信號流在反饋類型判斷中的應用

鄒學玉(長江大學電子信息學院，湖北 荊州 434023)

劉 洪(重慶市南川區南川中學，重慶 408400)

秦紅波(武漢工程大學管理學院，湖北 武漢 430205)

信號流在反饋類型判斷中的應用

鄒學玉(長江大學電子信息學院，湖北 荊州 434023)

劉 洪(重慶市南川區南川中學，重慶 408400)

秦紅波(武漢工程大學管理學院，湖北 武漢 430205)

反饋是電子線路中重要技術之一，廣泛用來改善電子線路的工作狀態和性能。從反饋概念入手，明確信號流向在反饋類型判斷中的作用，采用信號流的方法分析了反饋類型的判斷步驟、原理和方法，從而更好地理解和掌握反饋類型的判斷方法。

信號流；反饋；反饋類型

反饋技術是電子系統中的一個非常重要的技術，對電子系統的設計具有重要作用。反饋分為正反饋和負反饋，負反饋被廣泛用來改善電子系統中放大器的性能，而正反饋被利用來產生特定的信號。因此，反饋類型的判斷方法是分析和應用反饋技術的必備基本知識。由于反饋的概念較抽象以及電路型式復雜多樣，令初學者感到難以理解和掌握。針對上述問題，有學者對該問題進行了研究[1-5]，但都忽視了信號流在分析該問題中的作用。為此，筆者對信號流在反饋類型判斷中的應用進行了研究。

1 信號流與反饋的概念

在放大電路中，對輸入信號Xi放大時，引入反饋以改善系統性能。反饋是指將放大電路(或電子系統)輸出Xo(電壓或電流)的一部分或全部(簡稱輸出采樣)，通過某種方式(簡稱反饋電路)引回到輸入回路(簡稱信號合成)形成反饋信號Xf來影響放大電路的凈輸入信號Xd(電壓或電流)的過程[1-2]。在電子線路中，信號流有正向與反向傳輸之分，由于反饋電路采樣的電壓或電流是電路系統中最基本的信號參量，因而分析信號在電子線路中的流動情況可以有助于正確理解和快速掌握反饋類型的判斷方法。

2 反饋類型的判斷

Xd-凈輸入信號；Xf-反饋輸出信號；Xo-輸出信號

在電子線路中，無論是全局還是局部反饋，反饋放大電路都可以劃分為基本放大電路(用A表示)和反饋電路(用F表示)2大模塊部分，因而可以表示為如圖1所示的方框圖形式，圖中標明了主要的信號流向。由二端口網絡理論[6]和信號系統理論[7]可知，基本放大電路有正向傳輸與反向傳輸特性，其中在低頻電路中，正向傳輸特性占主導地位，反向傳輸特性很弱，可以忽略不計；同理，反饋電路同樣可以忽略其反向傳輸特性，從而形成一個信號流正向傳輸的放大-反饋回路。在該回路中，信號Xf與Xd的合成方式決定了是串聯還是并聯反饋；對信號Xo的采樣類型決定了是電壓還是電流反饋。為此，筆者以正向傳輸信號流向來判斷反饋類型。

在反饋的判斷過程中，首先必須弄清信號流在反饋放大器電路中的特點和作用；其次，必須弄清信號流的主要和次要路徑；再次，必須弄清有無反饋、反饋電路在哪、反饋的采樣信號參量是直流還是交流；最后，采用適當的方法判斷反饋類型，具體步驟如下。

2.1查找反饋電路

對初學者來說，查找反饋電路是分析反饋的難點之一。筆者提出的反饋電路查找方法簡稱為輸入-輸出信號流關聯法，即分別畫出放大電路的交直流等效電路，然后根據電路中信號(直流或交流)流向，在信號的輸入與輸出之間列出所有可能前向路徑，對多條前向路徑，若路徑之間存在關聯電路，則表示有反饋存在；否則，表示無反饋電路; 對單條路徑，若輸出信號位于輸入回路中，則該路徑存在反饋，否則，該路徑上無反饋。若直流電路有反饋，稱之為直流反饋；若交流電路有反饋，稱之為交流反饋。

