第17章：電子電路中的反饋

1、第第17章：章：電子電路中的反饋電子電路中的反饋17.1 反饋的基本概念17.2 放大電路中的負(fù)反饋17.3 放大電路中的正反饋17.1 反饋的基本概念反饋：將電子電路（或某個(gè)系統(tǒng)）輸出端的信號一部分或全部通過反饋電路引回到輸入端。反饋電路的組成：基本放大電路（前向通道）、反饋電路（反向通道）。反饋類型：正反饋、負(fù)反饋。負(fù)反饋：引入反饋使凈輸入信號減小、輸出信號減小。正反饋：引入反饋使凈輸入信號增大、輸出信號增大。交流反饋：反饋為交流量的反饋（反饋回路通過電容耦合，或者直流量通過電感短路） ；直流反饋：反饋為直流量的反饋（反饋回路通過大電感耦合，或者交流量通過大電容短路） ；交直流反饋：反饋為

2、交直流量的反饋（反饋回路直接耦合） 。反饋的分類反饋環(huán)路放大倍數(shù)反饋環(huán)路放大倍數(shù)K反饋電路的方框圖反饋電路：由基本放大電路A與反饋電路F組成，且有Xd=Xi-Xf開環(huán)電路、閉環(huán)電路AoXiXAFiXoXdXfXAFAXXAiof1doXXAofXXF當(dāng)當(dāng)A趨向于趨向于時(shí)時(shí)閉環(huán)放大倍數(shù)閉環(huán)放大倍數(shù)Af=？負(fù)反饋與正反饋的判別方法瞬時(shí)極性法：輸入一個(gè)正極性信號，比較有無反饋信號（回路）時(shí)的凈輸入信號或輸出信號大??；相對無反饋情況，有反饋時(shí)凈輸入信號或輸出信號減小則為負(fù)反饋，否則為正反饋。環(huán)路極性法（朱老師的方法）：反饋環(huán)路斷開成為反饋通道，反饋通道輸出信號的極性與輸入信號的極性相同則為正反饋，極性

3、相反則為負(fù)反饋。即：反饋通道若有奇數(shù)個(gè)反相環(huán)節(jié)則反饋為負(fù)反饋，反饋通道若有偶數(shù)個(gè)反相環(huán)節(jié)則反饋為正反饋，同相環(huán)節(jié)不影響反饋的正負(fù)。運(yùn)算放大電路的反饋ARFuiuoR1R2udBRFuiuoR1R2ud分壓偏置三極管放大電路的反饋BECRB1RCC1C2RLuiuOTUCCRB2REube基極輸入電壓升高基極輸入電壓升高基極電流增大基極電流增大發(fā)射極電流增大發(fā)射極電流增大發(fā)射極電阻的電壓增發(fā)射極電阻的電壓增大大發(fā)射極電位升高發(fā)射極電位升高基射電壓降低基射電壓降低基極電流減少基極電流減少電路沒有物理結(jié)構(gòu)上電路沒有物理結(jié)構(gòu)上的反饋回路的反饋回路但卻具有信號結(jié)構(gòu)上但卻具有信號結(jié)構(gòu)上的反饋回路的反饋回路

4、17.2 放大電路中的負(fù)反饋運(yùn)放電路的反饋類型較為典型反饋類型：串聯(lián)電壓負(fù)反饋、并聯(lián)電壓負(fù)反饋、串聯(lián)電流負(fù)反饋、并聯(lián)電流負(fù)反饋運(yùn)算放大器電路中的負(fù)反饋運(yùn)算放大器放大倍數(shù)很大，在放大電路中易配置成深負(fù)反饋；深負(fù)反饋放大電路具有如下優(yōu)秀品質(zhì)：閉環(huán)放大倍數(shù)只與外圍反饋電路參數(shù)有關(guān)而與本身參數(shù)無關(guān)；通頻帶較開環(huán)時(shí)更寬；可以構(gòu)成各種信號運(yùn)算與處理電路；工作穩(wěn)定。串聯(lián)電壓負(fù)反饋同向比例運(yùn)算電路中，實(shí)際電壓ud = ui-uf ，反饋電壓削弱輸入信號的作用，為負(fù)反饋；反饋電壓采樣源自運(yùn)放電壓輸出，uf=uoR1/(R1 +RF ) ；為電壓反饋；反饋電壓與輸入電壓疊加作為運(yùn)放輸入電壓，為串聯(lián)反饋；故此反饋電

