《電工學(xué)》電子電路中的反饋

17.1

反饋的基本概念17.2

負(fù)反饋放大器的基本關(guān)系式17.3

負(fù)反饋對放大器性能的改善第17章電子電路中的反饋本章要求：1.能判別電子電路中的直流反饋和交流反饋、正反饋和負(fù)反饋以及負(fù)反饋的四種類型;2.了解負(fù)反饋對放大電路工作性能的影響；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振蕩電路的工作原理。第17章電子電路中的反饋

在自然界和人們的日常生活中,廣泛存在著反饋現(xiàn)象。在科學(xué)技術(shù)和工程應(yīng)用領(lǐng)域中，人們也有意識地應(yīng)用反饋手段來改善系統(tǒng)的性能。無反饋的放大電路在實際應(yīng)用中不能滿足人們的要求，為此在電子線路中，非常廣泛地應(yīng)用負(fù)反饋，構(gòu)成了所謂的反饋放大器。17.1

反饋的基本概念A(yù)(a)不帶反饋17.1.1

反饋的概念17.1

反饋的基本概念

由基本放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)組成閉合回路，整個系統(tǒng)稱為反饋放大電路或閉環(huán)放大電路17.1.1

反饋的概念17.1

反饋的基本概念(b)帶反饋+–AF反饋電路比較環(huán)節(jié)

—凈輸入信號—反饋信號—輸出信號凈輸入信號：

—輸入信號反饋：將放大電路輸出端的信號(電壓或電流)的一部分或全部通過某種電路引回到輸入端。RB1RCC1C2RB2RERL+++UCCuiuo++––17.1.1

反饋的概念17.1

反饋的基本概念esRB+UCCC1C2RERLui+–uo+–+++–RS通過RE將輸出電流反饋到輸入通過RE將輸出電壓反饋到輸入17.1.2

反饋放大器的分類17.1

反饋的基本概念1、按反饋的極性分：正反饋和負(fù)反饋+–AF

若三者同相，則Xd=Xi-Xf,即Xd<Xi,此時,反饋信號削弱了凈輸入信號,電路為負(fù)反饋。

若Xd>Xi

，即反饋信號起了增強凈輸入信號的作用則為正反饋。負(fù)反饋可以多方面的改善放大電路的性能。正反饋卻會使放大電路性能變壞，有時還會使負(fù)反饋放大電路產(chǎn)生自己，無法工作。判斷到底是正反饋還是負(fù)反饋，可以采用瞬時極性法：采用瞬時極性法判斷反饋的方式：根據(jù)反饋量與輸入量的關(guān)系判斷是正反饋還是負(fù)反饋。若比較后，加強了輸入信號則為正反饋；若比較后，削弱了輸入信號則是負(fù)反饋。首先假設(shè)輸出信號為某一極性，一般為“+”，然后按照信號的傳輸方向逐級向后推斷，確定輸出信號的極性，再由輸出端通過反饋網(wǎng)絡(luò)返回輸入回路，確定反饋信號的極性，最后按照反饋的正負(fù)極性和上述定義做出結(jié)論。17.2

放大電路中的負(fù)反饋17.2.1

負(fù)反饋的分類(1)根據(jù)反饋所采樣的信號不同，可以分為電壓反饋和電流反饋。如果反饋信號取自輸出電壓，叫電壓反饋。如果反饋信號取自輸出電流，叫電流反饋。(2)根據(jù)反饋信號在輸入端與輸入信號比較形式的不同，可以分為串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋。

反饋信號與輸入信號串聯(lián)，即反饋信號與輸入信號以電壓形式作比較，稱為串聯(lián)反饋。

反饋信號與輸入信號并聯(lián)，即反饋信號與輸入信號以電流形式作比較，稱為并聯(lián)反饋。1輸入端的連接方式分類Ud=Ui-Uf試判斷由Rf1和Rf2引起的是串聯(lián)反饋還是并聯(lián)反饋？并聯(lián)反饋串聯(lián)反饋串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋反饋信號與輸入信號加在放大電路輸入回路的同一電極，則為并聯(lián)反饋；反之，加在放大電路輸入回路的兩個電極，則為串聯(lián)反饋。此時反饋信號與輸入信號是電壓相加減的關(guān)系此時反饋信號與輸入信號是電流相加減的關(guān)系

反饋信號與輸入信號加在放大電路輸入回路的同一電極，則為并聯(lián)反饋；反之加在放大電路輸入回路的兩個電極，則為串聯(lián)反饋。對于三極管來說，反饋信號與輸入信號同時加在輸入三極管的基極或發(fā)射極，則為并聯(lián)反饋；一個加在基極一個加在發(fā)射極則為串聯(lián)反饋。

串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋XiXf并聯(lián)XiXf串聯(lián)

