电工学秦曾煌主编第六版下册电子技术第17章.ppt

(17-0),第十七章 电子电路中的反馈,(17-1),第十七章 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,(17-2),17.1 反馈的基本概念,在放大电路中，负反馈的应用是极为广泛的，它可改善电路的工作性能。下面介绍负反馈的概念及分析方法。,(17-3),17.1.1 负反馈与正反馈,凡是将放大电路输出端的信号(电压或电流)的一部分或全部引回到输入端，与输入信号迭加，就称为反馈。,若引回的反馈信号削弱了输入信号，并使放大电路的放大倍数降低，就称为负反馈。若引回的信号反馈增强了输入信号，并使放大电路的放大倍数增加，就称为正反馈。,(17-4),取+加强输入信号 正反馈 用于振荡器,取-削弱输入信号 负反馈 用于放大器,开环,闭环,反馈框图：,负反馈的作用：稳定静态工作点；稳定放大倍数；改变输入电阻、输出电阻；扩展通频带。,(17-5),负反馈框图：,输出信号,输入信号,反馈信号,净输入信号(差值信号),负反馈电路的三个环节：,放大：,反馈：,比较：,(17-6),通过RE将输出电流反馈到输入,通过RE将输出电压反馈到输入,(17-7),例,级间反馈,本级反馈,本级反馈,Rf、RE1组成反馈网络。,(17-8),瞬时极性法：,断开反馈网络与输入回路相接处假设输入端信号有一定极性的瞬时变化依次经过放大电路、反馈网络后，再回到 输入端比较若净输入信号减少，则为负反馈。反之为正反馈。,17.1.2 负反馈与正反馈的判别方法,利用电路中各点交流电位的瞬时极性来判别。设地的参考电位为0，某点的在某瞬时的电位高于0，则瞬时极性为正；反之，瞬时极性为负。,(17-9),差值电压 ud=ui uf 负反馈,差值电压 ud=ui+uf 正反馈,uf 减小了净输入电压(差值电压),uf 增大了净输入电压,(17-10),差值电流：id=ii+if 正反馈,if 减小了净输入电压,if 增加了净输入电压,(17-11),判别方法,交流反馈：反馈只对交流信号起作用。直流反馈：反馈只对直流信号起作用。,若在反馈网络中串接隔直电容，则可以隔断直流，故反馈只对交流起作用。,若在起反馈作用的电阻两端并联旁路电容，则可以使其只对直流起作用。,有的反馈只对交流信号起作用；有的反馈只对直流信号起作用；有的反馈对交、直流信号均起作用。,交流反馈与直流反馈,(17-12),串接隔直电容C：Rf 只对交流起反馈作用。,反馈网络无电容：Rf 对交、直流起反馈作用。,例：,并接旁路电容C：Rf 只对直流起反馈作用。,(17-13),例：判断如图电路中RE1、RE2的负反馈作用。,uo,ui,1.对交流信号：,RE1：ube=ui uf 交流负反馈。,(17-14),2.对直流信号：,RE1、RE2对直流均起作用，通过反馈稳定静态工作点。,uo,ui,UBE,IE,UB,UE,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,(17-15),1、反馈采样方式：电压反馈和电流反馈,电压反馈：反馈信号取自输出电压信号。电流反馈：反馈信号取自输出电流信号。,从输出端来看：反馈采样信号是取自输出电压还是取自于输出电流。,17.2.1 负反馈类型,17.2 放大电路中的负反馈,负反馈的分类方法,(17-16),从输入端来看：反馈信号与输入信号是以电压方式比较还是以电流方式比较。,串联反馈：反馈电压信号与输入信号电压比较，称为反馈信号与输入信号串联。,并联反馈：反馈信号电流与输入信号电流比较，称为反馈信号与输入信号并联。,2、反馈叠加方式：串联反馈和并联反馈,(17-17),分立元件电路电压反馈采样的两种形式：,采样电阻很大,总结：大多从后级放大器的集电极采样。,(17-18),分立元件电路电流反馈采样的两种形式：,采样电阻很小,总结：大多从后级放大 器的发射极采样,(17-19),ib=ii-if,并联反馈,ube=ui-uf,串联反馈,反馈信号常接于晶体管基极,反馈信号常接于晶体管发射极,(17-20),1、串联电压负反馈,差值电压：ud=ui uf 串联电压负反馈,uo uf ud uo:输出电压更稳定,(17-21),2、并联电压负反馈,差值电流：id=ii if 并联电压负反馈,(17-22),3、串联电流负反馈,差值电压：ud=ui uf 串联电流负反馈,io uf ud io:输出电流更稳定,(17-23),4、并联电流负反馈,差值电流：id=ii if 并联电流负反馈,(17-24),小 结,电压反馈：输出uo短路时，反馈信号不存在。