模擬電子技術(shù)章四

第4章放大電路中的反饋與振蕩4.1反饋的基本概念4.2負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響4.3振蕩的基本概念 反饋是電子技術(shù)領(lǐng)域中的一個(gè)重要概念，它有正負(fù)之分。在放大電路的設(shè)計(jì)中，通常引入負(fù)反饋來(lái)改善放大器的性能，通過(guò)正反饋構(gòu)成各種振蕩器，產(chǎn)生各種波形信號(hào)。本章從反饋的基本概念入手，對(duì)反饋進(jìn)行分類，分析負(fù)反饋對(duì)放大性能的影響，介紹深度負(fù)反饋的一般計(jì)算方法，最后討論負(fù)反饋電路形成自激振蕩條件和多種波形發(fā)生電路。4.1反饋的基本概念 在許多實(shí)際的電子電路中均存在著某種類型的反饋，反饋的概念和理論在工程領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用。反饋的定義 所謂反饋就是把電子電路的輸出量（輸出電壓或電流）或輸出量的一部分，通過(guò)一定的電路回送到它的輸入端。在第2章中提到的工作點(diǎn)穩(wěn)定電路就是一個(gè)典型的示例，現(xiàn)將電路圖重畫為圖4.1。

圖4.1工作點(diǎn)穩(wěn)定電路反饋的分類及判斷 帶反饋的放大器稱為反饋放大器，在反饋放大器中，輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器放大后送到輸出端，而輸出信號(hào)又經(jīng)過(guò)反饋網(wǎng)絡(luò)反向傳遞到輸入端，形成閉合環(huán)路，這種狀況稱之為閉環(huán)，反饋放大器又叫閉環(huán)放大器。一個(gè)反饋放大器通常由基本放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。假定用A表示基本放大器，用F來(lái)表示反饋網(wǎng)絡(luò)，可以用圖4.2所示的方框圖來(lái)表示各種類型的反饋。圖4.2反饋放大電路方框圖根據(jù)反饋極性的不同，可以將反饋分為正反饋和負(fù)反饋。如果引入的反饋信號(hào)增強(qiáng)了外加輸入信號(hào)的作用，也即是說(shuō)在求和環(huán)節(jié)為同相求和形式而使凈輸入信號(hào)比外加輸入信號(hào)幅度更大，從而使放大電路的放大倍數(shù)得以提高，這樣的反饋為正反饋。如果反饋信號(hào)在求和環(huán)節(jié)與輸入信號(hào)為反相求和（即相減）方式而使凈輸入信號(hào)比外加輸入信號(hào)幅度減少，也即是削弱了外加輸入信號(hào)的作用，從而使放大電路的放大倍數(shù)減低，這樣的反饋為負(fù)反饋。那如何來(lái)判斷一個(gè)電路中引入的反饋到底是正反饋還是負(fù)反饋呢？最常用的判斷方法是瞬時(shí)極性法。首先假定輸入信號(hào)在某一時(shí)刻的瞬時(shí)極性（一般假定為瞬時(shí)正極性，用+來(lái)表示），按照基本放大器的信號(hào)傳遞方向，逐級(jí)傳遞至輸出端，再由輸出端的瞬時(shí)極性順著反饋網(wǎng)絡(luò)的方向逐級(jí)傳遞回輸入回路，最后根據(jù)反饋到輸入回路信號(hào)的瞬時(shí)極性是增強(qiáng)還是削弱了原來(lái)的信號(hào)，來(lái)判斷反饋的類型。具體方法和步驟可以描述如下。(1)信號(hào)傳遞過(guò)程中，極性的傳遞規(guī)律：通常以接地點(diǎn)為參考點(diǎn)，假定原輸入信號(hào)為瞬時(shí)正極性，順著閉環(huán)放大電路的傳遞方向逐級(jí)傳遞。對(duì)于線性元件構(gòu)成的電路，傳遞時(shí)不改變極性，對(duì)于非線性元件構(gòu)成的電路，則可依據(jù)圖4.3原則傳遞極性。圖4.3極性傳遞原則 而對(duì)于集成的放大電路，極性傳遞方法就更簡(jiǎn)單，集成放大電路有兩個(gè)輸入端，其中一個(gè)與輸出端同相，即相同極性，也稱其為同相輸入端，另一個(gè)輸入端為反相輸入端,即輸出和輸入極性相反。