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(duì)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(hào)(電壓或電流)的一部分或全部經(jīng)過(guò)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(guò)RE將輸出電流反響到輸入經(jīng)過(guò)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(hào)—反響信號(hào)—輸出信號(hào)凈輸入信號(hào)：F反響電路比較環(huán)節(jié)—輸入信號(hào)根本放大電路假設(shè)三者同相，那么Xd=Xi-Xf,即Xd<Xi,此時(shí),反響信號(hào)減弱了凈輸入信號(hào),電路為負(fù)反響。假設(shè)Xd>Xi，即反響信號(hào)起了加強(qiáng)凈輸入信號(hào)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(shí)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(diǎn)的瞬時(shí)電位高于參考點(diǎn)(對(duì)交流為電壓的正半周)，那么該點(diǎn)電位的瞬時(shí)極性為正(用表示)；反之為負(fù)(用表示)。－4.假設(shè)反響信號(hào)與輸入信號(hào)加在同一輸入端(或同一電極)上，兩者極性相反時(shí)，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(hào)與輸入信號(hào)加在不同輸入端(或兩個(gè)電極)上，兩者極性一樣時(shí)，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(diǎn)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(shí)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(shí)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(shí)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(hào)均可經(jīng)過(guò)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(hào)經(jīng)過(guò)，這時(shí)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(diǎn)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(hào)不同，可以分為電壓反響和電流反響。假設(shè)反響信號(hào)取自輸出電壓，叫電壓反響。假設(shè)反響信號(hào)取自輸出電流，叫電流反響。(2)根據(jù)反響信號(hào)在輸入端與輸入信號(hào)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(hào)與輸入信號(hào)串聯(lián)，即反響信號(hào)與輸入信號(hào)以電壓方式作比較，稱為串聯(lián)反響。反響信號(hào)與輸入信號(hào)并聯(lián)，即反響信號(hào)與輸入信號(hào)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(hào)與輸入信號(hào)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(shí)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(shí)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(hào)與輸入信號(hào)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(shí)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(hào)與輸入信號(hào)在輸入端以電壓的方式比較—串聯(lián)反響

uf=Rio特點(diǎn):輸出電流io與負(fù)載電阻RL無(wú)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(shí)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(hào)與輸入信號(hào)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(diǎn)：輸出電流io與負(fù)載電阻RL無(wú)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(shí)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(hào)和反響信號(hào)分別加在兩個(gè)輸入端(同相和反相)上的，是串聯(lián)反響；加在同一個(gè)輸入端(同相或反相)上的，是并聯(lián)反響；3.對(duì)串聯(lián)反響，輸入信號(hào)和反響信號(hào)的極性一樣時(shí)，是負(fù)反響；極性相反時(shí)，是正反響；4.對(duì)并聯(lián)反響，凈輸入電流等于輸入電流和反響電流之差時(shí)，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(hào)和反響信號(hào)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(hào)和反響信號(hào)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(diǎn)的瞬時(shí)極性及反響信號(hào)；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(hào)和反響信號(hào)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(duì)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(hào)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(shí)數(shù)負(fù)反響時(shí)，|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(shí)：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(lái)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(wú)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(duì)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(wú)負(fù)反響時(shí)：有負(fù)反響時(shí)：uf+–使電路的輸入電阻提高if無(wú)負(fù)反響時(shí)：有負(fù)反響時(shí)：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(duì)放大電路輸出電阻的影響四種負(fù)反響對(duì)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(shí)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(wú)輸入信號(hào)的情況下，就能輸出一定頻率和幅值的交流信號(hào)的景象。開關(guān)合在“1〞為無(wú)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(shí),去掉ui仍有穩(wěn)定的輸出。反響信號(hào)替代了放大電路的輸入信號(hào)。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(guò)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(lái)產(chǎn)生一定頻率和幅值的正弦交流信號(hào)。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(lái)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(wú)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(hào)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(hào)(2)反響網(wǎng)絡(luò):必需是正反響，反響信號(hào)即是

放大電路的輸入信號(hào)(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(guò)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(hào)uf作為輸入信號(hào)選出單一頻率的信號(hào)(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(shí)，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(hào)ui。1)起振過(guò)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(dòng)R、C可改動(dòng)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(dòng)開關(guān)K的位置可改動(dòng)選頻網(wǎng)絡(luò)的電阻，實(shí)現(xiàn)頻率粗調(diào)；改動(dòng)電容C的大小可實(shí)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(gè)比值獲得過(guò)大，會(huì)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(guò)在外部引入負(fù)反響來(lái)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(dòng)穩(wěn)幅。在起振時(shí)，由于uO很小，流過(guò)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(guò)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(shí)，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(dòng)穩(wěn)幅。半導(dǎo)體熱敏電阻R++∞RFR1CRC–uO–+穩(wěn)幅過(guò)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(shí)正向電阻大振蕩幅度較大時(shí)正向電阻小利用二極管的正向伏安特性的非線性自動(dòng)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(gè)二極管，它們?cè)谳敵鲭妷簎O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(shí)，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(jià)錢較高，所以普通用分別元件組成放大電路。本節(jié)只對(duì)LC振蕩電路的構(gòu)造和任務(wù)原理作簡(jiǎn)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(shí)極性法判別反響的極性時(shí)，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(wú)觸點(diǎn)開關(guān)，具有反映速度快、定位準(zhǔn)確、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。它在行程控制、定位控制、自動(dòng)計(jì)數(shù)以及各種報(bào)警電路中得到了廣泛運(yùn)用。L2C2–UCCRE2T1RP1R2RE1CE1C1L1RP2L3