第四章電子電路中的反饋

第17章電子電路中的反饋17.1反饋的基本概念17.2放大電路中的負(fù)反饋17.3振蕩電路中的正反饋17.1反饋的基本概念17.1.1負(fù)反饋和正反饋反饋就是將輸出量(電壓或電流)送到輸入回路。反饋量輸入量輸出量凈輸入＋-引入反饋網(wǎng)絡(luò)的放大電路形成了一個(gè)回路，稱為閉環(huán)系統(tǒng)。否則是開環(huán)系統(tǒng)。1.反饋的定義2.反饋的分類1)正反饋和負(fù)反饋反饋信號使凈輸入

增加的反饋稱為正反饋。反饋信號使凈輸入

減少的反饋稱為負(fù)反饋。這里所說的信號一般是指交流信號，所以判斷正負(fù)反饋，就要判斷反饋信號與輸入信號的相位關(guān)系，同相是正反饋，反相是負(fù)反饋。2)直流反饋和交流反饋

直流通路的為直流反饋，交流通路的為交流反饋。3)電壓反饋與電流反饋(從輸出端判斷)反饋信號取自輸出電壓時(shí)，稱為電壓反饋。反饋信號取自輸出電流時(shí)，稱為電流反饋。4)串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋(從輸入端判斷)反饋信號與輸入信號滿足KVL時(shí)，為串聯(lián)反饋。反饋信號與輸入信號滿足KCL時(shí)，為并聯(lián)反饋。3.為什么引入反饋？輸出量應(yīng)該只由輸入量決定，但事實(shí)上受外界干擾因素的影響，會使輸出量在輸入量一定時(shí)，發(fā)生變化；所以為了使放大電路在輸入量一定時(shí)，輸出量也保持一定，從而引入反饋；即將變化了的輸出量引回到輸入回路，在輸入量與反饋量共同作用下，使輸出量保持一定。俗語說：以“毒”攻“毒”現(xiàn)在是：以“變化”應(yīng)“變化”4.反饋類型的判斷方法1)反饋電路的查找凡是有信號從輸出端流向輸入端，并且用來影響輸入量的電路，即可認(rèn)為存在反饋。－＋＋A0

uo

uI－＋＋A0

uo

uIR1R2－＋＋A0

uo

uIR有反饋通路，并且影響凈輸入有反饋通路，但沒有影響凈輸入2)反饋類型的判斷步驟(1)正、負(fù)反饋的判斷；(2)交、直流反饋的判斷；(3)電壓、電流反饋的判斷；(4)串、并聯(lián)反饋的判斷。（1）反饋極性的判斷：瞬時(shí)極性法假設(shè)輸入信號的極性（＋），由此判斷各相關(guān)點(diǎn)電位的極性、電流方向（主要是判斷出輸出信號的極性），結(jié)合輸出信號的極性判斷反饋信號的極性，若使凈輸入量增大的就為正反饋，反之為負(fù)反饋（和未引入反饋時(shí)比較）。－＋＋A0

uo

uIR2R1

uP－＋＋A0

uo

uIR2R1

uP+_++++__引入負(fù)反饋引入正反饋－＋＋A0

uo

uIR2

uNR1+_

iI

iF

iN引入負(fù)反饋（2）交流反饋與直流反饋交流反饋：反饋只對交流信號起作用。直流反饋：反饋只對直流起作用。若在反饋網(wǎng)絡(luò)中串接隔直電容，則可以隔斷直流，此時(shí)反饋只對交流起作用。在起反饋?zhàn)饔玫碾娮鑳啥瞬⒙?lián)旁路電容，可以使其只對直流起作用。有的反饋只對交流信號起作用；有的反饋只對直流信號起作用；有的反饋對交、直流信號均起作用。增加隔直電容C后，Rf只對交流起反饋?zhàn)饔谩?–C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2CEC3C2+ECuoui+–T1T2RfRE1C增加旁路電容C后，Rf只對直流起反饋?zhàn)饔?。C+–C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2CEC3C2+ECuoui+–T1T2RfRE1（3）電壓反饋和電流反饋電壓反饋：反饋信號取自輸出電壓信號。電流反饋：反饋信號取自輸出電流信號。根據(jù)反饋所采樣的信號不同，可以分為電壓反饋和電流反饋。如何判斷電路引入的是電壓反饋還是電流反饋？經(jīng)驗(yàn)方法：令輸出電壓U0＝0，若反饋不存在，則為電壓反饋；若反饋依然存在，則為電流反饋。電壓反饋的判斷電流反饋的判斷電壓負(fù)反饋：可以穩(wěn)定輸出電壓、減小輸出電阻。電流負(fù)反饋：可以穩(wěn)定輸出電流、增大輸出電阻。根據(jù)反饋信號在輸入端與輸入信號比較形式的不同，可以分為串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋。串聯(lián)反饋：反饋信號與輸入信號串聯(lián)，即反饋電壓信號與輸入信號電壓比較。并聯(lián)反饋：反饋信號與輸入信號并聯(lián)，即反饋信號電流與輸入信號電流比較。（4）串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋經(jīng)驗(yàn)判斷法：反饋元件的一端（非地端）在輸入回路中接在UI所在的那個(gè)端即為并聯(lián)反饋，否則為串聯(lián)反饋。iifibib=i-if并聯(lián)反饋ufuiubeube=ui-uf串聯(lián)反饋串聯(lián)反饋使電路的輸入電阻增大；并聯(lián)反饋使電路的輸入電阻減小。例：判斷反饋的極性，反饋的組態(tài)。電流串聯(lián)交直流負(fù)反饋負(fù)反饋交流反饋直流反饋電壓串聯(lián)負(fù)反饋電壓并聯(lián)負(fù)反饋電流串聯(lián)負(fù)反饋電流并聯(lián)負(fù)反饋穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)負(fù)反饋的分類小結(jié)四種組態(tài)電壓串聯(lián)負(fù)反饋電流串聯(lián)負(fù)反饋電壓并聯(lián)負(fù)反饋電流并聯(lián)負(fù)反饋17.1.2交流負(fù)反饋的四種組態(tài)分析17.2