2.2判斷信號合成方式

圖2 Xi置零短路處理示意圖

圖3 電壓反饋中反饋信號uf≠0示意圖

基本放大器輸入端的信號合成方式是判斷串聯反饋還是并聯反饋關鍵，如果基本放大器的凈輸入信號Xd與輸入信號Xi和反饋輸出信號Xf以電壓形式合成，則稱之為串聯反饋；反之，如果基本放大器的凈輸入信號Xd與輸入信號Xi和反饋輸出信號Xf以電流形式合成，則稱之為并聯反饋。判斷方法為輸入信號置零法。在該法中，輸入信號Xi由信號源(電壓源Vs或電流源Is)與內阻Rs(與Rs串接的電阻視為Rs的一部分)構成，Xi做置零短路處理(見圖2)后，若基本放大器的凈輸入信號Xd為0，則屬于并聯反饋(見圖2(a))；否則，若Xd不為0，則屬于串聯反饋(見圖2(b))。

由此可得相應的直觀判斷方法，簡稱串并直觀法，即觀察反饋輸出信號Xf的2端與基本放大器輸入端口的連接情況，若反饋電路的輸出端口與基本放大器的輸入端口有2個共同的連接端子(見圖2(a)中的a、b點)，則反饋輸出信號Xf引回至基本放大器的同一端口，稱之為并聯反饋；否則，若反饋電路的輸出端口與基本放大器的輸入端口只有1個共同的連接端子(見圖2(b)中的c點)，則稱之為串聯反饋。

2.3判斷信號采樣類型

識別反饋電路的信號采樣類型是判斷電壓反饋還是電流反饋的關鍵，也是難點之一。判斷方法是輸出負載短路法，即將輸出負載RL短路，使輸出電壓Uo=0，若反饋信號“消失”，則稱之為電壓反饋；否則，若反饋信號沒有“消失”，則稱之為電流反饋。這里，“消失”的概念是指反饋電路F的輸出信號Xf中的正向傳輸分量(即與Xo成比例的分量)為0，而不是指Xf=0。

電壓反饋中反饋信號uf≠0示意圖如圖3所示。對于圖3中的電壓反饋，初學者用電路分析的方法無法得到Xf=0(Re1、Rf構成反饋電路)，從而導致誤判為電流反饋。由于uf=ie1(Re1||Rf)≠0，但uf與反饋電路的輸入信號io無關(uo因負載短接而為0)，所以為電壓反饋。因此，在判斷采樣信號類型時要重點強調和把握“Xf中的正向傳輸分量為0”的概念，正確理解反饋“消失”的內在含義是表征Xf與Xo無關。

圖4 電流反饋圖例

由此可得相應的直觀判斷方法，簡稱負載直觀法，即觀察反饋電路的輸入端口的2個端子與基本放大器的負載RL(RL開路情形，等效為RL=∞)的連接情況，若反饋電路的輸入端口與基本放大器的負載有2個共同的連接端子(見3(b)中的a、b點)，則反饋電路采樣的信號Xo是基本放大器的負載兩端的電壓信號uo，稱之為電壓反饋(見3(b)中的a、b點)；若反饋電路的輸入端口2個端子與基本放大器的負載RL只有一個共同的連接端子(見圖4)，則稱之為電流反饋。

2.4判斷反饋極性

由于反饋極性的判斷與反饋電路在信號流向中的位置有關，無論是全局還是局部反饋都存在一個信號經過放大-反饋的正向傳輸回路。對于全局的級間反饋，信號經過放大、反饋至輸入端的回路，將回路增益最大的回路簡稱為主回路，其指輸入信號ui經過基本放大電路、反饋電路時，信號獲得最大增益所經過的路徑。在該回路中，反饋電路視作為基本放大電路的負載，簡稱假負載。在多級放大電路中存在級間反饋時，主回路的認知也是初學者的學習難點之一，將直接影響反饋極性的判斷。

在圖5所示的級間反饋放大電路中，由Re1、Rf、Re3構成的級間反饋電路，其對應的主回路為ui→C1→b1→c1(b2)→c2(b3)→e3→Rf→e1。

圖5 級間反饋放大電路

對于局部反饋，放大、反饋電路構成的回路較為簡單，簡稱次回路，如圖5中T1管的局部反饋電阻Re1存在交直流反饋，在判斷其反饋極性時，Re1作為T1管的假負載。

反饋極性的判斷方法是回路-瞬時極性法，其基本步驟如下：①依據放大-反饋回路確定信號流正向傳輸路徑；②在信號流正向傳輸路徑上，從輸入端開始，逐級確定各級放大器的組態(說明：后一級或反饋電路(又稱假負載)等效為本級的負載來確定其組態)，根據其組態依次判斷各級放大器在信號流正向傳輸路徑上的瞬時極性(用“⊕”表示輸出與輸入之間同相、“?”表示輸出與輸入之間反相)；③判斷反饋極性。對于串聯反饋，若反饋電路的輸出極性與基本放大器的輸入極性相同，則為負反饋，否則，為正反饋；對于并聯反饋，若反饋電路的輸出極性與基本放大器的輸入極性相同，則為正反饋，否則為負反饋。

