楊愛春

【關(guān)鍵詞】負反饋；放大電路；記憶框圖

引言

在電子技術(shù)的振蕩電路中，通常正反饋起重要作用，而負反饋一般應(yīng)用于放大電路，用途非常廣泛，日常生活、工業(yè)、交通以及航空等各個領(lǐng)域，比如揚聲器、聲卡、聲控、光控等設(shè)備都離不開負反饋放大電路，其目的是改善這些元器件的放大電路性能。有專家曾經(jīng)利用框圖的方法討論了負反饋放大電路性能優(yōu)化問題[1]；某科研組提出導出負反饋放大器方框圖分析的辦法，描述了電壓并聯(lián)負反饋放大器的主要性能參數(shù)[2]；為深入貫徹落實教育部發(fā)布的《高等學校課程思政建設(shè)指導綱要》中關(guān)于教育的重要論述和全國教育大會精神，全面推進高校課程思政建設(shè)，發(fā)揮每門課程的育人作用，提高高校人才培養(yǎng)質(zhì)量，有些高校教師在“電路與電子技術(shù)”課堂教學中融入課程思政內(nèi)容[3]，提高了課堂教學效果，推進了“三全育人”的實施工作，在實踐中加強，在創(chuàng)新中發(fā)展。從某個角度，思政的融入幫助學生理解了放大電路的用途，但是放大電路中的“負反饋”非常抽象、難于理解。

如何有效理解負反饋在放大電路中的有關(guān)內(nèi)容，筆者在近幾年的實踐教學中，巧妙地進行歸納、概括和總結(jié)，讓學習者更易于接收、理解和消化。

一、負反饋放大電路的概念與類型

負反饋放大電路在模擬電子技術(shù)中是一個比較成熟的知識點，從字面上不言而喻，引入負反饋的放大電路稱為負反饋放大電路，即輸出端的電壓或電流其中的一部分，甚至全部，通過由電阻等元件組成的特定反饋電路輸送到輸入端口，影響了輸入端的電壓或電流[4]249。康華光從不同的角度出發(fā)[5]278，對負反饋放大電路進行了詳細的分類，就是大家所知的直流負反饋和交流負反饋，電壓負反饋和電流負反饋，串聯(lián)負反饋和并聯(lián)負反饋等多種基本負反饋類型。用什么具體方法來判別實際的放大電路負反饋類型，教材中均給出其詳細的判斷，這里僅做簡單描述。

二、負反饋放大電路的判斷方法

（一）正、負反饋判斷方法

假設(shè)反饋過來的信號uf與輸入信號ui在同一個位置相遇輸入，規(guī)定兩種信號大小按加法計算，即最終的輸入信號用表達式為 uid=ui+uf 。顯然，如果ui和uf極性相同，該反饋為正反饋；如果ui和uf極性相反，則為負反饋。

另一種情況，信號uf與信號ui若不在同一個位置輸入，規(guī)定兩種信號大小按減法計算，即凈輸入信號uid=ui-uf。同理，如果兩信號ui和uf極性相同，該電路反饋為負反饋；否則為正反饋。

（二）電壓、電流負反饋判斷方法

一般情況下，如果反饋信號uf與輸出信號uo在同一個輸出端口節(jié)點位置導出，則為電壓負反饋；如果反饋信號uf與輸出信號uo不在同一個輸出端口節(jié)點位置導出，則為電流負反饋。特殊情況的電路，判斷方法另行分析。

（三）串聯(lián)、并聯(lián)負反饋判斷方法

判斷電壓負反饋和電流負反饋的分析對象是反饋信號和輸出信號，而判斷串聯(lián)負反饋和并聯(lián)負反饋，針對的是反饋信號和輸入信號，當然是在輸入口進行比較，判斷方法基本類似。兩個信號在同一個輸入位置導入，則為并聯(lián)負反饋；不在同一輸入端口位置導入，則為串聯(lián)負反饋。

（四）直流、交流負反饋判斷方法

電路中單一元件電容器阻抗大小X_c=1/2πfc ，如果存在交流信號，其頻率越大，容抗越小，電壓一定的情況下，流過的電流越大，阻礙電流的能力越弱[6]；如果存在直流信號，其頻率為零，容抗無窮大，電壓一定的情況下，流過的電流幾乎為零，阻礙電流的能力越強。所以如果交流直流共存的反饋信號所在的支路串聯(lián)了阻礙直流電的電容元件，那么該反饋信號一定是交流負反饋；類似分析方法，如果支路中電阻元件并聯(lián)了旁路電容，那么反饋信號里的交流成分被電容“旁路”去除，夾雜的其他直流成分無法通過電容元件，則該電路為直流反饋電路。若電路中無電容器，那么交流、直流負反饋共存。

以上的反饋類別多，信息要素廣，知識點比較抽象，難以理解，對于初學者，特別是高職學生來說，記憶難度較大，針對如何能熟練地記住這些判斷方法，并且能靈活運用到設(shè)計電路中等問題，本文將用記憶框圖的方法來進行分析。

（五）記憶框圖法判斷負反饋類型

為方便記憶，對電壓、電流，并聯(lián)、串聯(lián)負反饋做如下框圖1，以掌握和理解四種負反饋類型的判斷方法?？驁D以“負反饋信號”為中心，框圖左邊列出輸入信號，右邊列出輸出信號，框圖上面部分列出四種負反饋類型，下面部分是反饋信號和另一信號的位置種類。