(2)判斷反饋信號(hào)和原輸入信號(hào)共同作用于放大器的總效果。放大器的輸入有兩個(gè)端子（信號(hào)端和參考地端），反饋的引入便有如下兩種形式。①若反饋信號(hào)和原輸入信號(hào)作用于同一端子（即并聯(lián)形式），則求和環(huán)節(jié)為電流求和形式，當(dāng)二者極性相同時(shí)為正反饋，二者極性相反時(shí)為負(fù)反饋。 ②若反饋信號(hào)和原輸入信號(hào)作用于不同的端子（即串聯(lián)形式）則求和環(huán)節(jié)為回路電壓求和形式，當(dāng)二者極性相同時(shí)為負(fù)反饋，二者極性相反時(shí)為正反饋。4.2負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響 直流反饋的作用是穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，對(duì)放大電路的動(dòng)態(tài)性能沒(méi)有影響。而不同類型的交流負(fù)反饋將對(duì)放大電路的性能產(chǎn)生不同的影響，是用來(lái)改善放大器技術(shù)指標(biāo)的主要方法和手段，也是本章討論的重點(diǎn)。下面就交流負(fù)反饋的不同類型進(jìn)行詳細(xì)分析。負(fù)反饋的4種組態(tài) 根據(jù)反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大電路在輸出、輸入端連接方式的不同，可以將負(fù)反饋分為4種形式，也即有4種組態(tài)。如圖4.5所示。(1)電壓串聯(lián)負(fù)反饋。(2)電流串聯(lián)負(fù)反饋。(3)電流并聯(lián)負(fù)反饋。(4)電壓并聯(lián)負(fù)反饋。圖4.5負(fù)反饋的4種組態(tài)一般說(shuō)來(lái)，根據(jù)反饋信號(hào)在放大電路輸出端連接方式的不同，可以分為電壓反饋和電流反饋。如果反饋信號(hào)取自輸出端電壓，稱為電壓反饋；如果反饋信號(hào)取自輸出電流，稱為電流反饋。一般可假設(shè)將輸出端交流短路，如果這時(shí)沒(méi)有反饋信號(hào)，則為電壓反饋，反之則為電流反饋。根據(jù)反饋信號(hào)在放大電路輸入端連接方式的不同，可分為串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋。如反饋信號(hào)與輸入信號(hào)在輸入回路串聯(lián)即為串聯(lián)反饋；如反饋信號(hào)與輸入信號(hào)在輸入回路并聯(lián)即為并聯(lián)反饋。下面結(jié)合圖4.6所示的電路分別進(jìn)行介紹，找出各種負(fù)反饋電路的判斷方法及特點(diǎn)。圖4.三6負(fù)反三饋放三大電三路1.電壓三串聯(lián)三負(fù)反三饋2.電壓三并聯(lián)三負(fù)反三饋3.電流三串聯(lián)三負(fù)反三饋4.電流三并聯(lián)三負(fù)反三饋負(fù)反三饋對(duì)三放大三器性三能的三影響從前三面的三分析三可知三，負(fù)三反饋三雖然三使放三大器三的放三大倍三數(shù)下三降，三但能三使電三路趨三于穩(wěn)三定，三如電三壓負(fù)三反饋三將穩(wěn)三定輸三出電三壓，三電流三負(fù)反三饋將三穩(wěn)定三輸出三電流三。當(dāng)三然，三負(fù)反三饋還三能從三其他三的方三面改三善放三大器三的性三能，三下面三分別三進(jìn)行三介紹三。1.提高三放大三倍數(shù)三的穩(wěn)三定性負(fù)反三饋的三引入三最直三接的三效果三就是三使輸三出趨三于穩(wěn)三定，三也就三是增三加放三大倍三數(shù)的三穩(wěn)定三性。2.減少三非線三性失三真由于三放大三器的三核心三元件三為有三源器三件，三而有三源器三件本三身是三非線三性的三，所三以，三當(dāng)輸三入信三號(hào)為三正弦三波時(shí)三，輸三出信三號(hào)將三或多三或少三地產(chǎn)三生非三線性三失真三。