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、正反響和負反響以及負反響的四種類型;2.了解負反響對放大電路任務性能的影響；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振蕩電路的任務原理。RB1RCC1C2RB2RERL+++UCCuiuo++––17.1.1負反響與正反響反響：將放大電路輸出端的信號(電壓或電流)的一部分或全部經過某種電路引回到輸入端。17.1反響的根本概念esRB+UCCC1C2RERLui+–uo+–+++–RS經過RE將輸出電流反響到輸入經過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—反響信號—輸出信號凈輸入信號：F反響電路比較環(huán)節(jié)—輸入信號根本放大電路假設三者同相，那么Xd=Xi-Xf,即Xd<Xi,此時,反響信號減弱了凈輸入信號,電路為負反響。假設Xd>Xi，即反響信號起了加強凈輸入信號的作用那么為正反響。17.1.2負反響與正反響的判別方法利用瞬時極性法判別負反響與正反響的步驟：2.假設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)，那么該點電位的瞬時極性為正(用表示)；反之為負(用表示)。－4.假設反響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,為負反響；反之，極性一樣為正反響。3.假設反響信號與輸入信號加在不同輸入端(或兩個電極)上，兩者極性一樣時，凈輸入電壓減小,為負反響；反之，極性相反為正反響。1.設接“地〞參考點的電位為零。+–uf+–ud設輸入電壓ui為正，差值電壓ud=ui–uf各電壓的實踐方向如圖uf減小了凈輸入電壓(差值電壓)——負反響

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，用以產生波形。在放大電路中，出現正反響將使放大器產生自激振蕩，使放大器不能正常任務。例3：RB1RCC1C2RB2RERL+++UCCuiuo++––設輸入電壓ui為正，差值電壓ube=ui–uf各電壓的實踐方向如圖uf減小了凈輸入電壓——負反響

RBRER'Luiuo++––交流通路+–uf+–ube－ie交、直流分量的信號均可經過RE，所以RE引入的是交、直流反響。假設有發(fā)射極旁路電容，RE中僅有直流分量的信號經過，這時RE引入的那么是直流反響。引入交流負反響的目的：改善放大電路的性能引入直流負反響的目的：穩(wěn)定靜態(tài)任務點17.2放大電路中的負反響17.7.1負反響的分類(1)根據反響所采樣的信號不同，可以分為電壓反響和電流反響。假設反響信號取自輸出電壓，叫電壓反響。假設反響信號取自輸出電流，叫電流反響。(2)根據反響信號在輸入端與輸入信號比較方式的不同，可以分為串聯反響和并聯反響。反響信號與輸入信號串聯，即反響信號與輸入信號以電壓方式作比較，稱為串聯反響。反響信號與輸入信號并聯，即反響信號與輸入信號以電流方式作比較，稱為并聯反響。1.串聯電壓負反響+–uf+–ud設輸入電壓ui為正，差值電壓ud=ui–ufuf減弱了凈輸入電壓(差值電壓)—負反響反響電壓取自輸出電壓—電壓反響反響信號與輸入信號在輸入端以電壓的方式比較—串聯反響

AF+–ufuduiuO(b)方框圖(a)電路uoRFuiR2R1+–++

–

+–RL各電壓的實踐方向如圖2.并聯電壓負反響－

設輸入電壓ui為正，差值電流id=i1–if各電流的實踐方向如圖if減弱了凈輸入電流(差值電流)—負反響反響電流取自輸出電壓—電壓反響反響信號與輸入信號在輸入端以電流的方式比較——并聯反響uoRFuiR2R1+–++

–

+–RLi1ifidAF+–ifidiiuO(b)方框圖(a)電路3.串聯電流負反響+–uf–+ud設輸入電壓ui為正，差值電壓ud=ui–uf各電壓的實踐方向如圖uf減弱了凈輸入電壓(差值電壓)—負反響反響電壓取自輸出電流—電流反響反響信號與輸入信號在輸入端以電壓的方式比較—串聯反響

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4.并聯電流負反響設輸入電壓ui為正，差值電流id=i1–if各電流的實踐方向如圖if減弱了凈輸入電流(差值電流)—負反響反響電流取自輸出電流—電流反響反響信號與輸入信號在輸入端以電流的方式比較—并聯反響－

(a)電路AF+–ifidiiiO(b)方框圖RFR1uiR2RL+–++

–

ioRuRi1ifid4.并聯電流負反響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各電流的實踐方向如圖if減弱了凈輸入電流(差值電流)—負反響－

(a)電路RFR1uiR2RL+–++

–

ioRuR取自輸出電流—電流反響反響電流運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；從負載電阻RL的接近“地〞端引出的，是電流反響；2.輸入信號和反響信號分別加在兩個輸入端(同相和反相)上的，是串聯反響；加在同一個輸入端(同相或反相)上的，是并聯反響；3.對串聯反響，輸入信號和反響信號的極性一樣時，是負反響；極性相反時，是正反響；4.對并聯反響，凈輸入電流等于輸入電流和反響電流之差時，是負反響；否那么是正反響。例1：試判別以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響電路。uf+–解：因反響電路直接從運算放大器A2的輸出端引出，所以是電壓反響；因輸入信號和反響信號分別加在反相輸入端和同相輸入端上，所以是串聯反響；因輸入信號和反響信號的極性一樣,所以是負反響。－

