電工17章電路的反饋.ppt

1、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(duì)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. 掌握RC振蕩電路。,17.1.1 負(fù)反饋與正反饋,反饋：將放大電路輸出端的信號(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。,17.1 反饋的基本概念,通過(guò)RE 將輸出電流 反饋到輸入,通過(guò)RE 將輸出電壓 反饋到輸入,(b) 帶反饋,(a)不帶反饋,電子電路方

2、框圖,+, 凈輸入信號(hào), 反饋信號(hào), 輸出信號(hào),凈輸入信號(hào)：,F,反饋電路,比較環(huán)節(jié), 輸入信號(hào),基本放大電路,若三者同相，則Xd = Xi - Xf , 即Xd Xi , 此時(shí),反饋信號(hào)削弱了凈輸入信號(hào), 電路為負(fù)反饋。,若 Xd Xi ，即反饋信號(hào)起了增強(qiáng)凈輸入信號(hào)的作用則為正反饋。,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：,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

3、 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。,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 減小了凈輸入電壓(差值電壓) 負(fù)反饋,例1：,例2：,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 增大了凈輸入電壓 正反饋,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。,例3：,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,交流通路,交、直流分量的信號(hào)均可通過(guò) RE，所以

4、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。,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(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。,1.串聯(lián)電壓負(fù)反饋,設(shè)輸入電壓 ui 為正，,差值

5、電壓 ud =ui uf,uf 削弱了凈輸入電壓(差值電壓) 負(fù)反饋,反饋電壓,取自輸出電壓電壓反饋,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,(b)方框圖,(a)電路,各電壓的實(shí)際方向如圖,2.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(hào)與輸入信號(hào)在輸入端以電流的形式比較并聯(lián)反饋,(b)方框圖,(a)電路,ui,3.串聯(lián)電流負(fù)反饋,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)

6、負(fù)反饋,反饋電壓,取自輸出電流 電流反饋,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,uf =Rio,(a)電路,(b)方框圖,特點(diǎn): 輸出電流 io與負(fù)載電阻RL 無(wú)關(guān) 同相輸 入恒流源電路或 電壓電流變換 電路。,4.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,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(hào)與輸入信號(hào)在輸入端以電流的形式比較 并聯(lián)反饋,(a)電路,(b)方框圖,ui,4.并聯(lián)電流負(fù)反饋,特點(diǎn)：輸出電流 io 與負(fù)載電阻RL無(wú)關(guān) 反相輸入恒流源電路,運(yùn)算放大器電路反饋類型的判別方法：,1. 反饋電路

7、直接從輸出端引出的，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(同相和反相)上的，是串聯(lián)反饋；加在同一個(gè)輸入端(同相或反相)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。,串聯(lián)電壓負(fù)反饋,并聯(lián)電流負(fù)反饋,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。,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(hào)和反饋信號(hào)分別加在反相輸

8、入端和同相輸入端上，所以是串聯(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。,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)；,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(hào)和反饋信號(hào)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,例3：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

9、流均起作用，所以引入的是交、直流反饋。,例3：判斷圖示電路中的負(fù)反饋類型。,解：,RE1、RF引入越級(jí)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。,17.2.2 負(fù)反饋對(duì)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(hào),開環(huán) 放大倍數(shù),閉環(huán) 放大倍數(shù),1. 降低放大倍數(shù),負(fù)反饋使放大倍數(shù)下降。,則有：,| 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

10、因?yàn)殡娐分幸肓素?fù)反饋。,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。,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)。,例：|A|=300，|F|=0.01。,3. 改善波形失真,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,F,uf,略小,略大,接近正弦波,略大,略小,4. 展寬通頻帶,引入負(fù)反饋使電路的通頻帶寬度增加,無(wú)負(fù)反饋,有負(fù)反饋,負(fù)反饋展寬通頻帶,5. 對(duì)放大電路輸入電阻的影響,在同樣的

11、 ib下，ui= ube + uf ube，所以 rif 提高。,(1) 串聯(lián)負(fù)反饋,無(wú)負(fù)反饋時(shí)：,有負(fù)反饋時(shí)：,使電路的輸入電阻提高,無(wú)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,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(duì)放大電路輸出電阻的影響,四種負(fù)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

12、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？,ri,ro,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(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。,開關(guān)合在 “1”為無(wú)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(hào)代替了放大電路的輸入信號(hào)-自激振蕩,自激振蕩狀態(tài),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

13、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(guò)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(lái)產(chǎn)生一定頻率和幅值的正弦交流信號(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,石英晶體振蕩電路：頻率穩(wěn)定度高。,應(yīng)用：無(wú)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(hào)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(hào),(2) 反饋網(wǎng)絡(luò): 必須是正反饋，反饋信號(hào)

14、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。,1. RC正弦波振蕩電路,RC選頻網(wǎng)絡(luò) 正反饋網(wǎng)絡(luò),放大電路,用正反饋信號(hào)uf作為輸入信號(hào),選出單一頻率的信號(hào),(1) 電路結(jié)構(gòu),同相比例電路,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)：,式中 ：,分析可知：僅當(dāng) = o時(shí)，U2 U1=1 3達(dá)最大值，且 u2 與 u1 同相 , 即網(wǎng)絡(luò)具有選頻特性, fO 決定于RC。,(3) 工作原理,輸出電壓 uO 經(jīng)正反饋(兼選頻)網(wǎng)

15、絡(luò)分壓后，取uf 作為同相比例電路的輸入信號(hào) ui 。,1) 起振過(guò)程,2) 穩(wěn)定振蕩,A = 0，僅在 f 0處 F = 0 , 滿足相位平衡條件，所以振蕩頻率 f 0= 1 2RC。,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(guò)1MHz。,3) 振蕩頻率 振蕩頻率由相位平衡條件決定。,振蕩頻率的調(diào)整,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)?| 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