第17章 电子电路中的反馈.ppt

1、第17章 电子电路中的反馈,17.3 振荡电路中的正反馈,17.1 反馈的基本概念,17.2 放大电路中的负反馈,本章要求： 掌握负反馈和正反馈的判别方法 2.掌握负反馈对放大电路动态性能的影响 3. 了解正弦波振荡电路自激振荡的条件。 4. 了解LC振荡电路和RC振荡电路的工作原理。,第17章 电子电路中的反馈,17.1.1 负反馈与正反馈,反馈：将电子电路（或某个系统）的输出端的信号(电压或电流)的一部分或全部通过某种电路引回到输入端。,17.1 反馈的基本概念,反馈电子电路的方框图,输出信号,输入信号,反馈信号,净输入信号,反馈放大电路的三个环节：,基本放大电路,比较环节,反馈电路,反馈

2、系数,放大倍数,净输入信号,若比较的结果使净输入信号减小，因而输出信号也减小，称为负反馈。,反之若比较的结果使净输入信号增大，因而输出信号也增大，称为正。,反馈类型的判别步骤,3) 判别是交流或直流反馈？,2) 采用瞬时极性法判别正负反馈,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）。,17.1.2 负反馈与正反馈的判别方法,例1：,设输入电压 ui 为正，,差值电压 ud =ui uf,uf 削弱了净输入电压(差值电压) 负反馈,差值电压 ud =ui + uf,uf 增强了净输入电压(差值电压) 正反馈,1) 判别反馈元件（一般是电阻、电容）(1) 连接

3、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。,净输入信号：,ube = ui - uf,uf 削弱了净输入电压(差值电压) 负反馈,设输入电压 ui 为正，,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。,E,例3：,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。,负反馈：反馈削弱净输入信号，使放大倍数降低。,在振荡器中引入正反馈，用以产生波形。,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。,在放大电路中，出现

4、正反馈将使放大器产生自激振荡，使放大器不能正常工作。,正反馈：反馈增强净输入信号， 使放大倍数提高。,1. 反馈的分类,2. 负反馈的类型,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。,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。,17.2 放大电路中的负反馈,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

5、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,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,负反馈的类型,稳定静态工作点,1. 串联电压负反馈,定义：,17.2 放大电路中的负反馈,uf 削弱了净输入电压(差值电压) 负反馈,1. 串联电压负反馈,反馈电压,ui 与 uf 串联,以电压形式比较串联反馈,反馈过程：,uo,uf,ud,uo,电压负反馈具有稳定输出电压的作用,2. 并联电压负反馈,定义：,2. 并联电压负反馈,设输入电压 ui 为正，,差值电流 id = i1 if,i

6、f 削弱了净输入电流(差值电流) 负反馈,反馈电流,取自输出电压电压反馈,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,特点：输入电阻低、输出电阻低,3. 串联电流负反馈,定义：,3. 串联电流负反馈,设输入电压 ui 为正，,差值电压 ud =ui uf,uf 削弱了净输入电压(差值电压) 负反馈,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以电压的形式比较串联反馈,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,4. 并联电流负反馈,定义：,4. 并联电流负反馈,设输入电压 ui 为正，,差值电流 id = i1 if,

7、if 削弱了净输入电流(差值电流) 负反馈,反馈电流,取自输出电流电流反馈,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,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，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（同相和反相）上的，是串联反馈；加在同一个输入端（同相或反相）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。,例1：,试判别下图放大电路中从运算放大器A2输出端引

8、至A1输入端的是何种类型的反馈电路。,解：,因反馈电路直接从运算放大器A2的输出端引出，所以是电压反馈；,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；因输入信号和反馈信号的极性相同，所以是负反馈。,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；,例2：,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；,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;,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。,并联电流负反馈,例1

9、：,ui 与 uf 串联,以电压形式比较 串联反馈,分立元件的放大电路反馈类型的判别,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,Ic,Uf,Ube,ib,Ic ,uf ic RC,+ uf ,+ ,ube,Ube = Ui - Uf,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,并联电压负反馈,ib = ii - if,Ib = Ii - If,可见 Ib Ii , 反馈电流 If 削弱了净输入电流,反馈过程：,电压负反馈具有稳定