电流反馈：输出uo短路时，反馈信号仍然存在。串联反馈：输入信号、反馈信号分别加在 两输入端上。并联反馈：输入信号、反馈信号加在同一 输入端上。单运放：反馈接在反相端一定为负反馈,(17-25),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，净输入电压减小,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，净输入电压减小,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。,(17-26),例1：试分析下电路的反馈类型。,解：,入：串联,P135例 17.7.1,类型:负反馈。,出：电压,=串联电压,(17-27),例2：试分析下电路的反馈类型。,P135 例 17.7.1,解：,入：并联,类型:负反馈。,出：电流,=并联电流,(17-28),例3：判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态。,+,uo,此电路是电压串联负反馈，对直流不起作用。,净输入信号ube=ui-uf,(17-29),例4：判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态。,电流并联负反馈。对直流也起作用，可以稳定静态工作点。,+UCC,iB,i,(17-30),例：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。,(17-31),例：判断图示电路中的负反馈类型。,解：,RE1、RF引入越级串联电压负反馈。,T2集电极的 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；电压反馈 串联反馈,(17-32),例：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。,RE1、RF引入交流串联电压负反馈。,(17-33),例：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。,(17-34),RF2(R1、R2):直流反馈,（稳定静态工作点）,RF、CF:交流电压并联负反馈,+UCC,(a),RE1,+,R1,RF1,RF2,C2,RC2,RC1,CE2,RE2,R2,+,C,+,RF1、RE1:交直流电压串联负反馈,+,+,+,例,RE2:直流反馈,(17-35),并联电流负反馈,例：判断以下各图的反馈类型,并联电流负反馈,(17-36),串联电流负反馈,并联电压负反馈,(17-37),例题:试判断下图电路中有哪些反馈支路，各是直流反馈还是交流反馈？,(17-38),3 判断反馈性质：正、负反馈。方法：瞬时极性法。,1 确定反馈网络（常为电阻网络）。,2 判断是交流反馈还是直流反馈？注意电容的影响。,负反馈的分析方法小结,4 判断反馈的组态。输入端：并联、串联（输入端和反馈端是不是 在一个点）输出端：电压、电流(令负载RL两端电压为0,看反馈是否仍然存在),(17-39),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,稳定静态工作点,四种组态,负反馈的分类小结,(17-40),17.2.2 负反馈对放大电路的影响,(17-41),1.对放大倍数的影响,(17-42),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。,集成运算电路中引入了深度负反馈。,(17-43),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。,外界条件变化时，输入信号一定，输出信号会发生变化，也就是引起放大倍数的变化，这种变化越小，说明放大倍数的稳定性比较高。,若|1+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。,(17-44),例：|A|=300，|F|=0.01。,(17-45),根据,将,代入上式,得,即：输入量近似等于反馈量,净输入量近似等于零,由此可得深度负反馈条件下，基本放大电路“虚短”、“虚断”的概念,或,(17-46),深度负反馈条件下：Xd=Xi-Xf0,u+u-,(1)“虚短”ud0,(2)“虚断”id0,ii+ii-0,“虚短”与“虚断”,(17-47),3.