voltage
(2)并联电压负反馈:如图5所示,反馈信号和输入信号同时加在反相端(一、并),即为并联反馈;反馈信号从负载电阻RL的上端引出(上、压),即为电压反馈。
图5 并联电压负反馈Figure 5 Negative feedback of parallel voltage
(3)串联电流负反馈:如图6所示,反馈信号和输入信号分别加在反相和同相两端(两、串),即为串联反馈;反馈信号从负载电阻RL的下端引出(下、流),即为电流反馈。
图6 串联电流负反馈Figure 6 Negative feedback of series current
(4)并联电流负反馈:如图7所示,反馈信号和输入信号同时加在反相端(一、并),即为并联反馈;反馈信号从负载电阻RL的下端引出(下、流),即为电流反馈。
图7 并联电流负反馈Figure 7 Negative feedback of parallel current
在放大电路中,根据需要放大不同类别的信号,如交、直流分量,采用不同的耦合方式。如图8所示,交流分量和直流分量的信号均可以通过RE,所以RE引入的是交、直流反馈。如果发射极有旁路电容C,RE中仅有直流分量的信号通过,这时RE引入的则是直流反馈[5]。电路中引入直流负反馈的目的是稳定静态工作点,引入交流负反馈的目的是改善放大电路的性能[6]。
图8 交、直流反馈Figure 8 Ac and Dc feedback
电子技术模拟电路中反馈类型的判断,许多教材和相关资料上,无论是利用定义判断还是各种计算方法等,文字叙述内容多,思路复杂,比较抽象,计算分析过程不容易弄懂,学生不易理解。通过多年实践教学、潜心研究,运用简单易行的20字口诀:“两、同、负”和“两、反、正”,“一、反、负”和“一、同、正”及“一、并”和“两、串”,“上、压”和“下、流”,就可以高效快速,准确无误的判断反馈的类型。把原来晦涩难懂,耗时较长的知识点用轻松,易懂,省时省力的方式传授给学生。甚至还可以精简到7字口诀法:“两、同、负”“一、并”“上、压”来关联记忆进行判断,做到由浅入深,通俗易懂的教学模式。
[1]计科峰,刘安芝.放大电路反馈判断问题的教学方法[J].电气电子教学学报,2013,35(2):63-65.
[2]秦曾煌,姜三勇.电工学(下册)电子技术[M].北京:高等教育出版社(第七版),2008:131-137.
[3]徐安静.模拟电子技术[M].北京:清华大学出版社,2008.
[4]康华光.电子技术基础模拟部分[M].北京:高等教育出版社(第5版),2006:331-332.
[5]冯志红,赵拥军.一种简便的反馈类型判别方法[J].电气电子教学学报,2012,34(1):108-112.
[6]王晓明,王庆亮.放大电路中的反馈快速判断教学方法[J].辽宁科技大学学报,2011,36(6):601-603.