第17章电子电路中的反馈-林纯

1、南通大学电气工程学院电工学课程本章要求：本章要求：1.1.能判别电子电路中的直流反馈和交流反馈、正反能判别电子电路中的直流反馈和交流反馈、正反馈和负反馈以及负反馈的四种类型馈和负反馈以及负反馈的四种类型; ;2.2.了解负反馈对放大电路工作性能的影响；了解负反馈对放大电路工作性能的影响；3.3.了解正弦波振荡电路自激振荡的条件；了解正弦波振荡电路自激振荡的条件； 第第1717章章 电子电路中的反馈电子电路中的反馈4.4.了解了解RCRC振荡电路和振荡电路和LCLC振荡电路的工作原理。振荡电路的工作原理。南通大学电气工程学院电工学课程17.1 17.1 反馈的基本概念反馈的基本概念17.2 17

2、.2 放大电路中的负反馈放大电路中的负反馈17.3 17.3 振荡电路中的正反馈振荡电路中的正反馈南通大学电气工程学院电工学课程一.反馈的概念：凡是将电子电路（或某个系统）输出端的信号(电压或电流)的一部分或全部通过某种电路引回到输入端，就称为反馈。无反馈方框图：AoXiX 输入信号iX 输出信号oX 放大系数A南通大学电气工程学院电工学课程有反馈的方框图：+fXiXAoXFiXdX反馈电路比较环节基本放大电路 净输入信号dX 反馈信号fX 输出信号oX 输入信号iXfidXXX 净输入信号：上式中若三者同相,则Xd = Xi - Xf ,即Xd Xi ，即反馈信号起了增强净输入信号的作用则为

3、正反馈。南通大学电气工程学院电工学课程利用瞬时极性法判别负反馈与正反馈的步骤：4. 若反馈信号与输入信号加在同一输入端(或同一电极)上，两者极性相反时，净输入电压减小, 为负反馈；反之，极性相同为正反馈。3. 若反馈信号与输入信号加在不同输入端(或两个电极)上，两者极性相同时，净输入电压减小, 为负反馈；反之，极性相反为正反馈。1.设接“地”参考点的电位为零。2. 若电路输入点的瞬时电位高于参考点(对交流为电压的正半周)，则该点电位的瞬时极性为正(用表示)；反之为负(用 表示)。南通大学电气工程学院电工学课程1)根据反馈所采样的信号不同，可以分为电压反馈和电流反馈。如果反馈信号取自输出电压，叫

4、电压反馈。如果反馈信号取自输出电流，叫电流反馈。2)根据反馈信号在输入端与输入信号比较形式的不同，可以分为串联反馈和并联反馈。反馈信号与输入信号串联，即反馈信号与输入信号以电压形式作比较，称为串联反馈。反馈信号与输入信号并联，即反馈信号与输入信号以电流形式作比较，称为并联反馈。南通大学电气工程学院电工学课程+uf+ud设输入电压 ui 为正，各电压的实际方向如图差值电压 ud =ui ufuf 削弱了净输入电压(差值电压) 负反馈负反馈反馈电压oF11fuRRRu 取自输出电压电压反馈电压反馈反馈信号与输入信号在输入端以电压的形式比较 串联反馈串联反馈AF+ufuduiuO(b)方框图(a)电

5、路uoRFuiR2R1+RL南通大学电气工程学院电工学课程设输入电压 ui 为正，各电流的实际方向如图差值电流id = i1 ifif 削弱了净输入电流(差值电流) 负反馈负反馈反馈电流fofRui 取自输出电压电压反馈电压反馈反馈信号与输入信号在输入端以电流的形式比较并联反馈并联反馈uoRFuiR2R1+RLi1ifidAF+ifidiiuO(b)方框图(a)电路南通大学电气工程学院电工学课程+uf+ud设输入电压 ui 为正，各电压的实际方向如图差值电压 ud =ui ufuf 削弱了净输入电压(差值电压) 负反馈负反馈反馈电压uf取自输出电流 电流反馈电流反馈反馈信号与输入信号在输入端以

6、电压的形式比较 串联反馈串联反馈RuRuiifo uouiR2RL+ioR+(a)(a)电路电路AF+ufuduiiO(b)(b)方框图方框图南通大学电气工程学院电工学课程设输入电压 ui 为正，差值电流 id = i1if各电流的实际方向如图if 削弱了净输入电流(差值电流) 负反馈负反馈反馈电流if取自输出电流电流反馈电流反馈反馈信号与输入信号在输入端以电流的形式比较 并联反馈并联反馈(a)(a)电路电路AF+ifidiiiO(b)(b)方框图方框图RFR1uiR2RL+ioRuRi1ifid南通大学电气工程学院电工学课程运算放大器电路反馈类型的判别方法： 1. 反馈电路直接从输出端引出的

