chapter17電子電路中的反饋

第17章電子電路中的反饋17.1

反饋的基本概念17.2

放大電路中的負(fù)反饋17.3

振蕩電路中的正反饋第17章電子電路中的反饋本章要求：1.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;2.了解負(fù)反饋對放大電路工作性能的影響；3.了解正弦波振蕩電路自激振蕩的條件；4.了解RC振蕩電路和LC振蕩電路的工作原理。17.1.1負(fù)反饋與正反饋反饋：將放大電路輸出端的信號(電壓或電流)的一部分或全部通過某種電路引回到輸入端。17.1反饋的基本概念+–AF反饋電路比較環(huán)節(jié)基本放大電路A(a)不帶反饋(b)帶反饋

—凈輸入信號—反饋信號—輸出信號

—輸入信號(b)帶反饋電子電路方框圖+–A凈輸入信號：F若三者同相，則Xd=Xi-Xf,如果Xd<Xi,此時(shí),反饋信號削弱了凈輸入信號,電路為負(fù)反饋如果Xd>Xi，此時(shí),反饋信號增強(qiáng)了凈輸入信號,電路為為正反饋。三極管:ube，ib；運(yùn)放u+-u-，i+，i－17.1.2

負(fù)反饋與正反饋的判別方法利用瞬時(shí)極性法判別負(fù)反饋與正反饋的步驟：2.若電路中某點(diǎn)的瞬時(shí)電位高于參考點(diǎn)(對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)。1.設(shè)接“地”參考點(diǎn)的電位為零。＋++–－++–＋+T＋＋－（１）若反饋信號與輸入信號加在不同輸入端(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。

３．若反饋信號使凈輸入信號削弱－－負(fù)反饋若反饋信號使凈輸入信號增強(qiáng)－－正反饋+–uf+–ud設(shè)輸入電壓ui為正，差值電壓ud=u+-u-=ui–

uf各電壓的實(shí)際方向如圖uf減小了凈輸入電壓(差值電壓)

——負(fù)反饋++uoRFuiR2R1+–++–+–例1：+–+ud–+ufuoRFuiR2R1+–++–+–例2：設(shè)輸入電壓ui為正，各電壓的實(shí)際方向如圖uf增大了凈輸入電壓

——正反饋－－

ud=u--u+=ui-（-

uf）=ui+uf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。差值電壓（２）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(shí)，凈輸入減小,為負(fù)反饋；反之，極性相同為正反饋。

i1if

id－+uoRFuiR2R1+–++–+–RL－差值電流id=i1–

ifif削弱了凈輸入電流(差值電流)

—負(fù)反饋+–ube例3：RB1RCC1C2RB2RERL+++UCCuiuo++––設(shè)輸入電壓ui為正，差值電壓ube=ui–

uf各電壓的實(shí)際方向如圖uf減小了凈輸入電壓

——負(fù)反饋＋+–uf－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(shí)RE引入的則是直流反饋。引入交流負(fù)反饋的目的：改善放大電路的性能引入直流負(fù)反饋的目的：穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)瞬時(shí)極性法判斷若反饋信號使凈輸入信號削弱－－負(fù)反饋若反饋信號使凈輸入信號增強(qiáng)－－正反饋（１）若反饋信號與輸入信號加在不同輸入端(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。（２）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(shí)，凈輸入減小,為負(fù)反饋；反之，極性相同為正反饋。++uouiR2RL+–++–ioR+–RFR1uiR2RL+–++–ioRuR－+－17.2放大電路中的負(fù)反饋17.7.1負(fù)反饋的分類(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。1.串聯(lián)電壓負(fù)反饋+–uf+–ud設(shè)輸入電壓ui為正，差值電壓ud=ui–

ufuf削弱了凈輸入電壓(差值電壓)

—負(fù)反饋反饋電壓取自輸出電壓—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＋＋(a)電路uoRFuiR2R1+–++–+–RL各電壓的實(shí)際方向如圖i1if

id2.并聯(lián)電壓負(fù)反饋－+設(shè)輸入電壓ui

為正，差值電流id=i1–

if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)反饋反饋電流取自輸出電壓—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uoRFuiR2R1+–++–+–RL(a)電路－3.串聯(lián)電流負(fù)反饋+–uf–+ud設(shè)輸入電壓ui