10、输出电压的作用,反馈类型 并联电压负反馈,例2：,Uo,if,ib,ic,Uo,Ib = Ii - If,4. 利用瞬时极性法判断负反馈,+,+,+,(1)设接“地”参考点的电位为零，在某点对“地”电压（即电位）的正半周，该点交流电位的瞬时极性为正；在负半周则为负。,(2)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。,4. 利用瞬时极性法判断负反馈,+,+,(3)若反馈信号与输入信号加在同一电极上，,(4)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

11、负反馈；,极性相反为正反馈。,反馈到基极为并联反馈,反馈到发射极为串联反馈,判断串、并联反馈,ib= ii if,ube= ui uf,共发射极电路,判断电压、电流反馈,从集电极引出为电压反馈,从发射极引出为电流反馈,判断反馈类型的口诀：,共发射极电路,共集电极电路为典型的电压串联负反馈。,集出为压，射出为流， 基入为并，射入为串。,例3：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。,例3：判断图示电路中的负反馈类型。,解:,RE1、RF引入越级串联电压负反馈。,+,+

12、,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。,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RE1、RF仅引入交流反馈。,例5：如果RF的另一端不接在T1 的发射极，而是接在它的基极，两者有何不同，是否会变成正反馈 ？,解: T2集电极的 反馈到T1的基极，提高了B1的交 流电位，使Ube1增大，故为正反馈；这时RE1、RF引入越级正反馈。,+,+,RF2(R1、R2): 直流反馈,（稳定静态工作点）,RF 、C

13、F : 交流电压并联负反馈,+UCC,(a),RE1,+,R1,RF1,RF2,C2,RC2,RC1,CE2,RE2,R2,+,C,+,RF1、RE1: 交直流电压串联负反馈,+,+,+,例6：,RF,RE2: 直流反馈,+,+,电流并联负反馈,正反馈,两个2k电阻 构成交直流反馈,两个470k,17.2.2 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,1. 降低放大倍数,负反馈使放大倍数下降。,则有：,(参见教材例题),| 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

14、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。,例：|A|=300，|F|=0.01。,3. 改善波形失真,加反馈前,加反馈后,大,略小,略大,略小,略大,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。,小,接近正弦波,正弦波,4.展宽通频带,引入负反馈使电路的通频带宽度增加,无负反馈,有负反馈,5. 对输入电阻的影响,1) 串联负反馈,

15、无负反馈时：,有负反馈时：,使电路的输入电阻提高,无负反馈时：,有负反馈时：,2) 并联负反馈,使电路的输入电阻降低,例：中频放大倍数 |A0| =10，反馈系数 |F| = 0.01,在原上限、下限频率处,说明加入负反馈后，原上限、下限频率仍在通频带内，即通频带加宽了。,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,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

16、”为无反馈放大电路。,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,17.3 振荡电路中的正反馈,17.3.1 自激振荡,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,3. 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 1，

17、,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。,4. 正弦波振荡电路的组成,(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。,正弦波振荡电

18、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,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,一、 RC振荡电路,RC选频网络 正反馈网络,同相比例电路,放大信号,用正反馈信号uf 作为输入信号,选出单一频率的信号,1. 电路结构,2. RC串并联选频网络的选频特性,传输系数：,式中 ：,3. 工作原理,输出电压 uo 经正反馈（兼选频）网络

19、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= 1 2RC。,改变R、C可改变振荡频率,RC振荡电路的振荡频率一般在200KHz以下。,(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,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,（4）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

20、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AuF1。 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=2 R1时，稳定于AuF=1， 振荡稳定。,半导体 热敏电阻,带稳幅环节的电路(1),热敏电阻具有负温度系数，利

21、用它的非线性可以自动稳幅。,半导体 热敏电阻,稳幅过程：,思考：,若热敏电阻具有正温度系数，应接在何处？,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。,稳幅环节,带稳幅环节的电路（2）,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 2 R1。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=2 R1，振荡稳定。,二、 LC振荡电路,LC 振荡电

