電子技術(shù)基礎(chǔ)(張龍興版)全套_(2)ppt課件

,4.1反饋的基本概念,4.2負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響,4.3振蕩的基本概念與原理,本章小結(jié),第四章負(fù)反饋放大電路,4.1.1什么是反饋,4.1反饋的基本概念,反饋：在放大電路中，從輸出端把輸出信號(hào)的部分或全部通過(guò)一定的方式回送到輸入端的過(guò)程稱為反饋。,反饋電路：用于反向傳輸信號(hào)的電路稱為反饋電路或反饋網(wǎng)絡(luò)。,反饋放大電路：凡帶有反饋環(huán)節(jié)的放大電路稱為反饋放大電路。,凈輸入信號(hào)：輸入信號(hào)與反饋信號(hào)疊加得到凈輸入信號(hào)。,4.1反饋的基本概念,反饋放大器與基本放大器的區(qū)別：,（1）輸入信號(hào)是信號(hào)源和反饋信號(hào)疊加后的凈輸入信號(hào)。,（2）輸出信號(hào)在輸送到負(fù)載的同時(shí)，還要取出部分或全部再回送到原放大器的輸入端。,（3）引入反饋后，使信號(hào)既有正向傳輸也有反向傳輸，電路形成閉合環(huán)路。,4.1反饋的基本概念,1正反饋和負(fù)反饋,正反饋：反饋信號(hào)起到增強(qiáng)輸入信號(hào)的作用。,負(fù)反饋：反饋信號(hào)起到削弱輸入信號(hào)的作用。,采用瞬時(shí)極性法判斷是正反饋還是負(fù)反饋。,瞬時(shí)極性法：先在放大器輸入端設(shè)定輸入信號(hào)對(duì)地的極性為“+”或“-”，再依次按相關(guān)點(diǎn)的相位變化情況推出各點(diǎn)信號(hào)對(duì)地的交流瞬時(shí)極性，再根據(jù)反饋到輸入端的反饋信號(hào)對(duì)地的瞬時(shí)極性判斷，若使原輸入信號(hào)減弱是負(fù)反饋，使原輸入信號(hào)增強(qiáng)是正反饋。,4.1反饋的基本概念,4.1.2反饋的基本類型,4.1反饋的基本概念,例4-1試判斷圖所示電路的反饋是正反饋還是負(fù)反饋。,解假定兩級(jí)放大器輸入端信號(hào)極性為上正下負(fù)，即基極對(duì)地的極性為“+”，集電極倒相后對(duì)地極性為“-”，即集電極輸出為“+”，通過(guò)反饋至的電壓對(duì)地極性為“+”，則凈輸入量減小，可判斷該反饋為負(fù)反饋。,例4-2判斷圖所示電路中有無(wú)反饋存在，如有，屬于何種反饋？,4.1反饋的基本概念,解反饋元件Re并聯(lián)了旁路C電容，為交流信號(hào)提供了通路，消除了交流反饋的條件，所以放大器只有直流反饋。用瞬時(shí)極性法判斷如下：設(shè)VB某一時(shí)刻上升。,4.1反饋的基本概念,故為負(fù)反饋。,2電壓反饋與電流反饋,4.1反饋的基本概念,電壓反饋：反饋信號(hào)取自輸出電壓，并與輸出電壓成正比。,電流反饋：反饋網(wǎng)絡(luò)的輸出信號(hào)與輸出電流成正比。,判斷方法：設(shè)想把輸出端短路，如果反饋信號(hào)消失，則為電壓反饋。如反饋信號(hào)依然存在，則為電流反饋。,4.1反饋的基本概念,3串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋,4.1反饋的基本概念,串聯(lián)反饋：放大器的凈輸入電壓是由信號(hào)源電壓與反饋電壓串聯(lián)得到的。,并聯(lián)反饋：放大器的凈輸入電壓是由信號(hào)源電壓與反饋電壓并聯(lián)得到的。,判斷方法：把輸入端短路，如果反饋電壓為零，則為并聯(lián)反饋；如果反饋電壓仍存在，則為串聯(lián)反饋。,4.1反饋的基本概念,4反饋放大器的四種基本類型,電壓并聯(lián)負(fù)反饋,電流串聯(lián)負(fù)反饋,電流并聯(lián)負(fù)反饋,4.1反饋的基本概念,電壓串聯(lián)負(fù)反饋,4.1反饋的基本概念,4.1反饋的基本概念,例4-3試判斷圖示電路的反饋類型。