电子电路负反馈课件.ppt

1、17.1 反馈的基本概念反馈的基本概念1.开环与闭环开环与闭环电路中只有正向传输，没有反电路中只有正向传输，没有反向传输，称为向传输，称为开环状态。开环状态。正向传输正向传输信号从输入端到信号从输入端到输出端的传输输出端的传输反向传输反向传输信号从输信号从输出端到输入端的传输出端到输入端的传输既有正向传输，又有反馈既有正向传输，又有反馈 称为称为闭环状态闭环状态。uu+f1oi+RRuuo+i信号的正向传输信号的正向传输信号的正向传输信号的正向传输反馈传输反馈传输(通路通路)（反馈网络）（反馈网络）基本放大电路基本放大电路AdX oX 反馈网络反馈网络FfX 放大放大：doXXA 迭加：迭加：

2、fidXXX 1.什么是放大电路中的负反馈什么是放大电路中的负反馈A称为开环称为开环放大倍数放大倍数iX+反馈反馈：ofXXF AF称为闭环放大倍数称为闭环放大倍数AF=Xo/Xi输出信号输出信号输入信号输入信号反馈信号反馈信号净输入信号净输入信号F称为反馈系数称为反馈系数17.1.1 负反馈与正反馈负反馈与正反馈负反馈放大器负反馈放大器反馈反馈将电子系统输出回路的电量（电压或电流），以一定将电子系统输出回路的电量（电压或电流），以一定的方式送回到输入回路的过程。的方式送回到输入回路的过程。iXfX设与同相一般负反馈一般负反馈称为反馈深度称为反馈深度FA 1FAAA 1F时，时，11 )1(F

3、A，FAA 深度负反馈深度负反馈正反馈正反馈时，时，11 )3(FA，FAA 自激振荡自激振荡时，时，01 )4(FA，F A(5)在深度负反馈条件下在深度负反馈条件下1FAAF1AF 1FA11FA(2)有时，时，反馈对放大电路工作性能的影响反馈对放大电路工作性能的影响例：基本放大器，无反馈，净输例：基本放大器，无反馈，净输入量入量ube=ui，电压放大倍数为：，电压放大倍数为：2.负反馈与正反馈负反馈与正反馈负反馈负反馈输入量不变时，引入反馈后使净输入量减小，输入量不变时，引入反馈后使净输入量减小，放大倍数减小。放大倍数减小。引入反馈后，净输入量引入反馈后，净输入量ube=ui-uf，电压

4、放大倍数为：电压放大倍数为：可见，净输入量减小，放大倍数减小，所以是负反馈。可见，净输入量减小，放大倍数减小，所以是负反馈。正反馈正反馈输入量不变时，引入反馈后使净输入量增加，输入量不变时，引入反馈后使净输入量增加，放大倍数增加。放大倍数增加。+u-TRuLcCCob1+.RCb2Cb1+ViR-beu+-ebeLu)(1RrRAbeLurRA+CTRb1CCRb1b2RVL+uoR-u+-ib2CcReic+u-fbeu+-17.1.2 17.1.2 负反馈与正反馈的判别方法负反馈与正反馈的判别方法用用“瞬时极性法瞬时极性法”判断反馈极性：判断反馈极性：假设某一瞬时，在放大电路的输入端假设某

5、一瞬时，在放大电路的输入端加入一个正极性的输入信号，按信号传加入一个正极性的输入信号，按信号传输方向依次判断相关点的瞬时极性，直输方向依次判断相关点的瞬时极性，直至判断出反馈信号的瞬时极性。如果反至判断出反馈信号的瞬时极性。如果反馈信号的瞬时极性使净输入减小，则为馈信号的瞬时极性使净输入减小，则为负反馈；反之为正反馈。负反馈；反之为正反馈。+-RuRVeuib-C1+CCoTRL2C+-RSSu负反馈类型有四种组态负反馈类型有四种组态:电压串联负反馈电压串联负反馈 电压并联负反馈电压并联负反馈 电流串联负反馈电流串联负反馈 电流并联负反馈电流并联负反馈17.2 放大电路中的负反馈一一.电压串联

6、负反馈电压串联负反馈根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电压串联负反馈电压串联负反馈从输入端看从输入端看，有：有：ud=ui-uf故为串联负反馈。故为串联负反馈。用用“瞬时极性法瞬时极性法”判断反馈极性：判断反馈极性：假设某一瞬时，在放大电路的输入端假设某一瞬时，在放大电路的输入端加入一个正极性的输入信号，按信号传加入一个正极性的输入信号，按信号传输方向依次判断相关点的瞬时极性，直输方向依次判断相关点的瞬时极性，直至判断出反馈信号的瞬时极性。如果反至判断出反馈信号的瞬时极性。如果反馈信号的瞬时极性使净输入减小，则为馈信号的瞬时极性使净输入减小，则为负反馈

