《电工学》电子电路中的反馈

17.1反响的根本概念17.2负反响放大器的根本关系式17.3负反响对放大器性能的改善第17章电子电路中的反响本章要求：1.能判别电子电路中的直流反响和交流反响、正反响和负反响以及负反响的四种类型;2.了解负反响对放大电路工作性能的影响；3.了解正弦波振荡电路自激振荡的条件；4.了解RC振荡电路和LC振荡电路的工作原理。第17章电子电路中的反响在自然界和人们的日常生活中,广泛存在着反响现象。在科学技术和工程应用领域中，人们也有意识地应用反响手段来改善系统的性能。无反响的放大电路在实际应用中不能满足人们的要求，为此在电子线路中，非常广泛地应用负反响，构成了所谓的反响放大器。17.1反响的根本概念A(a)不带反馈反响的概念17.1反响的根本概念由根本放大电路和反响网络组成闭合回路，整个系统称为反响放大电路或闭环放大电路反响的概念17.1反响的根本概念(b)带反馈+–AF反馈电路比较环节

—净输入信号—反馈信号—输出信号净输入信号：

—输入信号反响：将放大电路输出端的信号(电压或电流)的一局部或全部通过某种电路引回到输入端。RB1RCC1C2RB2RERL+++UCCuiuo++––反响的概念17.1反响的根本概念esRB+UCCC1C2RERLui+–uo+–+++–RS通过RE将输出电流反响到输入通过RE将输出电压反响到输入反响放大器的分类17.1反响的根本概念1、按反响的极性分：正反响和负反响+–AF假设三者同相，那么Xd=Xi-Xf,即Xd<Xi,此时,反响信号削弱了净输入信号,电路为负反响。假设Xd>Xi，即反响信号起了增强净输入信号的作用那么为正反响。负反响可以多方面的改善放大电路的性能。正反响却会使放大电路性能变坏，有时还会使负反响放大电路产生自己，无法工作。判断到底是正反响还是负反响，可以采用瞬时极性法：采用瞬时极性法判断反响的方式：根据反响量与输入量的关系判断是正反响还是负反响。假设比较后，加强了输入信号那么为正反响；假设比较后，削弱了输入信号那么是负反响。首先假设输出信号为某一极性，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，再由输出端通过反响网络返回输入回路，确定反响信号的极性，最后按照反响的正负极性和上述定义做出结论。17.2放大电路中的负反响负反响的分类(1)根据反响所采样的信号不同，可以分为电压反响和电流反响。如果反响信号取自输出电压，叫电压反响。如果反响信号取自输出电流，叫电流反响。(2)根据反响信号在输入端与输入信号比较形式的不同，可以分为串联反响和并联反响。反响信号与输入信号串联，即反响信号与输入信号以电压形式作比较，称为串联反响。反响信号与输入信号并联，即反响信号与输入信号以电流形式作比较，称为并联反响。1输入端的连接方式分类Ud=Ui-Uf试判断由Rf1和Rf2引起的是串联反响还是并联反响？并联反响串联反响串联反响和并联反响反响信号与输入信号加在放大电路输入回路的同一电极，那么为并联反响；反之，加在放大电路输入回路的两个电极，那么为串联反响。此时反响信号与输入信号是电压相加减的关系此时反响信号与输入信号是电流相加减的关系反响信号与输入信号加在放大电路输入回路的同一电极，那么为并联反响；反之加在放大电路输入回路的两个电极，那么为串联反响。对于三极管来说，反响信号与输入信号同时加在输入三极管的基极或发射极，那么为并联反响；一个加在基极一个加在发射极那么为串联反响。