改善波形失真,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。,加入负反馈,无负反馈,F,uf,略小,略大,接近正弦波,略大,略小,(17-48),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,4.对输入、输出电阻的影响,(17-49),串联负反馈使电路的输入电阻增加：,例如:射极输出器,理解：串联负反馈相当于在输入回路中串联了一个电阻，故输入电阻增加。,(17-50),无反馈时：,有反馈时：,串联负反馈使输入电阻增加,(17-51),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,(17-52),并联负反馈使电路的输入电阻减小：,理解：并联负反馈相当于在输入回路中并联了一条支路，故输入电阻减小。,(17-53),无反馈时：,有反馈时：,并联负反馈使输入电阻减小,(17-54),(3)电压负反馈 使电路的输出电阻减小：,例如:射极输出器,理解：电压负反馈目的是阻止uo的变化，稳定输出电压。,放大电路空载时可等效右图框中为电压源：,输出电阻越小，输出电压越稳定，反之亦然。,(17-55),理解：电流负反馈目的是阻止io的变化，稳定输出电流。,放大电路空载时可等效为右图框中电流源：,输出电阻越大，输出电流越稳定，反之亦然。,(4)电流负反馈 使电路的输出电阻增加：,(17-56),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,5.对通频带的影响,(17-57),为实现下列要求，在交流放大电路中应引入哪种类型的负反馈？稳定输出电压，并可提高输入电阻；稳定输出电流，并可减小输入电阻；提高输入电阻，并可降低输出电阻。,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,ri,ro,减低,增高,增高,增高,增高,减低,减低,减低,思考,(17-58),举例：在下面的放大器中按要求引入适当的反馈。（1）希望加入信号后，ic3的数值基本不受R6改变的影响。,(17-59),（2）希望接入负载后，输出电压UO基本稳定。,(17-60),（3）希望输入电阻大，输出电阻小。,(17-61),（4）希望稳定静态工作点。,解：以上两种反馈都同时具有交、直流反馈，所以能够稳定静态工作点。,如果要求只引入直流负反馈，去除交流反馈。怎样接？,(17-62),17.3 振荡电路中的正反馈,17.3.1 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。,(17-63),如果：,接入反馈，将输入信号去掉，并用反馈信号替代之。,产生自激振荡的条件,仍维持原有的输出！此时，相当于引入正反馈！,(17-64),自激振荡的条件,自激振荡的条件,(17-65),自激振荡条件:AuF=1 也可以写成：,（1）振幅条件：,（2）相位条件：,n是整数,振幅条件:可以通过调整放大电路的放大倍数达到。相位条件:意味着振荡电路必须是正反馈；,（电路维持等幅震荡的条件）,(17-66),问题1：如何启振？,起振时:Xo=0，达到稳定振荡时:Xo=定值。,因放大电路中存在噪声即瞬态扰动，而这些扰动可分解为各种频率的分量，其中也包括有fo分量。,选频网络：仅选出fo分量，而将其它频率分量 衰减掉。这时，只要：|AuF|1，且A+F=2n，即可起振。,(17-67),问题2：如何稳幅？,起振后，因|AuF|1，输出将逐渐增大。若不采取稳幅措施，则输出将会饱和失真。,在输出达到所需的幅值后，参数可自动调整为AuF=1，电路即可达到稳幅输出。,起振并能稳定振荡的条件（前提：正反馈）：,(17-68),作用：产生一定频率和幅度的交流信号。频率范围：一赫兹以下 几百兆赫兹。功率范围：几毫瓦 几十千瓦。实质：输出交流信号的能量由电源的直流 能量转换而来。常用电路：1.RC振荡电路-功率较小，频率较低。2.LC振荡电路-功率较大，频率较高。,17.3.2 正弦波振荡电路,(17-69),由选频网络的不同,RC振荡电路 和 LC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。