5、路類型為：串聯(lián)電壓負(fù)反饋；輸入電阻很高（近似），輸出電阻很低（近似0）。AR2R1RFi1ifuiuo并聯(lián)電壓負(fù)反饋反向比例運(yùn)算電路中，實(shí)際電流id = i1-if ，反饋電流削弱輸入信號的作用，為負(fù)反饋；反饋電流采樣源自運(yùn)放電壓輸出，if=-uo/RF；為電壓反饋；反饋電流與輸入電流疊加作為運(yùn)放輸入電流，為并聯(lián)反饋；故此反饋電路類型為：并聯(lián)電壓負(fù)反饋。AR2R1RFi1ifuiuo輸入電阻較低，輸出電阻則很低（近似0），工作非常穩(wěn)定；由于是深負(fù)反饋，Af1/F。串聯(lián)電流負(fù)反饋同向比例運(yùn)算電路中，用電阻R采樣輸出負(fù)載電流，其實(shí)際電壓ud = ui-uf ，反饋電壓削弱輸入信號的作用，為負(fù)反饋；

6、反饋電壓采樣源自負(fù)載電流(運(yùn)放輸出電流) ，uf=iLR，為電流反饋；反饋電壓與輸入電壓疊加作為運(yùn)放輸入電壓，為串聯(lián)反饋；故此反饋電路類型為：串聯(lián)電流負(fù)反饋；該電路有：io=iL=ui/R，負(fù)載電流與負(fù)載電阻無關(guān)，是一個(gè)同相的受控電流源電路，或稱為電壓電流變換電路；輸入電阻很高（近似 ），輸出電阻很高（近似）。AR1uiiLRLR并聯(lián)電流負(fù)反饋反向比例運(yùn)算電路中，用電阻R采樣輸出負(fù)載電流，其實(shí)際電流id = i1-if ，反饋電流削弱輸入信號的作用，為負(fù)反饋；反饋電流采樣源自負(fù)載電流(運(yùn)放輸出電流) ，if =-iLR/(RF +R) ，由：(iL+if)R=uf=-ifRF得到，為電流反饋；

7、反饋電流與輸入電流疊加作為運(yùn)放輸入電流，為并聯(lián)反饋；故此反饋電路類型為：并聯(lián)電流負(fù)反饋；該電路有：io= -if (RF +R) /R = -ui (RF +R) /R/R1，負(fù)載電流與負(fù)載電阻無關(guān)，是一個(gè)反相的受控電流源電路；輸入電阻較低，輸出電阻很高（近似）。AR1uiiLRLRRFi1ifR2并聯(lián)電流負(fù)反饋另一種形式AR1uiiLRLRRFi1ifR2電阻R采樣輸出負(fù)載電流，通過電壓跟隨器產(chǎn)生反饋電流，實(shí)際電流id = i1-if ，反饋電流削弱輸入信號的作用，為負(fù)反饋；反饋電流if =-iLR/RF ，為電流反饋；反饋電流與輸入電流疊加作為運(yùn)放輸入電流，為并聯(lián)反饋；故此反饋電路類型為：

8、并聯(lián)電流負(fù)反饋；該電路有：io= -uiRF/R/R1，負(fù)載電流與負(fù)載電阻無關(guān)，是一個(gè)反相的受控電流源電路；輸入電阻較低，輸出電阻很高（近似 ）。運(yùn)放電路負(fù)反饋小結(jié)電壓反饋：采樣源自電路輸出端；電流反饋：采樣源自負(fù)載電阻近地端的采樣電阻，或來自負(fù)載電流傳感器；串聯(lián)反饋：輸入信號與反饋信號分別接在兩個(gè)輸入端；并聯(lián)反饋：輸入信號與反饋信號接在同一個(gè)輸入端上；負(fù)反饋：反饋信號使凈輸入信號減小，環(huán)路放大倍數(shù)為負(fù)值。三極管電路負(fù)反饋小結(jié)串聯(lián)反饋、并聯(lián)反饋：看輸入信號疊加形式電壓反饋、電流反饋：看反饋從輸出信號的取樣的物理量串聯(lián)反饋：輸入以電壓的形式比較；并聯(lián)反饋：輸入以電流的形式比較；電流負(fù)反饋：具有穩(wěn)

