第章电子电路中的反馈.ppt

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1、第17章 电子电路中的反馈,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,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；,4.了解RC振荡电路和LC振荡电路的工作原理。,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

2、,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,Rf 构成的是哪种反馈,瞬时极性法判别负反馈与正反馈：,2.若电路中某点的瞬时电位高于参考点(对交流为电压的 正半周)，则该点电位的瞬时极性为正(用表示)；反之 为负(用 表示)。,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

3、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。,设输入电压 ui 为正，各电压的实际方向如图，利用瞬时极性法分析,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。,例3：,反馈的支路在哪里,分析该电路构成的反馈类型,交、直流分量的信号均可通过 RE，所以

4、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。,交流通路,用瞬时极性法分析正负反馈情况,ube减小，为负反馈。,通过上面的例子，分析了在两种典型电路（运放电路、晶体管电路）下，利用瞬时极性法分析正负反馈的过程。,17.2 放大电路中的负反馈,17.2.1 负反馈的分类,1)反馈所采样的信号不同，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)反馈信号在输入端与输入信号比较形式的不同，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

5、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,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,差值电压 ud=ui uf,uf 削弱了净输入

6、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,反馈电压,uf=Rio,特点:输出电流 io与负载电阻RL无关 同相输入恒流源电路或电压电流变换电路。,4.并联电流负反馈,差值电流 id=i1if,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,运算放大器电路反馈类型的判别方法（牢记）：,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；,4.对并联反馈，净输入

7、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。,2.输入信号和反馈信号分别加在两个输入端(同相和反相)上的，是串联反馈；加在同一个输入端(同相或反相)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；,例1：,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。,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；,因输入信号和反馈信号的极性相同,所以是负反馈。

8、,例2：,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，是负反馈。,并联电流负反馈,晶体管电路反馈类型的判别方法（牢记）：,反馈电路直接从输出端引出的，是电压反馈；反馈信号取自靠近“地”端的，是电流反馈；,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。,2.反馈信号送入放大电路输入端基极上的，是并联反馈；反馈信号送入放大电路输入端发

9、射极上的，是串联反馈；,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；,例3：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。,RE1、RF引入越级串联电压负反馈。,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。,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

10、环放大倍数：,1.降低放大倍数,负反馈使放大倍数下降。,则有：,|1+AF|称为反馈深度，其值愈大，负反馈作用愈强，Af也就愈小。,射极输出器、不带旁路电容的共射放大电路的电压放大倍数较低就是因为电路中引入了负反馈。,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。,2.提高放大倍数的稳定性,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

11、反馈,F,uf,略小,略大,接近正弦波,略大,略小,4.展宽通频带,引入负反馈使电路的通频带宽度增加,无负反馈,有负反馈,负反馈展宽通频带,5.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

12、电阻降低,2)电流负反馈使电路的输出电阻提高,6.对放大电路输出电阻的影响,四种负反馈对 ri 和 ro 的影响（牢记）,串联电压,串联电流,并联电压,并联电流,思考题：为了分别实现:(1)稳定输出电压;(2)稳定输出电流;(3)提高输入电阻;(4)降低输出电阻。应引入哪种类型的负反馈？,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“1”为无反馈放大电路。,开关合在“2”为有反馈放大电路,开

13、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,自激振荡的条件,1)幅度条件：,2)相位条件：,n是整数,相位条件意味着振荡电路必须是正反馈；幅度条件表明反馈放大器要产生自激振荡，还必须有足够的反馈量(可以通过调整放大倍数A 或反馈系数F 达到)。,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,石英晶体振荡电路：频率稳定度高。,应用：无线电通讯、广播电视，工

14、业上的高频感应炉、超声波发生器、正弦波信号发生器、半导体接近开关等。,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,功能：选出单一 频率的信号,1)电路结构,稳幅环节,放大电路,2)RC串并联选频网络的选频特性,传输系数 F：,式中：,分析1：仅当=o即 时，U2 U1=1 3达最大值，且 u2

15、 与 u1 同相,此时F=1/3。,在特定的频率 时，u2 与 u1 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，以后并能自动稳幅。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

16、振荡电路,LC 振荡电路的选频电路由电感和电容构成，可以产生高频振荡(几百千赫以上)。由于高频运放价格较高，所以一般用分离元件组成放大电路。本节只对 LC振荡电路的结构和工作原理作简单介绍。,变压器反馈式LC振荡电路,1)电路结构,正反馈,2)振荡频率即LC并联电路的谐振频率,放大电路,选频电路,反馈网络,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，放大倍数变大，F 变小，直到,振荡电路稳定在某一振幅下工作，并能自动稳幅。

17、从 到，便是自激振荡的建立过程。,总结：RC振荡电路工作在运放的线性区，而LC振荡器一般工作在晶体管的非线性区，虽然ic的波形可能严重失真，但由于LC并联谐振电路有良好的选频性，因此，Uo的波形一般失真不大，基本上还是正弦波。,习题课例题参考：,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：,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。,例2：,设输入电压 ui 为正，,差值电压 ube=ui uf

18、,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，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

19、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

20、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,