22、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。,（1） 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,放大电路,选频电路,反馈网络,在调节变压器反馈式振荡电路中，试解释下列现象： （1）对调反馈线圈的两个接头后就能起振； （2）调RB1、 RB2或 RE的阻值后即可起振； （3）改用较大的晶体管后就能起振； （4）适当增加反馈线圈的圈数后就能起振； （5）适当增加L值或减小C值后就能起振； （6）反馈太强，波形变坏； （7）调整RB

23、1、 RB2或 RE的阻值后可使波形变好； （8）负载太大不仅影响输出波形，有时甚至不能 起振。,例1：,解:,(2) 调RB1、RB2或 RE的阻值后即可起振；,原反馈线圈接反，对调两个接头后满足相位条件；,(1) 对调反馈线圈的两个接 头后就能起振；,调阻值后使静态工作 点合适，以满足幅度 条件；,(3) 改用较大的晶体管后就能起振；,改用较大的晶体管，以满足幅度条件；,解:,(5) 适当增加L值或减小C值后就能起振；,增加反馈线圈的圈数， 即增大反馈量，以满 足幅度条件；,(4) 适当增加反馈线圈的圈数后就能起振；,当适当增加L 值或减小C 值后, 等效阻抗|Zo|增大，因而就增大了反馈

24、量，容易起振；,LC并联电路在谐振时的等效阻抗,解:,(7) 调整RB1、 RB2或 RE的阻值可使波形变好；,反馈线圈的圈数过多或管子的太大使反馈太强而进入非线性区，使波形变坏。,(6) 反馈太强，波形变坏；,调阻值, 使静态工作点在线性区，使波形变好；,(8) 负载太大不仅影响输出波形，有时甚至不能起振。,负载大，就是增大了LC并联电路的等效电阻R。 R的增大,一方面使|Zo|减小,因而反馈幅度减小,不易起振; 也使品质因数Q减小, 选频特性变坏, 使波形变坏。,例2：,正反馈,注意：用瞬时极性法判断反馈的极性时，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

25、用相位平衡条件判断下图电路能否产生自激振荡,（2） 三点式 LC振荡电路,1. 电感三点式振荡电路,正反馈,放大电路,选频电路,反馈网络,振荡频率,通常改变电容 C 来调节振荡频率。,反馈电压取自L2,振荡频率一般在几十MHz以下。,（3） 电容三点式振荡电路,正反馈,放大电路,反馈网络,振荡频率,通常再与线圈串联一个较小的可变电容来调节振荡频率。,反馈电压取自C2,振荡频率可达100MHz以上。,选频电路,例3：,图示电路能否产生正弦波振荡, 如果不能振荡，加以改正。,解：直流电路合理。旁路电容CE将反馈信号旁路，即电路中不存在反馈，所以电路不能振荡。将CE开路，则电路可能产生振荡。,反馈电

26、压取自C1,正反馈,例4：半导体接近开关,LC振荡器,开关电路,射极输出器,继电器,半导体接近开关是一种无触点开关，具有反映速度快、定位准确、寿命长等优点。它在行程控制、定位控制、自动计数以及各种报警电路中得到了广泛应用。,LC振荡器,开关电路,射极输出器,继电器,例4：半导体接近开关,变压器反馈式振荡器是接近 开关的核心部分，L1、 L2及 L3 绕在右图所示的的磁芯上（又 称感应头）,例4：半导体接近开关,当某金属被测物体移近感应头时， 金属体内感应出涡流，由于涡流的消磁作用，破坏了线圈之间的磁耦合， 使 L1上的反馈电压显著降低，破坏了自激振荡的幅值条件，振荡器停振， 使L3上输出交流电压为零。,例4：半导体接近开关,当L3上输出交流电压为零时，二极管的整流输出电压也为零，因此T2截止， T3饱和导通，继电器KA通电。继电器KA的常闭触点接在电动机的控制回路内，可在被测金属体接近危险位置时，立即断电使电动机停转；也可将KA的常开触点接在报警电路上，同时发出声光报警。,例4：半导体接近开关,当金属被测物体离开感应头后，振荡电路立即起振，在L3上输出正弦电压，经二极管的整流后，使T2饱和导通， T3截止，继电器KA断电，常闭触点重新闭合，电动机运转。RP1用来调节振荡输出幅度， RP2可使振荡电路迅速而可靠的停振，也能促使振荡电路在被测金属物体离开感应头时迅速恢复振荡。,