9、定輸出電流的作用；電壓負(fù)反饋：具有穩(wěn)定輸出電壓的作用。例如圖，判斷二級放大電路的反饋類型。AuouiBRLRufAuouiBRLRuf17.2.2 負(fù)反饋對放大電路工作性能的影響降低放大倍數(shù)提高放大倍數(shù)穩(wěn)定性改善波形失真展寬通頻帶對放大電路輸入電阻的影響對放大電路輸入電阻的影響負(fù)反饋降低放大倍數(shù)開環(huán)放大倍數(shù)A：基本放大電路的放大倍數(shù)；反饋系數(shù)F：反饋信號與輸入信號之比；閉環(huán)放大倍數(shù)Af：引入負(fù)反饋后的放大倍數(shù)；反饋深度：|1+AF|。AFAXXAiof1doXXAofXXFAFiXoXdXfX提高放大倍數(shù)穩(wěn)定性開環(huán)放大倍數(shù)變化率：d|A|/|A|；閉環(huán)放大倍數(shù)變化率：d|Af|/|Af|；閉環(huán)

10、放大倍數(shù)變化率為開環(huán)放大倍數(shù)變化率的1+|AF|分子之一；當(dāng)|AF|1時(shí)，Af1/F，表明深度反饋時(shí)閉環(huán)放大倍數(shù)僅取決于反饋電路參數(shù)。AFAAdAAdff11改善波形失真負(fù)反饋減小了輸入信號的幅度，從而減少了進(jìn)入飽和區(qū)或截止區(qū)的可能；負(fù)反饋將輸出失真信號反饋至輸入端，使輸出信號的失真得到一定程度的補(bǔ)償，從而減少的失真。展寬通頻帶負(fù)反饋使放大電路通頻帶展開了|Au|/|Au0|0.707通頻帶1ff1f2f1f2|Af0|Af1|Af1|對放大電路輸入電阻的影響串聯(lián)負(fù)反饋使放大電路的輸入電阻增大；并聯(lián)負(fù)反饋使放大電路的輸入電阻減小。對放大電路輸出電阻的影響電壓反饋使放大電路的輸出電阻減??；電流反

11、饋使放大電路的輸出電阻增大。課后練習(xí)17.1.1、17.1.2、17.1.3 17.2.1、17.2.2 17.2.6、17.2.7、17.2.8 17.2.9、17.2.1017.3 正弦振蕩電路正弦振蕩電路：用來產(chǎn)生一定頻率和幅度交流信號的電路，0.1HZ1000MHZ；常用的振蕩電路分為RC振蕩電路與LC振蕩電路兩種；RC振蕩電路：輸出功率小、頻率較低；LC振蕩電路：輸出功率大、頻率較高；應(yīng)用：波形發(fā)生器、信號源、激勵(lì)源等。17.3.1 自激振蕩自激振蕩：沒有輸入信號驅(qū)動(dòng)的情況下，輸出端有一定頻率與幅度的信號輸出；放大電路不希望產(chǎn)生自激，而振蕩電路則利用自激產(chǎn)生振蕩工作。自激振蕩原理Au

12、為放大電路、F為反饋電路；放大電路中，使uf = ui，即同幅同相；將輸入端接自反饋輸出，則電路維持原來輸出，電路進(jìn)入自激振蕩狀態(tài)，成為一個(gè)振蕩器；且有：AuFiuoufuiuAuFfuouiouUUAofUUF1FAu自激振蕩條件1、相位條件：反饋電壓uf與輸入電壓ui同相，即為正反饋；2、幅度條件：足夠的反饋量使|AuF| =1，即反饋電壓等于輸入電壓Uf = Ui?？傮w而言：環(huán)路傳遞函數(shù)為1。自激振蕩建立過程振蕩器在未進(jìn)入振蕩狀態(tài)時(shí)其|AuF| 1 ，即Uf Ui ；微小的擾動(dòng)使UiUoUfUiUoUfUi隨著電壓幅度增大，Au將自動(dòng)減小，使|AuF| 趨向?yàn)?，即振蕩電路穩(wěn)定在一定的振

13、蕩幅度下工作；當(dāng)出現(xiàn)干擾振幅偏離穩(wěn)定時(shí)，同樣由于上述機(jī)理振幅趨于穩(wěn)定。振蕩電路的正弦輸出振蕩器進(jìn)入振蕩后其振蕩輸出并非一定是正弦量，其中含有不同頻率的諧波分量；為得到單一頻率的正弦輸出量，振蕩電路還需要有一個(gè)選頻電路，使振蕩電路具有選頻率特性，使自激振蕩在某個(gè)特定的頻率下發(fā)生；因此正弦振蕩電路通常包含放大電路、正反饋電路與選頻電路三部分；根據(jù)選頻電路的不同，振蕩電路分為RC振蕩電路與LC振蕩電路兩種。17.3.2.1 RC振蕩電路振蕩電路如圖：運(yùn)放、R1、RF組成放大電路部分；兩個(gè)RC組成電路又稱為文氏橋選頻電路，這部分電路既是選頻電路，同時(shí)又是正反饋電路。R1RRFRCCAuiuoufRC選

