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摘要:反馈贯穿整个电子电路课程的重点和难点,如何快速准确地判断电子电路中反馈的类型和组态就成为一个主要问题。结合具体电路,介绍了一套判断反馈类型和组态的口诀。经实际电路检验,该口诀既适用于集成运算放大电路,又适用于分立元件放大电路。在教学中使用口诀可以有效提高学生学习的效率和准确性。
关键词:反馈;反馈类型;反馈组态;口诀
作者简介:褚丽娜(1983-),女,河北保定人,军械工程学院电气工程系,助教;王瑾(1972-),男,河南南阳人,军械工程学院电气工程系,讲师。(河北 石家庄 050003)
中图分类号:TM13 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2011)21-0102-02
在电子电路中,将输出量(输出电压或输出电流)的一部分或全部通过一定电路的形式作用到输入回路,用来影响其输入量(放大电路的输入电压或输入电流)的措施称为反馈。[1]反馈普遍存在于电子电路中,除了根据反馈效果可以分为正反馈和负反馈之外,还有交流反馈和直流反馈、本级反馈和级间反馈、串联反馈和并联反馈、电压反馈和电流反馈等。不同反馈类型和组态对放大电路的影响不尽相同,如何判断电路中反馈的类型和组态就成为电子电路教学中的一个重点和难点。
前人根据实际电路总结出一些简易方法帮助反馈的判断和识记,[2-5]但都不够完善,有的只针对瞬时极性法判断反馈极性,有的只针对分立元件放大电路或集成运算放大电路的一种进行分析,有的只介绍方法没提炼出口诀。本文总结出一套方法同时适用于分立元件放大电路和集成运算放大电路中反馈类型和组态的判断,并将结论总结为口诀,方便教师教学和学生理解。
一、反馈网络的判断
反馈网络就是连接在输入回路(端)与输出回路(端)之间的电路,通常由电阻、电容等线性元件构成。如图1(a)所示,输出电压uO通过电阻R2反馈到集成运算放大器的反向输入端,与电阻R1共同构成反馈网络。通常对于电阻R2是反馈网络中的反馈电阻,大家都很容易识别,但是初学者容易忽略电阻R1也属于反馈网络。对于电路中除明显连接在电路输入、输出端之外的元件,若不确定其是否属于反馈网络,可以将该元件短路,观察电路,若反馈仍然存在,则该元件不属于反馈网络;反之,该元件属于反馈网络。图1(a)中若去掉电阻R1,输出电压通过电阻R2后直接接地,等效为集成运算放大器的反相输入端接地,显然输出信号的变化无法影响输入端信号的变化,无反馈存在,所以反馈网络包括电阻R2和电阻R1。
分立元件放大电路如图1(b)所示,以晶体管T基极作为输入端,集电极作为输出端,构成共发射极放大电路,没有反馈电阻直接从集电极引回到基极形成反馈,但是发射极电阻RE是放大电路输入回路和输出回路共用支路,可以稳定静态工作点,[6]引入负反馈。
二、反馈类型的判断
1.交/直流反馈的判断
反馈网络中串联有隔直通交的大电容,为交流反馈,用来改善交流参数,如图2中RF、RE1、C3。
反馈网络中并联有隔直通交的大电容时为直流反馈,用来稳定静态工作点,如图2中的RE2、CE。
反馈网络中没有隔直通交的大电容,为交、直流反馈,既可以稳定静态工作点,又可以改善动态参数。
以上判据对于集成运算放大电路同样适用,不再赘述。
2.本级/级间反馈的判断
对于多级放大电路,若反馈信号由本级输出回送到本级输入回路,为本级反馈,如图2中RE1为第一级放大电路的本级反馈,RE2、CE为第二级放大电路的本级反馈;RF、RE1、C3为该多级放大电路的极间反馈。
3.正/反馈的判断
判断电路中引入反馈的极性通常采用瞬时极性法,即规定电路输入端信号在某一瞬时对地的极性,并依次判断电路中各相关点电位极性,从而得到输出端信号的极性;根据输出端信号极性判断反馈引出端(反馈在输出回路采样的点)和反馈引入端(反馈引回到输入回路的点)信号极性,比较反馈引入端信号与输入端信号的极性,判断电路引入反馈后净输入是增大还是减小,从而确定反时正反馈还是负反馈。