串联反响和并联反响XiXf并联XiXf串联对于运算放大器来说，反响信号与输入信号同时加在同相输入端或反相输入端，那么为并联反响；一个加在同相端一个加在反相端那么为串联反响。串联反响和并联反响+–uf+–ud设输入电压ui为正，差值电压ud=ui–

uf各电压的实际方向如图uf减小了净输入电压(差值电压)——负反响

uoRFuiR2R1+–++

–

+–例1：uoRFuiR2R1+–++

–

+–例2：设输入电压ui为正，差值电压ud=ui+

uf各电压的实际方向如图uf增大了净输入电压——正反响

－–+uf–+ud

－在振荡器中引入正反响，用以产生波形。在放大电路中，出现正反响将使放大器产生自激振荡，使放大器不能正常工作。2.按输出端的取样方式分类负反响放大电路按照输出量的取样方式，可以分成电压反响和电流反响两种。电压反响：假设反响信号的取样是输出电压，反响信号正比于输出电压，叫做电压反响。电流反响：假设反响信号的取样对象是输出电流，反响信号正比与输出电流I0，叫作电流反响。试判断由的是电压反响还是电流反响？按交直流性质可分为：直流反响和交流反响。直流反响：假设反响输入端的信号是直流成分，那么称为直流反响。直流反响主要用于稳定静态工作点交流反响：假设反响输入信号是交流成分，那么称为交流反响。交流反响主要用于多方面的改善放大电路的性能。3.按交直流性质分类例3：RB1RCC1C2RB2RERL+++UCCuiuo++––设输入电压ui为正，差值电压ube=ui–

uf各电压的实际方向如图uf减小了净输入电压——负反响

RBRER'Luiuo++––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、直流反响。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引入的那么是直流反响。引入交流负反馈的目的：改善放大电路的性能引入直流负反馈的目的：稳定静态工作点下面主要研究4类负反响放大器1.串联电压负反响2.并联电压负反响3.串联电流负反响4.并联电流负反响1.串联电压负反响+–uf+–ud

设输入电压ui为正，差值电压ud=ui–

ufuf削弱了净输入电压(差值电压)—负反响反响电压取自输出电压—电压反响反响信号与输入信号在输入端以电压的形式比较—串联反响

AF+–ufuduiuO(b)方框图(a)电路uoRFuiR2R1+–++

–

+–RL各电压的实际方向如图2.并联电压负反响－

设输入电压ui

为正，差值电流id=i1–

if各电流的实际方向如图if削弱了净输入电流(差值电流)—负反响反响电流取自输出电压—电压反响反响信号与输入信号在输入端以电流的形式比较——并联反响uoRFuiR2R1+–++

–

+–RLi1if

idAF+–ifidiiuO(b)方框图(a)电路3.串联电流负反响+–uf–+ud设输入电压ui

为正，差值电压ud=ui–

uf各电压的实际方向如图uf削弱了净输入电压(差值电压)—负反响反响电压取自输出电流—电流反响反响信号与输入信号在输入端以电压的形式比较—串联反响

uf=Rio特点:输出电流

io与负载电阻RL无关—

同相输入恒流源电路或电压—电流变换电路。uouiR2RL+–++

–

ioR+–(a)电路AF+–ufuduiiO(b)方框图4.并联电流负反响设输入电压ui

为正，差值电流id=i1–

if各电流的实际方向如图if削弱了净输入电流(差值电流)—负反响反响电流取自输出电流—电流反响反响信号与输入信号在输入端以电流的形式比较—并联反响－

(a)电路AF+–ifidiiiO(b)方框图RFR1uiR2RL+–++

–

ioRuRi1ifid4.并联电流负反响i1ifid特点：输出电流io与负载电阻RL无关

——反相输入恒流源电路－

(a)电路RFR1uiR2RL+–++

–

ioRuR反馈电流运算放大器电路反响类型的判别方法：1.反响电路直接从输出端引出的，是电压反响；从负载电阻RL的靠近“地”端引出的，是电流反响；2.输入信号和反响信号分别加在两个输入端(同相和反相)上的，是串联反响；加在同一个输入端(同相或反相)上的，是并联反响；3.对串联反响，输入信号和反响信号的极性相同时，是负反响；极性相反时，是正反响；4.对并联反响，净输入电流等于输入电流和反响电流之差时，是负反响；否那么是正反响。例1：试判别以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响电路。uf+–解：因反响电路直接从运算放大器A2的输出端引出，所以是电压反响；因输入信号和反响信号分别加在反相输入端和同相输入端上，所以是串联反响；因输入信号和反响信号极性相同,所以是负反响。－

