第17章電子電路中的反饋-林純

1、南通大學(xué)電氣工程學(xué)院電工學(xué)課程本章要求：本章要求：1.1.能判別電子電路中的直流反饋和交流反饋、正反能判別電子電路中的直流反饋和交流反饋、正反饋和負(fù)反饋以及負(fù)反饋的四種類型饋和負(fù)反饋以及負(fù)反饋的四種類型; ;2.2.了解負(fù)反饋對放大電路工作性能的影響；了解負(fù)反饋對放大電路工作性能的影響；3.3.了解正弦波振蕩電路自激振蕩的條件；了解正弦波振蕩電路自激振蕩的條件； 第第1717章章 電子電路中的反饋電子電路中的反饋4.4.了解了解RCRC振蕩電路和振蕩電路和LCLC振蕩電路的工作原理。振蕩電路的工作原理。南通大學(xué)電氣工程學(xué)院電工學(xué)課程17.1 17.1 反饋的基本概念反饋的基本概念17.2 17

2、.2 放大電路中的負(fù)反饋放大電路中的負(fù)反饋17.3 17.3 振蕩電路中的正反饋振蕩電路中的正反饋南通大學(xué)電氣工程學(xué)院電工學(xué)課程一.反饋的概念：凡是將電子電路（或某個系統(tǒng)）輸出端的信號(電壓或電流)的一部分或全部通過某種電路引回到輸入端，就稱為反饋。無反饋方框圖：AoXiX 輸入信號iX 輸出信號oX 放大系數(shù)A南通大學(xué)電氣工程學(xué)院電工學(xué)課程有反饋的方框圖：+fXiXAoXFiXdX反饋電路比較環(huán)節(jié)基本放大電路 凈輸入信號dX 反饋信號fX 輸出信號oX 輸入信號iXfidXXX 凈輸入信號：上式中若三者同相,則Xd = Xi - Xf ,即Xd Xi ，即反饋信號起了增強凈輸入信號的作用則為

3、正反饋。南通大學(xué)電氣工程學(xué)院電工學(xué)課程利用瞬時極性法判別負(fù)反饋與正反饋的步驟：4. 若反饋信號與輸入信號加在同一輸入端(或同一電極)上，兩者極性相反時，凈輸入電壓減小, 為負(fù)反饋；反之，極性相同為正反饋。3. 若反饋信號與輸入信號加在不同輸入端(或兩個電極)上，兩者極性相同時，凈輸入電壓減小, 為負(fù)反饋；反之，極性相反為正反饋。1.設(shè)接“地”參考點的電位為零。2. 若電路輸入點的瞬時電位高于參考點(對交流為電壓的正半周)，則該點電位的瞬時極性為正(用表示)；反之為負(fù)(用 表示)。南通大學(xué)電氣工程學(xué)院電工學(xué)課程1)根據(jù)反饋所采樣的信號不同，可以分為電壓反饋和電流反饋。如果反饋信號取自輸出電壓，叫

4、電壓反饋。如果反饋信號取自輸出電流，叫電流反饋。2)根據(jù)反饋信號在輸入端與輸入信號比較形式的不同，可以分為串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋。反饋信號與輸入信號串聯(lián)，即反饋信號與輸入信號以電壓形式作比較，稱為串聯(lián)反饋。反饋信號與輸入信號并聯(lián)，即反饋信號與輸入信號以電流形式作比較，稱為并聯(lián)反饋。南通大學(xué)電氣工程學(xué)院電工學(xué)課程+uf+ud設(shè)輸入電壓 ui 為正，各電壓的實際方向如圖差值電壓 ud =ui ufuf 削弱了凈輸入電壓(差值電壓) 負(fù)反饋負(fù)反饋反饋電壓oF11fuRRRu 取自輸出電壓電壓反饋電壓反饋反饋信號與輸入信號在輸入端以電壓的形式比較 串聯(lián)反饋串聯(lián)反饋AF+ufuduiuO(b)方框圖(a)電