判断口诀如下:
同点异号负反馈,异点同号负反馈;
同点同号正反馈,异点异号正反馈。
其中,“点”是指输入端和反馈引入端,“号”是对应断点上信号的极性。如图1(a)所示,满足“异点同号负反馈”。
对应到分立元件放大电路中,输入端、反馈引出端、反馈引入端和输出端对应到晶体管(或场效应管)的极,如图2中整个多级放大电路的输入端为T1的基极,输出端为T2的集电极,采用瞬时极性法判断级间反馈RF、RE1、C3的极性,各点电位如图所示,输入端T1的基极为正,反馈端T1发射极为正,满足“异点同号负反馈”。同样可以判断第一级本级反馈RE1的极性为负,但是需注意:此时T1的发射极既是反馈引出端,又是反馈引入端,此种假设在下文反馈组态的判断中仍然适用。
结合瞬时极性法,准确理解关于输入端、反馈引出端、反馈引入端和输出端的设定,其余三句口诀同样适用于分立元件电路和集成运算放大电路。
三、反馈组态的判断
当放大电路中存在交流负反馈时,可以根据输入信号与反馈信号比较方式不同,分为串联反馈和并联反馈,拓扑结构如图3(a)、(b)所示;根据反馈信号在输出端取样方式不同,分为电压反馈和电流反馈,拓扑结构如图3(c)、(d)所示。[7]
当输入信号与反馈信号以电压串联方式互相组合时,为串联反馈,此时,反馈的引入端与信号输入端分别对应到集成运算放大器上不同输入端,对应到分立元件放大电路中不同的晶体管电极;当输入信号与反馈信号以电流并联方式互相组合时,为并联反馈,此时,反馈的引入端与信号输入端分别对应到集成运算放大器上同一输入端,对应到分立元件放大电路中同一的晶体管电极。根据以上分析可以总结为“同并”,即当电路的输入端和反馈的引入端为集成运算放大器同一输入端(或晶体管同一电极)时,为并联负反馈;反之为串联负反馈。
当反馈在输出端对负载电压进行取样,即反馈支路与负载以并联的形式完成运算,称为电压反馈,此时反馈引出端和电路输出端为电路中同一节点;当反馈在输出端对负载电流进行取样,即反馈支路与负载以串联的形式完成运算,称为电流反馈,此时反馈引出端和电路输出端为电路中不同节点。根据以上分析可以总结为“同压”,即当电路的输出端与反馈的引出端为电路中同一节点,为电压负反馈;反之为电流负反馈。
使用“同并同压”判断图1(a)引入电压串联负反馈。使用传统方法验证,当输出端负载短路,即uO=0 时,反馈消失,为电压反馈;输入信号与反馈信号以电压形式串联,为串联反馈。与口诀判断结果相同。
使用口诀判断图2中级间反馈RF、RE1、C3,输出端与反馈引入端都是T2的集电极,符合“同压”为电压反馈;输入端为T1的基极,反馈的引入端为T1的发射极,不符合“同并”,为串联反馈,结果为电压串联负反馈,与传统方法判断结果相同,且更为简便快捷。
四、结论
本文将反馈教学中难于理解和掌握的反馈类型、组态判断判断方法进行归纳,总结出便于识记的口诀。将口诀应用于教学,学生不仅可以正确理解反馈类型和组态的知识,而且可以迅速、准确地判断出反馈的类型和组态。经教学实践检验,口诀法可以达到事半功倍的效果。
参考文献:
[1]童诗白,华成英.模拟电子技术基础(第四版)[M].北京:高等教育出版社,2006:259 -312.
[2]罗毅,孙友.电子电路中反馈放大器类型的快速判断方法[J].湖北第二师范学院学报,2009,26(2):45-47.
[3]胡承忠,蒋天发.简易反馈类型判别法[J].国外建材科技,2005,26(2):47-49.
[4]成光有.分析负反馈放大电路的技巧与口诀[J].电工技术,1995,(3):58-60.
[5]陈虹宇,黄大荣,翟丽平.电路反馈分类及组态类型判断[J].湖北民族学院学报(自然科学版),2007,25(4):400-404.
[6]康华光.电子技术基础模拟部分(第四版)[M].北京:高等教育出版社,1999:102-106.
