第十七章反饋放大電路

1第十七章電子電路中的反饋2第17章電子電路中的反饋17.1

反饋的基本概念17.2

放大電路中的負反饋17.3

振蕩電路中的正反饋3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、正反饋和負反饋以及負反饋的四種類型;2.了解負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。RB1RCC1C2RB2RERL+++UCCuiuo++––17.1.1

負反饋與正反饋反饋：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。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5反饋放大電路的三個環(huán)節(jié)：基本放大電路比較環(huán)節(jié)反饋放大電路的方框圖反饋電路輸出信號輸入信號反饋信號反饋系數凈輸入信號放大倍數反饋電路F–基本放大電路A+6(b)帶反饋(a)不帶反饋A電子電路方框圖+–AF反饋電路比較環(huán)節(jié)基本放大電路

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。

—凈輸入信號—反饋信號—輸出信號

—輸入信號凈輸入信號：717.1.2

負反饋與正反饋的判別方法利用瞬時極性法判別負反饋與正反饋的步驟：2.若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)，則該點電位的瞬時極性為正(用表示)；反之為負(用表示)。－4.若反饋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,為負反饋；反之，極性相同為正反饋。

3.若反饋信號與輸入信號加在不同輸入端(或兩個電極)上，

兩者極性相同時，凈輸入電壓減小,為負反饋；反之，極性相反為正反饋。

1.設接“地”參考點的電位為零。8瞬時極性法是判別電路中負反饋與正反饋的基本方法集成電路的判別：＋＋▽∞⊕⊕○分立元件的判別：⊕⊕○UBIBUCE=UCC—ICRUEIE17.1.2

負反饋與正反饋的判別方法9+–uf+–ud設輸入電壓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)

——負反饋uoRFuiR2R1+–++–+–例1：uoRFuiR2R1+–++–+–例2：設輸入電壓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，用以產生波形。

在放大電路中，出現正反饋將使放大器產生自激振蕩，使放大器不能正常工作。10例3：RB1RCC1C2RB2RERL+++UCCuiuo++––設輸入電壓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。引入交流負反饋的目的：改善放大電路的性能引入直流負反饋的目的：穩(wěn)定靜態(tài)工作點111、負反饋的類型（一）、電壓反饋和電流反饋電壓反饋：反饋信號取自輸出電壓信號。電流反饋：反饋信號取自輸出電流信號。根據反饋所采樣的信號不同，可以分為電壓反饋和電流反饋。負反饋交流反饋直流反饋電壓串聯負反饋電壓并聯負反饋電流串聯負反饋電流并聯負反饋穩(wěn)定靜態(tài)工作點17.2

放大電路中的負反饋12據反饋量在輸入端與輸入信號比較形式，可分為串聯和并聯反饋串聯反饋：反饋量以電壓的形式出現，與輸入信號進行比較為串聯反饋。并聯反饋：反饋量以電流的形式出現，與輸入信號進行比較為并聯反饋；（二）、串聯反饋和并聯反饋（三）、交流反饋與直流反饋交流反饋：反饋只對交流信號起作用。直流反饋：反饋只對直流起作用。若反饋網絡中串接隔直電容，則隔斷直流，反饋只對交流起作用起反饋作用的電阻兩端并聯旁路電容，可以使其只對直流起作用有的反饋只對交流信號起作用；有的反饋只對直流信號起作用；有的反饋對交、直流信號均起作用。13增加隔直電容C后，Rf只對交流起反饋作用。注：本電路中C1、C2也起到隔直作用。+–C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2CEC3C2+ECuoui+–T1T2RfRE1C143.從輸入端判別是串聯反饋還是并聯反饋4.從輸出端判別是電壓反饋還是電流反饋1.確定有無反饋電路2.用瞬時極性法判別反饋類型（正、負反饋）負反饋類型的判斷步驟：151.串聯電壓負反饋+–uf+–ud

設輸入電壓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

—串聯反饋AF+–ufuduiuO(b)方框圖(a)電路uoRFuiR2R1+–++–+–RL各電壓的實際方向如圖162.并聯電壓負反饋－設輸入電壓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—

—并聯反饋uoRFuiR2R1+–++–+–RLi1if

idAF+–ifidiiuO(b)方框圖(a)電路173.串聯電流負反饋+–uf–+ud設輸入電壓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

—串聯反饋uf=Rio特點:輸出電流

io與負載電阻RL無關—

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184.并聯電流負反饋設輸入電壓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

—并聯反饋－(a)電路AF+–ifidiiiO(b)方框圖RFR1uiR2RL+–++–ioRuRi1ifid194.并聯電流負反饋i1ifid特點：輸出電流io與負載電阻RL無關