7、；反之为正反馈。负反馈；反之为正反馈。反馈电压：反馈电压：fRRRuu11of因为反馈量与输出电压成比例，所以称电压反馈。因为反馈量与输出电压成比例，所以称电压反馈。VVV-fARi+duu-f-R+u1+uRo二二.电压并联负反馈电压并联负反馈根据瞬时极性判断是根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路负反馈，所以该电路为为电压并联负反馈电压并联负反馈。id=ii-if从输入端看有：从输入端看有：因为反馈量与输出电压成比例，所以是电压反馈。因为反馈量与输出电压成比例，所以是电压反馈。反馈电流：反馈电流：ffRuRuuioof故为并联负反馈故为并联负反馈。VCC_CIRCLEVCC_CIRCLE+A

8、+LRRfifid1i1Ruoiu三三.电流并联负反馈电流并联负反馈根据瞬时极性判断是根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路负反馈，所以该电路为为电流串联负反馈。电流串联负反馈。又因为又因为在输入端有在输入端有:id=ii-if 反馈电流：反馈电流：RRRiifof因为反馈量与输出电流成比例，所以是电流反馈。因为反馈量与输出电流成比例，所以是电流反馈。故为并联负反馈。故为并联负反馈。uu-1AiiR+i+oidifiofRRLR+-四四.电流串联负反馈电流串联负反馈 反馈电压：反馈电压：uf=ioRf根据瞬时极性判断是根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路负反馈，所以该电路为为电流串联负反馈电流串

9、联负反馈ud=ui-uf又因为又因为在输入端有在输入端有因为反馈量与输出电流成比例，所以是电流反馈。因为反馈量与输出电流成比例，所以是电流反馈。故为串联负反馈。故为串联负反馈。u-uR+1f-o+LRR+iA+-du+-fuoi为改善性能引入负反馈的一般原则为改善性能引入负反馈的一般原则 要稳定直流量要稳定直流量引入直流负反馈引入直流负反馈 要稳定交流量要稳定交流量引入交流负反馈引入交流负反馈 要稳定输出电压要稳定输出电压引入电压负反馈引入电压负反馈 要稳定输出电流要稳定输出电流引入电流负反馈引入电流负反馈 要增大输入电阻要增大输入电阻引入串联负反馈引入串联负反馈 要减小输入电阻要减小输入电阻

10、引入并联负反馈引入并联负反馈负反馈对放大电路性能的影响负反馈对放大电路性能的影响 提高增益的稳定性提高增益的稳定性 减少非线性失真减少非线性失真 扩展频带扩展频带 改变输入电阻和输出电阻改变输入电阻和输出电阻 在放大器中引入负反馈在放大器中引入负反馈 降低了放大倍数降低了放大倍数 使放大器的性能得以改善：使放大器的性能得以改善：a.提高放大倍数的稳定性提高放大倍数的稳定性闭环时闭环时FAAA 1F则则2F)1(1AFdAdA 只考虑幅值有只考虑幅值有AFAA 1FAdAAFAdA 11FF即闭环增益相对变化量比开环减小了即闭环增益相对变化量比开环减小了1+AF倍倍另一方面另一方面:在深度负反馈

11、条件下在深度负反馈条件下FA1F 即闭环增益只取决于反馈网络。当反馈网络由稳定的即闭环增益只取决于反馈网络。当反馈网络由稳定的线性元件组成时，闭环增益将有很高的稳定性。线性元件组成时，闭环增益将有很高的稳定性。b.改善放大器的非线性失真改善放大器的非线性失真Auiufuiuoud加反馈前加反馈前加反馈后加反馈后AF+失真失真改善改善uouo（1）通频带：）通频带：（2 2）带宽）带宽-增益积：增益积：fbwAumBJT BJT 一旦确定，一旦确定，带宽增益积基本为常数带宽增益积基本为常数5.频率失真频率失真由于放大器对不同频率信号的放大倍数不同由于放大器对不同频率信号的放大倍数不同而产生的失真

12、。而产生的失真。HLHbwffff 两个频率响应指标：两个频率响应指标：f-180fHfL-225-270 ffHfL）（dB|lg20UA-20dB/十倍频程十倍频程|lg20usmA-135-90十十倍倍频频/45 20dB/十倍频程十倍频程十十倍倍频频/45 c.c.扩展放大器的通频带扩展放大器的通频带 放大电路加入负反馈后，增益下降，但通频带却加宽了。放大电路加入负反馈后，增益下降，但通频带却加宽了。无反馈时放大器的通频带：无反馈时放大器的通频带：fbw=f HfL f H 有反馈时放大器的通频带：有反馈时放大器的通频带：fbwf=f HffLf f Hf可以证明：可以证明：fbwf=