[7]Sergio Franco.基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计(第3版)[M].西安:西安交通大学出版社,2009:19-30.
(责任编辑:王祝萍)
注:本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
关键词:反馈;反馈类型;反馈组态;口诀
作者简介:褚丽娜(1983-),女,河北保定人,军械工程学院电气工程系,助教;王瑾(1972-),男,河南南阳人,军械工程学院电气工程系,讲师。(河北 石家庄 050003)
中图分类号:TM13 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2011)21-0102-02
在电子电路中,将输出量(输出电压或输出电流)的一部分或全部通过一定电路的形式作用到输入回路,用来影响其输入量(放大电路的输入电压或输入电流)的措施称为反馈。[1]反馈普遍存在于电子电路中,除了根据反馈效果可以分为正反馈和负反馈之外,还有交流反馈和直流反馈、本级反馈和级间反馈、串联反馈和并联反馈、电压反馈和电流反馈等。不同反馈类型和组态对放大电路的影响不尽相同,如何判断电路中反馈的类型和组态就成为电子电路教学中的一个重点和难点。
前人根据实际电路总结出一些简易方法帮助反馈的判断和识记,[2-5]但都不够完善,有的只针对瞬时极性法判断反馈极性,有的只针对分立元件放大电路或集成运算放大电路的一种进行分析,有的只介绍方法没提炼出口诀。本文总结出一套方法同时适用于分立元件放大电路和集成运算放大电路中反馈类型和组态的判断,并将结论总结为口诀,方便教师教学和学生理解。
一、反馈网络的判断
反馈网络就是连接在输入回路(端)与输出回路(端)之间的电路,通常由电阻、电容等线性元件构成。如图1(a)所示,输出电压uO通过电阻R2反馈到集成运算放大器的反向输入端,与电阻R1共同构成反馈网络。通常对于电阻R2是反馈网络中的反馈电阻,大家都很容易识别,但是初学者容易忽略电阻R1也属于反馈网络。对于电路中除明显连接在电路输入、输出端之外的元件,若不确定其是否属于反馈网络,可以将该元件短路,观察电路,若反馈仍然存在,则该元件不属于反馈网络;反之,该元件属于反馈网络。图1(a)中若去掉电阻R1,输出电压通过电阻R2后直接接地,等效为集成运算放大器的反相输入端接地,显然输出信号的变化无法影响输入端信号的变化,无反馈存在,所以反馈网络包括电阻R2和电阻R1。
分立元件放大电路如图1(b)所示,以晶体管T基极作为输入端,集电极作为输出端,构成共发射极放大电路,没有反馈电阻直接从集电极引回到基极形成反馈,但是发射极电阻RE是放大电路输入回路和输出回路共用支路,可以稳定静态工作点,[6]引入负反馈。
二、反馈类型的判断
1.交/直流反馈的判断
反馈网络中串联有隔直通交的大电容,为交流反馈,用来改善交流参数,如图2中RF、RE1、C3。
反馈网络中并联有隔直通交的大电容时为直流反馈,用来稳定静态工作点,如图2中的RE2、CE。
反馈网络中没有隔直通交的大电容,为交、直流反馈,既可以稳定静态工作点,又可以改善动态参数。
以上判据对于集成运算放大电路同样适用,不再赘述。
2.本级/级间反馈的判断
对于多级放大电路,若反馈信号由本级输出回送到本级输入回路,为本级反馈,如图2中RE1为第一级放大电路的本级反馈,RE2、CE为第二级放大电路的本级反馈;RF、RE1、C3为该多级放大电路的极间反馈。
3.正/反馈的判断
判断电路中引入反馈的极性通常采用瞬时极性法,即规定电路输入端信号在某一瞬时对地的极性,并依次判断电路中各相关点电位极性,从而得到输出端信号的极性;根据输出端信号极性判断反馈引出端(反馈在输出回路采样的点)和反馈引入端(反馈引回到输入回路的点)信号极性,比较反馈引入端信号与输入端信号的极性,判断电路引入反馈后净输入是增大还是减小,从而确定反时正反馈还是负反馈。
判断口诀如下:
同点异号负反馈,异点同号负反馈;
同点同号正反馈,异点异号正反馈。