對于運算放大器來說，反饋信號與輸入信號同時加在同相輸入端或反相輸入端，則為并聯(lián)反饋；一個加在同相端一個加在反相端則為串聯(lián)反饋。串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋+–uf+–ud設(shè)輸入電壓ui為正，差值電壓ud=ui–

uf各電壓的實際方向如圖uf減小了凈輸入電壓(差值電壓)

——負(fù)反饋uoRFuiR2R1+–++–+–例1：uoRFuiR2R1+–++–+–例2：設(shè)輸入電壓ui為正，差值電壓ud=ui+

uf各電壓的實際方向如圖uf增大了凈輸入電壓

——正反饋－–+uf–+ud－在振蕩器中引入正反饋，用以產(chǎn)生波形。

在放大電路中，出現(xiàn)正反饋將使放大器產(chǎn)生自激振蕩，使放大器不能正常工作。2.按輸出端的取樣方式分類負(fù)反饋放大電路按照輸出量的取樣方式，可以分成電壓反饋和電流反饋兩種。電壓反饋：若反饋信號的取樣是輸出電壓，反饋信號正比于輸出電壓，叫做電壓反饋。電流反饋：若反饋信號的取樣對象是輸出電流，反饋信號正比與輸出電流I0，叫作電流反饋。試判斷由的是電壓反饋還是電流反饋？按交直流性質(zhì)可分為：直流反饋和交流反饋。直流反饋：若反饋輸入端的信號是直流成分，則稱為直流反饋。直流反饋主要用于穩(wěn)定靜態(tài)工作點交流反饋：若反饋輸入信號是交流成分，則稱為交流反饋。交流反饋主要用于多方面的改善放大電路的性能。3.按交直流性質(zhì)分類例3：RB1RCC1C2RB2RERL+++UCCuiuo++––設(shè)輸入電壓ui為正，差值電壓ube=ui–

uf各電壓的實際方向如圖uf減小了凈輸入電壓

——負(fù)反饋RBRER'Luiuo++––交流通路+–uf+–ube－ie交、直流分量的信號均可通過RE，所以RE引入的是交、直流反饋。如果有發(fā)射極旁路電容，RE中僅有直流分量的信號通過，這時RE引入的則是直流反饋。引入交流負(fù)反饋的目的：改善放大電路的性能引入直流負(fù)反饋的目的：穩(wěn)定靜態(tài)工作點下面主要研究4類負(fù)反饋放大器1.串聯(lián)電壓負(fù)反饋2.并聯(lián)電壓負(fù)反饋3.串聯(lián)電流負(fù)反饋4.并聯(lián)電流負(fù)反饋1.串聯(lián)電壓負(fù)反饋+–uf+–ud

設(shè)輸入電壓ui為正，差值電壓ud=ui–

ufuf削弱了凈輸入電壓(差值電壓)

—負(fù)反饋反饋電壓取自輸出電壓—電壓反饋

反饋信號與輸入信號在輸入端以電壓的形式比較

—串聯(lián)反饋AF+–ufuduiuO(b)方框圖(a)電路uoRFuiR2R1+–++–+–RL各電壓的實際方向如圖2.并聯(lián)電壓負(fù)反饋－設(shè)輸入電壓ui

為正，差值電流id=i1–

if各電流的實際方向如圖if削弱了凈輸入電流(差值電流)

—負(fù)反饋反饋電流取自輸出電壓—電壓反饋

反饋信號與輸入信號在輸入端以電流的形式比較—

—并聯(lián)反饋uoRFuiR2R1+–++–+–RLi1if

idAF+–ifidiiuO(b)方框圖(a)電路3.串聯(lián)電流負(fù)反饋+–uf–+ud設(shè)輸入電壓ui

為正，差值電壓ud=ui–

uf各電壓的實際方向如圖uf削弱了凈輸入電壓(差值電壓)

—負(fù)反饋反饋電壓取自輸出電流—電流反饋

反饋信號與輸入信號在輸入端以電壓的形式比較

—串聯(lián)反饋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)反饋設(shè)輸入電壓ui

為正，差值電流id=i1–

if各電流的實際方向如圖if削弱了凈輸入電流(差值電流)—負(fù)反饋反饋電流取自輸出電流—電流反饋

反饋信號與輸入信號在輸入端以電流的形式比較

—并聯(lián)反饋－(a)電路AF+–ifidiiiO(b)方框圖RFR1uiR2RL+–++–ioRuRi1ifid4.并聯(lián)電流負(fù)反饋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－(a)電路RFR1uiR2RL+–++–ioRuR反饋電流運算放大器電路反饋類型的判別方法：1.反饋電路直接從輸出端引出的，是電壓反饋；從負(fù)載電阻RL的靠近“地”端引出的，是電流反饋；