5、路uoRFuiR2R1+RL南通大學(xué)電氣工程學(xué)院電工學(xué)課程設(shè)輸入電壓 ui 為正，各電流的實際方向如圖差值電流id = i1 ifif 削弱了凈輸入電流(差值電流) 負(fù)反饋負(fù)反饋反饋電流fofRui 取自輸出電壓電壓反饋電壓反饋反饋信號與輸入信號在輸入端以電流的形式比較并聯(lián)反饋并聯(lián)反饋uoRFuiR2R1+RLi1ifidAF+ifidiiuO(b)方框圖(a)電路南通大學(xué)電氣工程學(xué)院電工學(xué)課程+uf+ud設(shè)輸入電壓 ui 為正，各電壓的實際方向如圖差值電壓 ud =ui ufuf 削弱了凈輸入電壓(差值電壓) 負(fù)反饋負(fù)反饋反饋電壓uf取自輸出電流 電流反饋電流反饋反饋信號與輸入信號在輸入端以

6、電壓的形式比較 串聯(lián)反饋串聯(lián)反饋RuRuiifo uouiR2RL+ioR+(a)(a)電路電路AF+ufuduiiO(b)(b)方框圖方框圖南通大學(xué)電氣工程學(xué)院電工學(xué)課程設(shè)輸入電壓 ui 為正，差值電流 id = i1if各電流的實際方向如圖if 削弱了凈輸入電流(差值電流) 負(fù)反饋負(fù)反饋反饋電流if取自輸出電流電流反饋電流反饋反饋信號與輸入信號在輸入端以電流的形式比較 并聯(lián)反饋并聯(lián)反饋(a)(a)電路電路AF+ifidiiiO(b)(b)方框圖方框圖RFR1uiR2RL+ioRuRi1ifid南通大學(xué)電氣工程學(xué)院電工學(xué)課程運算放大器電路反饋類型的判別方法： 1. 反饋電路直接從輸出端引出的

7、，是電壓反饋；從負(fù)載電阻RL的靠近“地”端引出的，是電流反饋； 2. 輸入信號和反饋信號分別加在兩個輸入端上的，是串聯(lián)反饋；加在同一個輸入端上的，是并聯(lián)反饋； 3. 對串聯(lián)反饋，輸入信號和反饋信號的極性相同時，是負(fù)反饋；極性相反時，是正反饋； 4. 對并聯(lián)反饋，凈輸入電流等于輸入電流和反饋電流之差時，是負(fù)反饋；否則是正反饋。南通大學(xué)電氣工程學(xué)院電工學(xué)課程doXXA ofXXF fidXXX 反饋放大電路的基本方程AFAXXA 1iof+fXdXAoXFiX開環(huán)放大倍數(shù)：反饋系數(shù)：凈輸入信號：閉環(huán)放大倍數(shù)：南通大學(xué)電氣工程學(xué)院電工學(xué)課程 負(fù)反饋使放大倍數(shù)下降。則有：AA fdfXX、 同相，所以

8、 AF 是正實數(shù)負(fù)反饋時，中中，在在 1 fAFAA dfofdoXXXXXXAF | 1+AF|稱為反饋深度，其值愈大，負(fù)反饋作用愈強，Af也就愈小。2. 提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性AFAA 1fAAAFAAd11dff 南通大學(xué)電氣工程學(xué)院電工學(xué)課程引入負(fù)反饋使放大倍數(shù)的穩(wěn)定性提高。放大倍數(shù)下降至1/(1+|AF|)倍, 其穩(wěn)定性提高1+|AF|倍。若|AF| 1，稱為深度負(fù)反饋,此時：在深度負(fù)反饋的情況下，閉環(huán)放大倍數(shù)僅與反饋電路的參數(shù)有關(guān)。FA1f 例：|A|=300，|F|=0.01。7501. 030013001 f AFAA則則：%6d AA若：若：AAAFAAd11d ff 則則：%