,(17-70),一 RC振荡电路,选频网络,放大电路,RC选频网络正反馈网络,同相比例电路,(1)电路结构,(17-71),R1C1 串联阻抗：,R2C2 并联阻抗：,(文氏桥选频电路),(2)RC串并联选频网络的选频特性,(17-72),通常，取R1R2R，C1C2C，则有：,式中：,(17-73),可见：当 时，F最大，且,Fmax=1/3,(17-74),(17-75),(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,(17-76),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,由运算放大器构成的RC振荡电路的振荡频率一般不超过1MHz。,3)振荡频率 振荡频率由相位平衡条件决定。,(17-77),振荡频率的调整,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。,振荡频率,(17-78),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。,(17-79),用运放组成的RC振荡器,满足相位条件，只有在 fo 处：,放大电路,选频网络,(17-80),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RF 2R1；即AuF1。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=2R1时，稳定于AuF=1，振荡稳定。,半导体热敏电阻,(17-81),热敏电阻具有负温度系数，利用它的非线性可以自动稳幅。,半导体热敏电阻,稳幅过程：,思考：,若热敏电阻具有正温度系数，应接在何处？,(17-82),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,(17-83),(17-84),电子琴的振荡电路：,(17-85),用分立元件组成的RC振荡器,ube,RF、RE1组成负反馈，RC网络正反馈，调整到合适的参数则可产生振荡。,(17-86),选频、反馈网络：由电感和电容构成，可以产生高频振荡。当其发生并联谐振时，阻抗最大，呈阻性。,2.振荡的建立和稳定：电路一般由分立元件组成放大电路，且应为正反馈。随着输出的增高，可利用晶体管进入非线性工作区来达到稳幅目的。,3.LC振荡的分类：变压器反馈式、电容三点式、电感三点式。,二、LC正弦波振荡电路,(17-87),谐振时回路电流比总电流大的多，外界对谐振回路的影响可以忽略！,LC选频网络,(17-88),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,LC串并联正弦波振荡电路是靠运放内部的晶体管进入非线性区稳幅的。,(17-89),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,(17-90),电感三点式,可通过调节电容C的大小改变频率。一般产生的频率小于几十兆赫兹，且波形中含有较多的高次谐波。,L1,L2,C,+Ucc,正反馈,振荡频率,(17-91),电容三点式,因调节频率需同时改变两电容大小，不方便，故常将电感串接一小的可变电容来调节。通常有f0100MHz，且波形较好。,C1,L,C2,+Ucc,正反馈,振荡频率,(17-92),图示电路能否产生正弦波振荡,如果不能振荡，加以改正。,例2：,解：旁路电容CE将反馈信号旁路，即电路中不存在反馈，所以电路不能振荡。将CE开路，则电路可能产生振荡。,反馈电压取自C1,正反馈,(17-93),仍然由LC并联谐振电路构成选频网络,三点式LC振荡电路,uf与uo反相,uf与uo同相,电感三点式：,电容三点式：,uf与uo反相,uf与uo同相,(17-94),由选频网络的不同,RC振荡电路 和 LC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。,(17-95),结 束,(17-96),2负反馈的四种组态：电压串联负反馈，电压并联负反馈，电流串联负反馈和电流并联负反馈。,3负反馈电路的四种不同组态可以统一用方框图加以表示，其闭环增益的表达式为：,4负反馈改善放大电路的性能：提高放大倍数的稳定性，减小非线性失真，抑制噪声，扩展频带，改变输入、输出电阻。,1.将电子系统输出回路的电量（电压或电流），以一定的方式送回到输入回路的过程称为反馈。,1 内容小结,(17-97),3正弦波振荡电路主要有RC振荡电路和LC振荡电路两种。RC振荡电路主要用于中低频场合，LC振荡电路主要用于高频场合。,1正弦波振荡的条件：AF=1（振幅条件）（相位条件）,2.正弦波振荡电路由放大器、反馈网络、选频网络和稳幅环节构成。,2.内容小结,