電子電路負反饋

1、電子電路負反饋第1頁，共46頁，2022年，5月20日，20點16分，星期四17.1 反饋的基本概念1. 開環(huán)與閉環(huán)電路中只有正向傳輸，沒有反向傳輸，稱為開環(huán)狀態(tài)。正向傳輸信號從輸入端到輸出端的傳輸反向傳輸信號從輸出端到輸入端的傳輸既有正向傳輸，又有反饋 稱為閉環(huán)狀態(tài)。信號的正向傳輸信號的正向傳輸反饋傳輸(通路)（反饋網(wǎng)絡(luò)）第2頁，共46頁，2022年，5月20日，20點16分，星期四基本放大電路A反饋網(wǎng)絡(luò)F放大：迭加：1.什么是放大電路中的負反饋A稱為開環(huán)放大倍數(shù)+反饋：AF稱為閉環(huán)放大倍數(shù)AF=Xo / Xi輸出信號輸入信號反饋信號凈輸入信號F稱為反饋系數(shù)17.1.1 負反饋與正反饋負反饋

2、放大器反饋將電子系統(tǒng)輸出回路的電量（電壓或電流），以一定的方式送回到輸入回路的過程。第3頁，共46頁，2022年，5月20日，20點16分，星期四一般負反饋稱為反饋深度深度負反饋正反饋自激振蕩(5) 在深度負反饋條件下反饋對放大電路工作性能的影響第4頁，共46頁，2022年，5月20日，20點16分，星期四例：基本放大器，無反饋，凈輸入量ube=ui，電壓放大倍數(shù)為：2.負反饋與正反饋負反饋輸入量不變時，引入反饋后使凈輸入量減小，放大倍數(shù)減小。引入反饋后，凈輸入量ube =ui- uf ，電壓放大倍數(shù)為：可見，凈輸入量減小，放大倍數(shù)減小，所以是負反饋。正反饋輸入量不變時，引入反饋后使凈輸入量增

3、加，放大倍數(shù)增加。第5頁，共46頁，2022年，5月20日，20點16分，星期四17.1.2 負反饋與正反饋的判別方法用“瞬時極性法”判斷反饋極性： 假設(shè)某一瞬時，在放大電路的輸入端加入一個正極性的輸入信號，按信號傳輸方向依次判斷相關(guān)點的瞬時極性，直至判斷出反饋信號的瞬時極性。如果反饋信號的瞬時極性使凈輸入減小，則為負反饋；反之為正反饋。第6頁，共46頁，2022年，5月20日，20點16分，星期四負反饋類型有四種組態(tài): 電壓串聯(lián)負反饋 電壓并聯(lián)負反饋 電流串聯(lián)負反饋 電流并聯(lián)負反饋17.2 放大電路中的負反饋第7頁，共46頁，2022年，5月20日，20點16分，星期四一. 電壓串聯(lián)負反饋根

4、據(jù)瞬時極性判斷是負反饋，所以該電路為電壓串聯(lián)負反饋從輸入端看，有：ud = ui -uf故為串聯(lián)負反饋。用“瞬時極性法”判斷反饋極性： 假設(shè)某一瞬時，在放大電路的輸入端加入一個正極性的輸入信號，按信號傳輸方向依次判斷相關(guān)點的瞬時極性，直至判斷出反饋信號的瞬時極性。如果反饋信號的瞬時極性使凈輸入減小，則為負反饋；反之為正反饋。反饋電壓：因為反饋量與輸出電壓成比例，所以稱電壓反饋。第8頁，共46頁，2022年，5月20日，20點16分，星期四二.電壓并聯(lián)負反饋根據(jù)瞬時極性判斷是負反饋，所以該電路為電壓并聯(lián)負反饋。id = ii -if從輸入端看有：因為反饋量與輸出電壓成比例，所以是電壓反饋。 反饋

5、電流：故為并聯(lián)負反饋。第9頁，共46頁，2022年，5月20日，20點16分，星期四三.電流并聯(lián)負反饋根據(jù)瞬時極性判斷是負反饋，所以該電路為電流串聯(lián)負反饋。又因為在輸入端有:id = ii -if 反饋電流：因為反饋量與輸出電流成比例，所以是電流反饋。故為并聯(lián)負反饋。第10頁，共46頁，2022年，5月20日，20點16分，星期四四.電流串聯(lián)負反饋 反饋電壓：uf=ioRf根據(jù)瞬時極性判斷是負反饋，所以該電路為電流串聯(lián)負反饋ud = ui -uf又因為在輸入端有因為反饋量與輸出電流成比例，所以是電流反饋。故為串聯(lián)負反饋。第11頁，共46頁，2022年，5月20日，20點16分，星期四為改善性能

