電子電路中的反饋

第17章電子電路中的反響17.1反響的根本概念17.2放大電路中的負(fù)反響17.3振蕩電路中的正反響第17章電子電路中的反響本章要求：1.能判別電子電路中的直流反響和交流反響、正反響和負(fù)反響以及負(fù)反響的四種類型;2.了解負(fù)反響對放大電路任務(wù)性能的影響；3.了解正弦波振蕩電路自激振蕩的條件；4.了解RC振蕩電路和LC振蕩電路的任務(wù)原理。RB1RCC1C2RB2RERL+++UCCuiuo++––17.1.1負(fù)反響與正反響反響：將放大電路輸出端的信號(電壓或電流)的一部分或全部經(jīng)過某種電路引回到輸入端。17.1反響的根本概念esRB+UCCC1C2RERLui+–uo+–+++–RS經(jīng)過RE將輸出電流反響到輸入經(jīng)過RE將輸出電壓反響到輸入(b)帶反響(a)不帶反響A電子電路方框圖+–A—凈輸入信號—反響信號—輸出信號凈輸入信號：F反響電路比較環(huán)節(jié)—輸入信號根本放大電路假設(shè)三者同相，那么Xd=Xi-Xf,即Xd<Xi,此時,反響信號減弱了凈輸入信號,電路為負(fù)反響。假設(shè)Xd>Xi，即反響信號起了加強(qiáng)凈輸入信號的作用那么為正反響。17.1.2負(fù)反響與正反響的判別方法利用瞬時極性法判別負(fù)反響與正反響的步驟：2.假設(shè)電路中某點的瞬時電位高于參考點(對交流為電壓的正半周)，那么該點電位的瞬時極性為正(用表示)；反之為負(fù)(用表示)。－4.假設(shè)反響信號與輸入信號加在同一輸入端(或同一電極)上，兩者極性相反時，凈輸入電壓減小,為負(fù)反響；反之，極性一樣為正反響。3.假設(shè)反響信號與輸入信號加在不同輸入端(或兩個電極)上，兩者極性一樣時，凈輸入電壓減小,為負(fù)反響；反之，極性相反為正反響。1.設(shè)接“地〞參考點的電位為零。+–uf+–ud設(shè)輸入電壓ui為正，差值電壓ud=ui–uf各電壓的實踐方向如圖uf減小了凈輸入電壓(差值電壓)——負(fù)反響

uoRFuiR2R1+–++

–

+–例1：uoRFuiR2R1+–++

–

+–例2：設(shè)輸入電壓ui為正，差值電壓ud=ui+uf各電壓的實踐方向如圖uf增大了凈輸入電壓——正反響

－–+uf–+ud

－在振蕩器中引入正反響，用以產(chǎn)生波形。在放大電路中，出現(xiàn)正反響將使放大器產(chǎn)生自激振蕩，使放大器不能正常任務(wù)。例3：RB1RCC1C2RB2RERL+++UCCuiuo++––設(shè)輸入電壓ui為正，差值電壓ube=ui–uf各電壓的實踐方向如圖uf減小了凈輸入電壓——負(fù)反響

RBRER'Luiuo++––交流通路+–uf+–ube－ie交、直流分量的信號均可經(jīng)過RE，所以RE引入的是交、直流反響。假設(shè)有發(fā)射極旁路電容，RE中僅有直流分量的信號經(jīng)過，這時RE引入的那么是直流反響。引入交流負(fù)反響的目的：改善放大電路的性能引入直流負(fù)反響的目的：穩(wěn)定靜態(tài)任務(wù)點17.2放大電路中的負(fù)反響17.7.1負(fù)反響的分類(1)根據(jù)反響所采樣的信號不同，可以分為電壓反響和電流反響。假設(shè)反響信號取自輸出電壓，叫電壓反響。假設(shè)反響信號取自輸出電流，叫電流反響。(2)根據(jù)反響信號在輸入端與輸入信號比較方式的不同，可以分為串聯(lián)反響和并聯(lián)反響。反響信號與輸入信號串聯(lián)，即反響信號與輸入信號以電壓方式作比較，稱為串聯(lián)反響。反響信號與輸入信號并聯(lián)，即反響信號與輸入信號以電流方式作比較，稱為并聯(lián)反響。1.串聯(lián)電壓負(fù)反響+–uf+–ud設(shè)輸入電壓ui為正，差值電壓ud=ui–ufuf減弱了凈輸入電壓(差值電壓)—負(fù)反響反響電壓取自輸出電壓—電壓反響反響信號與輸入信號在輸入端以電壓的方式比較—串聯(lián)反響