7、，是电压反馈；从负载电阻RL的靠近“地”端引出的，是电流反馈； 2. 输入信号和反馈信号分别加在两个输入端上的，是串联反馈；加在同一个输入端上的，是并联反馈； 3. 对串联反馈，输入信号和反馈信号的极性相同时，是负反馈；极性相反时，是正反馈； 4. 对并联反馈，净输入电流等于输入电流和反馈电流之差时，是负反馈；否则是正反馈。南通大学电气工程学院电工学课程doXXA ofXXF fidXXX 反馈放大电路的基本方程AFAXXA 1iof+fXdXAoXFiX开环放大倍数：反馈系数：净输入信号：闭环放大倍数：南通大学电气工程学院电工学课程 负反馈使放大倍数下降。则有：AA fdfXX、 同相，所以

8、 AF 是正实数负反馈时，中中，在在 1 fAFAA dfofdoXXXXXXAF | 1+AF|称为反馈深度，其值愈大，负反馈作用愈强，Af也就愈小。2. 提高放大倍数的稳定性AFAA 1fAAAFAAd11dff 南通大学电气工程学院电工学课程引入负反馈使放大倍数的稳定性提高。放大倍数下降至1/(1+|AF|)倍, 其稳定性提高1+|AF|倍。若|AF| 1，称为深度负反馈,此时：在深度负反馈的情况下，闭环放大倍数仅与反馈电路的参数有关。FA1f 例：|A|=300，|F|=0.01。7501. 030013001 f AFAA则则：%6d AA若：若：AAAFAAd11d ff 则则：%

9、.%.51)6(01030011 南通大学电气工程学院电工学课程负反馈是利用失真的波形来改善波形的失真，因此只能减小失真，而不能完全消除失真。加入负反馈无负反馈FufAuiuo大小略小略大接近正弦波uouiA+uid略大略小uf南通大学电气工程学院电工学课程uiubeib+在同样的 ib下，ui= ube + uf ube，所以 rif 提高。i0if)1(rFAr 1)1)串联负反馈串联负反馈biiiur 无负反馈时：有负反馈时：biifiur uf+使电路的输入电阻提高使电路的输入电阻提高bbeiu 南通大学电气工程学院电工学课程FArr0ifi1 ifbbeiiur 无负反馈时：有负反馈

10、时：ibeifiur 在同样的ube下，ii = ib + if ib，所以 rif 降低。2) 2) 并联负反馈并联负反馈使电路的输入电阻降低使电路的输入电阻降低iiibube+南通大学电气工程学院电工学课程o0of)1(rFAr FArr0oof1 电压负反馈具有稳定输出电压的作用，即有恒压输出特性，故输出电阻降低。电流负反馈具有稳定输出电流的作用，即有恒流输出特性，故输出电阻提高。1) 1) 电压负反馈使电路的输出电阻降低电压负反馈使电路的输出电阻降低2) 2) 电流负反馈使电路的输出电阻提高电流负反馈使电路的输出电阻提高5. 对放大电路输出电阻的影响南通大学电气工程学院电工学课程四种负

11、反馈对 ri 和 ro 的影响串联电压串联电流并联电压并联电流riro减低增高增高增高增高增高增高增高增高减低减低减低简记作：串入阻高；并入阻低；流出阻高；压出阻低南通大学电气工程学院电工学课程17.3.1 自激振荡定义：放大电路在无输入信号的情况下，就能输出一放大电路在无输入信号的情况下，就能输出一定频率和幅值的交流信号的现象。定频率和幅值的交流信号的现象。iOUAUu 开关合在“2” 为有反馈放大电路fOUAUu ifUU 如如果果：开关合在“2”时, 去掉ui 仍有稳定的输出。反馈信号代替了放大电路的输入信号。自激振荡状态1iUOUSAu2fUF开关合在 “1”为无反馈放大电路。南通大学

12、电气工程学院电工学课程 自激振荡的条件1) 幅度条件：1 FAu1 FA FAu即即：fOUAUu 由：由：ffuUA FU1 FAuOfUFU 自激振荡的条件2) 相位条件：n是整数 FAn2南通大学电气工程学院电工学课程正弦波振荡电路用来产生一定频率和幅值的正弦交流正弦波振荡电路用来产生一定频率和幅值的正弦交流信号。信号。它的频率范围很广，可以从一赫以下到几百兆以上；输出功率可以从几毫瓦到几十千瓦；输出的交流电能是从电源的直流电能转换而来的。常用的正弦波振荡器:LC振荡电路:输出功率大、频率高。RC振荡电路:输出功率小、频率低。南通大学电气工程学院电工学课程1) 放大电路: 放大信号2)

13、反馈网络: 必须是正反馈，反馈信号即是放大电路的输入信号 3) 选频网络: 保证输出为单一频率的正弦波,即使电路只在某一特定频率下满足自激振荡条件 4) 稳幅环节: 使电路能从AuF 1 ，过渡到AuF =1，从而达到稳幅振荡。南通大学电气工程学院电工学课程RC选频网络正反馈网络用正反馈信号uf作为输入信号1) 电路结构 R+RF2R1 C RCuO+D1D2RF1uf+稳幅环节南通大学电气工程学院电工学课程传输系数：CRCRCRUUFofj1/j1j1/oUfU。RCRC。+。式中 ：RC1o 分析1：仅当 = o即 时，Uf Uo=1 3达最大值，且 uf与 uo同相,此时F=1/3。RC