為正，差值電壓ud=ui–

uf各電壓的實(shí)際方向如圖uf削弱了凈輸入電壓(差值電壓)

—負(fù)反饋反饋電壓取自輸出電流—電流反饋

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++uf=RiououiR2RL+–++–ioR+–(a)電路特點(diǎn):輸出電流io與負(fù)載電阻RL無關(guān)

—同相輸入恒流源電路

—電壓電流變換電路。i1ifid4.并聯(lián)電流負(fù)反饋設(shè)輸入電壓ui

為正，差值電流id=i1–

if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)反饋反饋電流取自輸出電流—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－+(a)電路RFR1uiR2RL+–++–ioRuR－i1ifid特點(diǎn)：輸出電流io與負(fù)載電阻RL無關(guān)

——反相輸入恒流源電路－(a)電路RFR1uiR2RL+–++–ioRuR反饋電流－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，是電壓反饋；

反饋電路從負(fù)載電阻RL的靠近“地”端引出的，是電流反饋；

uoRFuiR2R1+–++–+–RLuouiR2RL+–++–ioR+–2.輸入信號和反饋信號分別加在兩個(gè)輸入端(同相和反相)上的，是串聯(lián)反饋；輸入信號和反饋信號分別加在同一個(gè)輸入端(同相或反相)上的，是并聯(lián)反饋；

uoRFuiR2R1+–++–+–RLuoRFuiR2R1+–++–+–RLesRB+UCCC1C2RERLui+–uo+–+++–RS+⊕+uf－負(fù)反饋

電壓串聯(lián)例1：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的輸出端引出，所以是電壓反饋；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)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；uo1uiR+–++–uo++–RLA1A2因輸入信號和反饋信號的極性相同,所以是負(fù)反饋。例2：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；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;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。+－+并聯(lián)電流負(fù)反饋+i1ifiduo1uiR++–uo++–RLA1A2－例3：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+–T1T2esuiuo例3：判斷圖示電路中的負(fù)反饋類型。解：RE1、RF引入越級串聯(lián)電壓負(fù)反饋。－+－+

T2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；反饋電壓與輸入電壓是串聯(lián)的關(guān)系，是串聯(lián)反饋;反饋取自輸出電壓，是電壓反饋。RB1RC1C1RB2RE1++–RS+–RFRC2CE2C2RE2RL++UCC+–T1T2esuiuo例4：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：因電容C2的隔直流作用，這時(shí)RE1、RF僅引入交流反饋。×RB1RC1C1RB2RE1++–RS+–RFRC2CE2C2RE2RL++UCC+–T1T2esuiuo例5：如果RF的另一端不接在T1的發(fā)射極，而是接在它的基極，兩者有何不同，是否會變成正反饋？解：T2集電極的反饋到T1的基極，提高了B1的交流電位，使Ube1增大，故為正反饋；

這時(shí)RF引入越級正反饋。－+－+RB1RC1C1RB2RE1++–RS+–RFRC2CE2C2RE2RL++UCC+–T1T2esuiuoRF2(R1、R2):

直流反饋（穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)）RF、CF

:

交流電壓并聯(lián)負(fù)反饋+UCC(a)RE1+R1RF1RF2C2RC2RC1CE2RE2R2+C+RF1、RE1:交直流電壓串聯(lián)負(fù)反饋+––+++––例6：RE2:

直流反饋RF++UCC+RBC2RC2RC1CE2RE2+C1CF(b)+––––+––––電流并聯(lián)負(fù)反饋正反饋兩個(gè)2k電阻構(gòu)成交直流反饋兩個(gè)470k20F++++470k6003.9k+20F470k3.9k50F2k47050F100F47030k3DG63DG6(c)+6V++(d)+50k2k2k8k3k3k50F50F50F+20V17.2.2負(fù)反饋對放大電路工作性能的影響反饋放大電路的基本方程反饋系數(shù)凈輸入信號開環(huán)放大倍數(shù)閉環(huán)放大倍數(shù)+–AF1.降低放大倍數(shù)負(fù)反饋使放大倍數(shù)下降。則有：同相，所以