14、頻電路文氏橋選頻電路如圖，則有：RC1031ioUURRCCuoui)1(311/11/RCRCjCjRCjRCjRUUio當(dāng) 時(shí)，即：絕對值最大，且：uo與ui同相位 RCRC1RC振蕩電路分析電路如圖，則有：1FAu時(shí)當(dāng)RCff2120011RRUUUUAFiofou31ofUUFR1RRFRCCAuiuouf當(dāng)RF =2R1時(shí)：3uA此時(shí)已滿足自激振蕩條件，但此電路起振不是最理想。改進(jìn)起振狀況的RC振蕩電路（一）反饋電阻RF由固定電阻改為具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻；起振時(shí)RF處于冷態(tài)，電阻值較大，RF2R1，即|AuF|1，電路受到輕微擾動(dòng)后振幅逐步增大；隨著流過RF電流的增大，RF發(fā)熱導(dǎo)

15、致其電阻值下降，直到RF=2R1，即|AuF|=1，振蕩趨于穩(wěn)定。R1RRFRCCAuiuouft改進(jìn)起振狀況的RC振蕩電路（二）反饋回路為電阻RF2與反向并聯(lián)二個(gè)二極管及一個(gè)電阻組成的并聯(lián)電路串聯(lián)；RF=RF2+RF1/RD1/RD2；起振時(shí)二極管端電壓很小，RD很大，總RF較大，使RF2R1，即|AuF|1，電路受到輕微擾動(dòng)后振幅逐步增大；隨著二極管端電壓的增大，二極管趨于導(dǎo)通，RD迅速減小，直到RF=2R1，即|AuF|=1，振蕩趨于穩(wěn)定。R1RRF2RCCAuiuoufRF1D1D2改進(jìn)起振狀況的RC振蕩電路（三）不論采用熱敏電阻還是二極管，當(dāng)任何因素使輸出電壓發(fā)生變化時(shí)，都會(huì)使RF的

16、阻值發(fā)生改變（既|Au|改變）使振幅趨于穩(wěn)定；通過調(diào)節(jié)R或C的值，或同時(shí)改變RC值，可改變振蕩電路的振蕩頻率。17.3.2.2 LC振蕩電路LC振蕩電路有變壓器反饋式與三點(diǎn)式振蕩電路等形式；三點(diǎn)式振蕩電路可分為電容三點(diǎn)式振蕩電路與電感三點(diǎn)式振蕩電路。變壓器反饋式LC振蕩電路變壓器反饋式LC振蕩電路由放大電路、LLf變壓器反饋電路與LC選頻電路組成。選頻電路由LC組成；正反饋電路由變壓器LLf與耦合電容C1組成。ibC1RLuf+UCCCTicubeRB1RB2RECELLf變壓器反饋式LC振蕩電路分析LC組成的選頻電路并聯(lián)諧振時(shí)頻率f0 ， 阻抗達(dá)到最大 ，即電壓放大倍數(shù)達(dá)到最高；正反饋：BC

17、（即L下端）Lf非同名端B；在|AuF|1時(shí)，產(chǎn)生自激，電壓振幅不斷增大，三極管進(jìn)入飽和區(qū)域，電流放大系數(shù)下降，振幅平衡于|AuF|=1處；振蕩器工作延伸至飽和的非線性區(qū)域，其集電極電流ic失真嚴(yán)重，但由于LC選頻電路具有良好的選擇性，輸出電壓波形基本上還是正弦波。LCf21017.3.3 三點(diǎn)式振蕩電路（新版無）三點(diǎn)式振蕩電路可分為電容三點(diǎn)式振蕩電路與電感三點(diǎn)式振蕩電路；電容三點(diǎn)式振蕩電路：又稱考爾畢茲振蕩電路；電感三點(diǎn)式振蕩電路：又稱哈脫萊振蕩電路。電感三點(diǎn)式振蕩電路電感三點(diǎn)式振蕩電路如圖：正反饋：BC（即L1上端）L2非同名端 B；反饋電壓大小由抽頭（匝比）決定，L2為總匝數(shù)的48分之一；振蕩頻率如下，其中L為自感、M