9、.%.51)6(01030011 南通大學(xué)電氣工程學(xué)院電工學(xué)課程負(fù)反饋是利用失真的波形來改善波形的失真，因此只能減小失真，而不能完全消除失真。加入負(fù)反饋無負(fù)反饋FufAuiuo大小略小略大接近正弦波uouiA+uid略大略小uf南通大學(xué)電氣工程學(xué)院電工學(xué)課程uiubeib+在同樣的 ib下，ui= ube + uf ube，所以 rif 提高。i0if)1(rFAr 1)1)串聯(lián)負(fù)反饋串聯(lián)負(fù)反饋biiiur 無負(fù)反饋時：有負(fù)反饋時：biifiur uf+使電路的輸入電阻提高使電路的輸入電阻提高bbeiu 南通大學(xué)電氣工程學(xué)院電工學(xué)課程FArr0ifi1 ifbbeiiur 無負(fù)反饋時：有負(fù)反饋

10、時：ibeifiur 在同樣的ube下，ii = ib + if ib，所以 rif 降低。2) 2) 并聯(lián)負(fù)反饋并聯(lián)負(fù)反饋使電路的輸入電阻降低使電路的輸入電阻降低iiibube+南通大學(xué)電氣工程學(xué)院電工學(xué)課程o0of)1(rFAr FArr0oof1 電壓負(fù)反饋具有穩(wěn)定輸出電壓的作用，即有恒壓輸出特性，故輸出電阻降低。電流負(fù)反饋具有穩(wěn)定輸出電流的作用，即有恒流輸出特性，故輸出電阻提高。1) 1) 電壓負(fù)反饋使電路的輸出電阻降低電壓負(fù)反饋使電路的輸出電阻降低2) 2) 電流負(fù)反饋使電路的輸出電阻提高電流負(fù)反饋使電路的輸出電阻提高5. 對放大電路輸出電阻的影響南通大學(xué)電氣工程學(xué)院電工學(xué)課程四種負(fù)

11、反饋對 ri 和 ro 的影響串聯(lián)電壓串聯(lián)電流并聯(lián)電壓并聯(lián)電流riro減低增高增高增高增高增高增高增高增高減低減低減低簡記作：串入阻高；并入阻低；流出阻高；壓出阻低南通大學(xué)電氣工程學(xué)院電工學(xué)課程17.3.1 自激振蕩定義：放大電路在無輸入信號的情況下，就能輸出一放大電路在無輸入信號的情況下，就能輸出一定頻率和幅值的交流信號的現(xiàn)象。定頻率和幅值的交流信號的現(xiàn)象。iOUAUu 開關(guān)合在“2” 為有反饋放大電路fOUAUu ifUU 如如果果：開關(guān)合在“2”時, 去掉ui 仍有穩(wěn)定的輸出。反饋信號代替了放大電路的輸入信號。自激振蕩狀態(tài)1iUOUSAu2fUF開關(guān)合在 “1”為無反饋放大電路。南通大學(xué)

12、電氣工程學(xué)院電工學(xué)課程 自激振蕩的條件1) 幅度條件：1 FAu1 FA FAu即即：fOUAUu 由：由：ffuUA FU1 FAuOfUFU 自激振蕩的條件2) 相位條件：n是整數(shù) FAn2南通大學(xué)電氣工程學(xué)院電工學(xué)課程正弦波振蕩電路用來產(chǎn)生一定頻率和幅值的正弦交流正弦波振蕩電路用來產(chǎn)生一定頻率和幅值的正弦交流信號。信號。它的頻率范圍很廣，可以從一赫以下到幾百兆以上；輸出功率可以從幾毫瓦到幾十千瓦；輸出的交流電能是從電源的直流電能轉(zhuǎn)換而來的。常用的正弦波振蕩器:LC振蕩電路:輸出功率大、頻率高。RC振蕩電路:輸出功率小、頻率低。南通大學(xué)電氣工程學(xué)院電工學(xué)課程1) 放大電路: 放大信號2)