6、引入負反饋的一般原則 要穩(wěn)定直流量引入直流負反饋 要穩(wěn)定交流量引入交流負反饋 要穩(wěn)定輸出電壓引入電壓負反饋 要穩(wěn)定輸出電流引入電流負反饋 要增大輸入電阻引入串聯(lián)負反饋 要減小輸入電阻引入并聯(lián)負反饋第12頁，共46頁，2022年，5月20日，20點16分，星期四負反饋對放大電路性能的影響 提高增益的穩(wěn)定性 減少非線性失真 擴展頻帶 改變輸入電阻和輸出電阻 在放大器中引入負反饋 降低了放大倍數(shù) 使放大器的性能得以改善：第13頁，共46頁，2022年，5月20日，20點16分，星期四a. 提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性閉環(huán)時則只考慮幅值有即閉環(huán)增益相對變化量比開環(huán)減小了1+AF倍另一方面:在深度負反饋條件下

7、即閉環(huán)增益只取決于反饋網(wǎng)絡(luò)。當反饋網(wǎng)絡(luò)由穩(wěn)定的線性元件組成時，閉環(huán)增益將有很高的穩(wěn)定性。第14頁，共46頁，2022年，5月20日，20點16分，星期四b. 改善放大器的非線性失真Auiufuiuoud加反饋前加反饋后AF+失真改善uouo第15頁，共46頁，2022年，5月20日，20點16分，星期四（1）通頻帶：（2）帶寬-增益積：fbwAumBJT 一旦確定，帶寬增益積基本為常數(shù)5. 頻率失真由于放大器對不同頻率信號的放大倍數(shù)不同而產(chǎn)生的失真。兩個頻率響應(yīng)指標：f-180fHfL-225-270ffHfL-20dB/十倍頻程-135-9020dB/十倍頻程第16頁，共46頁，2022年，

8、5月20日，20點16分，星期四c. 擴展放大器的通頻帶 放大電路加入負反饋后，增益下降，但通頻帶卻加寬了。 無反饋時放大器的通頻帶： fbw= f HfL f H 有反饋時放大器的通頻帶： fbwf= f HffLf f Hf可以證明：fbwf = (1+AF) fbw020lg|A|（dB）F（Hz） Am fL fH fLf fHf Amf第17頁，共46頁，2022年，5月20日，20點16分，星期四一. 產(chǎn)生自激振蕩的條件fidXXX-=改成正反饋只有正反饋電路才能產(chǎn)生自激振蕩。17.3 振蕩電路中的正反饋+Xi f基本放大器A反饋網(wǎng)絡(luò)FX+doXX第18頁，共46頁，2022年，5

9、月20日，20點16分，星期四如果：,ifXX=則去掉,iX仍有信號輸出。反饋信號代替了放大電路的輸入信號。Xi +f基本放大器A反饋網(wǎng)絡(luò)FX+doXXXdof基本放大器A反饋網(wǎng)絡(luò)FXX第19頁，共46頁，2022年，5月20日，20點16分，星期四FA=1Xd=Xf所以，自激振蕩條件也可以寫成：自激振蕩的條件：（1）振幅條件：（2）相位條件：pjjnFA2=+n是整數(shù)因為：.Xdof基本放大器A反饋網(wǎng)絡(luò)FXX第20頁，共46頁，2022年，5月20日，20點16分，星期四二.起振條件和穩(wěn)幅原理起振條件：結(jié)果：產(chǎn)生增幅振蕩（略大于）1、被動：器件非線性2、主動：在反饋網(wǎng)絡(luò)中加入非線性穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，

10、用以調(diào)節(jié)放大電路的增益穩(wěn)幅過程：起振時，穩(wěn)定振蕩時，穩(wěn)幅措施：起振過程Xdof基本放大器A反饋網(wǎng)絡(luò)FXX第21頁，共46頁，2022年，5月20日，20點16分，星期四1.放大電路2.正反饋網(wǎng)絡(luò)3.選頻網(wǎng)絡(luò)只對一個頻率滿足振蕩條件，從而獲得單一頻率的正弦波輸出。 常用的選頻網(wǎng)絡(luò)有RC選頻和LC選頻4.穩(wěn)幅環(huán)節(jié)使電路易于起振又能穩(wěn)定振蕩，波形失真小。三.正弦波振蕩器的一般組成第22頁，共46頁，2022年，5月20日，20點16分，星期四17 .3.1 RC正弦波振蕩電路一. RC 串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性R1C1 串聯(lián)阻抗：R2C2 并聯(lián)阻抗：選頻特性：第23頁，共46頁，2022年，5月20日，

11、20點16分，星期四通常，取R1R2R，C1C2C，則有：式中：可見：當 時， F最大，且 =0 Fmax=1/3第24頁，共46頁，2022年，5月20日，20點16分，星期四RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)完整的頻率特性曲線：當 時， F= Fmax=1/3F+90|F|第25頁，共46頁，2022年，5月20日，20點16分，星期四二.RC橋式振蕩器的工作原理：在 f0 處滿足相位條件：因為：AF=131=F11f+=RRA1f2RR=只需：A=3輸出正弦波頻率：振幅條件：引入負反饋：選：第26頁，共46頁，2022年，5月20日，20點16分，星期四例題:R=1k，C=0.1F，R1=10k。Rf為多大