AF+–ufuduiuO(b)方框圖(a)電路uoRFuiR2R1+–++

–

+–RL各電壓的實踐方向如圖2.并聯(lián)電壓負(fù)反響－

設(shè)輸入電壓ui為正，差值電流id=i1–if各電流的實踐方向如圖if減弱了凈輸入電流(差值電流)—負(fù)反響反響電流取自輸出電壓—電壓反響反響信號與輸入信號在輸入端以電流的方式比較——并聯(lián)反響uoRFuiR2R1+–++

–

+–RLi1ifidAF+–ifidiiuO(b)方框圖(a)電路3.串聯(lián)電流負(fù)反響+–uf–+ud設(shè)輸入電壓ui為正，差值電壓ud=ui–uf各電壓的實踐方向如圖uf減弱了凈輸入電壓(差值電壓)—負(fù)反響反響電壓取自輸出電流—電流反響反響信號與輸入信號在輸入端以電壓的方式比較—串聯(lián)反響

uf=Rio特點: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。uouiR2RL+–++

–

ioR+–(a)電路AF+–ufuduiiO(b)方框圖4.并聯(lián)電流負(fù)反響設(shè)輸入電壓ui為正，差值電流id=i1–if各電流的實踐方向如圖if減弱了凈輸入電流(差值電流)—負(fù)反響反響電流取自輸出電流—電流反響反響信號與輸入信號在輸入端以電流的方式比較—并聯(lián)反響－

(a)電路AF+–ifidiiiO(b)方框圖RFR1uiR2RL+–++

–

ioRuRi1ifid4.并聯(lián)電流負(fù)反響i1ifid特點：輸出電流io與負(fù)載電阻RL無關(guān)——反相輸入恒流源電路設(shè)輸入電壓ui為正，差值電流id=i1–if各電流的實踐方向如圖if減弱了凈輸入電流(差值電流)—負(fù)反響－

(a)電路RFR1uiR2RL+–++

–

ioRuR取自輸出電流—電流反響反響電流運(yùn)算放大器電路反響類型的判別方法：1.反響電路直接從輸出端引出的，是電壓反響；從負(fù)載電阻RL的接近“地〞端引出的，是電流反響；2.輸入信號和反響信號分別加在兩個輸入端(同相和反相)上的，是串聯(lián)反響；加在同一個輸入端(同相或反相)上的，是并聯(lián)反響；3.對串聯(lián)反響，輸入信號和反響信號的極性一樣時，是負(fù)反響；極性相反時，是正反響；4.對并聯(lián)反響，凈輸入電流等于輸入電流和反響電流之差時，是負(fù)反響；否那么是正反響。例1：試判別以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響電路。uf+–解：因反響電路直接從運(yùn)算放大器A2的輸出端引出，所以是電壓反響；因輸入信號和反響信號分別加在反相輸入端和同相輸入端上，所以是串聯(lián)反響；因輸入信號和反響信號的極性一樣,所以是負(fù)反響。－

－

串聯(lián)電壓負(fù)反響先在圖中標(biāo)出各點的瞬時極性及反響信號；uo1uiR+–++

–

uo++

–

RLA1A2例2：試判別以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響電路。解：因反響電路是從運(yùn)算放大器A2的負(fù)載電阻RL的接近“地〞端引出的，所以是電流反響；因輸入信號和反響信號均加在同相輸入端上，所以是并聯(lián)反響;因凈輸入電流id等于輸入電流和反響電流之差，所以是負(fù)反響。

