電子電路負(fù)反饋

1、電子電路負(fù)反饋第1頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)16分，星期四17.1 反饋的基本概念1. 開(kāi)環(huán)與閉環(huán)電路中只有正向傳輸，沒(méi)有反向傳輸，稱為開(kāi)環(huán)狀態(tài)。正向傳輸信號(hào)從輸入端到輸出端的傳輸反向傳輸信號(hào)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(hào)的正向傳輸信號(hào)的正向傳輸反饋傳輸(通路)（反饋網(wǎng)絡(luò)）第2頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)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(fù)反饋A稱為開(kāi)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(hào)輸入信號(hào)反饋信號(hào)凈輸入信號(hào)F稱為反饋系數(shù)17.1.1 負(fù)反饋與正反饋負(fù)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(guò)程。第3頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)16分，星期四一般負(fù)反饋稱為反饋深度深度負(fù)反饋正反饋?zhàn)约ふ袷?5) 在深度負(fù)反饋條件下反饋對(duì)放大電路工作性能的影響第4頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)16分，星期四例：基本放大器，無(wú)反饋，凈輸入量ube=ui，電壓放大倍數(shù)為：2.負(fù)反饋與正反饋負(fù)反饋輸入量不變時(shí)，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(jiàn)，凈輸入量減小，放大倍數(shù)減小，所以是負(fù)反饋。正反饋輸入量不變時(shí)，引入反饋后使凈輸入量增

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

4、據(jù)瞬時(shí)極性判斷是負(fù)反饋，所以該電路為電壓串聯(lián)負(fù)反饋從輸入端看，有：ud = ui -uf故為串聯(lián)負(fù)反饋。用“瞬時(shí)極性法”判斷反饋極性： 假設(shè)某一瞬時(shí)，在放大電路的輸入端加入一個(gè)正極性的輸入信號(hào)，按信號(hào)傳輸方向依次判斷相關(guān)點(diǎn)的瞬時(shí)極性，直至判斷出反饋信號(hào)的瞬時(shí)極性。如果反饋信號(hào)的瞬時(shí)極性使凈輸入減小，則為負(fù)反饋；反之為正反饋。反饋電壓：因?yàn)榉答伭颗c輸出電壓成比例，所以稱電壓反饋。第8頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)16分，星期四二.電壓并聯(lián)負(fù)反饋根據(jù)瞬時(shí)極性判斷是負(fù)反饋，所以該電路為電壓并聯(lián)負(fù)反饋。id = ii -if從輸入端看有：因?yàn)榉答伭颗c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(fù)反饋。第9頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)16分，星期四三.電流并聯(lián)負(fù)反饋根據(jù)瞬時(shí)極性判斷是負(fù)反饋，所以該電路為電流串聯(lián)負(fù)反饋。又因?yàn)樵谳斎攵擞?id = ii -if 反饋電流：因?yàn)榉答伭颗c輸出電流成比例，所以是電流反饋。故為并聯(lián)負(fù)反饋。第10頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)16分，星期四四.電流串聯(lián)負(fù)反饋 反饋電壓：uf=ioRf根據(jù)瞬時(shí)極性判斷是負(fù)反饋，所以該電路為電流串聯(lián)負(fù)反饋ud = ui -uf又因?yàn)樵谳斎攵擞幸驗(yàn)榉答伭颗c輸出電流成比例，所以是電流反饋。故為串聯(lián)負(fù)反饋。第11頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)16分，星期四為改善性能

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

7、即閉環(huán)增益只取決于反饋網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)反饋網(wǎng)絡(luò)由穩(wěn)定的線性元件組成時(shí)，閉環(huán)增益將有很高的穩(wěn)定性。第14頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)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(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)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(duì)不同頻率信號(hào)的放大倍數(shù)不同而產(chǎn)生的失真。兩個(gè)頻率響應(yīng)指標(biāo)：f-180fHfL-225-270ffHfL-20dB/十倍頻程-135-9020dB/十倍頻程第16頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，

8、5月20日，20點(diǎn)16分，星期四c. 擴(kuò)展放大器的通頻帶 放大電路加入負(fù)反饋后，增益下降，但通頻帶卻加寬了。 無(wú)反饋時(shí)放大器的通頻帶： fbw= f HfL f H 有反饋時(shí)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(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)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(yè)，共46頁(yè)，2022年，5