——反相輸入恒流源電路設輸入電壓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)—負反饋－(a)電路RFR1uiR2RL+–++–ioRuR取自輸出電流—電流反饋反饋電流20電壓反饋一般從后級放大器的輸出端采樣電流反饋一般從后級放大器的非輸出端采樣并聯反饋的反饋信號接于晶體管基極串聯反饋的反饋信號接于晶體管發(fā)射極分立元件電流、電壓反饋判別電壓反饋一般直接從運放的輸出端采樣電流反饋一般不直接從運放輸出端采樣

串、并聯反饋判別并聯反饋反饋網絡接在信號輸入端串聯反饋反饋網絡接在非信號輸入端集成電路電流、電壓反饋判別

串、并聯反饋判別負反饋類型的判別:21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，所以是串聯反饋；因輸入信號和反饋信號的極性相同,所以是負反饋。－－串聯電壓負反饋

先在圖中標出各點的瞬時極性及反饋信號；uo1uiR+–++–uo++–RLA1A222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，所以是負反饋。－并聯電流負反饋i1ifiduo1uiR++–uo++–RLA1A223例3：判斷圖示電路中的負反饋類型。解:RE2對交流不起作用，引入的是直流反饋；RE1對本級引入串聯電流負反饋。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+–T1T2esuiuo24例3：判斷圖示電路中的負反饋類型。解：RE1、RF引入越級串聯電壓負反饋。－+－+

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，是串聯反饋。RB1RC1C1RB2RE1++–RS+–RFRC2CE2C2RE2RL++UCC+–T1T2esuiuo25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RE1、RF僅引入交流反饋。RB1RC1C1RB2RE1++–RS+–RFRC2CE2C2RE2RL++UCC+–T1T2esuiuo×26例5：如果RF的另一端不接在T1的發(fā)射極，而是接在它的基極，兩者有何不同，是否會變成正反饋？

解：T2集電極的反饋到T1的基極，提高了B1的交流電位，使Ube1增大，故為正反饋；

這時RE1、RF引入越級正反饋。－+－+RB1RC1C1RB2RE1++–RS+–RFRC2CE2C2RE2RL++UCC+–T1T2esuiuo27RF2(R1、R2):

直流反饋（穩(wěn)定靜態(tài)工作點）RF、CF:

交流電壓并聯負反饋+UCC(a)RE1+R1RF1RF2C2RC2RC1CE2RE2R2+C+RF1、RE1:交直流電壓串聯負反饋+––+++––例6：RE2:

直流反饋RF++UCC+RBC2RC2RC1CE2RE2+C1CF(b)28+––––+––––電流并聯負反饋正反饋兩個2k電阻構成交直流反饋兩個470k20F++++470k6003.9k+20F470k3.9k50F2k47050F100F47030k3DG63DG6(c)+6V++(d)+50k2k2k8k3k3k50F50F50F+20V2917.2.2負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凈輸入信號開環(huán)放大倍數閉環(huán)放大倍數+–AF301.

降低放大倍數

負反饋使放大倍數下降。則有：同相，所以

AF是正實數負反饋時，|1+AF|稱為反饋深度，其值愈大，負反饋作用愈強，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較低就是因為電路中引入了負反饋。312.提高放大倍數的穩(wěn)定性引入負反饋使放大倍數的穩(wěn)定性提高。放大倍數下降至1/(1+|AF|)倍,其穩(wěn)定性提高1+|AF|倍。若|AF|>>1，稱為深度負反饋，此時：

在深度負反饋的情況下，閉環(huán)放大倍數僅與反饋電路的參數(電阻和電容）有關。32例：|A|=300，|F|=0.01。333.改善波形失真

負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。加入負反饋無負反饋FufAuiuo大小略小略大接近正弦波uouiA+–uid略大略小uf344.展寬通頻帶引入負反饋使電路的通頻帶寬度增加無負反饋有負反饋f|AO|0.707|Auo|Of′2|Afo|f2|Af|,|Af|0.707|Afo|BWBWf負反饋展寬通頻帶35uiubeib++––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)串聯負反饋無負反饋時：有負反饋時：uf+–使電路的輸入電阻提高36if無負反饋時：有負反饋時：在同樣的ube下，ii