13、反饋網(wǎng)絡(luò): 必須是正反饋，反饋信號即是放大電路的輸入信號 3) 選頻網(wǎng)絡(luò): 保證輸出為單一頻率的正弦波,即使電路只在某一特定頻率下滿足自激振蕩條件 4) 穩(wěn)幅環(huán)節(jié): 使電路能從AuF 1 ，過渡到AuF =1，從而達到穩(wěn)幅振蕩。南通大學(xué)電氣工程學(xué)院電工學(xué)課程RC選頻網(wǎng)絡(luò)正反饋網(wǎng)絡(luò)用正反饋信號uf作為輸入信號1) 電路結(jié)構(gòu) R+RF2R1 C RCuO+D1D2RF1uf+穩(wěn)幅環(huán)節(jié)南通大學(xué)電氣工程學(xué)院電工學(xué)課程傳輸系數(shù)：CRCRCRUUFofj1/j1j1/oUfU。RCRC。+。式中 ：RC1o 分析1：僅當(dāng) = o即 時，Uf Uo=1 3達最大值，且 uf與 uo同相,此時F=1/3。RC

14、f21o在特定的頻率 時，uf 與 uo 同相，也就是RC串并聯(lián)具有正反饋和選頻作用。RCf21o南通大學(xué)電氣工程學(xué)院電工學(xué)課程 在起振時應(yīng)使 ，即 ，隨著振幅的增大， 能自動減小，直至滿足 3 ，或 時，振蕩幅度達到穩(wěn)定，以后便能自動穩(wěn)幅。從 到 ，這是自激振蕩 建立過程。 1FAu.3uAuAuA1FAu.1FAu.1FAu. 圖中利用二極管正向伏安特性的非線性來自動穩(wěn)幅，RF分成RF1和RF2兩部分，在RF1上正反向并聯(lián)兩只二極管，在輸出電壓uO的正負(fù)半周內(nèi)分別導(dǎo)通，在起振初， uO幅度小，D不導(dǎo)通， ，隨著振幅的增大，D導(dǎo)通，直至 ，振蕩穩(wěn)定。12RRF12RRF 由運算放大器構(gòu)成的R

15、C振蕩電路的振蕩頻率一般不超過1MHz。如要產(chǎn)生更高的振蕩頻率，可采用LC振蕩電路。分析2：南通大學(xué)電氣工程學(xué)院電工學(xué)課程變壓器反饋式變壓器反饋式LCLC振蕩電路振蕩電路LCf 210 2) 振蕩頻率即LC并聯(lián)電路的諧振頻率:南通大學(xué)電氣工程學(xué)院電工學(xué)課程分析：對f0來說，Au最高，當(dāng)滿足自激振蕩條件時，就產(chǎn)生自激振蕩，只有頻率f0時發(fā)生諧振，達到選頻的目的，改變L,C參數(shù)，輸出信號的振蕩頻率也改變。在 的情況下產(chǎn)生自激振蕩，輸出電壓的幅值變大，直至晶體管進入非線性區(qū)，放大倍數(shù)變小，直到 ,振蕩電路穩(wěn)定在某一振幅下工作，并能自動穩(wěn)幅。從 到 ，便是自激振蕩的建立過程。1FAu.1FAu.1FA