,解判斷思路：,分析電路中是否存在反饋；,如果電路中確有反饋，判斷其性質(zhì)是正反饋還是負(fù)反饋；,從輸出回路分析反饋信號(hào)取自于輸出電壓還是輸出電流，以判斷是電壓反饋還是電流反饋。,從輸入回路分析反饋信號(hào)與原輸入信號(hào)是串聯(lián)還是并聯(lián)，以判斷它是串聯(lián)反饋還是并聯(lián)反饋。,4.1反饋的基本概念,具體分析：,通過(guò)Re的不僅有輸出信號(hào)，而且也有輸入信號(hào)。因而它能將輸出信號(hào)的一部分取出來(lái)饋送給輸入回路，從而影響原輸入信號(hào)。由此，Re是該電路的反饋元件，電路存在著反饋。,設(shè)信號(hào)源瞬時(shí)極性為上正下負(fù)，加到三極管發(fā)射極電壓亦為上正下負(fù)，三極管的射極電壓就是反饋信號(hào)電壓，它使加到發(fā)射結(jié)的純輸入信號(hào)電壓比原輸入信號(hào)電壓小，故是負(fù)反饋。,根據(jù)以上分析，引入的為電流串聯(lián)負(fù)反饋。,4.1反饋的基本概念,將負(fù)載電阻短路，則輸出回路并不因負(fù)載短路而使反饋電流消失，因此，從輸入端看，反饋屬電流反饋。,如將輸入端短接，則反饋電壓依然存在，故為串聯(lián)反饋。,例4-4圖（a）為另一負(fù)反饋放大電路，圖（b）所示為它的交流通路，指出反饋類型。,4.1反饋的基本概念,解從輸出端，反饋信號(hào)取自輸出電壓，為電壓反饋。,4.1反饋的基本概念,從輸入端，Rf與輸入電路并聯(lián)，為并聯(lián)反饋。,則該電路是一個(gè)電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路。,作業(yè)題：1、畫(huà)出反饋放大器四種基本類型的電路圖。2、比較四種負(fù)反饋電路的特點(diǎn)。,4.2.1降低放大器的放大倍數(shù)，提高放大信號(hào)的穩(wěn)定性,4.2負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響,開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)：在未接入反饋之前，電路未形成閉合回路時(shí)的放大倍數(shù)。這時(shí)，,反饋系數(shù)：接入負(fù)反饋后，將反饋信號(hào)Xf與輸出信號(hào)Xo之比，定義為反饋系數(shù)F。,引入負(fù)反饋后，放大器的閉環(huán)放大倍數(shù)降低了，且降低為原放大倍數(shù)的。,當(dāng)AF1時(shí)，。說(shuō)明閉環(huán)放大倍數(shù)僅與反饋系數(shù)有關(guān)，由于反饋環(huán)節(jié)一般都必須是由線性元件構(gòu)成，性能穩(wěn)定，因此閉環(huán)放大倍數(shù)穩(wěn)定。,4.2負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響,表示凈輸入信號(hào)，它是輸入信號(hào)與反饋信號(hào)的差值。,閉環(huán)放大倍數(shù)：引入負(fù)反饋后，環(huán)路閉合后輸出信號(hào)與環(huán)路輸入信號(hào)之比。,4.2.2減小非線性失真,原理：在負(fù)反饋放大電路中，凈輸入信號(hào)是輸入信號(hào)vi與失真輸出信號(hào)的反饋量vf相減的結(jié)果，凈輸入信號(hào)的波形與原輸出失真信號(hào)的畸變方向相反。從而使放大器的輸出信號(hào)波形得以改善。如圖所示。