电子电路中的反馈

第17章电子电路中的反馈17.3振荡电路中的正反馈17.1反馈的基本概念17.2放大电路中的负反馈本章要求：掌握负反馈和正反馈的判别方法2.掌握负反馈对放大电路动态性能的影响3.了解正弦波振荡电路自激振荡的条件。4.了解LC振荡电路和RC振荡电路的工作原理。第17章电子电路中的反馈17.1.1负反馈与正反馈反馈：将电子电路（或某个系统）的输出端的信号(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反馈的基本概念反馈电子电路的方框图输出信号输入信号反馈信号净输入信号反馈电路F–基本放大电路A+反馈放大电路的三个环节：基本放大电路比较环节反馈电路反馈系数放大倍数净输入信号若比较的结果使净输入信号减小，因而输出信号也减小，称为负反馈。反之若比较的结果使净输入信号增大，因而输出信号也增大，称为正。反馈类型的判别步骤3)判别是交流或直流反馈？2)采用瞬时极性法判别正负反馈4)是负反馈！判断是何种类型的负反馈？1)找出反馈网络（一般是电阻、电容）。17.1.2负反馈与正反馈的判别方法例1：+–uf+–uduoRFuiR2R1+–++–+–RL设输入电压ui为正，差值电压ud=ui–ufuf削弱了净输入电压(差值电压)——负反馈RFR2uoui++–R1+–+–ud+––uf+差值电压ud=ui+ufuf增强了净输入电压(差值电压)——正反馈1)判别反馈元件（一般是电阻、电容）(1)连接在输入与输出之间的元件。(2)为输入回路与输出回路所共有的元件。净输入信号：ube=ui-ufuf削弱了净输入电压(差值电压)——负反馈例2：RB1RCC1C2RB2RERL+++UCCuiuo++––RSeS–+–ubeuf设输入电压ui为正，RB1RCC1C2RB2RERL+++UCCuiuo++––RSeS+–判断是交流反馈还是直流反馈交、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。ＣE例3：直流反馈：反馈只对直流分量起作用，反馈元件只能传递直流信号。负反馈：反馈削弱净输入信号，使放大倍数降低。在振荡器中引入正反馈，用以产生波形。交流反馈：反馈只对交流分量起作用，反馈元件只能传递交流信号。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。正反馈：反馈增强净输入信号，使放大倍数提高。引入交流负反馈的目的：改善放大电路的性能引入直流负反馈的目的：稳定静态工作点1.反馈的分类2.负反馈的类型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。电流负反馈具有稳定输出电流、增大输出电阻的作用。电压负反馈具有稳定输出电压、减小输出电阻的作用。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。17.2放大电路中的负反馈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。串联反馈使电路的输入电阻增大，并联反馈使电路的输入电阻减小。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+–uf+–uduoRFuiR2R1+–++–+–RL1.串联电压负反馈AuuFuu+–+–+–+–uoufuiud定义：17.2放大电路中的负反馈uf削弱了净输入电压(差值电压)——负反馈+–uf+–uduoRFuiR2R1+–++–+–RL1.串联电压负反馈反馈电压ui与uf串联,以电压形式比较——串联反馈反馈信号取自输出电压u0电压反馈——反馈过程：uoufuduo电压负反馈具有稳定输出电压的作用2.并联电压负反馈定义：uoRFuiR2R1++––++–RLiiidifAuiFiu+–+–uouiidiiif2.并联电压负反馈i1ifiduoRFuiR2R1++––++–RL－设输入电压ui为正，差值电流id=i1–ifif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——并联反馈特点：输入电阻低、输出电阻低3.串联电流负反馈定义：uouiR2RL+–++–ioR+–uf–+udAiuFui+–+–+–+–uoufuiudio3.串联电流负反馈uouiR2RL+–++–ioR+–uf–+ud设输入电压ui为正，差值电压ud=ui–ufuf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4.并联电流负反馈定义：RFR1uiR2RL+–++–ioRi1ifid－AiiFii+–uoio+–uiidiiif4.并联电流负反馈RFR1uiR2RL+–++–ioRi1ifid设输入电压ui为正，差值电流id=i1–ifif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－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。uf+–uo1uiR+–++–uo++–RLA1A2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uo1uiR++–uo++–RLA1A2i1ifid例1：ui与uf串联,以电压形式比较——串联反馈+uf–+–RB1RCC1C2RB2RERL++UCCuiuo++––RSeS+–ieube净输入信号：ube=ui-uf——负反馈反馈电压uf削弱了净输入电压uf正比于输出电流——电流反馈uf=ieREicRC分立元件的放大电路反馈类型的判别结论：反馈过程：电流负反馈具有稳定输出电流的作用反馈类型——串联电流负反馈RB1RCC1C2RB2RERL+++UCCuiuo++––RSeS+–IcUfUbeibIcuficRC+uf–+–ubeUbe=Ui-Uf例2：净输入信号：ii与if并联，以电流形式比较——并联反馈ii正半周时，if也是正半周，即两者同相——负反馈if正比于输出电压——电压反馈if与uo反相——并联电压负反馈+UCCRCC1RF++––RS+–C2++RLeSuiuoiiibifib=ii-ifIb=Ii-If可见Ib 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 )同相，所以AF是正实数负反馈时，|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Auiufud加反馈前加反馈后uo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。uoAF小接近正弦波正弦波ui4.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BWfBWf|Au|OBWfBWf|Au|O|A0||A0|5.对输入电阻的影响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uf+–~+–+–uduiri无负反馈时：有负反馈时：2)并联负反馈使电路的输入电阻降低if+–+–uiriiiid例：中频放大倍数|A0|=10³，反馈系数|F|=0.01在原上限、下限频率处 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 加入负反馈后，原上限、下限频率仍在通频带内，即通频带加宽了。