運(yùn)算放大器電路中的負(fù)反饋1.

并聯(lián)電壓負(fù)反饋i1if

iduoRFuiR2R1++––++–RL－設(shè)輸入電壓ui

為正，差值電流id=i1–

if各電流的實(shí)際方向如圖if削弱了凈輸入電流(差值電流)

——負(fù)反饋反饋電流取自輸出電壓——電壓反饋

反饋信號與輸入信號在輸入端以電流的形式比較——并聯(lián)反饋17.2.1

反饋的類型2.

串聯(lián)電壓負(fù)反饋+–uf+–uduoRFuiR2R1+–++–+–RL設(shè)輸入電壓ui

為正，差值電壓ud=ui

–

uf各電壓的實(shí)際方向如圖uf

削弱了凈輸入電壓(差值電壓)

——負(fù)反饋反饋電壓取自輸出電壓——電壓反饋反饋信號與輸入信號在輸入端以電壓的形式比較

——串聯(lián)反饋3.

串聯(lián)電流負(fù)反饋uouiR2RL+–++–ioR+–uf–+ud設(shè)輸入電壓ui

為正，差值電壓ud=ui

–

uf各電壓的實(shí)際方向如圖uf

削弱了凈輸入電壓(差值電壓)

——負(fù)反饋反饋電壓取自輸出電流——電流反饋

反饋信號與輸入信號在輸入端以電壓的形式比較

——串聯(lián)反饋uf=Rio特點(diǎn)：輸出電流io

與負(fù)載電阻RL無關(guān)

——同相輸入恒流源電路或電壓-電流變換電路4.

并聯(lián)電流負(fù)反饋RFR1uiR2RL+–++–ioRi1ifid設(shè)輸入電壓ui

為正，差值電流id=i1–

if各電流的實(shí)際方向如圖if削弱了凈輸入電流(差值電流)——負(fù)反饋反饋電流取自輸出電流——電流反饋

反饋信號與輸入信號在輸入端以電流的形式比較

——并聯(lián)反饋－特點(diǎn)：輸出電流io

與負(fù)載電阻RL無關(guān)

——反相輸入恒流源電路運(yùn)算放大器電路反饋類型的判別方法：

1.反饋電路直接從輸出端引出的，是電壓反饋；從負(fù)載電阻RL的靠近“地”端引出的，是電流反饋；

2.輸入信號和反饋信號分別加在兩個(gè)輸入端（同相和反相）上的，是串聯(lián)反饋；加在同一個(gè)輸入端（同相或反相）上的，是并聯(lián)反饋；

3.對串聯(lián)反饋，輸入信號和反饋信號的極性相同時(shí)，是負(fù)反饋；極性相反時(shí)，是正反饋；

4.對并聯(lián)反饋，凈輸入電流等于輸入電流和反饋電流之差時(shí)，是負(fù)反饋；否則是正反饋。。例1：試判別下圖放大電路中從運(yùn)算放大器A2輸出端引至A1輸入端的是何種類型的反饋電路。uf+–uo1uiR+–++–uo++–RLA1A2解：因反饋電路直接從運(yùn)算放大器A2的輸出端引出，所以是電壓反饋；因輸入信號和反饋信號分別加在反相輸入端和同相輸入端上，所以是串聯(lián)反饋；因輸入信號和反饋信號的極性相同，所以是負(fù)反饋。－－電壓串聯(lián)負(fù)反饋先在圖中標(biāo)出各點(diǎn)的瞬時(shí)極性及反饋信號；例2：試判別下圖放大電路中從運(yùn)算放大器A2輸出端引至A1輸入端的是何種類型的反饋電路。解：因反饋電路是從運(yùn)算放大器A2的負(fù)載電阻RL的靠近“地”端引出的，所以是電流反饋；因輸入信號和反饋信號均加在同相輸入端上，所以是并聯(lián)反饋;因凈輸入電流id等于輸入電流和反饋電流之差，所以是負(fù)反饋。電流并聯(lián)負(fù)反饋uo1uiR++–uo++–RLA1A2i1ifid一、對放大倍數(shù)的影響負(fù)反饋使放大倍數(shù)下降。引入負(fù)反饋使電路的穩(wěn)定性提高。(2)17.2.2負(fù)反饋對放大電路的影響二、改善波形的非線性失真AouiAouiuoFuduo加反饋前加反饋后uf三、對輸入、輸出電阻的影響1.串聯(lián)反饋使電路的輸入電阻增加：（與沒有反饋時(shí)比較）根據(jù)定義分別求。2.并聯(lián)反饋使電路的輸入電阻減?。?.電壓反饋使電路的輸出電阻減?。?.電流反饋使電路的輸出電阻增加：四種反饋類型ri和ro的影響串聯(lián)電壓串聯(lián)電流并聯(lián)電壓并聯(lián)電流ri增高增高減低減低ro減低增高減低增高四、

