電子技術(shù)基礎(chǔ)(張龍興版)全套_(2)ppt課件

,4.1反饋的基本概念,4.2負(fù)反饋對放大器性能的影響,4.3振蕩的基本概念與原理,本章小結(jié),第四章負(fù)反饋放大電路,4.1.1什么是反饋,4.1反饋的基本概念,反饋：在放大電路中，從輸出端把輸出信號的部分或全部通過一定的方式回送到輸入端的過程稱為反饋。,反饋電路：用于反向傳輸信號的電路稱為反饋電路或反饋網(wǎng)絡(luò)。,反饋放大電路：凡帶有反饋環(huán)節(jié)的放大電路稱為反饋放大電路。,凈輸入信號：輸入信號與反饋信號疊加得到凈輸入信號。,4.1反饋的基本概念,反饋放大器與基本放大器的區(qū)別：,（1）輸入信號是信號源和反饋信號疊加后的凈輸入信號。,（2）輸出信號在輸送到負(fù)載的同時，還要取出部分或全部再回送到原放大器的輸入端。,（3）引入反饋后，使信號既有正向傳輸也有反向傳輸，電路形成閉合環(huán)路。,4.1反饋的基本概念,1正反饋和負(fù)反饋,正反饋：反饋信號起到增強(qiáng)輸入信號的作用。,負(fù)反饋：反饋信號起到削弱輸入信號的作用。,采用瞬時極性法判斷是正反饋還是負(fù)反饋。,瞬時極性法：先在放大器輸入端設(shè)定輸入信號對地的極性為“+”或“-”，再依次按相關(guān)點的相位變化情況推出各點信號對地的交流瞬時極性，再根據(jù)反饋到輸入端的反饋信號對地的瞬時極性判斷，若使原輸入信號減弱是負(fù)反饋，使原輸入信號增強(qiáng)是正反饋。,4.1反饋的基本概念,4.1.2反饋的基本類型,4.1反饋的基本概念,例4-1試判斷圖所示電路的反饋是正反饋還是負(fù)反饋。,解假定兩級放大器輸入端信號極性為上正下負(fù)，即基極對地的極性為“+”，集電極倒相后對地極性為“-”，即集電極輸出為“+”，通過反饋至的電壓對地極性為“+”，則凈輸入量減小，可判斷該反饋為負(fù)反饋。,例4-2判斷圖所示電路中有無反饋存在，如有，屬于何種反饋？,4.1反饋的基本概念,解反饋元件Re并聯(lián)了旁路C電容，為交流信號提供了通路，消除了交流反饋的條件，所以放大器只有直流反饋。用瞬時極性法判斷如下：設(shè)VB某一時刻上升。,4.1反饋的基本概念,故為負(fù)反饋。,2電壓反饋與電流反饋,4.1反饋的基本概念,電壓反饋：反饋信號取自輸出電壓，并與輸出電壓成正比。,電流反饋：反饋網(wǎng)絡(luò)的輸出信號與輸出電流成正比。,判斷方法：設(shè)想把輸出端短路，如果反饋信號消失，則為電壓反饋。如反饋信號依然存在，則為電流反饋。,4.1反饋的基本概念,3串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋,4.1反饋的基本概念,串聯(lián)反饋：放大器的凈輸入電壓是由信號源電壓與反饋電壓串聯(lián)得到的。,并聯(lián)反饋：放大器的凈輸入電壓是由信號源電壓與反饋電壓并聯(lián)得到的。,判斷方法：把輸入端短路，如果反饋電壓為零，則為并聯(lián)反饋；如果反饋電壓仍存在，則為串聯(lián)反饋。,4.1反饋的基本概念,4反饋放大器的四種基本類型,電壓并聯(lián)負(fù)反饋,電流串聯(lián)負(fù)反饋,電流并聯(lián)負(fù)反饋,4.1反饋的基本概念,電壓串聯(lián)負(fù)反饋,4.1反饋的基本概念,4.1反饋的基本概念,例4-3試判斷圖示電路的反饋類型。