=ib+if>ib，所以

rif

降低。(2)并聯負反饋使電路的輸入電阻降低iiibube+–37

電壓負反饋具有穩(wěn)定輸出電壓的作用，即有恒壓輸出特性，故輸出電阻降低。

電流負反饋具有穩(wěn)定輸出電流的作用，即有恒流輸出特性，故輸出電阻提高。(1)電壓負反饋使電路的輸出電阻降低(2)電流負反饋使電路的輸出電阻提高6.對放大電路輸出電阻的影響381.串聯負反饋使電路的輸入電阻增加：2.并聯負反饋使電路的輸入電阻減?。豪?射極輸出器理解：串聯負反饋相當于在輸入回路中串聯了一個電阻，故輸入電阻增加。理解：并聯負反饋相當于在輸入回路中并聯了一條支路，故輸入電阻減小。*對輸入、輸出電阻的影響393.電壓負反饋使電路的輸出電阻減?。豪?射極輸出器理解：電壓負反饋目的是阻止uo的變化，穩(wěn)定輸出電壓。放大電路空載時可等效右圖框中為電壓源輸出電阻越小，輸出電壓越穩(wěn)定，反之亦然roesouoRL理解：電流負反饋目的是阻止io的變化，穩(wěn)定輸出電流。放大電路空載時可等效為右圖框中電流源輸出電阻越大，輸出電流越穩(wěn)定，反之亦然4.電流負反饋使電路的輸出電阻增加：roisoioRL40四種負反饋對ri和ro的影響串聯電壓串聯電流并聯電壓并聯電流思考題：為了分別實現：

(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。應引入哪種類型的負反饋？riro減低增高增高增高增高減低減低減低4117.3

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象。

開關合在“1”為無反饋放大電路。開關合在“2”為有反饋放大電路

開關合在“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)1SA2F42

自激振蕩的條件(1)幅度條件：(2)相位條件：n是整數

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生自激振蕩，還必須有足夠的反饋量(可以通過調整放大倍數A或反饋系數F達到)。自激振蕩的條件433.起振及穩(wěn)幅振蕩的過程設：Uo

是振蕩電路輸出電壓的幅度，

B是要求達到的輸出電壓幅度。起振時Uo

0，達到穩(wěn)定振蕩時Uo

=B。起振過程中Uo

<B，要求AuF

>

1，穩(wěn)定振蕩時Uo

=B，要求AuF

=

1，

從AuF

>

1到AuF

=

1，就是自激振蕩建立的過程?？墒馆敵鲭妷旱姆炔粩嘣龃?。使輸出電壓的幅度得以穩(wěn)定。起始信號的產生：在電源接通時，會在電路中激起一個微小的擾動信號，它是個非正弦信號，含有一系列頻率不同的正弦分量。4417.3.2

正弦波振蕩電路

正弦波振蕩電路用來產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。

應用：無線電通訊、廣播電視，工業(yè)上的高頻感應爐、超聲波發(fā)生器、正弦波信號發(fā)生器、半導體接近開關等。45正弦波振蕩電路的組成(1)放大電路:放大信號(2)反饋網絡:必須是正反饋，反饋信號即是

放大電路的輸入信號(3)選頻網絡:

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，從而達到穩(wěn)幅振蕩。461.RC正弦波振蕩電路RC選頻網絡正反饋網絡放大電路

用正反饋信號uf作為輸入信號

選出單一頻率的信號(1)電路結構uf–+R++∞RFR1CRC–uO–+同相比例電路選頻網絡47(2)RC串并聯選頻網絡的選頻特性傳輸系數：。。RCRC。+–+–。式中

：

分析可知：僅當=o時，U2U1=13達最大值，且u2與u1同相,即網絡具有選頻特性,fO

決定于RC。48幅頻特性13ffO相頻特性fO(f)u1u2u2與u1波形u1,u249(3)工作原理

輸出電壓

uO

經正反饋(兼選頻)網絡分壓后，取uf

作為同相比例電路的輸入信號ui

。1)起振過程502)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。51振蕩頻率的調整++∞RFRCC–uO–+KKR1R2R3R3R2R1

改變開關K的位置可改變選頻網絡的電阻，實現頻率粗調；改變電容C的大小可實現頻率的細調。振蕩頻率524)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

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

由運放構成的RC串并聯正弦波振蕩電路不是靠運放內部的晶體管進入非線性區(qū)穩(wěn)幅，而是通過在外部引入負反饋來達到穩(wěn)幅的目的。53帶穩(wěn)幅環(huán)節(jié)的電路

圖示電路中，RF分為兩部分。在RF1上正反并聯兩個二極管，它們在輸出電壓uO的正負半周內分別導通。在起振之初，由于uO幅值很小，尚不足以使二極管導通，正向二極管近于開路,此時，RF>2R1。而后，隨著振蕩幅度的增大，正向二極管導通，其正向電阻逐漸減小，直到RF=2R1，振蕩穩(wěn)定。R++∞RF2R1CRC–uO–+D1D2RF1uf+–542.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成，可以產生高頻振蕩(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振蕩電路的結構和工作原理作簡單介紹。55LC+UCCRLC1RB1RB2RECE變壓器反饋式LC振蕩電路(1)電路結構正反饋(2)

振蕩頻率

即LC并聯電路的諧振頻率－－放大電路選頻電路反饋網絡uf+–56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，屬于選頻網絡的電容，其兩端的極性相反。

試用相位平衡條件判斷下圖電路能否產生自激振蕩+UCC