－

串联电压负反响先在图中标出各点的瞬时极性及反响信号；uo1uiR+–++

–

uo++

–

RLA1A2例2：试判别以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响电路。解：因反响电路是从运算放大器A2的负载电阻RL的靠近“地”端引出的，所以是电流反响；因输入信号和反响信号均加在同相输入端上，所以是并联反响;因净输入电流id等于输入电流和反响电流之差，所以是负反响。

－

并联电流负反响

i1ifiduo1uiR++

–

uo++

–

RLA1A2例3：判断图示电路中的负反响类型。解:RE2对交流不起作用，引入的是直流反响；RE1对本级引入串联电流负反响。RE1、RF对交、直流均起作用，所以引入的是交、直流反响。RB1RC1C1RB2RE1++–RS+–RFRC2CE2C2RE2RL++UCC+–T1T2esuiuo例3：判断图示电路中的负反响类型。解：RE1、RF引入越级串联电压负反响。－+－+

T2集电极的反响到T1的发射极，提高了E1的交流电位，使Ube1减小，故为负反响；反响从T2的集电极引出，是电压反响；反响电压引入到T1的发射极，是串联反响。RB1RC1C1RB2RE1++–RS+–RFRC2CE2C2RE2RL++UCC+–T1T2esuiuo例4：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：因电容C2的隔直流作用，这时RF仅引入交流反响。RB1RC1C1RB2RE1++–RS+–RFRC2CE2C2RE2RL++UCC+–T1T2esuiuo×RF2(R1、R2):直流反响〔稳定静态工作点〕RF、CF:交流电压并联负反响+UCC(a)RE1+R1RF1RF2C2RC2RC1CE2RE2R2+C+RF1、RE1:交直流电压串联负反响+––+++––例5：RE2:直流反响RF++UCC+RBC2RC2RC1CE2RE2+C1CF(b)+––––+––––电流并联负反响正反响两个2k电阻构成交直流反响两个470k

20F++++470k

600

3.9k

+20F470k

3.9k

50F2k

470

50F100F470

30k

3DG63DG6(c)+6V++(d)+50k

2k

2k

8k

3k

3k

50F50F50F+20V17.2.2负反响对放大电路工作性能的影响反响放大电路的根本方程反响系数净输入信号开环放大倍数闭环放大倍数+–AF1.

降低放大倍数负反响使放大倍数下降。则有：同相，所以

AF是正实数负反馈时，|1+AF|称为反响深度，其值愈大，负反响作用愈强，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响。2.提高放大倍数的稳定性引入负反响使放大倍数的稳定性提高。放大倍数下降至1/(1+|AF|)倍,稳定性提高1+|AF|倍。假设|AF|>>1，称为深度负反响，此时：在深度负反响的情况下，闭环放大倍数仅与反响电路的参数有关。例：|A|=300，|F|=0.01。3.改善波形失真负反响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。参加负反响无负反响FufAuiuo大小略小略大接近正弦波uouiA+–uid略大略小uf4.展宽通频带引入负反响使电路的通频带宽度增加无负反响有负反响f|AO|0.707|Auo|Of´2|Afo|f2|Af|,|Af|0.707|Afo|BWBWf负反响展宽通频带5.对放大电路输入电阻的影响(1)串联负反响使电路的输入电阻提高uiubeib++––5.