,解判斷思路：,分析電路中是否存在反饋；,如果電路中確有反饋，判斷其性質(zhì)是正反饋還是負(fù)反饋；,從輸出回路分析反饋信號取自于輸出電壓還是輸出電流，以判斷是電壓反饋還是電流反饋。,從輸入回路分析反饋信號與原輸入信號是串聯(lián)還是并聯(lián)，以判斷它是串聯(lián)反饋還是并聯(lián)反饋。,4.1反饋的基本概念,具體分析：,通過Re的不僅有輸出信號，而且也有輸入信號。因而它能將輸出信號的一部分取出來饋送給輸入回路，從而影響原輸入信號。由此，Re是該電路的反饋元件，電路存在著反饋。,設(shè)信號源瞬時極性為上正下負(fù)，加到三極管發(fā)射極電壓亦為上正下負(fù)，三極管的射極電壓就是反饋信號電壓，它使加到發(fā)射結(jié)的純輸入信號電壓比原輸入信號電壓小，故是負(fù)反饋。,根據(jù)以上分析，引入的為電流串聯(lián)負(fù)反饋。,4.1反饋的基本概念,將負(fù)載電阻短路，則輸出回路并不因負(fù)載短路而使反饋電流消失，因此，從輸入端看，反饋屬電流反饋。,如將輸入端短接，則反饋電壓依然存在，故為串聯(lián)反饋。,例4-4圖（a）為另一負(fù)反饋放大電路，圖（b）所示為它的交流通路，指出反饋類型。,4.1反饋的基本概念,解從輸出端，反饋信號取自輸出電壓，為電壓反饋。,4.1反饋的基本概念,從輸入端，Rf與輸入電路并聯(lián)，為并聯(lián)反饋。,則該電路是一個電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路。,作業(yè)題：1、畫出反饋放大器四種基本類型的電路圖。2、比較四種負(fù)反饋電路的特點。,4.2.1降低放大器的放大倍數(shù)，提高放大信號的穩(wěn)定性,4.2負(fù)反饋對放大器性能的影響,開環(huán)放大倍數(shù)：在未接入反饋之前，電路未形成閉合回路時的放大倍數(shù)。這時，,反饋系數(shù)：接入負(fù)反饋后，將反饋信號Xf與輸出信號Xo之比，定義為反饋系數(shù)F。,引入負(fù)反饋后，放大器的閉環(huán)放大倍數(shù)降低了，且降低為原放大倍數(shù)的。,當(dāng)AF1時，。說明閉環(huán)放大倍數(shù)僅與反饋系數(shù)有關(guān)，由于反饋環(huán)節(jié)一般都必須是由線性元件構(gòu)成，性能穩(wěn)定，因此閉環(huán)放大倍數(shù)穩(wěn)定。,4.2負(fù)反饋對放大器性能的影響,表示凈輸入信號，它是輸入信號與反饋信號的差值。,閉環(huán)放大倍數(shù)：引入負(fù)反饋后，環(huán)路閉合后輸出信號與環(huán)路輸入信號之比。,4.2.2減小非線性失真,原理：在負(fù)反饋放大電路中，凈輸入信號是輸入信號vi與失真輸出信號的反饋量vf相減的結(jié)果，凈輸入信號的波形與原輸出失真信號的畸變方向相反。從而使放大器的輸出信號波形得以改善。如圖所示。,4.2負(fù)反饋對放大器性能的影響,放大器引入負(fù)反饋后，在中頻區(qū)，放大器的放大倍數(shù)下降多，在高、低頻區(qū)，放大倍數(shù)下降得少，結(jié)果是放大器的幅頻特性變得平坦，上限頻率由fH移至fHf，下限頻率由fL移至fLf。如圖所示。,4.2.3展寬頻帶,4.2負(fù)反饋對放大器性能的影響,（1）串聯(lián)負(fù)反饋使放大器輸入電阻增大，并聯(lián)負(fù)反饋使放大器輸入電阻降低。