－

并聯(lián)電流負(fù)反響

i1ifiduo1uiR++

–

uo++

–

RLA1A217.2.2負(fù)反響對放大電路任務(wù)性能的影響反響放大電路的根本方程反響系數(shù)凈輸入信號開環(huán)放大倍數(shù)閉環(huán)放大倍數(shù)+–AF1.降低放大倍數(shù)負(fù)反響使放大倍數(shù)下降。那么有：同相，所以AF是正實數(shù)負(fù)反響時，|1+AF|稱為反響深度，其值愈大，負(fù)反響作用愈強(qiáng)，Af也就愈小。射極輸出器、不帶旁路電容的共射放大電路的電壓放大倍數(shù)較低就是由于電路中引入了負(fù)反響。2.提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性引入負(fù)反響使放大倍數(shù)的穩(wěn)定性提高。放大倍數(shù)下降至1/(1+|AF|)倍,其穩(wěn)定性提高1+|AF|倍。假設(shè)|AF|>>1，稱為深度負(fù)反響，此時：在深度負(fù)反響的情況下，閉環(huán)放大倍數(shù)僅與反響電路的參數(shù)有關(guān)。例：|A|=300，|F|=0.01。3.改善波形失真負(fù)反響是利用失真的波形來改善波形的失真，因此只能減小失真，而不能完全消除失真。參與負(fù)反響無負(fù)反響FufAuiuo大小略小略大接近正弦波uouiA+–uid略大略小ufuiubeib++––4.對放大電路輸入電阻的影響在同樣的ib下，ui=ube+uf>ube，所以rif提高。(1)串聯(lián)負(fù)反響無負(fù)反響時：有負(fù)反響時：uf+–使電路的輸入電阻提高if無負(fù)反響時：有負(fù)反響時：在同樣的ube下，ii=ib+if>ib，所以rif降低。(2)并聯(lián)負(fù)反響使電路的輸入電阻降低iiibube+–電壓負(fù)反響具有穩(wěn)定輸出電壓的作用，即有恒壓輸出特性，故輸出電阻降低。電流負(fù)反響具有穩(wěn)定輸出電流的作用，即有恒流輸出特性，故輸出電阻提高。(1)電壓負(fù)反響使電路的輸出電阻降低(2)電流負(fù)反響使電路的輸出電阻提高5.對放大電路輸出電阻的影響四種負(fù)反響對ri和ro的影響串聯(lián)電壓串聯(lián)電流并聯(lián)電壓并聯(lián)電流思索題：為了分別實現(xiàn)：(1)穩(wěn)定輸出電壓；(2)穩(wěn)定輸出電流；(3)提高輸入電阻；(4)降低輸出電阻。應(yīng)引入哪種類型的負(fù)反響？riro減低增高增高增高增高減低減低減低17.3振蕩電路中的正反響17.3.1自激振蕩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景象。開關(guān)合在“1〞為無反響放大電路。開關(guān)合在“2〞為有反響放大電路開關(guān)合在“2〞時,去掉ui仍有穩(wěn)定的輸出。反響信號替代了放大電路的輸入信號。自激振蕩形狀1SA2F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需是正反響；幅度條件闡明反響放大器要產(chǎn)生自激振蕩，還必需有足夠的反響量(可以經(jīng)過調(diào)整放大倍數(shù)A或反響系數(shù)F到達(dá))。自激振蕩的條件17.3.2正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路用來產(chǎn)生一定頻率和幅值的正弦交流信號。它的頻率范圍很廣，可以從一赫以下到幾百兆以上；輸出功率可以從幾毫瓦到幾十千瓦；輸出的交流電能是從電源的直流電能轉(zhuǎn)換而來的。常用的正弦波振蕩器LC振蕩電路:輸出功率大、頻率高。RC振蕩電路:輸出功率小、頻率低。石英晶體振蕩電路：頻率穩(wěn)定度高。運(yùn)用：無線電通訊、廣播電視，工業(yè)上的高頻感應(yīng)爐、超聲波發(fā)生器、正弦波信號發(fā)生器、半導(dǎo)體接近開關(guān)等。正弦波振蕩電路的組成(1)放大電路:放大信號(2)反響網(wǎng)絡(luò):必需是正反響，反響信號即是

