电工学第七版电子电路中的反馈.ppt

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1、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振荡电路和LC振荡电路的工作原理。,17.1.1 负反馈与正反馈,反馈：将放大电路输出端的信号(电压或电流)的 一部分或全部通过某种电路引回到输入端。,17.1 反馈的基本概念,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,(b)带反馈,(a)不带反馈,电子电路方框

2、图,+,净输入信号,反馈信号,输出信号,净输入信号：,F,反馈电路,比较环节,输入信号,基本放大电路,若三者同相，则Xd=Xi-Xf,即Xd Xi,此时,反馈信号削弱了净输入信号,电路为负反馈。,若 Xd Xi，即反馈信号起了增强净输入信号的作用则为正反馈。,17.1.2 负反馈与正反馈的判别方法,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

3、接“地”参考点的电位为零。,设输入电压 ui 为正，,差值电压 ud=ui uf,各电压的实际方向如图,uf 减小了净输入电压(差值电压)负反馈,例1：,例2：,设输入电压 ui 为正，,差值电压 ud=ui+uf,各电压的实际方向如图,uf 增大了净输入电压 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

4、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,17.7.1 负反馈的分类,(1)根据反馈所采样的信号不同，可以分为电压反馈和电流反馈。,如果反馈信号取自输出电压，叫电压反馈。如果反馈信号取自输出电流，叫电流反馈。,(2)根据反馈信号在输入端与输入信号比较形式的不同，可以分为串联反馈和并联反馈。,反馈信号与输入信号串联，即反馈信号与输入信号以电压形式作比较，称为串联反馈。,反馈信号与输入信号并联，即反馈信号与输入信号以电流形式作比较，称为并联反馈。,1.串联电压负反馈,设输入电压 ui 为正，,差值电压 ud=ui uf,uf 削弱了净输入电压(差值电压)

5、负反馈,反馈电压,取自输出电压电压反馈,反馈信号与输入信号在输入端以电压的形式比较 串联反馈,(b)方框图,(a)电路,各电压的实际方向如图,2.并联电压负反馈,设输入电压 ui 为正，,差值电流 id=i1 if,各电流的实际方向如图,if 削弱了净输入电流(差值电流)负反馈,反馈电流,取自输出电压电压反馈,反馈信号与输入信号在输入端以电流的形式比较 并联反馈,(b)方框图,(a)电路,3.串联电流负反馈,设输入电压 ui 为正，,差值电压 ud=ui uf,各电压的实际方向如图,uf 削弱了净输入电压(差值电压)负反馈,反馈电压,取自输出电流 电流反馈,反馈信号与输入信号在输入端以电压的形

6、式比较 串联反馈,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。,(a)电路,(b)方框图,4.并联电流负反馈,设输入电压 ui 为正，,差值电流 id=i1 if,各电流的实际方向如图,if 削弱了净输入电流(差值电流)负反馈,反馈电流,取自输出电流电流反馈,反馈信号与输入信号在输入端以电流的形式比较 并联反馈,(a)电路,(b)方框图,4.并联电流负反馈,特点：输出电流 io 与负载电阻RL无关 反相输入恒流源电路,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

7、.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，所以是串联反馈；因输入信号和反馈信号的极性相同,所以是负反馈。,串联电压负反馈,先在图中标出各点的瞬时极性及

8、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，所以是并联反馈;,因净输入电流 id 等于输入电流和反馈电流之差，所以是负反馈。,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。,例3：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

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。,+,+,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

10、,+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6：,RE2:直流反馈,+,+,电流并联负反馈,正反馈,两个2k电阻构成交直流反馈,两个470k,17.2.2 负反馈对放大电路工作性能的影响,反馈放大电路的基本方程,反馈系数,净输入信号,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

11、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,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,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,5.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

12、。,(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,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,6.对放大电路输出电阻的影响,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

13、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,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。,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,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

14、到)。,自激振荡的条件,17.3.2 正弦波振荡电路,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。,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

15、:使电路能从AuF 1，过渡到 AuF=1，从而达到稳幅振荡。,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,(1)电路结构,同相比例电路,选频网络,(2)RC串并联选频网络的选频特性,传输系数：,式中：,分析可知：仅当=o时，U2 U1=1 3达最大值，且 u2 与 u1 同相,即网络具有选频特性,fO 决定于RC。,(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

16、。,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。,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,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

17、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,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。,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？,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

18、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。,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。,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

19、联电路的谐振频率,放大电路,选频电路,反馈网络,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,例2：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,例2：半导体接近开关,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)。,例2：半导体接

20、近开关,当某金属被测物体移近感应头时，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。,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。,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。,