,（2）電壓負(fù)反饋使放大器的輸出電阻降低，電流負(fù)反饋使放大器的輸出電阻增大。,4.2.4對輸入電阻和輸出電阻的影響,4.2負(fù)反饋對放大器性能的影響,4.3.1自激振蕩原理和振蕩平衡條件,4.3振蕩的基本概念與原理,1自激振蕩的原理：,（1）開關(guān)撥1，放大器輸入端與信號源vi接通，在LC回路產(chǎn)生信號電壓，經(jīng)L2耦合加到負(fù)載上RL，稱為“他激”狀態(tài)。,（2）開關(guān)突然撥2，LC回路的電壓通過L1和L2互感耦合，從L1上獲得感應(yīng)電壓vf。如果選定電感的同名端的匝數(shù)比，使感應(yīng)電壓vf與輸入信號同相位、同幅度，則反饋信號vf即可取代輸入信號vi。,4.3振蕩的基本概念與原理,自激狀態(tài)：無需外加信號而靠振蕩器內(nèi)部反饋作用維持振蕩的工作狀態(tài)。,自激振蕩器：依靠反饋維持振蕩的振蕩器稱為反饋式自激振蕩器。,自激振蕩器包括兩個基本環(huán)節(jié)：放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)。,2自激振蕩的概念,4.3振蕩的基本概念與原理,方框圖如圖所示。,4.3振蕩的基本概念與原理,3自激振蕩的條件,（1）相位平衡條件,反饋信號的相位必須與輸入信號同相位，即反饋極性必須是正反饋。,（2）振幅平衡條件,反饋信號vf的振幅應(yīng)等于輸入信號vi的振幅。即AvF=1。,自激振蕩器在電源接通瞬間還必須滿足起振條件1保證LC回路的振蕩從無到有，從小逐漸增大，直到滿足平衡條件為止。,4.3振蕩的基本概念與原理,LC振蕩器是由電感L和電容C組成的振蕩電路。常用的有變壓器反饋式、電感反饋式、電容反饋式三種。,4.3.2LC振蕩器,1變壓器反饋式LC振蕩器,（1）電路結(jié)構(gòu),反饋網(wǎng)絡(luò)由二次線圈L2和Cb組成，Cb為隔直流的耦合電容。,4.3振蕩的基本概念與原理,振蕩器接通電源瞬間，電路各處電流電壓都產(chǎn)生一個沖擊，這個“電沖擊”可以產(chǎn)生一個包含頻率范圍很寬的微弱信號。,設(shè)某一瞬時基極電壓極性為正，則集電極應(yīng)為負(fù)，L2上端電壓極性為正，反饋回基極的電壓極性為正，滿足相位平衡條件。只要變壓器L1與L2匝數(shù)比恰當(dāng)，即滿足振幅起振條件。,以上是共射集電極調(diào)諧變壓反饋式振蕩電路，此外還有共基射極調(diào)諧等變壓器反饋式振蕩電路。,（2）工作原理,4.3振蕩的基本概念與原理,（3）特點,變壓器反饋式振蕩電路容易起振，振蕩頻率一般為幾千赫到幾百赫。,2電感反饋式振蕩器,又稱電感三點式振蕩器。三極管的三個電極分別與LC回路中L的三個點相連，故而得名。,4.3振蕩的基本概念與原理,（1）工作原理,4.3振蕩的基本概念與原理,振幅條件：電感抽頭位置選擇適當(dāng)，就能滿足振幅起振條件。,4.3振蕩的基本概念與原理,相位條件：設(shè)基極電壓瞬時極性為“”時，則集電極為“”，LC回路另一端為“+”，反饋回基極為“+”，滿足相位平衡條件。,電路能夠起振，電路振蕩頻率為,式中，M是線圈L1與L2之間的互感系數(shù)。,（2）特點,這種振蕩電路易起振且振幅大，振蕩頻率可達(dá)幾十兆赫。缺點是振蕩波形失真較大。