第17章电子电路中的反馈-林纯

本章要求： 1.能判别电子电路中的直流反馈和交流反馈、正反馈和负反馈以及负反馈的四种类型; 2.了解负反馈对放大电路工作性能的影响； 3.了解正弦波振荡电路自激振荡的条件；,第17章 电子电路中的反馈,4.了解RC振荡电路和LC振荡电路的工作原理。,17.1 反馈的基本概念,17.2 放大电路中的负反馈,17.3 振荡电路中的正反馈,17.1.1 负反馈与正反馈,一.反馈的概念：凡是将电子电路（或某个系统）输出端的信号(电压或电流)的一部分或全部通过某种电路引回到输入端，就称为反馈。,17.1 反馈的基本概念,无反馈方框图：, 输入信号, 输出信号, 放大系数,有反馈的方框图：,+,F,反馈电路,比较环节,基本放大电路, 净输入信号, 反馈信号, 输出信号, 输入信号,净输入信号：,上式中若三者同相,则Xd = Xi - Xf ,即Xd Xi , 此时,反馈信号削弱了净输入信号,电路为负反馈。,若 Xd Xi ，即反馈信号起了增强净输入信号的作用则为正反馈。,17.1.2 负反馈与正反馈的判别方法,利用瞬时极性法判别负反馈与正反馈的步骤：,4. 若反馈信号与输入信号加在同一输入端(或同一电极)上，两者极性相反时，净输入电压减小, 为负反馈；反之，极性相同为正反馈。,3. 若反馈信号与输入信号加在不同输入端(或两个电极)上，两者极性相同时，净输入电压减小, 为负反馈；反之，极性相反为正反馈。,1.设接“地”参考点的电位为零。,17.2 放大电路中的负反馈,17.2.1 负反馈的分类,1)根据反馈所采样的信号不同，可以分为电压反馈和电流反馈。,如果反馈信号取自输出电压，叫电压反馈。 如果反馈信号取自输出电流，叫电流反馈。,2)根据反馈信号在输入端与输入信号比较形式的不同，可以分为串联反馈和并联反馈。,反馈信号与输入信号串联，即反馈信号与输入信号以电压形式作比较，称为串联反馈。,反馈信号与输入信号并联，即反馈信号与输入信号以电流形式作比较，称为并联反馈。,1.串联电压负反馈,设输入电压 ui 为正，各电压的实际方向如图,差值电压 ud =ui uf,uf 削弱了净输入电压(差值电压) 负反馈,反馈电压,取自输出电压电压反馈,反馈信号与输入信号在输入端以电压的形式比较 串联反馈,(b)方框图,(a)电路,2.并联电压负反馈,设输入电压 ui 为正，各电流的实际方向如图,差值电流id = i1 if,if 削弱了净输入电流(差值电流) 负反馈,反馈电流,取自输出电压电压反馈,反馈信号与输入信号在输入端以电流的形式比较并联反馈,(b)方框图,(a)电路,3.串联电流负反馈,设输入电压 ui 为正，各电压的实际方向如图,差值电压 ud =ui uf,uf 削弱了净输入电压(差值电压) 负反馈,反馈电压uf取自输出电流 电流反馈,反馈信号与输入信号在输入端以电压的形式比较 串联反馈,(a)电路,(b)方框图,4.并联电流负反馈,设输入电压 ui 为正，,差值电流 id = i1if,各电流的实际方向如图,if 削弱了净输入电流(差值电流) 负反馈,反馈电流if取自输出电流电流反馈,反馈信号与输入信号在输入端以电流的形式比较 并联反馈,(a)电路,(b)方框图,RF,R1,ui,R2,RL,+,+,+,io,R,uR,运算放大器电路反馈类型的判别方法：,1. 反馈电路直接从输出端引出的，是电压反馈；从负载电阻RL的靠近“地”端引出的，是电流反馈； 2. 输入信号和反馈信号分别加在两个输入端上的，是串联反馈；加在同一个输入端上的，是并联反馈； 3. 对串联反馈，输入信号和反馈信号的极性相同时，是负反馈；极性相反时，是正反馈；,4. 