AF是正實(shí)數(shù)負(fù)反饋時(shí)，|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。射極輸出器、不帶旁路電容的共射放大電路的電壓放大倍數(shù)較低就是因?yàn)殡娐分幸肓素?fù)反饋。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)。2.提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性引入負(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。例：A=300，F(xiàn)=0.01。3.改善波形失真負(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接近正弦波uouiA+–uiduf4.展寬通頻帶引入負(fù)反饋使電路的通頻帶寬度增加無負(fù)反饋有負(fù)反饋f′2f2f|Auo|0.707|Auo|O|Afo||Af|,|Af|0.707|Afo|BWBWf負(fù)反饋展寬通頻帶uiubeib++––5.對放大電路輸入電阻的影響在同樣的

ib下，ui=ube+uf

>ube，所以

rif

提高。(1)串聯(lián)負(fù)反饋無負(fù)反饋時(shí)：有負(fù)反饋時(shí)：uf+–使電路的輸入電阻提高if無負(fù)反饋時(shí)：有負(fù)反饋時(shí)：在同樣的ube下，ii

=ib+if>ib，所以

rif

降低。(2)并聯(lián)負(fù)反饋使電路的輸入電阻降低iiibube+–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)電壓負(fù)反饋使電路的輸出電阻降低(2)電流負(fù)反饋使電路的輸出電阻提高6.對放大電路輸出電阻的影響四種負(fù)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)電流思考題：為了分別實(shí)現(xiàn)：(1)穩(wěn)定輸出電壓；(2)穩(wěn)定輸出電流；(3)提高輸入電阻；(4)降低輸出電阻。應(yīng)引入哪種類型的負(fù)反饋？riro減低增高增高增高增高減低減低減低17.3振蕩電路中的正反饋17.3.1自激振蕩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。

開關(guān)合在“1”為無反饋放大電路。開關(guān)合在“2”為有反饋放大電路開關(guān)合在“2”時(shí),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)1SA2F自激振蕩的條件(1)幅度條件：(2)相位條件：n是整數(shù)

相位條件意味著振蕩電路必須是正反饋；

幅度條件表明反饋放大器要產(chǎn)生自激振蕩，還必須有足夠的反饋量(可以通過調(diào)整放大倍數(shù)A或反饋系數(shù)F達(dá)到)。自激振蕩的條件17.3.2正弦波振蕩電路

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。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。石英晶體振蕩電路：頻率穩(wěn)定度高。

應(yīng)用：無線電通訊、廣播電視，工業(yè)上的高頻感應(yīng)爐、超聲波發(fā)生器、正弦波信號發(fā)生器、半導(dǎo)體接近開關(guān)等。正弦波振蕩電路的組成(1)放大電路:放大信號(2)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(dá)到穩(wěn)幅振蕩。1.RC正弦波振蕩電路RC選頻網(wǎng)絡(luò)正反饋網(wǎng)絡(luò)用正反饋信號uf作為輸入信號選出單一頻率的信號(1)電路結(jié)構(gòu)uf–+R++∞RFR1CRC–uO–+同相比例電路放大電路選頻網(wǎng)絡(luò)(2)RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性傳輸系數(shù)：。。RCRC。+–+–。式中

：

分析可知：僅當(dāng)=o時(shí)，Ui

Uo=13達(dá)最大值，且uf

與uo

同相,即網(wǎng)絡(luò)具有選頻特性,fO

決定于RC。幅頻特性13ffO相頻特性fO(f)uoufuf

與uo

波形uo,ufR++∞RFR1CRC–uO–+uf–+A

=

0，僅在f

0處F

=

0,滿足相位平衡條件(正反饋），所以振蕩頻率f

0=12RC。(3)工作原理輸出電壓uO

經(jīng)正反饋(兼選頻)網(wǎng)絡(luò)分壓后，取uf

作為同相比例電路的輸入信號ui。1)起振過程uouf因?yàn)锳UF>1，所以輸出電壓逐漸增大，當(dāng)AUF=1時(shí)，輸出電壓就穩(wěn)定不變。－－－－穩(wěn)定振蕩2)穩(wěn)定振蕩