,4.3振蕩的基本概念與原理,3電容反饋式振蕩器,又稱電容三點式振蕩器。在圖（b）交流通路中，三極管的三個電極與電容支路的三個點相接，故而得名。電容三點式振蕩電路如圖所示。,4.3振蕩的基本概念與原理,（1）電路結(jié)構(gòu),與電感反饋式的區(qū)別：一是LC回路中，將電感支路與電容支路對調(diào)，且在電容支路中將電容C1、C2接成串聯(lián)分壓形式，通過C2將電壓反饋到基極；二是在集電極加接電阻Re，用以提供集電極直流通路。,（2）工作原理,振幅起振條件：適當(dāng)?shù)倪x擇C1、C2的數(shù)值，改變反饋量，即可滿足條件。,4.3振蕩的基本概念與原理,相位平衡條件：如果基極電位瞬時極性為“”，則集電極為“”，LC回路“1”端為“-”，C1、C2接地，LC回路的另一端“3”為“+”，C2上的電壓反饋到基極為正，滿足相位條件。,電路振蕩頻率為,4.3振蕩的基本概念與原理,該振蕩電路的輸出波形好，振蕩頻率可高達(dá)100MHz以上，缺點是頻率范圍較小。,三點式振蕩器的組成法則：接在發(fā)射極與集電極，發(fā)射極與基極之間的電抗必須為同性質(zhì)電抗，接在集電極與基極之間的電抗必須為異性質(zhì)電抗。此法測可用來檢查實際的三點式振蕩電路是否正確。,（3）特點,4.3振蕩的基本概念與原理,4改進(jìn)型電容反饋式振蕩器,在LC回路的電感支路串入小容量電容C，如圖所示。,4.3振蕩的基本概念與原理,由于CC1、CC2三個電容串聯(lián)的等效電容近似等于C。振蕩頻率近似為：,這種電路振蕩波形好，頻率穩(wěn)定。缺點是用作頻率可調(diào)式振蕩器時，輸出幅度隨頻率而下降。,4.3振蕩的基本概念與原理,例4-5分析圖示各電路能否構(gòu)成正弦波振蕩器？試說明原因。圖中，Cb、Ce、Cc均為隔直電容或旁路電容，它們在振蕩頻率上的容抗很小，近似短路。,4.3振蕩的基本概念與原理,解（a）圖中，沒有基極偏置電路，無基極偏流，故三極管不能進(jìn)行放大，因此無法產(chǎn)生振蕩。,（b）圖中，集電極的直流通路被阻斷，ICQ=0，因三極管不能進(jìn)行放大，故不能產(chǎn)生振蕩。,（c）圖中，沒有選頻回路，而且L2并接在Rb2上，將Rb2短接，無法加偏置，因此不能形成正弦波振蕩器。,4.3振蕩的基本概念與原理,例4-6試畫出圖中各電路的交流通路。并用相位平衡條件判斷哪些電路能產(chǎn)生振蕩，哪些不能，說明理由。對于不能振蕩的電路，應(yīng)如何改接才能產(chǎn)生振蕩。,4.3振蕩的基本概念與原理,4.3振蕩的基本概念與原理,解各電路的交流通路，如圖所示。,4.3振蕩的基本概念與原理,（a）圖中L2，為反饋元件，可判斷為負(fù)反饋電路，故不能產(chǎn)生振蕩。只有將變壓器的引出線端對換，同名端連接正確才有可能產(chǎn)生振蕩。,（b）圖中L1，為反饋元件，可判斷為負(fù)反饋。不能產(chǎn)生振蕩。將L1兩端的外連接線對調(diào)，才有可能振蕩。,（c）圖中C1，為反饋元件，但信號壓降太大，可能無法起振。在Rb2兩端并聯(lián)一只電容就有可能起振。,（d）圖中L2，為反饋元件，且系正反饋，如滿足振幅平衡條件，就可起振。,4.3振蕩的基本概念與原理,1RC串并聯(lián)電路的選頻特性,橋式振蕩器電路由RC選頻反饋網(wǎng)絡(luò)和兩級阻容耦合同相放大器兩部分組成，其電路圖和方框圖如圖所示。