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.对输出电阻的影响1Su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。21Su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217.3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 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 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Uo1，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。4.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。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、正弦波信号发生器、半导体接近开关等。17.3.2正弦波振荡电路一、RC振荡电路RC选频网络正反馈网络同相比例电路放大信号用正反馈信号uf作为输入信号选出单一频率的信号1.电路结构uf–+R++∞RFR1CRC–uO–+2.RC串并联选频网络的选频特性传输系数：。。RCRC。+–+–。式中：分析上式可知：仅当=o时，达最大值，且u2与u1同相，即网络具有选频特性，fo决定于RC。u1u2u2与u1波形相频特性（f）fo幅频特性ffo133.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f0处F=0满足相位平衡条件，所以振荡频率f0=12RC。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。振荡频率的调整++∞RFRCC–uO–+SSR1R2R3R3R2R1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AuF>1。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R++∞RFR1CRC–uO–+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R++∞RFR1CRC–uO–+稳幅过程：思考：若热敏电阻具有正温度系数，应接在何处？uotRFAu带稳幅环节的电路(2)IDUD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。R++∞RF2R1CRC–uO–+D1D2RF1稳幅环节带稳幅环节的电路（2）R++∞RF2R1CRC–uO–+D1D2RF1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>2R1。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=2R1，振荡稳定。二、LC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。（1）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uf+–LC+UCCRLC1RB1RB2RECE－－放大电路选频电路反馈网络在调节变压器反馈式振荡电路中，试解释下列现象：（1）对调反馈线圈的两个接头后就能起振；（2）调RB1、RB2或RE的阻值后即可起振；（3）改用β较大的晶体管后就能起振；（4）适当增加反馈线圈的圈数后就能起振；（5）适当增加L值或减小C值后就能起振；（6）反馈太强，波形变坏；（7）调整RB1、RB2或RE的阻值后可使波形变好；（8）负载太大不仅影响输出波形，有时甚至不能起振。例1：解:(2)调RB1、RB2或RE的阻值后即可起振；原反馈线圈接反，对调两个接头后满足相位条件；(1)对调反馈线圈的两个接头后就能起振；调阻值后使静态工作点合适，以满足幅度条件；(3)改用β较大的晶体管后就能起振；改用β较大的晶体管，以满足幅度条件；LC+UCCRLC1RB1RB2RECE解:(5)适当增加L值或减小C值后就能起振；增加反馈线圈的圈数，即增大反馈量，以满足幅度条件；(4)适当增加反馈线圈的圈数后就能起振；当适当增加L值或减小C值后,等效阻抗|Zo|增大，因而就增大了反馈量，容易起振；LC并联电路在谐振时的等效阻抗LC+UCCRLC1RB1RB2RECE解:(7)调整RB1、RB2或RE的阻值可使波形变好；反馈线圈的圈数过多或管子的β太大使反馈太强而进入非线性区，使波形变坏。(6)反馈太强，波形变坏；调阻值,使静态工作点在线性区，使波形变好；(8)负载太大不仅影响输出波形，有时甚至不能起振。负载大，就是增大了LC并联电路的等效电阻R。R的增大,一方面使|Zo|减小,因而反馈幅度减小,不易起振;也使品质因数Q减小,选频特性变坏,使波形变坏。LC+UCCRLC1RB1RB2RECE例2：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。+UCCC1RB1RB2RECELC试用相位平衡条件判断下图电路能否产生自激振荡－－－（2）三点式LC振荡电路1.电感三点式振荡电路正反馈放大电路选频电路反馈网络+UCCC1RB1RB2RECEL1CL2RC－－振荡频率通常改变电容C来调节振荡频率。反馈电压取自L2振荡频率一般在几十MHz以下。（3）电容三点式振荡电路正反馈放大电路反馈网络－－振荡频率通常再与线圈串联一个较小的可变电容来调节振荡频率。反馈电压取自C2+UCCC1RB1RB2RECEC1LC2RC反相振荡频率可达100MHz以上。选频电路例3：图示电路能否产生正弦波振荡,如果不能振荡，加以改正。L+UCCC1RB1RB2RECEC2解：直流电路合理。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－－－正反馈例4：半导体接近开关L2C2–UCCRE2T1RP1R2RE1CE1C1L1RP2L3T2T3KADR3RC2R4LC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。L2C2–UCCRE2T1RP1R2RE1CE1C1L1RP2L3T2T3KADR3RC2R4LC振荡器开关电路射极输出器继电器例4：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）L2L3L1移动的金属体感应头L2C2–UCCRE2T1RP1R2RE1CE1C1L1RP2L3T2T3KADR3RC2R4例4：半导体接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。L2L3L1移动的金属体感应头L2C2–UCCRE2T1RP1R2RE1CE1C1L1RP2L3T2T3KADR3RC2R4例4：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。L2C2–UCCRE2T1RP1R2RE1CE1C1L1RP2L3T2T3KADR3RC2R4例4：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。