1、第 17章 电子电路中的反馈,17.1 反馈的基本概念,17.3 振荡电路中的正反馈,17.2 放大电路中的负反馈,本章要求：1.能判别电子电路中的直流反馈和交流反馈、 正反馈和负反馈以及负反馈的四种类型;2. 了解负反馈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 电子电路中的反馈,将放大电路(或某个系统)输出信号的一部分或全部经某种电路(反馈网络)引回到输入端的过程，称为反馈。,第17章 电子电路中的反馈,17. 1.1 负反馈与正反馈,无负反馈放大 电路方框图,开环状态,17. 1 反馈的基本概念,基本放
2、大电路,反馈电路,负反馈与正反馈,F,带有负反馈放大 电路的方框图,比较环节, 输入信号, 净输入信号, 反馈信号, 输出信号,如果反馈信号使净输入信号增加，称为正反馈。 如果反馈信号使净输入信号减小，称为负反馈。,闭环状态,为判别反馈是负反馈还是正反馈，常选用瞬时极性法。,17.1.2 负反馈与正反馈的判别方法,步骤：,(1)先假定输入量的瞬时极性；(2)再判断输出量及由其决定 的反馈量的瞬时极性；(3)根据输入量和反馈量的连 接方法和瞬时极性关系判断反馈 的性质。,负反馈与正反馈的判别,R1,R2,uo,RF,+,RL,(1)假定某一瞬时 ui 为正。,(3) 净输入信号,ud 小于输入信
3、号，即 uf 的存在使净输入信号减小，所以为负反馈。,判断图示电路的反馈性质,(2)可判定此时 uo也为正， 同时反馈电压 uf 也为正。,R1,R2,uo,RF,+,RL,(1)假定某一瞬时 ui 为正。,(3) 净输入信号,ud 大于输入信号，即 uf 的存在使净输入信号增大，所以为正反馈。,判断图示电路的反馈性质,(2)可判定此时 uo为负，同时反馈电压 uf 也为负。,负反馈与正反馈的判别,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馈,交流通路,负反馈与正反馈的判别,判断图示电路的反馈性质,交流通路,负反馈与正反馈的判
4、别,判断图示电路的反馈性质,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。,交流通路,负反馈与正反馈的判别,判断图示电路的反馈性质,17.2.1 负反馈的类型,负反馈的类型有：,反馈量取自输出电压为电压反馈；,反馈量取自输出电流为电流反馈。,串联电压负反馈；,并联电压负反馈；,串联电流负反馈；,并联电流负反馈。,在输出端,在输入端,反馈信号与输入信号在输入端以电压的形式作比较，两者串联，为串联反馈；,反馈信号与输入信号在输入端以电流的形式作比较，两者并联，为并联反馈。,17. 2 放大电路中
5、的负反馈,R1,R2,uo,RF,+,RL,反馈电压,取自输出电压，并与之成正比，故为电压反馈。,uf 与 ui 在输入端以电压形式作比较，两者串联，故为串联反馈。,判别图示电路的反馈类型,1. 串联电压负反馈,前已根据瞬时极性法判别此电路为负反馈电路。,负反馈的类型,1. 串联电压负反馈,串联电压负反馈方框图,负反馈的类型,uo,R1,R2,RF,+,RL,设某一瞬时 ui 为正:,净输入电流,故为负反馈。,反馈电流,取自输出电压，故为电压反馈。,if 与 ii 在输入端以电流形式作比较，两者并联，故为并联反馈。,判别图示电路的反馈类型,2. 并联电压负反馈,负反馈的类型,2. 并联电压负反
6、馈,uo,R1,R2,RF,+,RL,id,if,ii,并联电压负反馈方框图,负反馈的类型,为负反馈；,反馈电压,与输出电流成比，故为电流反馈；,判别图示电路的反馈类型,3. 串联电流负反馈,串联电流负反馈方框图,比较，两者串联，故为串联反馈。,R2,uo,R,+,RL,ud,+,uf,+,uf 与 ui 在输入端以电压形式作,负反馈的类型,图中,判别图示电路的反馈类型,4. 并联电流负反馈,并联电流负反馈方框图,负反馈的类型,如何判别电路中反馈类型小结,(1) 反馈电路直接从输出端引出的，是电压反馈；,从负载电阻靠近“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，