2.輸入信號和反饋信號分別加在兩個輸入端(同相和反相)上的，是串聯(lián)反饋；加在同一個輸入端(同相或反相)上的，是并聯(lián)反饋；

3.對串聯(lián)反饋，輸入信號和反饋信號的極性相同時，是負(fù)反饋；極性相反時，是正反饋；

4.對并聯(lián)反饋，凈輸入電流等于輸入電流和反饋電流之差時，是負(fù)反饋；否則是正反饋。例1：試判別下圖放大電路中從運算放大器A2輸出端引至A1輸入端的是何種類型的反饋電路。uf+–解：

因反饋電路直接從運算放大器A2的輸出端引出，所以是電壓反饋；

因輸入信號和反饋信號分別加在反相輸入端和同相輸入端上，所以是串聯(lián)反饋；因輸入信號和反饋信號極性相同,所以是負(fù)反饋。－－串聯(lián)電壓負(fù)反饋

先在圖中標(biāo)出各點的瞬時極性及反饋信號；uo1uiR+–++–uo++–RLA1A2例2：試判別下圖放大電路中從運算放大器A2輸出端引至A1輸入端的是何種類型的反饋電路。解：

因反饋電路是從運算放大器A2的負(fù)載電阻RL的靠近“地”端引出的，所以是電流反饋；

因輸入信號和反饋信號均加在同相輸入端上，所以是并聯(lián)反饋;

因凈輸入電流id等于輸入電流和反饋電流之差，所以是負(fù)反饋。－并聯(lián)電流負(fù)反饋i1ifiduo1uiR++–uo++–RLA1A2例3：判斷圖示電路中的負(fù)反饋類型。解:RE2對交流不起作用，引入的是直流反饋；RE1對本級引入串聯(lián)電流負(fù)反饋。RE1、RF對交、直流均起作用，所以引入的是交、直流反饋。RB1RC1C1RB2RE1++–RS+–RFRC2CE2C2RE2RL++UCC+–T1T2esuiuo例3：判斷圖示電路中的負(fù)反饋類型。解：RE1、RF引入越級串聯(lián)電壓負(fù)反饋。－+－+

T2集電極的反饋到T1的發(fā)射極，提高了E1的交流電位，使Ube1減小，故為負(fù)反饋；反饋從T2的集電極引出，是電壓反饋；反饋電壓引入到T1的發(fā)射極，是串聯(lián)反饋。RB1RC1C1RB2RE1++–RS+–RFRC2CE2C2RE2RL++UCC+–T1T2esuiuo例4：如果RF不接在T2的集電極，而是接C2與RL之間，兩者有何不同？解：因電容C2的隔直流作用，這時RF僅引入交流反饋。RB1RC1C1RB2RE1++–RS+–RFRC2CE2C2RE2RL++UCC+–T1T2esuiuo×RF2(R1、R2):

直流反饋（穩(wěn)定靜態(tài)工作點）RF、CF:

交流電壓并聯(lián)負(fù)反饋+UCC(a)RE1+R1RF1RF2C2RC2RC1CE2RE2R2+C+RF1、RE1:交直流電壓串聯(lián)負(fù)反饋+––+++––例5：RE2:

直流反饋RF++UCC+RBC2RC2RC1CE2RE2+C1CF(b)+––––+––––電流并聯(lián)負(fù)反饋正反饋兩個2k電阻構(gòu)成交直流反饋兩個470k20F++++470k6003.9k+20F470k3.9k50F2k47050F100F47030k3DG63DG6(c)+6V++(d)+50k2k2k8k3k3k50F50F50F+20V17.2.2負(fù)反饋對放大電路工作性能的影響反饋放大電路的基本方程反饋系數(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)反饋使放大倍數(shù)下降。則有：同相，所以

AF是正實數(shù)負(fù)反饋時，|1+AF|稱為反饋深度，其值愈大，負(fù)反饋作用愈強，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)較低就是因為電路中引入了負(fù)反饋。2.提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性引入負(fù)反饋使放大倍數(shù)的穩(wěn)定性提高。放大倍數(shù)下降至1/(1+|AF|)倍,穩(wěn)定性提高1+|AF|倍。若|AF|>>1，稱為深度負(fù)反饋，此時：

在深度負(fù)反饋的情況下，閉環(huán)放大倍數(shù)僅與反饋電路的參數(shù)有關(guān)。例：|A|=300，|F|=0.01。3.改善波形失真

負(fù)反饋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。加入負(fù)反饋無負(fù)反饋FufAuiuo大小略小略大接近正弦波uouiA+–uid略大略小uf4.展寬通頻帶引入負(fù)反饋使電路的通頻帶寬度增加無負(fù)反饋有負(fù)反饋f|AO|0.707|Auo|Of′2|Afo|f2|Af|,|Af|0.707|Afo|BWBWf負(fù)反饋展寬通頻帶5.對放大電路輸入電阻的影響(1)串聯(lián)負(fù)反饋使電路的輸入電阻提高uiubeib++––5.