展寬通頻帶

由于耦合電容和三極管極間電容的存在，使得電壓放大倍數(shù)在低頻段和高頻段都有所下降。即頻帶較窄。引入負(fù)反饋后，設(shè)為常量。17.3振蕩電路中的正反饋17.3.1

自激振蕩17.3.2

RC振蕩電路17.3.3

LC振蕩電路

1Su1.

定義：放大電路在無輸入信號的情況下，就能輸出一定頻率和幅值的交流信號的現(xiàn)象。開關(guān)合在“1”為無反饋放大電路。21Su開關(guān)合在“2”為有反饋放大電路，開關(guān)合在“2”時(shí),，去掉ui

仍有穩(wěn)定的輸出。反饋信號代替了放大電路的輸入信號。自激振蕩狀態(tài)217.3振蕩電路中的正反饋17.3.1

自激振蕩2.自激振蕩的條件(1)幅度條件：(2)相位條件：n是整數(shù)

相位條件意味著振蕩電路必須是正反饋；

幅度條件表明反饋放大器要產(chǎn)生自激振蕩，還必須有足夠的反饋量(可以通過調(diào)整放大倍數(shù)A

或反饋系數(shù)F達(dá)到)。自激振蕩的條件3.起振及穩(wěn)幅振蕩的過程設(shè)：Uo

是振蕩電路輸出電壓的幅度，

B是要求達(dá)到的輸出電壓幅度。起振時(shí)Uo

0，達(dá)到穩(wěn)定振蕩時(shí)Uo

=B。起振過程中Uo

<B，要求AuF

>

1，穩(wěn)定振蕩時(shí)Uo

=B，要求AuF

=

1，從AuF

>

1到AuF

=

1，就是自激振蕩建立的過程?？墒馆敵鲭妷旱姆炔粩嘣龃?。使輸出電壓的幅度得以穩(wěn)定。起始信號的產(chǎn)生：在電源接通時(shí)，會在電路中激起一個(gè)微小的擾動信號，它是個(gè)非正弦信號，含有一系列頻率不同的正弦分量。4.正弦波振蕩電路的組成(1)放大電路:放大信號(2)反饋網(wǎng)絡(luò):必須是正反饋，反饋信號即是

放大電路的輸入信號(3)選頻網(wǎng)絡(luò):

保證輸出為單一頻率的正弦波

即使電路只在某一特定頻率下滿

足自激振蕩條件(4)穩(wěn)幅環(huán)節(jié):

使電路能從AuF

>1，過渡到

AuF

=1，從而達(dá)到穩(wěn)幅振蕩。17.3.2RC振蕩電路RC選頻網(wǎng)絡(luò)正反饋網(wǎng)絡(luò)同相比例電路放大信號用正反饋信號uf作為輸入信號選出單一頻率的信號1.電路結(jié)構(gòu)uf–+R++∞RFR1CRC–uO

–+2.RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性傳輸系數(shù)：。。RCRC。+–+–。式中

：分析上式可知：僅當(dāng)=o時(shí)，達(dá)最大值，且u2與u1同相，即網(wǎng)絡(luò)具有選頻特性，fo決定于RC

。穩(wěn)定振蕩條件AuF

=1，|F|=1/3，則起振條件AuF

>1，因?yàn)閨F|=1/3，則考慮到起振條件AuF

>1,一般應(yīng)選取RF

略大2R1。如果這個(gè)比值取得過大，會引起振蕩波形嚴(yán)重失真。

由運(yùn)放構(gòu)成的RC串并聯(lián)正弦波振蕩電路不是靠運(yùn)放內(nèi)部的晶體管進(jìn)入非線性區(qū)穩(wěn)幅，而是通過在外部引入負(fù)反饋來達(dá)到穩(wěn)幅的目的。3.工作原理17.3.3LC振蕩電路

LC振蕩電路的選頻電路由電感和電容構(gòu)成，可以產(chǎn)生高頻振蕩(幾百千赫以上)。由于高頻運(yùn)放價(jià)格較高，所以一般用分離元件組成放大電路。本節(jié)只對

LC振蕩電路的結(jié)構(gòu)和工作原理作簡單介紹。一、變