其中,“点”是指输入端和反馈引入端,“号”是对应断点上信号的极性。如图1(a)所示,满足“异点同号负反馈”。
对应到分立元件放大电路中,输入端、反馈引出端、反馈引入端和输出端对应到晶体管(或场效应管)的极,如图2中整个多级放大电路的输入端为T1的基极,输出端为T2的集电极,采用瞬时极性法判断级间反馈RF、RE1、C3的极性,各点电位如图所示,输入端T1的基极为正,反馈端T1发射极为正,满足“异点同号负反馈”。同样可以判断第一级本级反馈RE1的极性为负,但是需注意:此时T1的发射极既是反馈引出端,又是反馈引入端,此种假设在下文反馈组态的判断中仍然适用。
结合瞬时极性法,准确理解关于输入端、反馈引出端、反馈引入端和输出端的设定,其余三句口诀同样适用于分立元件电路和集成运算放大电路。
三、反馈组态的判断
当放大电路中存在交流负反馈时,可以根据输入信号与反馈信号比较方式不同,分为串联反馈和并联反馈,拓扑结构如图3(a)、(b)所示;根据反馈信号在输出端取样方式不同,分为电压反馈和电流反馈,拓扑结构如图3(c)、(d)所示。[7]
当输入信号与反馈信号以电压串联方式互相组合时,为串联反馈,此时,反馈的引入端与信号输入端分别对应到集成运算放大器上不同输入端,对应到分立元件放大电路中不同的晶体管电极;当输入信号与反馈信号以电流并联方式互相组合时,为并联反馈,此时,反馈的引入端与信号输入端分别对应到集成运算放大器上同一输入端,对应到分立元件放大电路中同一的晶体管电极。根据以上分析可以总结为“同并”,即当电路的输入端和反馈的引入端为集成运算放大器同一输入端(或晶体管同一电极)时,为并联负反馈;反之为串联负反馈。
当反馈在输出端对负载电压进行取样,即反馈支路与负载以并联的形式完成运算,称为电压反馈,此时反馈引出端和电路输出端为电路中同一节点;当反馈在输出端对负载电流进行取样,即反馈支路与负载以串联的形式完成运算,称为电流反馈,此时反馈引出端和电路输出端为电路中不同节点。根据以上分析可以总结为“同压”,即当电路的输出端与反馈的引出端为电路中同一节点,为电压负反馈;反之为电流负反馈。
使用“同并同压”判断图1(a)引入电压串联负反馈。使用传统方法验证,当输出端负载短路,即uO=0 时,反馈消失,为电压反馈;输入信号与反馈信号以电压形式串联,为串联反馈。与口诀判断结果相同。
使用口诀判断图2中级间反馈RF、RE1、C3,输出端与反馈引入端都是T2的集电极,符合“同压”为电压反馈;输入端为T1的基极,反馈的引入端为T1的发射极,不符合“同并”,为串联反馈,结果为电压串联负反馈,与传统方法判断结果相同,且更为简便快捷。
四、结论
本文将反馈教学中难于理解和掌握的反馈类型、组态判断判断方法进行归纳,总结出便于识记的口诀。将口诀应用于教学,学生不仅可以正确理解反馈类型和组态的知识,而且可以迅速、准确地判断出反馈的类型和组态。经教学实践检验,口诀法可以达到事半功倍的效果。
参考文献:
[1]童诗白,华成英.模拟电子技术基础(第四版)[M].北京:高等教育出版社,2006:259 -312.
[2]罗毅,孙友.电子电路中反馈放大器类型的快速判断方法[J].湖北第二师范学院学报,2009,26(2):45-47.
[3]胡承忠,蒋天发.简易反馈类型判别法[J].国外建材科技,2005,26(2):47-49.
[4]成光有.分析负反馈放大电路的技巧与口诀[J].电工技术,1995,(3):58-60.
[5]陈虹宇,黄大荣,翟丽平.电路反馈分类及组态类型判断[J].湖北民族学院学报(自然科学版),2007,25(4):400-404.
[6]康华光.电子技术基础模拟部分(第四版)[M].北京:高等教育出版社,1999:102-106.
[7]Sergio Franco.基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计(第3版)[M].西安:西安交通大学出版社,2009:19-30.
(责任编辑:王祝萍)
注:本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文