16、u.1FAu.南通大學(xué)電氣工程學(xué)院電工學(xué)課程+uf+ud設(shè)輸入電壓 ui 為正，各電壓的實際方向如圖。差值電壓 ud =ui ufuf 減小了凈輸入電壓(差值電壓) 負(fù)反饋負(fù)反饋uoRFuiR2R1+例1：uoRFuiR2R1+例2：設(shè)輸入電壓 ui 為正，各電壓的實際方向如圖。差值電壓 ud =ui + ufuf 增大了凈輸入電壓正反饋正反饋+uf+ud在振蕩器中引入正反饋，用以產(chǎn)生波形。 在放大電路中，出現(xiàn)正反饋將使放大器產(chǎn)生自激振蕩，使放大器不能正常工作。習(xí)題課例題參考：習(xí)題課例題參考：南通大學(xué)電氣工程學(xué)院電工學(xué)課程例2：RB1RCC1C2RB2RERL+UCCuiuo+設(shè)輸入電壓 ui

17、 為正，差值電壓 ube =ui uf電壓實際方向如左圖uf 減小了凈輸入電壓負(fù)反饋負(fù)反饋RBRERLuiuo+交流通路+uf+ube-ie交、直流分量的信號均可通過 RE，所以RE引入的是交、直流反饋。如果有發(fā)射極旁路電容， RE中僅有直流分量的信號通過 ，這時RE引入的則是直流反饋。引入交流負(fù)反饋的目的：引入交流負(fù)反饋的目的：改善放大電路的性能改善放大電路的性能引入直流引入直流 負(fù)反饋的目的：負(fù)反饋的目的：穩(wěn)定靜態(tài)工作點穩(wěn)定靜態(tài)工作點南通大學(xué)電氣工程學(xué)院電工學(xué)課程試判別下圖放大電路中從運算放大器A2輸出端引至A1輸入端的是何種類型的反饋電路。uf+解： 因反饋電路直接從運算放大器A2的輸出

18、端引出，所以是電壓反饋電壓反饋；因輸入信號和反饋信號分別加在反相輸入端和同相輸入端上，所以是串聯(lián)反饋串聯(lián)反饋；因輸入信號和反饋信號的極性相同,所以是負(fù)反饋負(fù)反饋。串聯(lián)電壓負(fù)反饋串聯(lián)電壓負(fù)反饋 先在圖中標(biāo)出各點的瞬時極性及反饋信號；uo1uiR+uo+RLA1A2南通大學(xué)電氣工程學(xué)院電工學(xué)課程試判別下圖放大電路中從運算放大器A2輸出端引至A1輸入端的是何種類型的反饋電路。解：因反饋電路是從運算放大器A2的負(fù)載電阻RL的靠近“地”端引出的，所以是電流反饋電流反饋；因輸入信號和反饋信號均加在同相輸入端上，所以是并聯(lián)反饋并聯(lián)反饋;因凈輸入電流 id 等于輸入電流和反饋電流之差，所以是負(fù)反饋負(fù)反饋。并聯(lián)

19、電流負(fù)反饋并聯(lián)電流負(fù)反饋i1ifiduo1uiR+uo+RLA1A2南通大學(xué)電氣工程學(xué)院電工學(xué)課程例5：判斷圖示電路中的負(fù)反饋類型。解: RE2對交流不起作用，引入的是直流反饋；RE1對本級引入串聯(lián)電流負(fù)反饋。RE1、RF對交、直流均起作用，所以引入的是交、直流反饋。RB1RC1C1RB2RE1+RS+RFRC2CE2C2RE2RL+UCC+T1T2esuiuoT2集電極的 反饋到T1的發(fā)射極，提高了E1的交流電位，使Ube1減小，故為負(fù)反饋；反饋從T2的集電極引出，是電壓反饋；反饋電壓引入到T1的發(fā)射極，是串聯(lián)反饋。R RF F引入級間串聯(lián)電壓引入級間串聯(lián)電壓負(fù)反饋。負(fù)反饋。南通大學(xué)電氣工程學(xué)院電工學(xué)課程例6:如果RF不接在T2 的集電極,而是接C2與RL 之間,兩者有何不同 ?解：RF接在T2 的集電極時， RE1引入本級交直流反饋，RE1、RF引入級間交直流反饋； RF接C2與RL 之間時，