7、是串联反馈；加在同一输入端的是并联反馈；,(3) 反馈信号使净输入信号减小的，是负反馈。,(也可将输出端短路，若反馈量为零，则为电压反馈；若反馈量不为零，则为电流反馈。),负反馈的类型,例1 判别图示电路从 A2 输出端引入 A1 输入端的反馈类型。,uo,uo1,RL,R,A1,A2,解 反馈电路从 A2 的输出端引出，故为电压反馈；,反馈电压 uf 和 ui 输入电压分别加在的同相和反相两个输入端，故为串联反馈；,设 ui为正，则 uo1为负， uo 为正。,反馈电压 uf 使净输入电压 ud = ui uf 减小，故为负反馈；,串联电压负反馈,uo,ui,R,uo1,ii,RL,A1,A
8、2,id,if,a,例 2 判别图示电路从 A2 输出端引入 A1 输入端的反馈类型。,解 反馈电路从 RL 靠近“地”端引出，为电流反馈；,反馈电流 if 和 ii 输入电流加在 A1 的 同一个输入端，故为并联反馈；,设 ui为正，则 uo1 为正， uo 为负。反馈电流实际方向如图所示，,净输入电流 id = ii if,减小，故为负反馈；,并联电流负反馈,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。,解,RE1、RF引入越级串联电压负反馈。,+,+,T2集电
9、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3 判断图示电路中的负反馈类型。,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。,+,+,17.2.2 负反馈对放大电路工作的影响,开环放
10、大倍数,反馈系数,引入负反馈后闭环放大倍数,反馈放大电路的基本方程,净输入信号,1. 降低放大倍数,负反馈使放大倍数下降。,则有：,| 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电压放大倍数较低就是因为电路中引入了负反馈。,负反馈对放大电路工作的影响,2.提高放大电路的稳定性,负反馈对放大电路工作的影响,闭环放大倍数,可见，引入负反馈后，放大倍数降 低了，而放大倍数的稳定性却提高了。,对 求导得,放大倍数下降至1/(1+|AF|)倍，其稳定性提高1+|AF|倍。,例：|A|=300，|F |=0.01。,负反馈对放大电路工作的
11、影响,则：,则：,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。,负反馈改善了波形失真,3.改善非线性失真,加入 负反馈,无负反馈,F,uf,uo,略大,略小,略小,略大,接近正弦波,负反馈对放大电路工作的影响,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,负反馈展宽通频带,负反馈对放大电路工作的影响,5. 对放大电路输入电阻的影响,在同样的 id下，ui= ud + uf ud，所以 rif 提高。,(1) 串联负反馈,无负反馈时：,有负反馈时：,使电路的输入电阻提高,负反馈对放大电路工作的影响,无负反馈时：,
12、有负反馈时：,在同样的ui下，ii = id + if id，所以 rif 降低。,(2)并联负反馈,使电路的输入电阻降低,5.对放大电路输入电阻的影响,负反馈对放大电路工作的影响,电压负反馈具有稳定输出电压的作用，即有恒压输出特性。,(1)电压负反馈,6.对放大电路输出电阻的影响,负反馈对放大电路工作的影响,使电路的输出电阻降低,6.对放大电路输出电阻的影响,负反馈对放大电路工作的影响,(2)电流负反馈,使电路的输出电阻提高,电流负反馈具有稳定输出电流的作用，即有恒流输出特性。,四种负反馈对 ri 和 ro 的影响,ri,ro,减低,增高,增高,增高,增高,减低,减低,减低,思考题：为了分别
13、实现：(a) 稳定输出电压； (b) 稳定输出电流；(c) 提高输入电阻； (d) 降低输出电阻。应引入哪种类型的负反馈？,负反馈对放大电路工作的影响,1.自激振荡的条件,17.3.1 自激振荡,17.3 振荡电路中的正反馈,电路中无外加输入电压，而在输出端有一定频率和幅度的信号输出，称这种现象为电路的自激振荡。,当 S 合于 1 时，,开环电压放大倍数,则输出电压保持不变。,若,当 S 合于 2 时，,反馈信号代替了放大电路的输入信号。,+ -,+ -,1.自激振荡的条件,反馈系数,又,所以自激振荡的条件是：,自激振荡,(1) 相位条件： 反馈电压,与输入电压,同相，为正反馈；,即,(2)