A

=

0，僅在f

0處F

=

0,滿足相位平衡條件(正反饋），所以振蕩頻率f

0=12RC。改變R、C可改變振蕩頻率

由運(yùn)算放大器構(gòu)成的RC振蕩電路的振蕩頻率一般不超過1MHz。3)振蕩頻率

振蕩頻率由相位平衡條件決定。ufuo振蕩頻率的調(diào)整++∞RFRCC–uO–+KKR1R2R3R3R2R1改變開關(guān)K的位置可改變選頻網(wǎng)絡(luò)的電阻，實(shí)現(xiàn)頻率粗調(diào)；改變電容C的大小可實(shí)現(xiàn)頻率的細(xì)調(diào)。振蕩頻率4)起振及穩(wěn)定振蕩的條件穩(wěn)定振蕩條件AuF

=1，|F|=1/3，則起振條件AuF

>1，因?yàn)閨F|=1/3，則考慮到起振條件AuF

>1,一般應(yīng)選取RF略大2R1。如果這個(gè)比值取得過大，會引起振蕩波形嚴(yán)重失真。由運(yùn)放構(gòu)成的RC串并聯(lián)正弦波振蕩電路不是靠運(yùn)放內(nèi)部的晶體管進(jìn)入非線性區(qū)穩(wěn)幅，而是通過在外部引入負(fù)反饋來達(dá)到穩(wěn)幅的目的。帶穩(wěn)幅環(huán)節(jié)的電路(1)熱敏電阻具有負(fù)溫度系數(shù)，利用它的非線性可以自動穩(wěn)幅。在起振時(shí)，由于uO

很小，流過RF的電流也很小，于是發(fā)熱少，阻值高，使RF>2R1；即AuF>1。隨著振蕩幅度的不斷加強(qiáng)，uO增大，流過RF

的電流也增大，RF受熱而降低其阻值，使得Au下降，直到RF=2R1時(shí)，穩(wěn)定于AuF=1，

振蕩穩(wěn)定。半導(dǎo)體熱敏電阻R++∞RFR1CRC–uO–+半導(dǎo)體熱敏電阻穩(wěn)幅過程：思考：若熱敏電阻具有正溫度系數(shù)，應(yīng)接在何處？uOt°CRFAu直到RF=2R1時(shí)，穩(wěn)定于|AuF=1，振蕩穩(wěn)定。R++∞RFR1CRC–uO–+帶穩(wěn)幅環(huán)節(jié)的電路(2)利用二極管的正向伏安特性的非線性自動穩(wěn)幅。R++∞RF2R1CRC–uO–+D1D2RF1uf+–穩(wěn)幅環(huán)節(jié)圖示電路中，RF分為兩部分。在RF1上正反并聯(lián)兩個(gè)二極管，它們在輸出電壓uO的正負(fù)半周內(nèi)分別導(dǎo)通。在起振之初，由于uO幅值很小，尚不足以使二極管導(dǎo)通，正向二極管近于開路,此時(shí)，RF>2R1。而后，隨著振蕩幅度的增大，正向二極管導(dǎo)通，其正向電阻逐漸減小，直到RF=2R1，振蕩穩(wěn)定。2.LC正弦波振蕩電路

LC振蕩電路的選頻電路由電感和電容構(gòu)成，可以產(chǎn)生高頻振蕩(幾百千赫以上)。由于高頻運(yùn)放價(jià)格較高，所以一般用分離元件組成放大電路。本節(jié)只對

LC振蕩電路的結(jié)構(gòu)和工作原理作簡單介紹。++變壓器同名端－－LC+UCCRLC1RB1RB2RECE變壓器反饋式LC振蕩電路(1)電路結(jié)構(gòu)＋正反饋(2)振蕩頻率

即LC并聯(lián)電路的諧振頻率＋放大電路選頻電路反饋網(wǎng)絡(luò)uf+–－－＋例1：正反饋?zhàn)⒁猓河盟矔r(shí)極性法判斷反饋的極性時(shí)，耦合電容、旁路電容兩端的極性相同，屬于選頻網(wǎng)絡(luò)的電容，其兩端的極性相反。試用相位平衡條件判斷下圖電路能否產(chǎn)生自激振蕩－－－＋+UCCC