,4.2負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響,放大器引入負(fù)反饋后，在中頻區(qū)，放大器的放大倍數(shù)下降多，在高、低頻區(qū)，放大倍數(shù)下降得少，結(jié)果是放大器的幅頻特性變得平坦，上限頻率由fH移至fHf，下限頻率由fL移至fLf。如圖所示。,4.2.3展寬頻帶,4.2負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響,（1）串聯(lián)負(fù)反饋使放大器輸入電阻增大，并聯(lián)負(fù)反饋使放大器輸入電阻降低。,（2）電壓負(fù)反饋使放大器的輸出電阻降低，電流負(fù)反饋使放大器的輸出電阻增大。,4.2.4對(duì)輸入電阻和輸出電阻的影響,4.2負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響,4.3.1自激振蕩原理和振蕩平衡條件,4.3振蕩的基本概念與原理,1自激振蕩的原理：,（1）開(kāi)關(guān)撥1，放大器輸入端與信號(hào)源vi接通，在LC回路產(chǎn)生信號(hào)電壓，經(jīng)L2耦合加到負(fù)載上RL，稱為“他激”狀態(tài)。,（2）開(kāi)關(guān)突然撥2，LC回路的電壓通過(guò)L1和L2互感耦合，從L1上獲得感應(yīng)電壓vf。如果選定電感的同名端的匝數(shù)比，使感應(yīng)電壓vf與輸入信號(hào)同相位、同幅度，則反饋信號(hào)vf即可取代輸入信號(hào)vi。,4.3振蕩的基本概念與原理,自激狀態(tài)：無(wú)需外加信號(hào)而靠振蕩器內(nèi)部反饋?zhàn)饔镁S持振蕩的工作狀態(tài)。,自激振蕩器：依靠反饋維持振蕩的振蕩器稱為反饋式自激振蕩器。,自激振蕩器包括兩個(gè)基本環(huán)節(jié)：放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)。,2自激振蕩的概念,4.3振蕩的基本概念與原理,方框圖如圖所示。,4.3振蕩的基本概念與原理,3自激振蕩的條件,（1）相位平衡條件,反饋信號(hào)的相位必須與輸入信號(hào)同相位，即反饋極性必須是正反饋。,（2）振幅平衡條件,反饋信號(hào)vf的振幅應(yīng)等于輸入信號(hào)vi的振幅。即AvF=1。,自激振蕩器在電源接通瞬間還必須滿足起振條件1保證LC回路的振蕩從無(wú)到有，從小逐漸增大，直到滿足平衡條件為止。,4.3振蕩的基本概念與原理,LC振蕩器是由電感L和電容C組成的振蕩電路。常用的有變壓器反饋式、電感反饋式、電容反饋式三種。,4.3.2LC振蕩器,1變壓器反饋式LC振蕩器,（1）電路結(jié)構(gòu),反饋網(wǎng)絡(luò)由二次線圈L2和Cb組成，Cb為隔直流的耦合電容。,4.3振蕩的基本概念與原理,振蕩器接通電源瞬間，電路各處電流電壓都產(chǎn)生一個(gè)沖擊，這個(gè)“電沖擊”可以產(chǎn)生一個(gè)包含頻率范圍很寬的微弱信號(hào)。,設(shè)某一瞬時(shí)基極電壓極性為正，則集電極應(yīng)為負(fù)，L2上端電壓極性為正，反饋回基極的電壓極性為正，滿足相位平衡條件。只要變壓器L1與L2匝數(shù)比恰當(dāng)，即滿足振幅起振條件。,以上是共射集電極調(diào)諧變壓反饋式振蕩電路，此外還有共基射極調(diào)諧等變壓器反饋式振蕩電路。,（2）工作原理,4.3振蕩的基本概念與原理,（3）特點(diǎn),變壓器反饋式振蕩電路容易起振，振蕩頻率一般為幾千赫到幾百赫。,2電感反饋式振蕩器,又稱電感三點(diǎn)式振蕩器。三極管的三個(gè)電極分別與LC回路中L的三個(gè)點(diǎn)相連，故而得名。,4.3振蕩的基本概念與原理,（1）工作原理,4.3振蕩的基本概念與原理,振幅條件：電感抽頭位置選擇適當(dāng)，就能滿足振幅起振條件。,4.3振蕩的基本概念與原理,相位條件：設(shè)基極電壓瞬時(shí)極性為“”時(shí)，則集電極為“”，LC回路另一端為“+”，反饋回基極為“+”，滿足相位平衡條件。