－

串聯電壓負反響先在圖中標出各點的瞬時極性及反響信號；uo1uiR+–++

–

uo++

–

RLA1A2例2：試判別以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響電路。解：因反響電路是從運算放大器A2的負載電阻RL的接近“地〞端引出的，所以是電流反響；因輸入信號和反響信號均加在同相輸入端上，所以是并聯反響;因凈輸入電流id等于輸入電流和反響電流之差，所以是負反響。

－

并聯電流負反響

i1ifiduo1uiR++

–

uo++

–

RLA1A217.2.2負反響對放大電路任務性能的影響反響放大電路的根本方程反響系數凈輸入信號開環(huán)放大倍數閉環(huán)放大倍數+–AF1.降低放大倍數負反響使放大倍數下降。那么有：同相，所以AF是正實數負反響時，|1+AF|稱為反響深度，其值愈大，負反響作用愈強，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由于電路中引入了負反響。2.提高放大倍數的穩(wěn)定性引入負反響使放大倍數的穩(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。假設|AF|>>1，稱為深度負反響，此時：在深度負反響的情況下，閉環(huán)放大倍數僅與反響電路的參數有關。例：|A|=300，|F|=0.01。3.改善波形失真負反響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。參與負反響無負反響FufAuiuo大小略小略大接近正弦波uouiA+–uid略大略小ufuiubeib++––4.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)串聯負反響無負反響時：有負反響時：uf+–使電路的輸入電阻提高if無負反響時：有負反響時：在同樣的ube下，ii=ib+if>ib，所以rif降低。(2)并聯負反響使電路的輸入電阻降低iiibube+–電壓負反響具有穩(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)電壓負反響使電路的輸出電阻降低(2)電流負反響使電路的輸出電阻提高5.對放大電路輸出電阻的影響四種負反響對ri和ro的影響串聯電壓串聯電流并聯電壓并聯電流思索題：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景象。開關合在“1〞為無反響放大電路。開關合在“2〞為有反響放大電路開關合在“2〞時,去掉ui仍有穩(wěn)定的輸出。反響信號替代了放大電路的輸入信號。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生自激振蕩，還必需有足夠的反響量(可以經過調整放大倍數A或反響系數F到達)。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。運用：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。正弦波振蕩電路的組成(1)放大電路:放大信號(2)反響網絡:必需是正反響，反響信號即是

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，從而到達穩(wěn)幅振蕩。1.RC正弦波振蕩電路RC選頻網絡正反響網絡放大電路用正反響信號uf作為輸入信號選出單一頻率的信號(1)電路構造uf–+R++∞RFR1CRC–uO–+同相比例電路選頻網絡(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決議于RC。幅頻特性13ffO相頻特性fO(f)u1u2u2與u1波形u1,u2(3)任務原理輸出電壓uO經正反響(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R、C可改動振蕩頻率由運算放大器構成的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。振蕩頻率的調整++∞RFRCC–uO–+KKR1R2R3R3R2R1改動開關K的位置可改動選頻網絡的電阻，實現頻率粗調；改動電容C的大小可實現頻率的細調。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,普通應選取RF略大2R1。假設這個比值獲得過大，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，而是經過在外部引入負反響來到達穩(wěn)幅的目的。帶穩(wěn)幅環(huán)節(jié)的電路(1)熱敏電阻具有負溫度系數，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)熱敏電阻具有負溫度系數，利用它的非線性可以自動穩(wěn)幅。半導體熱敏電阻R++∞RFR1CRC–uO–+穩(wěn)幅過程：思索：假設熱敏電阻具有正溫度系數，應接在何處？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，尚缺乏以使二極管導通，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+–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成，可以產生高頻振蕩(幾百千赫以上)。由于高頻運放價錢較高，所以普通用分別元件組成放大電路。本節(jié)只對LC振蕩電路的構造和任務原理作簡單引見。LC+UCCRLC1RB1RB2RECE變壓器反響式LC振蕩電路(1)電路構造

正反響(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響網絡uf+–

例1：正反響留意：用瞬時極性法判別反響的極性時，耦合電容、旁路電容兩端的極性一樣，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別以下圖電路能否產生自激振蕩－－－

+UCCC1RB1RB2RECELC例2：半導體接近開關LC振蕩器開關電路射極輸出器繼電器半導體接近開關是一種無觸點開關，具有反映速度快、定位準確、壽命長等優(yōu)點。它在行程控制、定位控制、自動計數以及各種報警電路中得到了廣泛運用。L2C2–UCCRE2T1RP1R2RE1CE1C1L1RP2L3