串聯(lián)、并聯(lián)負反饋的判斷以輸入端口為著眼點，針對反饋信號和輸入信號的導入關(guān)系來區(qū)分；電壓和電流負反饋從輸出端口著手，針對反饋信號和輸出信號的導入關(guān)系區(qū)分。輸入端口、輸出端口，串聯(lián)、并聯(lián)、電壓、電流，從各種角度組成四種組態(tài)的負反饋放大電路。結(jié)合上面的判斷方法，利用框圖形式進行對比、分析和記憶，四種組態(tài)電路的組成方式迎刃而解，簡潔、形象、明了，學生易于掌握。

圖1 電壓和電流負反饋、串聯(lián)和并聯(lián)負反饋的記憶框圖

（六）以具體放大電路為例，分析負反饋類型

下面以圖2為例分析負反饋類型的判斷。利用傳統(tǒng)的“瞬時極性法”[5]278標出電路輸入端、輸出端以及反饋端的正負極性，“⊕”表示正極，“ ”表示負極，進行分析。

圖2 電壓串聯(lián)負反饋

該電路有兩個三極管V1和V2，屬于雙極共射放大電路，輸入信號ui經(jīng)過三極管V1和V2兩次放大，相位兩次180°反轉(zhuǎn)，輸出信號uo的相位與輸入信號ui相位相同，各點的極性如圖3所示。反饋信號uf在輸出端導出，經(jīng)過反饋元件RF傳送到前一個三極管V1的發(fā)射端，反饋信號uf⊕和輸入信號ui⊕接在不同節(jié)點位置，故歸屬于串聯(lián)負反饋，且uf⊕和號uo⊕接在相同的節(jié)點位置相遇而輸入，屬于電壓反饋，故圖3的放大電路是電壓串聯(lián)負反饋。

三、負反饋對放大電路中的影響

各種各樣的電路負反饋從不同方面，改善放大電路的性質(zhì)和功能，但所有性能的變化，都是通過降低電路的放大倍數(shù)換來的。童詩白在《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》中分析了負反饋對放大電路中的影響，如下：

直流負反饋的主要作用是提供合適的電流、電壓，用來穩(wěn)定靜態(tài)工作點。交流負反饋在合適靜態(tài)工作點的基礎(chǔ)上，主要改善電路的某些性能[4]272，例如，可以提高信號放大倍數(shù)的穩(wěn)定性：因為電路元件工作時間久了易老化，電力系統(tǒng)中電源電壓時而會出現(xiàn)微小的波動，各種負載的參數(shù)大小可能受工作時間、地理氣候、環(huán)境溫度等情況的影響，所以必須考慮引入負反饋信號。

另外，負反饋還可以減小非線性失真的情況，通頻帶可能變寬，輸出電阻增大，輸出電阻降低[4]273。

掌握負反饋對放大電路中的影響是學習者設(shè)計電路時首先要考慮的方面，只有清楚電路中反饋的作用，才可以設(shè)計出更為合理、節(jié)能的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。為便于牢記以上內(nèi)容，采用下面框圖3來加強理解和記憶?？驁D以“負反饋”為中心軸線，從內(nèi)到外，從中心向上下兩側(cè)，層層展開的方式，與上下的反饋參數(shù)依次組成不同的負反饋電路類型，再根據(jù)不同顏色不同形狀的箭頭展開分析，并區(qū)分每種負反饋類型對放大電路造成的影響。下面對框圖做詳細理解和分析：

圖3 負反饋對放大電路影響的記憶框圖

圖4中以黑色虛橫線為中心線，分為上下兩部分，從最左側(cè)反饋類型列由遠及近分別組成不同的反饋電路，首先上半部分，“直流－負反饋”引出藍色實線箭頭，下半部分“交流－負反饋”引出藍色虛線箭頭，二者都指向?qū)?yīng)的列“對放大電路的影響”；同樣，上半部分“電流－負反饋”引出綠色實線箭頭，下半部分“電壓－負反饋”引出綠色虛線箭頭，二者都指向?qū)?yīng)的列“對輸出電阻的影響”；上半部分“串聯(lián)－負反饋”引出棗紅色實線箭頭，下半部分“并聯(lián)－負反饋”引出棗紅色虛線箭頭，二者都指向?qū)?yīng)的列“對輸入電阻的影響”?？驁D上下對稱：上面增大↑，下面減小↓；左右并列，方便記憶。最后用思維導圖4繪制出負反饋對放大電路的影響，圖3和圖4相結(jié)合，清晰明了，記憶深刻。

圖4 負反饋對放大電路影響的思維導圖

結(jié)論

綜上所述，本文主要以提高教學效果為導向，重點分析和探討兩個內(nèi)容：一是反饋類型的判斷方法，二是負反饋對放大電路起到的影響。負反饋放大電路是模擬電子技術(shù)中一個重要知識點，而且電路結(jié)構(gòu)復雜、理論性強，內(nèi)容抽象，學生難以接受。筆者通過實踐教學、潛心鉆研，運用簡單明了的框圖形式來分析負反饋的有關(guān)內(nèi)容，簡潔易懂。而隨著電子信息技術(shù)的不斷革新，如大數(shù)據(jù)分析、人工智能、云計算等新興技術(shù)的更新?lián)Q代，培養(yǎng)學生掌握扎實的電子信息技術(shù)更是一線教師的首要任務(wù)。為提升學生分析問題和解決問題的能力，提高課堂效果和教學質(zhì)量，還需要進一步完善有效的教學方法，合理的教學方案。