第17章 电子电路中的反馈

第17章电子电路中的反馈17.1

反馈的基本概念17.2

放大电路中的负反馈17.3

振荡电路中的正反馈反馈理论首先诞生于电子技术领域.1928年,西部电子公司的一个名叫HaroldBlack的电子工程师发明了反馈放大器,当时他正在研究中继器中放大器的增益稳定方法.

反馈理论和反馈技术不仅在众多工程领域(如自动控制、信号处理等)获得了广泛应用.而且还延伸到其他科学领域(如生物反馈).

反馈可用于所有的放大器系统.或以正反馈的形式,或以负反馈的形式,正反馈常用来构成振荡器,负反馈主要用来改善放大器的性能.引言17.1

反馈的基本概念反馈：将放大电路输出端的信号(电压或电流)的一部分或全部通过某种电路引回到输入端。反馈放大电路的方框图输出信号输入信号反馈信号净输入信号反馈电路F–基本放大电路A+基本放大电路比较环节反馈放大电路的三个环节反馈电路输出信号输入信号反馈信号反馈系数净输入信号放大倍数反馈电路F–基本放大电路A+引入反馈后，基本放大和反馈网络组成一个闭合回路，整个系统称为反馈放大电路或闭环放大电路；无反馈通路的放大电路称为开环放大电路。反馈放大电路的方框图反馈电路F–基本放大电路A+正向传输反向传输反馈的分类净输入信号若：Xd

=|Xi–Xf|<Xi即反馈信号起了削弱净输入信号的作用负反馈反馈电路F–基本放大电路A+1.按反馈信号的极性分类反馈的分类净输入信号若：Xd

=|Xi-Xf|>Xi即反馈信号起了增强净输入信号的作用正反馈反馈电路F–基本放大电路A+反馈的分类负反馈可以多方面改善放大电路的性能。反馈电路F–基本放大电路A+正反馈会使放大电路的性能变坏，有时还会使负反馈放大电路产生自激，无法工作。判断到底是正反馈还是负反馈，可以采用瞬时极性法瞬时极性法首先假设输入信号为某一极性，一般为“⊕”，然后按照信号的传输方向逐级向后推断，确定输出信号的极性，再由输出端通过反馈网络返回输入回路，确定反馈信号的极性，最后依照反馈的正负极性和上述定义作出结论。反馈电路F–基本放大电路A+瞬时极性：设接“地”参考点的点位为零，电路中某点在某瞬时的电位高于零电位者，则该点的瞬时极性为正（用“⊕”）；反之为负，用（“”）表示。瞬时极性法应用举例例1：RFR2uoui++–R1+–+–例2利用瞬时极性法判断负反馈（晶体管）设基极瞬时极性为正，根据集电极瞬时极性与基极相反、发射极(接有发射极电阻而无旁路电容时)瞬时极性与基极相同的原则，标出相关各点的瞬时极性。利用瞬时极性法判断负反馈++－

(2)若反馈信号与输入信号加在同一电极上，

(3)若反馈信号与输入信号加在两个电极上，两者极性相反为负反馈；极性相同为正反馈。两者极性相同为负反馈；极性相反为正反馈。RSeSRB1RCC1C2RB2RERL+++UCCuiuo++––+–例3RSeSR'BRER'Lui+–+–交流通路直流反馈：反馈只对直流分量起作用，反馈元件只能传递直流信号。交流反馈：反馈只对交流分量起作用，反馈元件只能传递交流信号。引入直流负反馈的目的：稳定静态工作点引入交流负反馈的目的：改善放大电路的性能判断是直流反馈还是交流反馈时，可以采用电容观测法，反馈通路如果存在隔直电容，就是交流反馈；反馈通路如果存在旁路电容，则是直流反馈。负反馈交流反馈直流反馈电压串联负反馈电压并联负反馈电流串联负反馈电流并联负反馈17.2负反馈的类型稳定静态工作点1)

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。串联反馈使电路的输入电阻增大，并联反馈使电路的输入电阻减小。负反馈的类型（串联反馈和并联反馈）

+us

－

+

uo

－RLAVFVRs

+

ui

－

+

ud

－

+

uf

－(a)串联反馈··Rs

+

uo

－isARFGRLiiif(b)并联反馈··id负反馈的类型串联反馈和并联反馈如果反馈信号和输入信号接于基本放大电路的同一输入端，则为并联反馈；如果反馈信号和输入信号接于基本放大电路的不同输入端，则为串联反馈。

