电子电路中的反馈课件.ppt

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,第17章 电子电路中的反馈,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振荡电路的工作原理。,放大电路输出量的一部分或全部通过一定的方式引回到输入回路，影响输入，称为反馈。,17.1 反馈的基本概念,要研究哪些问题？,一、反馈的基本概念,(b) 带反馈,(a)不带反馈, 净输入信号, 反馈信号, 输出信号,F,反馈电路,比较环节, 输入信号,基本放大电路,反馈放大电路的方框图,反馈放大电路的三个环节：,基本放大电路,反馈电路,放大倍数,反馈系数,比较环节,2.正反馈和负反馈,引入反馈后其变化是增大？还是减小？,引入反馈后其变化是增大？还是减小？,从反馈的结果来判断，凡反馈的结果使输出量的变化减小的为负反馈，否则为正反馈；,或者，凡反馈的结果使净输入量减小的为负反馈，否则为正反馈。,3.直流反馈和交流反馈,直流通路中存在的反馈称为直流反馈，交流通路中存在的反馈称为交流反馈。,引入交流负反馈,引入直流 负反馈的目的：稳定静态工作点,引入交流负反馈的目的：改善放大电路的性能,4.局部反馈和级间反馈,只对多级放大电路中某一级起反馈作用的称为局部反馈，将多级放大电路的输出量引回到其输入级的输入回路的称为级间反馈。,通过R3引入的是局部反馈,通过R4引入的是级间反馈,通常，重点研究级间反馈或称总体反馈。,二、反馈的判断,1. 有无反馈的判断,“找联系”：找输出回路与输入回路的联系，若有则有反馈，否则无反馈。,无反馈,有反馈吗？,将输出电压全部反馈回去,2. 直流反馈和交流反馈的判断,“看通路”，即看反馈是存在于直流通路还是交流通路。,设以下电路中所有电容对交流信号均可视为短路。,仅有直流反馈,仅有交流反馈,交、直流反馈共存,3. 正、负反馈（反馈极性）的判断,“看反馈的结果” ，即净输入量是被增大还是被减小。,瞬时极性法： 给定 的瞬时极性，并以此为依据分析电路中各电流、电位的极性从而得到 的极性；,的极性 的极性 、 、 的叠加关系,负反馈,正反馈,利用瞬时极性法判别负反馈与正反馈的步骤：,4. 若反馈信号与输入信号加在同一输入端(或同一电极)上，,两者极性相反时, 为负反馈；反之，极性相同为正反馈。,3. 若反馈信号与输入信号加在不同输入端(或两个电极)上，,两者极性相同时, 为负反馈；反之，极性相反为正反馈。,1.设接“地”参考点的电位为零。,反馈量是仅仅决定于输出量的物理量。,在判断集成运放构成的反馈放大电路的反馈极性时，净输入电压指的是集成运放两个输入端的电位差，净输入电流指的是同相输入端或反相输入端的电流。,设输入电压 ui 为正，,负反馈,例1：,例2：,设输入电压 ui 为正，,正反馈,在振荡器中引入正反馈，用以产生波形。,在放大电路中，出现正反馈将使放大器产生自激振荡，使放大器不能正常工作。,例3：,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,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。,17.2 放大电路中的负反馈,1. 电压反馈和电流反馈,描述放大电路和反馈网络在输出端的连接方式，即反馈网络的取样对象。,将输出电压的一部分或全部引回到输入回路来影响净输入量的为电压反馈，即,将输出电流的一部分或全部引回到输入回路来影响净输入量的为电流反馈，即,反馈信号取自于输出电压,反馈信号取自于输出电流,2. 串联反馈和并联反馈,描述放大电路和反馈网络在输入端的连接方式，即输入量、反馈量、净输入量的叠加关系。,-串联负反馈,-并联负反馈,串联反馈：反馈信号和输入信号在相异端子,并联反馈：反馈信号和输入信号在相同端子,3. 四种反馈组态：注意量纲,电压串联负反馈,电流串联负反馈,电压并联负反馈,电流并联负反馈,4. 电压反馈和电流反馈的判断,令输出电压为0，若反馈量随之为0，则为电压反馈；若反馈量依然存在，则为电流反馈。,电路引入了电压负反馈,引入电压负反馈稳定输出电压，引入电流负反馈稳定输出电流！,5. 串联反馈和并联反馈的判断,在输入端，输入量、反馈量和净输入量以电压的方式叠加，为串联反馈；以电流的方式叠加，为并联反馈。,引入了并联反馈,引入了串联反馈,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,反馈类型的判别步骤,1) 找出反馈网络（一般是电阻、电容）。,2) 采用瞬时极性法判别正负反馈,3) 判别是交流或直流反馈？,4) 是交流负反馈！判断是何种类型的负反馈？,电压串联负反馈,设输入电压 ui 为正，,串联负反馈,电压反馈,运算放大器电路中的负反馈,电压并联负反馈,设输入电压 ui 为正，,并联负反馈,电压反馈,电流串联负反馈,设输入电压 ui 为正，,各电压的实际方向如图,串联负反馈,反馈电压,电流反馈,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。,电流并联负反馈,设输入电压 ui 为正，,各电流的实际方向如图,并联负反馈,反馈电流,电流反馈,特点：输出电流 io 与负载电阻RL无关 反相输入恒流源电路,+,uo,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且极性相同，所以是串联负反馈；,电压串联负反馈,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且极性相反-并联负反馈;,电流并联负反馈,输出信号,输入信号,反馈信号,净输入信号,17.2.2 负反馈对放大电路工作性能的影响,反馈系数,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：,| 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。,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,由于晶体管输入特性的非线性，当b-e间加正弦波信号电压时，基极电流的变化不是正弦波。,可以设想，若加在b-e之间的电压正半周幅值小于负半周的幅值，则其电流失真会减小，甚至为正弦波。,近似正弦波,非正弦波,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. 对放大电路输入电阻的影响,在同样的 ib下，ui= ube + uf ube，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,对输入电阻的影响仅与反馈网络和基本放大电路在输入端的接法有关，即决定于是串联反馈还是并联反馈。,无负反馈时：,有负反馈时：,在同样的ube下，ii = ib + if ib，所以 rif 降低。,(2) 并联负反馈,使电路的输入电阻降低,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,5. 对放大电路输出电阻的影响,对输出电阻的影响仅与反馈网络和基本放大电路在输出端的接法有关，即决定于是电压反馈还是电流反馈。,四种负反馈对 ri 和 ro 的影响,串联电压,串联电流,并联电压,并联电流,思考题：为了分别实现： (1) 稳定输出电压； (2) 稳定输出电流； (3) 提高输入电阻； (4) 降低输出电阻。应引入哪种类型的负反馈？,ri,ro,减低,增高,增高,增高,增高,减低,减低,减低,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。,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，,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。,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,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,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。,(1) RC串并联选频网络,传输系数：,式中 ：,1. RC正弦波振荡电路,1. RC正弦波振荡电路,RC选频网络正反馈网络,放大电路,用正反馈信号uf作为输入信号,选出单一频率的信号,(2) 电路结构（文氏桥振荡器）,同相比例电路,选频网络,(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,(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。,（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(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。,