对并联反馈，净输入电流等于输入电流和反馈电流之差时，是负反馈；否则是正反馈。,17.2.2 负反馈对放大电路工作性能的影响,反馈放大电路的基本方程,开环放大倍数：,反馈系数：,净输入信号：,闭环放大倍数：,1. 降低放大倍数,| 1+AF|称为反馈深度，其值愈大，负反馈作用愈强，Af也就愈小。,2. 提高放大倍数的稳定性,引入负反馈使放大倍数的稳定性提高。,放大倍数下降至1/(1+|AF|)倍, 其稳定性提高1+|AF|倍。,若|AF| 1，称为深度负反馈,此时：,在深度负反馈的情况下，闭环放大倍数仅与反馈电路的参数有关。,例：|A|=300，|F|=0.01。,3. 改善波形失真,负反馈是利用失真的波形来改善波形的失真，因此只能减小失真，而不能完全消除失真。,加入负反馈,无负反馈,F,uf,略小,略大,接近正弦波,略大,略小,4. 对放大电路输入电阻的影响,在同样的 ib下，ui= ube + uf ube，所以 rif 提高。,1)串联负反馈,无负反馈时：,有负反馈时：,使电路的输入电阻提高,无负反馈时：,有负反馈时：,在同样的ube下，ii = ib + if ib，所以 rif 降低。,2) 并联负反馈,使电路的输入电阻降低,电压负反馈具有稳定输出电压的作用，即有恒压输出特性，故输出电阻降低。,电流负反馈具有稳定输出电流的作用，即有恒流输出特性，故输出电阻提高。,1) 电压负反馈使电路的输出电阻降低,2) 电流负反馈使电路的输出电阻提高,5. 对放大电路输出电阻的影响,四种负反馈对 ri 和 ro 的影响,串联电压,串联电流,并联电压,并联电流,ri,ro,减低,增高,增高,增高,增高,减低,减低,减低,简记作：串入阻高；并入阻低；流出阻高；压出阻低,17.3 振荡电路中的正反馈,17.3.1 自激振荡,定义：放大电路在无输入信号的情况下，就能输出一定频率和幅值的交流信号的现象。,开关合在“2” 为有反馈放大电路,开关合在“2”时, 去掉ui 仍有稳定的输出。反馈信号代替了放大电路的输入信号。,自激振荡状态,开关合在 “1”为 无反馈放大电路。,自激振荡的条件,1) 幅度条件：,自激振荡的条件,17.3.2 正弦波振荡电路,正弦波振荡电路用来产生一定频率和幅值的正弦交流信号。它的频率范围很广，可以从一赫以下到几百兆以上；输出功率可以从几毫瓦到几十千瓦；输出的交流电能是从电源的直流电能转换而来的。,常用的正弦波振荡器:,正弦波振荡电路的组成,1) 放大电路: 放大信号,2) 反馈网络: 必须是正反馈，反馈信号即是放大电路的输入信号,3) 选频网络: 保证输出为单一频率的正弦波,即使电路只在某一特定频率下满足自激振荡条件,4) 稳幅环节: 使电路能从AuF 1 ，过渡到AuF =1，从而达到稳幅振荡。,1. RC正弦波振荡电路,RC选频网络 正反馈网络,用正反馈信号uf作为输入信号,1) 电路结构,稳幅环节,2) RC串并联选频网络的选频特性,传输系数：,式中 ：,分析1：仅当 = o即 时，Uf Uo=1 3达最大值，且 uf与 uo同相,此时F=1/3。,在特定的频率 时，uf 与 uo 同相，也就是RC串并联具有正反馈和选频作用。,在起振时应使 ，即 ，随着振幅的增大， 能自动减小，直至满足 3 ，或 时，振荡幅度达到稳定，以后便能自动稳幅。从 到 ，这是自激振荡 建立过程。,图中利用二极管正向伏安特性的非线性来自动稳幅，RF分成RF1和RF2两部分，在RF1上正反向并联两只二极管，在输出电压uO的正负半周内分别导通，在起振初， uO幅度小，D不导通， ，随着振幅的增大，D导通，直至 ，振荡稳定。,由运算放大器构成的RC振荡电路的振荡频率一般不超过1MHz。如要产生更高的振荡频率，可采用LC振荡电路。