12、時才能起振？振蕩頻率f0=？ AF=1，31=F11f+=RRAA3Rf=2R1=210=20k=1592 Hz起振條件：3第27頁，共46頁，2022年，5月20日，20點16分，星期四能自動穩(wěn)幅的振蕩電路半導體熱敏電阻(負溫度系數(shù)）起振時Rt較大 使A3,易起振。 當uo幅度自激增長時， Rt減小，A減小。 當uo幅度達某一值時， A3。 當uo進一步增大時， RT再減小 ,使A3。 因此uo幅度自動穩(wěn)定于某一幅值。第28頁，共46頁，2022年，5月20日，20點16分，星期四能自動穩(wěn)幅的振蕩電路 起振時D1、D2不導通，Rf1+Rf2略大于2R1。隨著uo的增加， D1、D2逐漸導通，

13、Rf2被短接，A自動下降，起到穩(wěn)幅作用。 將Rf分為Rf1 和Rf2 ， Rf2并聯(lián)二極管第29頁，共46頁，2022年，5月20日，20點16分，星期四K：雙聯(lián)波段開關(guān)，切換R，用于粗調(diào)振蕩頻率。C：雙聯(lián)可調(diào)電容，改變C，用于細調(diào)振蕩頻率。振蕩頻率的調(diào)節(jié)：_+RfuoRCCR1KKR1R1R2R2R3R3振蕩頻率：第30頁，共46頁，2022年，5月20日，20點16分，星期四1. LC并聯(lián)諧振回路的選頻特性(阻性)LC并聯(lián)諧振特點：諧振時，總路電流很小，支路電流很大，電感與電容的無功功率互相補償，電路呈阻性。R為電感和回路中的損耗電阻 17.3 .2 LC正弦波振蕩器當 時，并聯(lián)諧振。諧振

14、時，電路呈阻性：第31頁，共46頁，2022年，5月20日，20點16分，星期四互感線圈的極性判別1234初級線圈次級線圈同名端1234+ 在LC振蕩器中，反饋信號通過互感線圈引出同名端：第32頁，共46頁，2022年，5月20日，20點16分，星期四二. 變壓器反饋式LC振蕩電路 工作原理：三極管共射放大器。利用互感線圈的同名端： 滿足相位條件。振蕩頻率:第33頁，共46頁，2022年，5月20日，20點16分，星期四判斷是否是滿足相位條件相位平衡法： 斷開反饋到放大器的輸入端點，假設(shè)在輸入端加入一正極性的信號，用瞬時極性法判定反饋信號的極性。若反饋信號與輸入信號同相，則滿足相位條件；否則不

15、滿足。(+)(-)(+)第34頁，共46頁，2022年，5月20日，20點16分，星期四(+)(+)(+)(+)LC正弦波振蕩器舉例滿足相位平衡條件第35頁，共46頁，2022年，5月20日，20點16分，星期四（+）（+）（）（+） LC正弦波振蕩器舉例振蕩頻率:（）滿足相位平衡條件第36頁，共46頁，2022年，5月20日，20點16分，星期四仍然由LC并聯(lián)諧振電路構(gòu)成選頻網(wǎng)絡(luò)三. 三點式LC振蕩電路原理：uf與uo反相uf與uo同相電感三點式：電容三點式：uf與uo反相uf與uo同相第37頁，共46頁，2022年，5月20日，20點16分，星期四振蕩頻率：1.電感三點式LC振蕩電路第38

16、頁，共46頁，2022年，5月20日，20點16分，星期四2. 電容三點式LC振蕩電路振蕩頻率：第39頁，共46頁，2022年，5月20日，20點16分，星期四例：試判斷下圖所示三點式振蕩電路是否滿足相位平衡條件。第40頁，共46頁，2022年，5月20日，20點16分，星期四Q值越高，選頻特性越好，頻率越穩(wěn)定。3. 石英晶體振蕩電路1. 頻率穩(wěn)定問題頻率穩(wěn)定度一般由 來衡量頻率偏移量。振蕩頻率。LC振蕩電路 Q 數(shù)百石英晶體振蕩電路 Q 10000 500000第41頁，共46頁，2022年，5月20日，20點16分，星期四一. 石英晶體2. 基本特性1. 結(jié)構(gòu)：極板間加電場極板間加機械力晶

17、體機械變形晶體產(chǎn)生電場壓電效應(yīng)：交變電壓機械振動交變電壓機械振動的固有頻率與晶片尺寸有關(guān)，穩(wěn)定性高。當交變電壓頻率 = 固有頻率時，振幅最大 符號壓電諧振第42頁，共46頁，2022年，5月20日，20點16分，星期四3. 石英晶體的等效電路與頻率特性等效電路：（1）串聯(lián)諧振頻率特性： 晶體等效純阻且阻值0（2）并聯(lián)諧振通常所以X感性0容性第43頁，共46頁，2022年，5月20日，20點16分，星期四二. 石英晶體振蕩電路利用石英晶體的高品質(zhì)因數(shù)的特點，構(gòu)成LC振蕩電路。1. 并聯(lián)型石英晶體振蕩器 石英晶體工作在fs與fp之間，相當一個大電感，與C1、C2組成電容三點式振蕩器。由于石英晶體的Q值很高，可達到幾