对于三极管来说，反馈信号与输入信号同时加在输入三极管的基极或发射极，则为并联反馈；一个加在基极一个加在发射极则为串联反馈对于运算放大器来说，反馈信号与输入信号同时加在同相输入端或反相输入端，则为并联反馈；一个加在同相输入端一个加在反相输入端则为串联反馈。判断负反馈类型的方法基本放大电路输入级为不同形式时的串、并联结构样例如果反馈信号和输入信号接于基本放大电路的不同输入端，则为串联反馈。如果反馈信号和输入信号接于基本放大电路的同一输入端，则为并联反馈；负反馈的类型(电压反馈和电流反馈)2)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。

电流负反馈具有稳定输出电流、增大输出电阻的作用。

电压负反馈具有稳定输出电压、减小输出电阻的作用。如果反馈信号取自输出电压，叫电压反馈。如果反馈信号取自输出电流，叫电流反馈。

+

uo

－RLAVFV

+

vf

－(a)电压反馈··

+

uo

－(b)电流反馈AGFRRLio··负反馈的类型如果反馈信号取自输出电压，叫电压反馈。如果反馈信号取自输出电流，叫电流反馈。电压反馈和电流反馈的判别方法:电压反馈的特点是反馈信号直接与输出电压成正比；电流反馈则是反馈信号直接与输出电流成正比。通常采用负载短路法来判别，也就是将负载短路，若反馈量为零，则为电压反馈，否则为电流反馈。负载短路法只是一种分析方法，不是实测方法，不能用于电路实际测量中，判断负反馈类型的方法判断负反馈类型的方法电压反馈和电流反馈的判别方法(二):如果输出信号和反馈的取样点在一点上且该点对地电压就是输出电压。电压反馈如果输出信号和反馈的取样点不在一点上电流反馈(a)电压串联

+us

－

+

uo

－RLAVFVRs

+

ui

－

+

ud

－

+

uf

－··(b)电流串联

+

uo

－

+us

－AGFRRLRs

+

ui

－

+

ud

－

+

uf

－io··(c)电压并联Rs

+

uo

－isARFGRLiiif··id(d)电流并联

+

uo

－AIFIRLRsiiiddifis··io负反馈的类型负反馈类型的判别步骤3)

判别是否负反馈？2)

判别是交流反馈还是直流反馈？4)

是负反馈！判断是何种类型的负反馈？1)

找出反馈网络（一般是电阻、电容）。电压串联负反馈反馈电压差值电压反馈电压取自输出电压反馈信号与输入信号在输入端串联串联反馈反馈电压削弱了净输入电压负反馈返回目录－+－+RB1RC1C1RB2RE1++–RS+–RFRC2CE2C2RE2RL++UCC+–T1T2esuiuo解:RF引入越级串联电压负反馈。

T2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。电压并联负反馈反馈电流正比于输入信号与反馈信号在输入端相并联,

并联反馈净输入电流被削弱负反馈返回目录电阻RF连接在输入与输出之间，所以RF是反馈元件。2)判断是交流反馈还是直流反馈交、直流分量的信号均可通过RF，所以

RF引入的是交、直流反馈。1)判反馈元件+UCCRCC1RF++––RS+–C2++RLeSuiuo3)判断反馈类型例2：净输入信号：

ii与if并联，以电流形式比较——并联反馈

ii

正半周时，if也是正半周，即两者同相——负反馈

if

正比于输出电压——电压反馈

if与

uo反相——电压并联负反馈

+UCCRCC1RF++––RS+–C2++RLeSuiuoiiibif

ib

=

ii-if

ib

=

ii-if

可见

ib

<

ii,反馈电流if削弱了净输入电流RF、CF

:

交流电压并联负反馈+–++UCC+RBC2RC2RC1CE2RE2+C1CF–RFRE2:

直流反馈电流串联负反馈输出电压反馈电压取自输出电流电流反馈反馈信号与输入信号在输入端串联串联反馈返回目录RB1RCC1C2RB2RERL+++UCCuiuo++––RSeS+–2)判断是交流反馈还是直流反馈交、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。ＣE例1：

1)

判别反馈元件（一般是电阻、电容）

(1)连接在输入与输出之间的元件。

(2)为输入回路与输出回路所共有的元件。发射极电阻RE为输入回路与输出回路所共有，所以RE是反馈元件。例1：RB1RCC1C2RB2RERL+++UCCuiuo++––RSeS+–例1：