3 應用實例

以電路是一阻容耦合的多級放大電路(見圖5)為例，依據反饋類型的判斷方法來分析其存在的反饋類型。

3.1直流反饋情況

1)全局反饋 關于全局反饋的判斷，存在如下情形：①輸入與輸出之間有2條路徑，即b1→c1(b2)→c2(b3)→c3(簡稱P1)和b1→e1→Rf→e3→c3(簡稱P2)，這2條路徑關聯部分為T1,Rf,T3，因而存在由Re1、Rf、Re3構成的反饋電路；②由串并直觀法可知反饋電路的輸出端子(e1,地)與基本放大器的輸入端子(b1,e1)只有一個共同的端子，所以信號的合成方式為串聯反饋；③由輸出負載短路法可知，當令uo=0時，Re1上的反饋電壓uf∝io，即反饋未“消失”，故為電流反饋；④在輸入與輸出之間路徑P1和P2中，P1的增益遠大于P2的增益，因此P1路徑構成A，P2中的部分路徑構成F，由反饋電路可知放大-反饋主回路為ui→C1→b1→c1(b2)→c2(b3)→e3→Rf→e1，判斷瞬時極性的各級放大器組態依次是T1管共射組態、T2管共射組態和T3管共集組態(注意與實際輸出uo的共射組態不同)，根據回路-瞬時極性法可知該反饋極性為負反饋。

綜上所述，反饋電路Re1、Rf、Re3構成直流電流串聯負反饋。

2)局部反饋 以T2管的局部反饋支路Re2為例，T2與Re2構成放大-反饋的次回路為b2→e2→Re2→e2，反饋Re2構成直流電流串聯負反饋；同理，Re1構成T1管的直流電流串聯負反饋；Re3構成T3管的直流電流串聯負反饋。

3.2交流反饋情況

1)全局反饋 反饋電路由Re1、Rf、Re3構成，同理可得Re1、Rf、Re3構成交流電流串聯負反饋。

2)局部反饋 以T1管的局部反饋支路Re1為例，Re1構成交流電流串聯負反饋；同理，Re3構成T3管的交流電流串聯負反饋。

綜合以上分析可知，Re1、Rf和Re3構成全局反饋，反饋類型為交直流電流串聯負反饋；Re1構成局部交直流電流串聯負反饋；Re3構成局部交直流電流串聯負反饋。

4 結 語

放大器中的反饋是《電子技術》基本知識中的難點之一，為了更好地掌握其實質，首先要了解反饋的概念及其類型，用方框圖法分析信號在放大-反饋回路的主要流向及其作用，正確理解全局反饋與局部反饋的關系，然后深入了解反饋類型的判斷方法及其原理，最后通過典型實例分析來增強對反饋判斷方法的靈活運用能力，從而更好地理解和掌握反饋類型的判斷方法。

[1]華成英.模擬電子技術基礎教程[M].北京：清華大學出版社，2006.

[2] 康華光，陳大欽.電子技術基礎-模擬部分[M]. 第5版.北京：高等教育出版社,2006.

[3] 蔣新庚.關于放大電路中反饋類型判斷方法的探究[J]. 蘇州大學學報(工科版), 2007，27(1):77-79.

[4] 楊颯.反饋電路教學的幾點新思路[J].高師理科學刊, 2005,25(4):90-92.

[5] 聶斌，呂菁華.重構反饋放大器理論的基本假設與理想模型[J].高師理科學刊,2005,25(3):38-41.

[6] 梁貴書，董華英.電路理論基礎[M].北京：中國電力出版社，2009.

[7] 鄭君里.信號與系統引論[M].北京：高等教育出版社，2010.

[編輯] 李啟棟

TN721.2

A

1673-1409(2012)05-N147-03

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

2012-02-25

鄒學玉(1965-)，男， 1988年大學畢業，博士，副教授，現主要從事多媒體通信、傳感器網絡、無線通信技術和電子技術等方面的教學與研究工作。