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(duì)放大電路工作性能的影響；了解負(fù)反饋對(duì)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(gè)系統(tǒng)）輸出端的信號(hào)(電壓或電流)的一部分或全部通過(guò)某種電路引回到輸入端，就稱為反饋。無(wú)反饋方框圖：AoXiX 輸入信號(hào)iX 輸出信號(hào)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(hào)dX 反饋信號(hào)fX 輸出信號(hào)oX 輸入信號(hào)iXfidXXX 凈輸入信號(hào)：上式中若三者同相,則Xd = Xi - Xf ,即Xd Xi ，即反饋信號(hào)起了增強(qiáng)凈輸入信號(hào)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(shí)極性法判別負(fù)反饋與正反饋的步驟：4. 若反饋信號(hào)與輸入信號(hào)加在同一輸入端(或同一電極)上，兩者極性相反時(shí)，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(hào)與輸入信號(hào)加在不同輸入端(或兩個(gè)電極)上，兩者極性相同時(shí)，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(diǎn)的電位為零。2. 若電路輸入點(diǎn)的瞬時(shí)電位高于參考點(diǎn)(對(duì)交流為電壓的正半周)，則該點(diǎn)電位的瞬時(shí)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(hào)不同，可以分為電壓反饋和電流反饋。如果反饋信號(hào)取自輸出電壓，叫

4、電壓反饋。如果反饋信號(hào)取自輸出電流，叫電流反饋。2)根據(jù)反饋信號(hào)在輸入端與輸入信號(hào)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(hào)與輸入信號(hào)串聯(lián)，即反饋信號(hào)與輸入信號(hào)以電壓形式作比較，稱為串聯(lián)反饋。反饋信號(hào)與輸入信號(hào)并聯(lián)，即反饋信號(hào)與輸入信號(hào)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(shí)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(hào)與輸入信號(hào)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(shí)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(hào)與輸入信號(hào)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(shí)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(hào)與輸入信號(hào)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(shí)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(hào)與輸入信號(hào)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(yùn)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(hào)和反饋信號(hào)分別加在兩個(gè)輸入端上的，是串聯(lián)反饋；加在同一個(gè)輸入端上的，是并聯(lián)反饋； 3. 對(duì)串聯(lián)反饋，輸入信號(hào)和反饋信號(hào)的極性相同時(shí)，是負(fù)反饋；極性相反時(shí)，是正反饋； 4. 對(duì)并聯(lián)反饋，凈輸入電流等于輸入電流和反饋電流之差時(shí)，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(kāi)環(huán)放大倍數(shù)：反饋系數(shù)：凈輸入信號(hào)：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(shí)數(shù)負(fù)反饋時(shí)，中中，在在 1 fAFAA dfofdoXXXXXXAF | 1+AF|稱為反饋深度，其值愈大，負(fù)反饋?zhàn)饔糜鷱?qiáng)，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(shí)：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(lái)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(wú)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(wú)負(fù)反饋時(shí)：有負(fù)反饋時(shí)：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(wú)負(fù)反饋時(shí)：有負(fù)反饋

10、時(shí)：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(duì)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(duì) 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(jiǎn)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(wú)輸入信號(hào)的情況下，就能輸出一放大電路在無(wú)輸入信號(hào)的情況下，就能輸出一定頻率和幅值的交流信號(hào)的現(xiàn)象。定頻率和幅值的交流信號(hào)的現(xiàn)象。iOUAUu 開(kāi)關(guān)合在“2” 為有反饋放大電路fOUAUu ifUU 如如果果：開(kāi)關(guān)合在“2”時(shí), 去掉ui 仍有穩(wěn)定的輸出。反饋信號(hào)代替了放大電路的輸入信號(hào)。自激振蕩狀態(tài)1iUOUSAu2fUF開(kāi)關(guān)合在 “1”為無(wú)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(lái)產(chǎn)生一定頻率和幅值的正弦交流正弦波振蕩電路用來(lái)產(chǎn)生一定頻率和幅值的正弦交流信號(hào)。信號(hào)。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(lái)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(hào)2)

13、反饋網(wǎng)絡(luò): 必須是正反饋，反饋信號(hào)即是放大電路的輸入信號(hào) 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(guò)渡到AuF =1，從而達(dá)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(hào)uf作為輸入信號(hào)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(shí)，Uf Uo=1 3達(dá)最大值，且 uf與 uo同相,此時(shí)F=1/3。RC

14、f21o在特定的頻率 時(shí)，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(shí)應(yīng)使 ，即 ，隨著振幅的增大， 能自動(dòng)減小，直至滿足 3 ，或 時(shí)，振蕩幅度達(dá)到穩(wěn)定，以后便能自動(dòng)穩(wěn)幅。從 到 ，這是自激振蕩 建立過(guò)程。 1FAu.3uAuAuA1FAu.1FAu.1FAu. 圖中利用二極管正向伏安特性的非線性來(lái)自動(dòng)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(yùn)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(guò)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(duì)f0來(lái)說(shuō)，Au最高，當(dāng)滿足自激振蕩條件時(shí)，就產(chǎn)生自激振蕩，只有頻率f0時(shí)發(fā)生諧振，達(dá)到選頻的目的，改變L,C參數(shù)，輸出信號(hào)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(jìn)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(dòng)穩(wěn)幅。從 到 ，便是自激振蕩的建立過(guò)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(shí)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(shí)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(shí)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(hào)均可通過(guò) 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(hào)通過(guò) ，這時(shí)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(diǎn)穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)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(yùn)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(yùn)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(hào)和反饋信號(hào)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(hào)和反饋信號(hào)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(diǎn)的瞬時(shí)極性及反饋信號(hào)；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(yùn)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(yùn)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(hào)和反饋信號(hào)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(duì)交流不起作用，引入的是直流反饋；RE1對(duì)本級(jí)引入串聯(lián)電流負(fù)反饋。RE1、RF對(duì)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(jí)間串聯(lián)電壓引入級(jí)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(shí)， RE1引入本級(jí)交直流反饋，RE1、RF引入級(jí)間交直流反饋； RF接C2與RL 之間時(shí)，