14、幅度条件：,反馈电压与输入电压的大小相等；,Flash演示,(1) 正反馈足够强，使输入信号为 0 时仍有信号输出，即可产生自激振荡。,(2) 要获得正弦自激振荡，反馈回路中必须有选频电 路，使反馈电路只对频率为 fo 的信号产生足够强的正反馈。,2.对自激振荡电路的要求,(3) 要获得一定幅度的正弦波振荡信号，电路中必须有稳幅环节。,如何起振？,放大电路中存在噪声即瞬态扰动，这些扰动可分解为各种频率的分量，其中也包括有 fo 分量。,起振后，先使输出逐渐增大，达到需要的幅值后，将参数调整为AuF=1，即可稳幅。,自激振荡,Uim,Uom1,Ufm1,Uom2,A,自激振荡的建立过程,3 振荡
15、的建立和稳定,振荡建立时应满足：,即,满足要求的微小扰动起始信号,不断通过放大反馈再放大再反馈，使Uom不断增大，一直到达交点 A 时，稳定下来。,自激振荡,3 振荡的建立和稳定,振荡稳定,不能振荡,自激振荡,建立振荡(起振),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、广播电视，工业上的高频感应炉、超声波发生器、正弦波
16、信号发生器、半导体接近开关等。,17.3.2 正弦波振荡电路,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。,17.3.2 正弦波振荡电路,(2)选频电路,选频电路,(1)放大电路,同相比例运算电路:,由 RC 串并联电路组成，它也是正反馈电路。,u+,17.3.2 正弦波振荡电路,1. RC正弦波振荡电路,uo,+,+,+,RF,R1,u+,1
17、 RC正弦波振荡电路,C,R,R,C,若要 与 同相，上式分母的 虚部应为零。,这时,由,可见，当,时，,即,正弦波振荡电路,uo,+,+,+,RF,R1,u+,1 RC正弦波振荡电路,C,R,R,C,ui 和 uo 同相，即 RC 串并联电路具有正反馈和选频作用， ui 和 uo 为正弦波。,时，,，则 ，,电路将等幅振荡；,若,，则 ，,电路将不能振荡；,若,，则 ，,电路起振后，振幅越来越大至稳定或饱和；,所以，振荡时应满足,即 RF 2R1,RF = 2R1,起振时应满足,若,正弦波振荡电路,uo,+,+,+,RF,R1,1 RC正弦波振荡电路,C,R,R,C,a.用热敏电阻稳幅,起振
18、时由于温度低，RT 2R1 (AuF 1 )，,振荡后温度 增加 RT 减少到等于2R1 (AuF = 1 )。,用具有负温度系数的热敏电阻RT 代替 RF。,正弦波振荡电路,(3)稳幅措施,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。,uo,+,+,+,RF,R1,1 RC正弦波振荡电路,C,R,R,C,b.用二极管稳幅,正弦波振荡电路,(3)稳幅措施,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
19、稳定。,uo,+,+,+,RF,R1,1 RC正弦波振荡电路,C,R,R,C,振荡频率的改变,由,可知,改变 R、C 或同时改变 RC 都可改变振荡频率。,正弦波振荡电路,由集成运放构成的RC振荡电路的振荡频率一般不超过1MHz。,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。,正弦波振荡电路,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,2. LC正弦波
20、振荡电路,正弦波振荡电路,例1,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。,试用相位平衡条件判断下图电路能否产生自激振荡。,*应用举例：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,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)。,*应用举例：半导体接近开关,当某金属被测物体移近感
21、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。,*应用举例：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。,*应用举例：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。,