14、f21o在特定的频率 时，uf 与 uo 同相，也就是RC串并联具有正反馈和选频作用。RCf21o南通大学电气工程学院电工学课程 在起振时应使 ，即 ，随着振幅的增大， 能自动减小，直至满足 3 ，或 时，振荡幅度达到稳定，以后便能自动稳幅。从 到 ，这是自激振荡 建立过程。 1FAu.3uAuAuA1FAu.1FAu.1FAu. 图中利用二极管正向伏安特性的非线性来自动稳幅，RF分成RF1和RF2两部分，在RF1上正反向并联两只二极管，在输出电压uO的正负半周内分别导通，在起振初， uO幅度小，D不导通， ，随着振幅的增大，D导通，直至 ，振荡稳定。12RRF12RRF 由运算放大器构成的R

15、C振荡电路的振荡频率一般不超过1MHz。如要产生更高的振荡频率，可采用LC振荡电路。分析2：南通大学电气工程学院电工学课程变压器反馈式变压器反馈式LCLC振荡电路振荡电路LCf 210 2) 振荡频率即LC并联电路的谐振频率:南通大学电气工程学院电工学课程分析：对f0来说，Au最高，当满足自激振荡条件时，就产生自激振荡，只有频率f0时发生谐振，达到选频的目的，改变L,C参数，输出信号的振荡频率也改变。在 的情况下产生自激振荡，输出电压的幅值变大，直至晶体管进入非线性区，放大倍数变小，直到 ,振荡电路稳定在某一振幅下工作，并能自动稳幅。从 到 ，便是自激振荡的建立过程。1FAu.1FAu.1FA

16、u.1FAu.南通大学电气工程学院电工学课程+uf+ud设输入电压 ui 为正，各电压的实际方向如图。差值电压 ud =ui ufuf 减小了净输入电压(差值电压) 负反馈负反馈uoRFuiR2R1+例1：uoRFuiR2R1+例2：设输入电压 ui 为正，各电压的实际方向如图。差值电压 ud =ui + ufuf 增大了净输入电压正反馈正反馈+uf+ud在振荡器中引入正反馈，用以产生波形。 在放大电路中，出现正反馈将使放大器产生自激振荡，使放大器不能正常工作。习题课例题参考：习题课例题参考：南通大学电气工程学院电工学课程例2：RB1RCC1C2RB2RERL+UCCuiuo+设输入电压 ui

17、 为正，差值电压 ube =ui uf电压实际方向如左图uf 减小了净输入电压负反馈负反馈RBRERLuiuo+交流通路+uf+ube-ie交、直流分量的信号均可通过 RE，所以RE引入的是交、直流反馈。如果有发射极旁路电容， RE中仅有直流分量的信号通过 ，这时RE引入的则是直流反馈。引入交流负反馈的目的：引入交流负反馈的目的：改善放大电路的性能改善放大电路的性能引入直流引入直流 负反馈的目的：负反馈的目的：稳定静态工作点稳定静态工作点南通大学电气工程学院电工学课程试判别下图放大电路中从运算放大器A2输出端引至A1输入端的是何种类型的反馈电路。uf+解： 因反馈电路直接从运算放大器A2的输出

18、端引出，所以是电压反馈电压反馈；因输入信号和反馈信号分别加在反相输入端和同相输入端上，所以是串联反馈串联反馈；因输入信号和反馈信号的极性相同,所以是负反馈负反馈。串联电压负反馈串联电压负反馈 先在图中标出各点的瞬时极性及反馈信号；uo1uiR+uo+RLA1A2南通大学电气工程学院电工学课程试判别下图放大电路中从运算放大器A2输出端引至A1输入端的是何种类型的反馈电路。解：因反馈电路是从运算放大器A2的负载电阻RL的靠近“地”端引出的，所以是电流反馈电流反馈；因输入信号和反馈信号均加在同相输入端上，所以是并联反馈并联反馈;因净输入电流 id 等于输入电流和反馈电流之差，所以是负反馈负反馈。并联

19、电流负反馈并联电流负反馈i1ifiduo1uiR+uo+RLA1A2南通大学电气工程学院电工学课程例5：判断图示电路中的负反馈类型。解: RE2对交流不起作用，引入的是直流反馈；RE1对本级引入串联电流负反馈。RE1、RF对交、直流均起作用，所以引入的是交、直流反馈。RB1RC1C1RB2RE1+RS+RFRC2CE2C2RE2RL+UCC+T1T2esuiuoT2集电极的 反馈到T1的发射极，提高了E1的交流电位，使Ube1减小，故为负反馈；反馈从T2的集电极引出，是电压反馈；反馈电压引入到T1的发射极，是串联反馈。R RF F引入级间串联电压引入级间串联电压负反馈。负反馈。南通大学电气工程学院电工学课程例6:如果RF不接在T2 的集电极,而是接C2与RL 之间,两者有何不同 ?解：RF接在T2 的集电极时， RE1引入本级交直流反馈，RE1、RF引入级间交直流反馈； RF接C2与RL 之间时，