3.擴(kuò)展三頻帶由于三放大三電路三中存三在一三些電三抗性三元件三（如三耦合三電容三，旁三路電三容等三），三且三三極管三本身三還存三在電三容效三應(yīng)，三這樣三，放三大電三路的三放大三倍數(shù)三必然三受到三信號(hào)三頻率三的影三響，三頻率三過(guò)高三或過(guò)三低都三可能三引起三放大三器的三放大三倍數(shù)三下降三。通三常把三使放三大器三放大三倍數(shù)三下降三為其三在中三頻區(qū)三放大三倍數(shù)三的0.三7倍時(shí)三的頻三率稱三為截三止頻三率，三在高三頻段三的截三止頻三率為三上限三截止三頻率三，用fH表示三，在三低頻三段的三截止三頻率三為下三限截三止頻三率，三用fL表示三。用BW三=fH-fL表示三放大三器的三通頻三帶，三或稱三帶寬三。4.對(duì)放三大器三輸入三、輸三出電三阻的三影響不同三組態(tài)三的負(fù)三反饋三，對(duì)三輸入三電阻三、輸三出電三阻將三產(chǎn)生三不同三的影三響，三影響三的程三度與三反饋三深度三有關(guān)三。一般三來(lái)說(shuō)三，反三饋信三號(hào)與三輸入三信號(hào)三在輸三入回三路的三連接三形式三直接三影響三放大三器的三輸入三電阻三。串聯(lián)三負(fù)反三饋將三增大三輸入三電阻三。并聯(lián)三負(fù)反三饋將三減少三輸入三電阻三。同樣三，反三饋信三號(hào)與三輸出三信號(hào)三在輸三出回三路的三連接三形式三直接三影響三放大三器的三輸出三電阻三。電壓三負(fù)反三饋將三減少三輸出三電阻三。電流三負(fù)反三饋將三增大三輸出三電阻三。深度三負(fù)反三饋對(duì)三放大三器的三分析三計(jì)算第2章介三紹的三微變?nèi)刃娐啡扇杂萌齺?lái)分三析計(jì)三算各三種放三大電三路，三當(dāng)然三也包三括負(fù)三反饋三放大三電路三，但三當(dāng)電三路結(jié)三構(gòu)比三較復(fù)三雜時(shí)三，計(jì)三算會(huì)三變得三很復(fù)三雜，三所以三，微三變等三效電三路法三一般三只用三來(lái)計(jì)三算簡(jiǎn)三單的三負(fù)反三饋電三路。注意三：在三進(jìn)行三深度三負(fù)反三饋放三大電三路的三電壓三放大三倍數(shù)三計(jì)算三時(shí)，三計(jì)算三結(jié)果三時(shí)正三時(shí)負(fù)三，確三定符三號(hào)有三沒(méi)有三錯(cuò)誤三，關(guān)三鍵看三基本三放大三電路三的構(gòu)三成：三由幾三級(jí)放三大電三路構(gòu)三成？三每級(jí)三采用三的是三什么三組態(tài)三？如三共射三組態(tài)三是反三相放三大，三其余三兩種三組態(tài)三是同三相放三大；三如該三級(jí)由三集成三運(yùn)放三構(gòu)成三，那三信號(hào)三從同三相端三輸入三便是三同相三放大三，信三號(hào)從三反相三端輸三入便三是反三相放三大。4.三3振蕩三的基三本概三念引入三負(fù)反三饋能三夠改三善放三大電三路的三性能三指標(biāo)三，并三且改三善的三程度三取決三于反三饋深三度|1三+A三F|的大三小，三反饋三越深三，放三大電三路的三性能三越優(yōu)三良。然而三，反三饋太三深，三有時(shí)三放大三電路三就不三再穩(wěn)三定工三作，三而產(chǎn)三生自三激振三蕩現(xiàn)三象。三此時(shí)三，輸三入端三即使三不加三任何三信號(hào)三，放三大器三也有三一定三頻率三和幅三度的三信號(hào)三輸出三。這三樣，三輸出三信號(hào)三不受三輸入三信號(hào)三控制三，放三大電三路將三不能三正常三工作三。當(dāng)負(fù)三反饋三電路三在某三一頻三率下三產(chǎn)生三的附三加相三移滿三足上三述相三位條三件時(shí)三，負(fù)三反饋三電路三已經(jīng)三轉(zhuǎn)變?nèi)蓪?shí)三際的三正反三饋電三路。負(fù)反三饋放三大電三路要三產(chǎn)生三自激三振蕩三，必三須同三時(shí)滿三足幅三度條三件和三相位三條件三。