3)判断反馈类型净输入信号：

ui

与

uf

串联,以电压形式比较——串联反馈

ui正半周时,uf也是正半周,即两者同相——负反馈

uf

正比于输出电流——电流反馈

——串联电流负反馈+uf–+–RB1RCC1C2RB2RERL+++UCCuiuo++––RSeS+–ieube

ube

=ui

-

uf

uf

=ie

RE

Ube

=Ui

-

Uf

可见

Ube

<

Ui

,反馈电压Uf

削弱了净输入电压

ic

RC结论：

反馈过程：电流负反馈具有稳定输出电流的作用反馈类型

——

串联电流负反馈RB1RCC1C2RB2RERL+++UCCuiuo++––RSeS+–IcUfUbeibIc

uf

ic

RC+uf–+–ube

Ube

=Ui

-

Uf电流反馈电流并联负反馈净输入电流被削弱负反馈反馈电流输入信号与反馈信号的输入端相并联,

并联反馈返回目录20F++++470k6003.9k+20F470k3.9k50F2k47050F100F47030k3DG63DG6+6V+––––电流并联负反馈下列各图中是否引入了反馈？交流还是直流?正反馈还是负反馈？图1图2图4图317.2.2负反馈对放大电路性能的影响反馈放大电路的基本方程反馈系数净输入信号开环放大倍数闭环放大倍数反馈电路F–基本放大电路A+1.

降低放大倍数负反馈使放大倍数下降。则有：同相，所以

AF是正实数负反馈时，

|1+AF|称为反馈深度，其值愈大，负反馈作用愈强，Af也就愈小。射极输出器、不带旁路电容的共射放大电路的电压放大倍数较低就是因为电路中引入了负反馈。2.提高放大倍数的稳定性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。多数负反馈放大电路都满足深度负反馈的条件例：|A|=300，|F|=0.01。3.

改善波形失真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。(b)

+

-

xid

xf

xi

xo

Å

A

F

xi

xid

xo

xf

t

t

t

t

A

xi

xo

(a)

xo

t

xi

t

由于BJT是一非线性器件，放大电路在工作中往往会产生非线性失真，使得输出信号产生畸变，加入负反馈后，非线性失真可大大减小。4.展宽通频带放大电路引入负反馈后，增益减小，但是电路的通频带宽度增加无负反馈有负反馈BWfBWf|Au|Ouiubeib++––5.

对输入电阻的影响在同样的

ib下，ui=ube+uf

>ube，所以

rif

提高。1)串联负反馈无负反馈时：有负反馈时：uf+–使电路的输入电阻提高负反馈对输入电阻的影响与反馈加入的方式有关，即与串联或并联有关，而与电压或电流反馈无关if无负反馈时：有负反馈时：在同样的ube下，ii

=ib+if>ib，所以rif

降低。2)并联负反馈使电路的输入电阻降低iiibube+–5.

对输入电阻的影响

+us

－

+

uo

－RLAVFVRs

+

ui

－

+

ud

－

+

uf

－(a)串联反馈··Rs

+

uo

－isARFGRLiiif(b)并联反馈··id串联负反馈使输入电阻增大并联负反馈使输入电阻减小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)电压负反馈使电路的输出电阻降低2)电流负反馈使电路的输出电阻提高6.对输出电阻的影响负反馈对输出电阻的影响取决于反馈网络与放大电路输出端的取样方式，而与输入端的连接方式无关。

+

uo

－(b)电流反馈AGFRRLio··

+

uo

－RLAVFV

+

vf

－(a)电压反馈··电压负反馈使输出电阻减小电流负反馈使输入电阻增大为了改善放大电路的某些性能，应如何引入负反馈？（1）想要稳定直流量，应引入直流负反馈。（2）要改善交流性能，应引入交流负反馈。（3）要稳定输出电压，应引入电压负反馈；要稳定输出电流，应引入电流负反馈。（4）要提高输入电阻，应引入串联负反馈；要减小输出电阻，应引入并联负反馈。思考题如果需要实现下列要求，在交流放大电路中应引入何种类型的负反馈？（1）要求输出电压基本稳定，并能提高输入电阻；（2）要求输出电压基本稳定，并能减小输入电阻；（3）要求输出电流基本稳定，并能提高输入电阻；17.3

振荡电路中的正反馈1Su17.3.1.

自激振荡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。开关合在“1”为无反馈放大电路。21Su开关合在“2”为有反馈放大电路，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2自激振荡的条件(1)幅度条件：(2)相位条件：n是整数

相位条件意味着振荡电路必须是正反馈；

幅度条件表明反馈放大器要产生自激振荡，还必须有足够的反馈量(可以通过调整放大倍数A

或反馈系数F达到)。自激振荡的条件起振及稳幅振荡的过程设：Uo

是振荡电路输出电压的幅度，

B是要求达到的输出电压幅度。起振时Uo

0，达到稳定振荡时Uo

=B。起振过程中Uo

<B，要求AuF

>

1，稳定振荡时Uo

=B，要求AuF

=

1，从AuF

>

1到AuF

=

1，就是自激振荡建立的过程。可使输出电压的幅度不断增大。使输出电压的幅度得以稳定。起始信号的产生：在电源接通时，会在电路中激起一个微小的扰动信号，它是个非正弦信号，含有一系列频率不同的正弦分量。

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。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。石英晶体振荡电路：频率稳定度高。