,4.3.3RC振蕩器,4.3振蕩的基本概念與原理,將RC串并聯(lián)電路單獨畫出，如圖（a）所示。,4.3振蕩的基本概念與原理,（1）輸出電壓v2的幅頻特性,輸入信號頻率較低時串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等效于圖（b）所示。可以看出，信號頻率越低，Xc1越大，R2分壓越小，v2幅度就越小。,4.3振蕩的基本概念與原理,輸入信號頻率較高時等效電路如圖（c）所示。可以看出，信號頻率越高，Xc2越小，分壓越小，v2幅度就越低。,4.3振蕩的基本概念與原理,RC串關(guān)聯(lián)電路的幅頻特性如圖（a）所示。只有在諧振頻率f0上輸出電壓振幅最大，偏離這個頻率，輸出電壓振幅迅速減小，這就是RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性。,（2）v1與v2的相頻特性,相頻特性：輸出電壓v1與輸入信號電壓v2的相位隨信號頻率的變化關(guān)系，稱為相頻特性。如圖（b）所示。,4.3振蕩的基本概念與原理,結(jié)論：當(dāng)信號頻率f等于RC電路的選頻頻率f0時，輸出電壓v2振幅最大，且與v1同相。如果放大器為同相放大器即輸出電壓與輸入電壓同相，則將RC串并聯(lián)電路作為反饋網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)振蕩頻率等于f0時，反饋回來的電壓作阻性分壓，不產(chǎn)生相移，這樣就能滿足自激振蕩的相位條件而可能產(chǎn)生振蕩。,當(dāng)R1=R2=R，C1=C2=C時，RC串并聯(lián)選頻電路的選頻頻率為,4.3振蕩的基本概念與原理,RC橋式振蕩器中，將RC選頻網(wǎng)絡(luò)和負(fù)反饋電阻單獨畫出，即得電橋電路。又稱文氏電橋振蕩器。,2RC橋式振蕩電路,4.3振蕩的基本概念與原理,RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)改接成如圖所示電路，可獲得振蕩頻率范圍寬且連接可調(diào)的效果。,4.3振蕩的基本概念與原理,1石英晶體的壓電效應(yīng)與等效電路,（1）概念,石英晶體：天然石英是二氧化硅晶體，將它按一定方位角切成薄片，稱為石英晶體。,4.3.4石英晶體振蕩器,石英晶體外形諧振器如圖所示。,4.3振蕩的基本概念與原理,壓電效應(yīng)：在晶片上施加機(jī)械壓力使其發(fā)生形變，將在相應(yīng)方向上產(chǎn)生電壓，這種物理現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。,壓電諧振：當(dāng)外加交變電壓的頻率與晶體固有頻率相等時，通過晶體的電流達(dá)到最大，這就是晶體的振蕩頻率。,4.3振蕩的基本概念與原理,石英晶體諧振器的等效電路和頻率特性如圖所示。,4.3振蕩的基本概念與原理,（2）等效電路,等效電路中“等效元件”說明如下：,C0：靜態(tài)電容。一般約幾皮法到幾十皮法。,L：石英晶體振動時的振動慣性，用電感L等效。,C：相當(dāng)于晶片的彈性，用電容等效。,R：晶片振動時因摩擦而造成的損耗。,4.3振蕩的基本概念與原理,（3）輸出頻率,當(dāng)R、L、C支路發(fā)生串聯(lián)諧振時，等效于純電阻R，阻抗最小，串聯(lián)諧振頻率為：,當(dāng)外加信號頻