所三以，三為使三負(fù)反三饋放三大電三路能三夠穩(wěn)三定地三工作三，就三要設(shè)三法破三壞上三述條三件，三即①三不三讓電三路滿三足相三位條三件；三②三在滿三足相三位條三件的三情況三下，三|A三F＜三1|三。由于三反饋三網(wǎng)絡(luò)三多由三電阻三構(gòu)成三，一三般不三存在三附加三相移三，所三以附三加相三移主三要由三基本三放大三電路三產(chǎn)生三，單三級(jí)的三放大三電路三在高三頻或三低頻三區(qū)間三相當(dāng)三于一三級(jí)R三C電三路，三所以三其附三加相三移為三±9三0°三；而三對(duì)于三三級(jí)三或三三級(jí)以三上的三放大三電路三，其三附加三相移三將超三過(guò)±三18三0°三，在三其附三加相三移為三±1三80三°時(shí)三，其三放大三倍數(shù)三還可三能比三較大三，有三可能三滿足三|A三F|三≥1三，三從而三產(chǎn)生三自激三振蕩三。因三此，三在深三度負(fù)三反饋三時(shí)，三由于三反饋三電路三級(jí)數(shù)三較多三，|三AF三|又三大，三所以三容易三引起三自激三振蕩三。顯然三，為三了使三放大三電路三能夠三穩(wěn)定三工作三，最三簡(jiǎn)單三的辦三法就三是避三免引三入兩三級(jí)以三上的三級(jí)間三反饋三。但三在工三程實(shí)三際中三，為三顯著三地改三善放三大器三的性三能，三又往三往需三要加三強(qiáng)負(fù)三反饋三，解三決矛三盾的三常用三方法三就是三采取三相位三補(bǔ)償三。負(fù)三反饋三電路三的自三激振三蕩常三發(fā)生三在高三頻區(qū)三，可三以通三過(guò)在三基本三放大三電路三或反三饋網(wǎng)三絡(luò)中三添加三一些三電阻三、電三容等三元件三，改三變放三大電三路的三高頻三特性三，從三而破三壞自三激振三蕩的三條件三。常三用的三相位三補(bǔ)償三方法三有兩三種：三滯后三補(bǔ)償三和超三前補(bǔ)三償，三如圖三4.三10三所示三。圖4.三10自激三振蕩三的相三位補(bǔ)三償正弦三波振三蕩電三路實(shí)際三上，三各種三類型三的振三蕩器三在實(shí)三踐中三被廣三泛地三采用三。電三子技三術(shù)實(shí)三驗(yàn)中三使用三的低三頻信三號(hào)發(fā)三生器三就是三一種三正弦三波振三蕩電三路；三非正三弦波三（方三波、三鋸齒三波等三）發(fā)三生器三在測(cè)三量設(shè)三備、三數(shù)字三系統(tǒng)三及自三動(dòng)控三制系三統(tǒng)中三的應(yīng)三用也三十分三廣泛三。在農(nóng)三業(yè)生三產(chǎn)、三生物三醫(yī)學(xué)三等領(lǐng)三域中三，高三頻感三應(yīng)加三熱、三超聲三波焊三接、三超聲三探傷三、核三磁共三振成三象等三，都三利用三了功三率或三大或三小，三頻率三或高三或低三的振三蕩器三。在無(wú)三線電三通信三、廣三播電三視系三統(tǒng)中三，都三需要三射頻三發(fā)射三，它三把音三頻、三視頻三信號(hào)三或脈三沖信三號(hào)運(yùn)三載發(fā)三送出三去，三這都三離不三開高三頻的三正弦三波振三蕩電三路。1.三R三C文氏三電橋三振蕩三器2.其他三形式三的正三弦波三振蕩三電路石英三晶體三振蕩三器1.正弦三波振三蕩器三的頻三率穩(wěn)三定問(wèn)三題2.石英三晶體三的基三本特三性和三等效三電路石英三晶體三振蕩三器之三所以三有極三高的三頻率三穩(wěn)定三度，三是由三于石三英晶三體有三極高三的Q值。石三英晶三體是三一種三各向三異性三的結(jié)三晶體三，從三一塊三晶體三上按三一定三的方三向切三下一三薄片三晶體三，然三后在三晶片三的兩三面均三涂上三敷銀三層并三裝上三一對(duì)三金屬三極板三，就三可以三構(gòu)成三石英三晶體三產(chǎn)品三。如果三在石三英晶三片的三兩極三加上三一電三場(chǎng)，三晶體三會(huì)產(chǎn)三生機(jī)三械變?nèi)巍Ｈ粗?，如三果在三晶片三的兩三極板三間加三上機(jī)三械力三，會(huì)三使晶三片在三相應(yīng)三的方三向產(chǎn)三生電三場(chǎng)，三這種三現(xiàn)象三稱為三“壓三電效三應(yīng)”三。如三果在三極板三間所三加的三是交三變電三