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)反饋無負(fù)反饋時：有負(fù)反饋時：uf+–使電路的輸入電阻提高(2)并聯(lián)負(fù)反饋使電路的輸入電阻降低if無負(fù)反饋時：有負(fù)反饋時：在同樣的ube下，ii

=ib+if>ib，所以

rif

降低。(2)并聯(lián)負(fù)反饋使電路的輸入電阻降低iiibube+–

電壓負(fù)反饋具有穩(wěn)定輸出電壓的作用，即有恒壓輸出特性，故輸出電阻降低。(1)電壓負(fù)反饋使電路的輸出電阻降低6.對放大電路輸出電阻的影響

電流負(fù)反饋具有穩(wěn)定輸出電流的作用，即有恒流輸出特性，故輸出電阻提高。(2)電流負(fù)反饋使電路的輸出電阻提高四種負(fù)反饋對ri和ro的影響串聯(lián)電壓串聯(lián)電流并聯(lián)電壓并聯(lián)電流思考題：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)反饋？riro減低增高增高增高增高減低減低減低17.3

振蕩電路中的正反饋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現(xiàn)象。

開關(guān)合在“1”為無反饋放大電路。開關(guān)合在“2”為有反饋放大電路

開關(guān)合在“2”時,去掉ui

仍有穩(wěn)定的輸出。反饋信號代替了放大電路的輸入信號。自激振蕩狀態(tài)1SA2F17.3

振蕩電路中的正反饋17.3.1

自激振蕩1SA2F工作原理:當(dāng)振蕩電路與電源接通時,在電路中激起一個微小的擾動信號,就是起始信號。為了讓它發(fā)展增長，振蕩電路中必須有放大和正反饋。為了得到單一頻率的正弦信號，電路中還必須有選頻部分，用以確定振蕩頻率。當(dāng)工作正常后，反饋信號能夠取代輸入信號。啟動：

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須是正反饋；

幅度條件表明反饋放大器要產(chǎn)生自激振蕩，還必須有足夠的反饋量(可以通過調(diào)整放大倍數(shù)A或反饋系數(shù)F達(dá)到)。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。

應(yīng)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)反饋網(wǎng)絡(luò):必須是正反饋，反饋信號即是

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，從而達(dá)到穩(wěn)幅振蕩。1.RC正弦波振蕩電路RC選頻網(wǎng)絡(luò)正反饋網(wǎng)絡(luò)放大電路

用正反饋信號uf作為輸入信號

選出單一頻率的信號(1)電路結(jié)構(gòu)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

決定于RC。幅頻特性13ffO相頻特性fO(f)。。RCRC。+–+–。。。RCRC。+–+–。幅頻特性13ffO相頻特性fO(f)u1u2u2與u1波形u1,u2(3)工作原理

輸出電壓

uO

經(jīng)正反饋(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f

0處F

=

0,滿足相位平衡條件，所以振蕩頻率f

0=12RC。改變R、C可改變振蕩頻率

由運算放大器構(gòu)成的RC振蕩電路的振蕩頻率一般不超過1MHz。3)振蕩頻率

振蕩頻率由相位平衡條件決定。振蕩頻率的調(diào)整++∞RFRCC–uO–+KKR1R2R3R3R2R1

改變開關(guān)K的位置可改變選頻網(wǎng)絡(luò)的電阻，實現(xiàn)頻率粗調(diào)；改變電容C的大小可實現(xiàn)頻率的細(xì)調(diào)。振蕩頻率14)起振及穩(wěn)定振蕩的條件穩(wěn)定振蕩條件AuF

=1，|F|=1/3，則起振條件AuF

>1，因為|F|=1/3，則

考慮到起振條件AuF

>1,一般應(yīng)選取RF略大2R1。如果這個比值取得過大，會引起振蕩波形嚴(yán)重失真。

由運放構(gòu)成的RC串并聯(lián)正弦波振蕩電路不是靠運放內(nèi)部的晶體管進(jìn)入非線性區(qū)穩(wěn)幅，而是通過在外部引入負(fù)反饋來達(dá)到穩(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，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：

思考：

若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，尚不足以使二極管導(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)。由于高頻運放價格較高，所以一般用分離元件組成放大電路。本節(jié)只對

LC振蕩電路的結(jié)構(gòu)和工作原理作簡單介紹。LC+UCCRLC1RB1RB2RECE變壓器反饋式LC振蕩電路(1)電路結(jié)構(gòu)正反饋(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饋網(wǎng)絡(luò)uf+–例1：正反饋

注意：用瞬時極性法判斷反饋的極性時，耦合電容、旁路電容兩端的極性相同，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斷