对放大电路输入电阻的影响在同样的

ib下，ui=ube+uf

>ube，所以

rif

提高。(1)串联负反响无负反响时：有负反响时：uf+–使电路的输入电阻提高(2)并联负反响使电路的输入电阻降低if无负反响时：有负反响时：在同样的ube下，ii

=ib+if>ib，所以

rif

降低。(2)并联负反响使电路的输入电阻降低iiibube+–电压负反响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。(1)电压负反响使电路的输出电阻降低6.对放大电路输出电阻的影响电流负反响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。(2)电流负反响使电路的输出电阻提高四种负反响对ri和ro的影响串联电压串联电流并联电压并联电流思考题：为了分别实现：(1)稳定输出电压；(2)稳定输出电流；(3)提高输入电阻；(4)降低输出电阻。应引入哪种类型的负反响？riro减低增高增高增高增高减低减低减低17.3振荡电路中的正反响

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”为无反响放大电路。开关合在“2”为有反响放大电路开关合在“2”时,去掉ui仍有稳定的输出。反响信号代替了放大电路的输入信号。自激振荡状态1SA2F17.3振荡电路中的正反响

自激振荡1SA2F工作原理:当振荡电路与电源接通时,在电路中激起一个微小的扰动信号,就是起始信号。为了让它开展增长，振荡电路中必须有放大和正反响。为了得到单一频率的正弦信号，电路中还必须有选频局部，用以确定振荡频率。当工作正常后，反响信号能够取代输入信号。启动：

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响；幅度条件说明反响放大器要产生自激振荡，还必须有足够的反响量(可以通过调整放大倍数A或反响系数F到达)。自激振荡的条件

正弦波振荡电路

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、播送电视，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。正弦波振荡电路的组成(1)放大电路:放大信号(2)反响网络:必须是正反响，反响信号即是

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，从而到达稳幅振荡。1.RC正弦波振荡电路RC选频网络正反响网络放大电路用正反响信号uf作为输入信号

选出单一频率的信号(1)电路结构uf–+R++∞RFR1CRC–uO–+同相比例电路选频网络(2)RC串并联选频网络的选频特性传输系数：。。RCRC。+–+–。式中

：

分析可知：仅当

=o时，U2

U1=13达最大值，且u2与u1同相,即网络具有选频特性,fO

决定于RC。幅频特性13ffO相频特性fO

(f)。。RCRC。+–+–。。。RCRC。+–+–。幅频特性13ffO相频特性fO

(f)u1u2u2与u1波形u1,u2(3)工作原理输出电压uO经正反响(兼选频)网络分压后，取uf作为同相比例电路的输入信号ui。1)起振过程2)稳定振荡

A

=

0，仅在f

0处

F

=

0,满足相位平衡条件，所以振荡频率f

0=12RC。改变R、C可改变振荡频率

由运算放大器构成的RC振荡电路的振荡频率一般不超过1MHz。3)振荡频率

振荡频率由相位平衡条件决定。振荡频率的调整++∞RFRCC–uO–+KKR1R2R3R3R2R1

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14)起振及稳定振荡的条件稳定振荡条件AuF=1，|F|=1/3，那么起振条件AuF>1，因为|F|=1/3，那么

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响来到达稳幅的目的。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：假设热敏电阻具有正温度系数，应接在何处？uOtRFAuIDUD带稳幅环节的电路(2)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–+D1D2RF1uf+–稳幅环节带稳幅环节的电路(2)图示电路中，RF分为两局部。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，尚缺乏以使二极管导通，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。R++∞RF2R1CRC–uO–+D1D2RF1uf+–2.LC正弦波振荡电路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，所以一般用别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+UCCRLC1RB1RB2RECE变压器反响式LC振荡电路(1)电路结构

正反响(2)

振荡频率

即LC并联电路的谐振频率－－

放大电路选频电路反响网络uf+–

例1：正反响注意：用瞬时极性法判断反响的极性时，耦合电容、旁路电容两端的极性相同，属于选频网络的电容，其两端的极性相反。试用相位平衡条件判断以下图电路能否产生自激振荡－－－

+UCCC1RB1RB2RECE