第17章 电子电路中的反馈

下一页总目录章目录返回上一页第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下一页总目录章目录返回上一页1.了解电子电路中反馈的概念。2.掌握放大电路中的负反馈判断方法以及多级放大电路反馈判断方法。3.理解负反馈对放大电路工作性能的影响。4.了解振荡电路工作原理：自激振荡的条件，RC正弦波振荡电路。本章要求第17章电子电路中的反馈下一页总目录章目录返回上一页17.1反馈的基本概念•反馈：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反馈电路引回到输入端，就称为反馈。17.1.1负反馈与正反馈AFAΣXIXoXIXoXDXF不带反馈带有反馈下一页总目录章目录返回上一页•负反馈：若引回的反馈信号与输入信号比较使净输入信号减小、因而输出信号也减小的，则称这种反馈为负反馈。•正反馈：若反馈信号使净输入信号增大、因而输出信号也增大的，则称这种反馈为正反馈。•可见电路引入负反馈后，其放大倍数要降低；反之，电路中引入正反馈后，其放大倍数会升高。下一页总目录章目录返回上一页•瞬时极性法是判断电路中负反馈与正反馈的基本方法。17.1.2负反馈与正反馈的判断方法uoRFuiR2R1++––++–uoRFuiR2R1++––++–下一页总目录章目录返回上一页•总结：对单级运算放大器电路而言，凡是反馈电路从输出端引回到反相输入端的为负反馈。如果反馈电路引回到同相输入端的则为正反馈。下一页总目录章目录返回上一页1.串联电压负反馈+–uf+–uduoRFuiR2R1+–++–+–RL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)——负反馈反馈电压oF11fuRRRu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压的形式比较——串联反馈特点：输入电阻高、输出电阻低17.2运算放大器电路中的负反馈下一页总目录章目录返回上一页2.并联电压负反馈i1ifiduoRFuiR2R1++––++–RL－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)——负反馈反馈电流fofRui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、输出电阻低下一页总目录章目录返回上一页3.串联电流负反馈uouiR2RL+–++–ioR+–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=RioRuRuiifo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-电流变换电路下一页总目录章目录返回上一页4.并联电流负反馈RFR1uiR2RL+–++–ioRi1ifid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)——负反馈反馈电流oFfiRRRi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－下一页总目录章目录返回上一页4.并联电流负反馈RFR1uiR2RL+–++–ioRi1ifid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)——负反馈反馈电流oFfiRRRi取自输出电流——电流反馈－f11i1iiRui，且因iF1o)1(1uRRRi所以特点：输出电流io与负载电阻RL无关——反相输入恒流源电路下一页总目录章目录返回上一页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。。下一页总目录章目录返回上一页P136例17.2.1：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+–uo1uiR+–++–uo++–RLA1A2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；下一页总目录章目录返回上一页P137例17.2.1：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uo1uiR++–uo++–RLA1A2i1ifid下一页总目录章目录返回上一页17.2.2负反馈对放大电路工作性能的影响1.降低放大倍数2.提高放大倍数的稳定性3.改善波形失真4.展宽通频带5.对放大电路输入电阻的影响6.对放大电路输出电阻的影响下一页总目录章目录返回上一页负反馈对放大器性能的影响电压放大倍数被降低电路加入负反馈，使净输入信号减小，等于削弱了输入信号，使得放大倍数减小。下一页总目录章目录返回上一页电压放大倍数降低分析开环放大倍数：oDXAX反馈系数：FoXFX闭环放大倍数:ofIXAXooDfDFDDFD/==+/+/1+XXXAAXXXXXXAFAFAΣXIXoXIXoXDXF不带反馈带有反馈下一页总目录章目录返回上一页反馈深度1+1AFfAA正反馈1+1AFfAA负反馈1+1AFf1=1+AAAFAFAF深度负反馈当A很大时,负反馈放大器的闭环放大倍数与晶体管无关，只与反馈网络有关。下一页总目录章目录返回上一页增加放大倍数的稳定性电路加入负反馈，放大倍数被降低的同时，也使由于温度、负载、元器件等条件变化而引起的放大倍数的变化大大减小，放大倍数的稳定性得到提高。11ffdAdAAAFAP139例题17.2.2下一页总目录章目录返回上一页减小非线性失真电路加入负反馈，使净输入信号减小，iC减小，改善了非线性失真。放大电路反馈电路下一页总目录章目录返回上一页串联负反馈增加输入电阻，并联负反馈减小输入电阻。电压反馈能稳定输出电压，减小输出电阻；电流反馈能稳定输出电流，增加输出电阻。加入负反馈的电路，以降低放大倍数为代价，换来了放大器诸多方面性能的改善。扩展通频带|A|fBOBF电路加入负反馈，通频带由BO加宽到BF。、|Af|O下一页总目录章目录返回上一页练习与思考题：P14417.2.117.2.217.2.317.2.417.2.517.2.6下一页总目录章目录返回上一页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。17.3.1自激振荡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振荡电路中的正反馈下一页总目录章目录返回上一页1AiUoUSu1.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。iuoUAU2FfU1AiUoUSu开关合在“2”为有反馈放大电路，fuoUAUifUU如果：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2FfU下一页总目录章目录返回上一页2.自激振荡的条件(1)幅度条件：1uFA1FAuFA即：(2)相位条件：n2FA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)。fuoUAU由：ouoUFAU1uFAofUFU自激振荡的条件下一页总目录章目录返回上一页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UoB，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。下一页总目录章目录返回上一页起振过程电路接通电源输入端产生微小的电压变化量产生正反馈满足相位平衡条件的频率的信号u||1AF若输出信号被放大电路开始振荡u||1AF若＝稳幅振荡下一页总目录章目录返回上一页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。下一页总目录章目录返回上一页17.3.2RC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uf–+R++∞RF2R1CRC–uO–+RF1D1D2下一页总目录章目录返回上一页2.RC串并联选频网络的选频特性传输系数：1//j11//jjioRUCFURRCCoUiU。。RCRC。+–+–。2213j()CCRXRX分析上式可知：仅当R=XC时，达最大值，且ui与uo同相，即网络具有选频特性，fo决13ioUU定于RC。下一页总目录章目录返回上一页uouiui与uo波形相频特性ο90ο90（f）foο0幅频特性ioUUffo13下一页总目录章目录返回上一页3.工作原理输出电压uo经正反馈（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)起振过程下一页总目录章目录返回上一页(2)稳定振荡A=0，仅在f0处F=0满足相位平衡条件，所以振荡频率f0=12RC。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。下一页总目录章目录返回上一页振荡频率的调整++∞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。RCfπ21o振荡频率下一页总目录章目录返回上一页（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311uRRAF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。311uRRAF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。下一页总目录章目录返回上一页带稳幅环节的电路(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RF2R1；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=2R