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，從而到達(dá)穩(wěn)幅振蕩。1.RC正弦波振蕩電路RC選頻網(wǎng)絡(luò)正反響網(wǎng)絡(luò)放大電路用正反響信號uf作為輸入信號選出單一頻率的信號(1)電路構(gòu)造uf–+R++∞RFR1CRC–uO–+同相比例電路選頻網(wǎng)絡(luò)(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：分析可知：僅當(dāng)=o時，U2U1=13達(dá)最大值，且u2與u1同相,即網(wǎng)絡(luò)具有選頻特性,fO決議于RC。幅頻特性13ffO相頻特性fO(f)u1u2u2與u1波形u1,u2(3)任務(wù)原理輸出電壓uO經(jīng)正反響(兼選頻)網(wǎng)絡(luò)分壓后，取uf作為同相比例電路的輸入信號ui。1)起振過程2)穩(wěn)定振蕩A=0，僅在f0處F=0,滿足相位平衡條件，所以振蕩頻率f0=12RC。改動R、C可改動振蕩頻率由運(yùn)算放大器構(gòu)成的RC振蕩電路的振蕩頻率普通不超越1MHz。3)振蕩頻率振蕩頻率由相位平衡條件決議。振蕩頻率的調(diào)整++∞RFRCC–uO–+KKR1R2R3R3R2R1改動開關(guān)K的位置可改動選頻網(wǎng)絡(luò)的電阻，實現(xiàn)頻率粗調(diào)；改動電容C的大小可實現(xiàn)頻率的細(xì)調(diào)。振蕩頻率4)起振及穩(wěn)定振蕩的條件穩(wěn)定振蕩條件AuF=1，|F|=1/3，那么起振條件AuF>1，由于|F|=1/3，那么思索到起振條件AuF>1,普通應(yīng)選取RF略大2R1。假設(shè)這個比值獲得過大，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，而是經(jīng)過在外部引入負(fù)反響來到達(dá)穩(wěn)幅的目的。帶穩(wěn)幅環(huán)節(jié)的電路(1)熱敏電阻具有負(fù)溫度系數(shù)，利用它的非線性可以自動穩(wěn)幅。在起振時，由于uO很小，流過RF的電流也很小，于是發(fā)熱少，阻值高，使RF>2R1；即AuF>1。隨著振蕩幅度的不斷加強(qiáng)，uO增大，流過RF的電流也增大，RF受熱而降低其阻值，使得Au下降，直到RF=2R1時，穩(wěn)定于AuF=1，振蕩穩(wěn)定。半導(dǎo)體熱敏電阻R++∞RFR1CRC–uO–+帶穩(wěn)幅環(huán)節(jié)的電路(1)熱敏電阻具有負(fù)溫度系數(shù)，利用它的非線性可以自動穩(wěn)幅。半導(dǎo)體熱敏電阻R++∞RFR1CRC–uO–+穩(wěn)幅過程：思索：假設(shè)熱敏電阻具有正溫度系數(shù)，應(yīng)接在何處？uOtRFAuIDUD帶穩(wěn)幅環(huán)節(jié)的電路(2)振蕩幅度較小時正向電阻大振蕩幅度較大時正向電阻小利用二極管的正向伏安特性的非線性自動穩(wěn)幅。R++∞RF2R1CRC–uO–+D1D2RF1uf+–穩(wěn)幅環(huán)節(jié)帶穩(wěn)幅環(huán)節(jié)的電路(2)圖示電路中，RF分為兩部分。在RF1上正反并聯(lián)兩個二極管，它們在輸出電壓uO的正負(fù)半周內(nèi)分別導(dǎo)通。在起振之初，由于uO幅值很小，尚缺乏以使二極管導(dǎo)通，正向二極管近于開路,此時，RF>2R1。而后，隨著振蕩幅度的增大，正向二極管導(dǎo)通，其正向電阻逐漸減小，直到RF=2R1，振蕩穩(wěn)定。R++∞RF2R1CRC–uO–+D1D2RF1uf+–2.LC正弦波振蕩電路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)放價錢較高，所以普通用分別元件組成放大電路。本節(jié)只對LC振蕩電路的構(gòu)造和任務(wù)原理作簡單引見。LC+UCCRLC1RB1RB2RECE變壓器反響式LC振蕩電路(1)電路構(gòu)造

正反響(2)振蕩頻率即LC并聯(lián)電路的諧振頻率－－

放大電路選頻電路反響網(wǎng)絡(luò)uf+–

例1：正反響留意：用瞬時極性法判別反響的極性時，耦合電容、旁路電容兩端的極性一樣，屬于選頻網(wǎng)絡(luò)的電容，其兩端的極性相反。試用相位平衡條件判別以下圖電路能否產(chǎn)生自激振蕩－－－

+UCCC1RB1RB2RECELC例2：半導(dǎo)體接近開關(guān)LC振蕩器開關(guān)電路射極輸出器繼電器半導(dǎo)體接近開關(guān)是一種無觸點開關(guān)，具有反映速度快、定位準(zhǔn)確、壽命長等優(yōu)點。它在行程控制、定位控制、自動計數(shù)以及各種報警電路中得到了廣泛運(yùn)用。L2C2–UCCRE2T1RP1R2RE1CE1C1L1RP2L3