应用：无线电通讯、广播电视，工业上的高频感应炉、超声波发生器、正弦波信号发生器、半导体接近开关等。17.3.2正弦波振荡电路(1)放大电路:放大信号(2)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。电路组成：1.RC振荡电路用RC电路构成选频网络的振荡电路即所谓的RC振荡电路，可选用的RC选频网络有多种，我们只介绍文氏桥选频电路。文氏桥选频网络的选频特性传输系数：式中

：

分析上式可知：仅当=o时，达最大值，且u2与u1同相，即网络具有选频特性，fo决定于RC。。。RCRC。+–+–。u1u2u2与u1波形相频特性（f）fo幅频特性ffo13

由运放构成

RC振荡电路同相比例电路放大信号1.电路结构2.原理分析：uf–+R++∞RFR1CRC–uO

–+(1)相位条件(2)幅度条件起振及稳定振荡的条件稳定振荡条件AuF

=1，|F|=1/3，则起振条件AuF

>1，因为|F|=1/3，则考虑到起振条件AuF

>1,一般应选取RF

略大2R1。如果这个比值取得过大，会引起振荡波形严重失真。

由运放构成的RC串并联正弦波振荡电路不是靠运放内部的晶体管进入非线性区稳幅，而是通过在外部引入负反馈来达到稳幅的目的。带稳幅环节的电路(1)热敏电阻具有负温度系数，利用它的非线性可以自动稳幅。在起振时，由于uO

很小，流过RF的电流也很小，于是发热少，阻值高，使RF>2R1；即AuF>1。随着振荡幅度的不断加强，uO增大，流过RF

的电流也增大，RF受热而降低其阻值，使得Au下降，直到RF=2R1时，稳定于AuF=1，

振荡稳定。半导体热敏电阻R++∞RFR1CRC–uO

–+带稳幅环节的电路(1)热敏电阻具有负温度系数，利用它的非线性可以自动稳幅。半导体热敏电阻R++∞RFR1CRC–uO

–+稳幅过程：思考：若热敏电阻具有正温度系数，应接在何处？uotRFAu带稳幅环节的电路(2)IDUD振荡幅度较小时正向电阻大振荡幅度较大时正向电阻小利用二极管的正向伏安特性的非线性自动稳幅。R++∞RF2R1CRC–uO

–+D1D2RF1稳幅环节带稳幅环节的电路（2）R++∞RF2R1CRC–uO

–+D1D2RF1图示电路中，RF分为两部分。在RF1上正反并联两个二极管，它们在输出电压uO的正负半周内分别导通。在起振之初，由于uo

幅值很小，尚不足以使二极管导通，正向二极管近于开路此时，RF>2R1。而后，随着振荡幅度的增大，正向二极管导通，其正向电阻逐渐减小，直到RF=2R1，振荡稳定。振荡频率的调整++∞RFRCC–uO

–+SSR1R2R3R3R2R1改变开关K的位置可改变选频网络的电阻，实现频率粗调；改变电容C的大小可实现频率的细调。振荡频率正弦波振荡电路是由放大电路和正反馈网络两部分构成。为了得到单一频率的正弦波并使振荡电路工作，电路中还应包含选频网络和稳幅环节。总结选频网络的功能是从很宽的频率信号中选出单一频率的信号送到放大器的输入端，而将其它频率的信号进行衰减。常用的有RC选频、LC选频等。选频网络可以单独存在，也可以和放大电路或反馈网络结合在一起。稳幅环节其作用是稳定振荡的幅度，抑制振荡中产生的谐波。一般是靠放大电路中的非线性元件的非线性来实现的，稳幅电路时振荡电路不可缺少的环节。2.LC振荡电路

LC振荡电路的选频电路由电感和电容构成，可以产生高频振荡(几百千赫以上)。由于高频运放价格较高，所以一般用分离元件组成放大电路。本节只对

LC振荡电路的结构和工作原理作简单介绍。LC并联回路与选频放大电路LC并联谐振回路R表示回路的等效损耗电阻由图可知，LC并联回路的等效阻抗为考虑到通常有R<<L，所以LC并联谐振回路的频率响应阻抗频率响应相频响应LC并联回路与选频放大电路LC并联谐振回路R表示回路的等效损耗电阻LC并联回路的频率特性(1)回路的谐振频率或(2)谐振时回路的阻抗回路品质因数(3)谐振时输入电流与回路电流之间的关系LC并联谐振回路有以下特点：为纯电阻性质，并达到最大值LC并联谐振回路的频率响应阻抗频率响应相频响应变压器反馈式LC振荡电路1.电路结构正反馈2.振荡频率

即LC并联电路的谐振频率uf+–LC+UCCRLC1RB1RB2RECE－－放大电