,電路能夠起振，電路振蕩頻率為,式中，M是線圈L1與L2之間的互感系數(shù)。,（2）特點(diǎn),這種振蕩電路易起振且振幅大，振蕩頻率可達(dá)幾十兆赫。缺點(diǎn)是振蕩波形失真較大。,4.3振蕩的基本概念與原理,3電容反饋式振蕩器,又稱電容三點(diǎn)式振蕩器。在圖（b）交流通路中，三極管的三個(gè)電極與電容支路的三個(gè)點(diǎn)相接，故而得名。電容三點(diǎn)式振蕩電路如圖所示。,4.3振蕩的基本概念與原理,（1）電路結(jié)構(gòu),與電感反饋式的區(qū)別：一是LC回路中，將電感支路與電容支路對(duì)調(diào)，且在電容支路中將電容C1、C2接成串聯(lián)分壓形式，通過(guò)C2將電壓反饋到基極；二是在集電極加接電阻Re，用以提供集電極直流通路。,（2）工作原理,振幅起振條件：適當(dāng)?shù)倪x擇C1、C2的數(shù)值，改變反饋量，即可滿足條件。,4.3振蕩的基本概念與原理,相位平衡條件：如果基極電位瞬時(shí)極性為“”，則集電極為“”，LC回路“1”端為“-”，C1、C2接地，LC回路的另一端“3”為“+”，C2上的電壓反饋到基極為正，滿足相位條件。,電路振蕩頻率為,4.3振蕩的基本概念與原理,該振蕩電路的輸出波形好，振蕩頻率可高達(dá)100MHz以上，缺點(diǎn)是頻率范圍較小。,三點(diǎn)式振蕩器的組成法則：接在發(fā)射極與集電極，發(fā)射極與基極之間的電抗必須為同性質(zhì)電抗，接在集電極與基極之間的電抗必須為異性質(zhì)電抗。此法測(cè)可用來(lái)檢查實(shí)際的三點(diǎn)式振蕩電路是否正確。,（3）特點(diǎn),4.3振蕩的基本概念與原理,4改進(jìn)型電容反饋式振蕩器,在LC回路的電感支路串入小容量電容C，如圖所示。,4.3振蕩的基本概念與原理,由于CC1、CC2三個(gè)電容串聯(lián)的等效電容近似等于C。振蕩頻率近似為：,這種電路振蕩波形好，頻率穩(wěn)定。缺點(diǎn)是用作頻率可調(diào)式振蕩器時(shí)，輸出幅度隨頻率而下降。,4.3振蕩的基本概念與原理,例4-5分析圖示各電路能否構(gòu)成正弦波振蕩器？試說(shuō)明原因。圖中，Cb、Ce、Cc均為隔直電容或旁路電容，它們?cè)谡袷庮l率上的容抗很小，近似短路。,4.3振蕩的基本概念與原理,解（a）圖中，沒(méi)有基極偏置電路，無(wú)基極偏流，故三極管不能進(jìn)行放大，因此無(wú)法產(chǎn)生振蕩。,（b）圖中，集電極的直流通路被阻斷，ICQ=0，因三極管不能進(jìn)行放大，故不能產(chǎn)生振蕩。,（c）圖中，沒(méi)有選頻回路，而且L2并接在Rb2上，將Rb2短接，無(wú)法加偏置，因此不能形成正弦波振蕩器。,4.3振蕩的基本概念與原理,例4-6試畫(huà)出圖中各電路的交流通路。并用相位平衡條件判斷哪些電路能產(chǎn)生振蕩，哪些不能，說(shuō)明理由。對(duì)于不能振蕩的電路，應(yīng)如何改接才能產(chǎn)生振蕩。,4.3振蕩的基本概念與原理,4.3振蕩的基本概念與原理,解各電路的交流通路，如圖所示。,4.3振蕩的基本概念與原理,（a）圖中L2，為反饋元件，可判斷為負(fù)反饋電路，故不能產(chǎn)生振蕩。只有將變壓器的引出線端對(duì)換，同名端連接正確才有可能產(chǎn)生振蕩。,（b）圖中L1，為反饋元件，可判斷為負(fù)反饋。不能產(chǎn)生振蕩。將L1兩端的外連接線對(duì)調(diào)，才有可能振蕩。,（c）圖中C1，為反饋元件，但信號(hào)壓降太大，可能無(wú)法起振。在Rb2兩端并聯(lián)一只電容就有可能起振。,（d）圖中L2，為反饋元件，且系正反饋，如滿足振幅平衡條件，就可起振。