,分析2：,2. LC正弦波振荡电路,变压器反馈式LC振荡电路,1) 电路结构,2) 振荡频率即LC并联电路的谐振频率:,分析：对f0来说，Au最高，当满足自激振荡条件时，就产生自激振荡，只有频率f0时发生谐振，达到选频的目的，改变L,C参数，输出信号的振荡频率也改变。,在 的情况下产生自激振荡，输出电压的幅值变大，直至晶体管进入非线性区，放大倍数变小，直到 ,振荡电路稳定在某一振幅下工作，并能自动稳幅。 从 到 ，便是自激振荡的建立过程。,设输入电压 ui 为正，各电压的实际方向如图。差值电压 ud =ui uf,uf 减小了净输入电压(差值电压) 负反馈,例1：,例2：,设输入电压 ui 为正，各电压的实际方向如图。差值电压 ud =ui + uf,uf 增大了净输入电压 正反馈,在振荡器中引入正反馈，用以产生波形。,在放大电路中，出现正反馈将使放大器产生自激振荡，使放大器不能正常工作。,习题课例题参考：,例2：,设输入电压 ui 为正，,差值电压 ube =ui uf,电压实际方向如左图,uf 减小了净输入电压负反馈,交流通路,-,交、直流分量的信号均可通过 RE，所以RE引入的是交、直流反馈。,如果有发射极旁路电容， 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。,引入交流负反馈的目的：改善放大电路的性能,引入直流 负反馈的目的：稳定静态工作点,例3：,试判别下图放大电路中从运算放大器A2输出端引至A1输入端的是何种类型的反馈电路。,解：,因反馈电路直接从运算放大器A2的输出端引出，所以是电压反馈；,因输入信号和反馈信号分别加在反相输入端和同相输入端上，所以是串联反馈； 因输入信号和反馈信号的极性相同,所以是负反馈。,串联电压负反馈,先在图中标出各点的瞬时极性及反馈信号；,例4：,试判别下图放大电路中从运算放大器A2输出端引至A1输入端的是何种类型的反馈电路。,解：,因反馈电路是从运算放大器A2的负载电阻RL的靠近“地”端引出的，所以是电流反馈；,因输入信号和反馈信号均加在同相输入端上，所以是并联反馈;因净输入电流 id 等于输入电流和反馈电流之差，所以是负反馈。,并联电流负反馈,例5：判断图示电路中的负反馈类型。,解: RE2对交流不起作用，引入的是直流反馈；,RE1对本级引入串联电流负反馈。,RE1、RF对交、直流均起作用，所以引入的是交、直流反馈。,T2集电极的 反馈到T1的发射极，提高了E1的交流电位，使Ube1减小，故为负反馈；反馈从T2的集电极引出，是电压反馈；反馈电压引入到T1的发射极，是串联反馈。,RF引入级间串联电压负反馈。,例6:如果RF不接在T2 的集电极,而是接C2与RL 之间,两者有何不同 ?,解：RF接在T2 的集电极时， RE1引入本级交直流反馈，RE1、RF引入级间交直流反馈； RF接C2与RL 之间时，因电容C2的隔直流作用，这时RE1、RF仅引入 交流反馈。,×,例7：如果RF的另一端不接在T1 的发射极，而是接在它的基极，两者有何不同，是否会变成正反馈 ？,解：T2集电极的 反馈到T1的基极，提高了B1的交流电位，使Ube1增大，故为正反馈；这时RF引入级间正反馈。,+,+,RF2(R1、R2): 直流反馈,（稳定静态工作点）,+UCC,1),RE1,+,R1,RF1,RF2,C2,RC2,RC1,CE2,RE2,R2,+,C,+,RF1、RE1: 交直流电压串联负反馈,+,+,例8：,RF 、CF :交流电压并联负反馈,+,RE2: 直流反馈,+,电流并联负反馈,两个470k,+,由瞬时极性法得：该电路引入了正反馈,两个2k电阻构成交直流反馈,