9、月20日，20點(diǎn)16分，星期四如果：,ifXX=則去掉,iX仍有信號(hào)輸出。反饋信號(hào)代替了放大電路的輸入信號(hào)。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(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)16分，星期四FA=1Xd=Xf所以，自激振蕩條件也可以寫(xiě)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?yàn)椋?Xdof基本放大器A反饋網(wǎng)絡(luò)FXX第20頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)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(dòng)：器件非線性2、主動(dòng)：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(guò)程：起振時(shí)，穩(wěn)定振蕩時(shí)，穩(wěn)幅措施：起振過(guò)程Xdof基本放大器A反饋網(wǎng)絡(luò)FXX第21頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)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(duì)一個(gè)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(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)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(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，

11、20點(diǎn)16分，星期四通常，取R1R2R，C1C2C，則有：式中：可見(jiàn)：當(dāng) 時(shí)， F最大，且 =0 Fmax=1/3第24頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)16分，星期四RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)完整的頻率特性曲線：當(dāng) 時(shí)， F= Fmax=1/3F+90|F|第25頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)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?yàn)椋篈F=131=F11f+=RRA1f2RR=只需：A=3輸出正弦波頻率：振幅條件：引入負(fù)反饋：選：第26頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)16分，星期四例題:R=1k，C=0.1F，R1=10k。Rf為多大

12、時(shí)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(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)16分，星期四能自動(dòng)穩(wěn)幅的振蕩電路半導(dǎo)體熱敏電阻(負(fù)溫度系數(shù)）起振時(shí)Rt較大 使A3,易起振。 當(dāng)uo幅度自激增長(zhǎng)時(shí)， Rt減小，A減小。 當(dāng)uo幅度達(dá)某一值時(shí)， A3。 當(dāng)uo進(jìn)一步增大時(shí)， RT再減小 ,使A3。 因此uo幅度自動(dòng)穩(wěn)定于某一幅值。第28頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)16分，星期四能自動(dòng)穩(wěn)幅的振蕩電路 起振時(shí)D1、D2不導(dǎo)通，Rf1+Rf2略大于2R1。隨著uo的增加， D1、D2逐漸導(dǎo)通，

13、Rf2被短接，A自動(dòng)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(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)16分，星期四K：雙聯(lián)波段開(kāi)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(xì)調(diào)振蕩頻率。振蕩頻率的調(diào)節(jié)：_+RfuoRCCR1KKR1R1R2R2R3R3振蕩頻率：第30頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)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(diǎn)：諧振時(shí)，總路電流很小，支路電流很大，電感與電容的無(wú)功功率互相補(bǔ)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(dāng) 時(shí)，并聯(lián)諧振。諧振

14、時(shí)，電路呈阻性：第31頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)16分，星期四互感線圈的極性判別1234初級(jí)線圈次級(jí)線圈同名端1234+ 在LC振蕩器中，反饋信號(hào)通過(guò)互感線圈引出同名端：第32頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)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(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)16分，星期四判斷是否是滿足相位條件相位平衡法： 斷開(kāi)反饋到放大器的輸入端點(diǎn)，假設(shè)在輸入端加入一正極性的信號(hào)，用瞬時(shí)極性法判定反饋信號(hào)的極性。若反饋信號(hào)與輸入信號(hào)同相，則滿足相位條件；否則不

15、滿足。(+)(-)(+)第34頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)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(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)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(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)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(diǎn)式LC振蕩電路原理：uf與uo反相uf與uo同相電感三點(diǎn)式：電容三點(diǎn)式：uf與uo反相uf與uo同相第37頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)16分，星期四振蕩頻率：1.電感三點(diǎn)式LC振蕩電路第38

16、頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)16分，星期四2. 電容三點(diǎn)式LC振蕩電路振蕩頻率：第39頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)16分，星期四例：試判斷下圖所示三點(diǎn)式振蕩電路是否滿足相位平衡條件。第40頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)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(wèn)題頻率穩(wěn)定度一般由 來(lái)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(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)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(chǎng)極板間加機(jī)械力晶

17、體機(jī)械變形晶體產(chǎn)生電場(chǎng)壓電效應(yīng)：交變電壓機(jī)械振動(dòng)交變電壓機(jī)械振動(dòng)的固有頻率與晶片尺寸有關(guān)，穩(wěn)定性高。當(dāng)交變電壓頻率 = 固有頻率時(shí)，振幅最大 符號(hào)壓電諧振第42頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)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(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)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(diǎn)，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(dāng)一個(gè)大電感，與C1、C2組成電容三點(diǎn)式振蕩器。由于石英晶體的Q值很高，可達(dá)到幾