,4.3振蕩的基本概念與原理,1RC串并聯(lián)電路的選頻特性,橋式振蕩器電路由RC選頻反饋網(wǎng)絡(luò)和兩級(jí)阻容耦合同相放大器兩部分組成，其電路圖和方框圖如圖所示。,4.3.3RC振蕩器,4.3振蕩的基本概念與原理,將RC串并聯(lián)電路單獨(dú)畫(huà)出，如圖（a）所示。,4.3振蕩的基本概念與原理,（1）輸出電壓v2的幅頻特性,輸入信號(hào)頻率較低時(shí)串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等效于圖（b）所示。可以看出，信號(hào)頻率越低，Xc1越大，R2分壓越小，v2幅度就越小。,4.3振蕩的基本概念與原理,輸入信號(hào)頻率較高時(shí)等效電路如圖（c）所示?？梢钥闯?，信號(hào)頻率越高，Xc2越小，分壓越小，v2幅度就越低。,4.3振蕩的基本概念與原理,RC串關(guān)聯(lián)電路的幅頻特性如圖（a）所示。只有在諧振頻率f0上輸出電壓振幅最大，偏離這個(gè)頻率，輸出電壓振幅迅速減小，這就是RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性。,（2）v1與v2的相頻特性,相頻特性：輸出電壓v1與輸入信號(hào)電壓v2的相位隨信號(hào)頻率的變化關(guān)系，稱為相頻特性。如圖（b）所示。,4.3振蕩的基本概念與原理,結(jié)論：當(dāng)信號(hào)頻率f等于RC電路的選頻頻率f0時(shí)，輸出電壓v2振幅最大，且與v1同相。如果放大器為同相放大器即輸出電壓與輸入電壓同相，則將RC串并聯(lián)電路作為反饋網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)振蕩頻率等于f0時(shí)，反饋回來(lái)的電壓作阻性分壓，不產(chǎn)生相移，這樣就能滿足自激振蕩的相位條件而可能產(chǎn)生振蕩。,當(dāng)R1=R2=R，C1=C2=C時(shí)，RC串并聯(lián)選頻電路的選頻頻率為,4.3振蕩的基本概念與原理,RC橋式振蕩器中，將RC選頻網(wǎng)絡(luò)和負(fù)反饋電阻單獨(dú)畫(huà)出，即得電橋電路。又稱文氏電橋振蕩器。,2RC橋式振蕩電路,4.3振蕩的基本概念與原理,RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)改接成如圖所示電路，可獲得振蕩頻率范圍寬且連接可調(diào)的效果。,4.3振蕩的基本概念與原理,1石英晶體的壓電效應(yīng)與等效電路,（1）概念,石英晶體：天然石英是二氧化硅晶體，將它按一定方位角切成薄片，稱為石英晶體。,4.3.4石英晶體振蕩器,石英晶體外形諧振器如圖所示。,4.3振蕩的基本概念與原理,壓電效應(yīng)：在晶片上施加機(jī)械壓力使其發(fā)生形變，將在相應(yīng)方向上產(chǎn)生電壓，這種物理現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。,壓電諧振：當(dāng)外加交變電壓的頻率與晶體固有頻率相等時(shí)，通過(guò)晶體的電流達(dá)到最大，這就是晶體的振蕩頻率。,4.3振蕩的基本概念與原理,石英晶體諧振器的等效電路和頻率特性如圖所示。,4.3振蕩的基本概念與原理,（2）等效電路,等效電路中“等效元件”說(shuō)明如下：,C0：靜態(tài)電容。一般約幾皮法到幾十皮法。,L：石英晶體振動(dòng)時(shí)的振動(dòng)慣性，用電感L等效。,C：相當(dāng)于晶片的彈性，用電容等效。,R：晶片振動(dòng)時(shí)因摩擦而造成的損耗。,4.3振蕩的基本概念與原理,（3）輸出頻率,當(dāng)R、L、C支路發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)，等效于純電阻R，阻抗最小，串聯(lián)諧振頻率為：,當(dāng)外加信號(hào)頻