13、(1+AF)fbw020lg|A|（dB）F（Hz）Am fL fH fLf fHf Amf一一.产生自激振荡的条件产生自激振荡的条件fidXXX改成正反馈改成正反馈只有正反馈电路才能产生自激振荡。只有正反馈电路才能产生自激振荡。17.3 17.3 振荡电路中的正反馈振荡电路中的正反馈+Xi f基本放大器基本放大器A反馈网络反馈网络FX+doXX如果：如果：,ifXX则去掉则去掉,iX仍有信号输出。仍有信号输出。反馈信号代替了放大反馈信号代替了放大电路的输入信号。电路的输入信号。Xi+f基本放大器基本放大器A反馈网络反馈网络FX+doXXXdof基本放大器基本放大器A反馈网络反馈网络FXXFA

14、=1Xd=Xf所以，自激振荡条件也可以写成：所以，自激振荡条件也可以写成：自激振荡的条件：自激振荡的条件：（1）振幅条件：）振幅条件：1|AF（2）相位条件：）相位条件：pnFA2n是整数是整数1.FAAAA|因为：因为：FFF|.Xdof基本放大器基本放大器A反馈网络反馈网络FXX二二.起振条件和稳幅原理起振条件和稳幅原理起振条件：起振条件：结果：产生增幅振荡结果：产生增幅振荡1|FA（略大于）（略大于）1 1、被动：器件非线性、被动：器件非线性2 2、主动：在反馈网络中加入非线性稳幅环节，用以、主动：在反馈网络中加入非线性稳幅环节，用以调节调节放大电路的放大电路的增益增益稳幅过程：稳幅过程

15、：起振时，起振时，1|FA稳定振荡时，稳定振荡时，1|FA稳幅措施：稳幅措施：起振过程起振过程Xdof基本放大器基本放大器A反馈网络反馈网络FXX1 1.放大电路放大电路2.2.正反馈网络正反馈网络3.3.选频网络选频网络只对一个频率满足振荡条件，从而获得单一只对一个频率满足振荡条件，从而获得单一频率的正弦波输出。频率的正弦波输出。常用的选频网络有常用的选频网络有RCRC选频和选频和LCLC选频选频4.4.稳幅环节稳幅环节使电路易于起振又能稳定振荡，波形失真小使电路易于起振又能稳定振荡，波形失真小。三三.正弦波振荡器的一般组成正弦波振荡器的一般组成17.3.1 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路

16、一一.RC 串并联网络的选频特性串并联网络的选频特性R1C1 串联阻抗：串联阻抗：R2C2 并联阻抗：并联阻抗：选频特性：选频特性：+Ru+-o-fu+12RC12C)j/1(111CRZ 222222j1 )j/1/(CRRCRZ 212ofZZZUUF )1j()1(1j1j1j11221211222211222CRCRRRCCCRRCRCRRF 通常，取通常，取R1R2R，C1C2C，则有：，则有：)j(3100 F式中：式中：RC10 可见：当可见：当 时，时，F最大，且最大，且 =0RC10F Fmax=1/3RC串并联网络完整的频率特性曲线：串并联网络完整的频率特性曲线：RC10

17、当当 时，时，F=Fmax=1/30FRC10RCfp p210 Fo+90o|F|1/3)j(3100 F二二.RC桥式振荡器的工作原理：桥式振荡器的工作原理：0A在在 f0 处处,0F满足相位条件：满足相位条件：因为：因为：AF=131F11fRRA1f2RR 只需：只需：A=3输出正弦波频率输出正弦波频率：RCfp2100FA振幅条件：振幅条件：uRf1RRRCCufA+o引入负反馈：引入负反馈：选：选：例题例题:R=1k=1k，C=0.1=0.1 F F，R1 1=10k=10k。Rf f为多大时才为多大时才能起振？振荡频率能起振？振荡频率f0 0=？AF=1，31F11fRRAA3R

18、f=2R1=2 10=20k k RCfp210=1592 Hz起振条件：起振条件：uRf1RRRCCufA+o3能自动稳幅的振荡电路能自动稳幅的振荡电路半导体热敏电阻半导体热敏电阻(负温度系数）负温度系数）起振时起振时Rt较大较大 使使A3,易起振。易起振。当当uo幅度自激增幅度自激增长时，长时，Rt减小，减小，A减小。减小。当当uo幅度达某一幅度达某一值时，值时，A3。当当uo进一步增大进一步增大时，时，RT再减小再减小,使使A3。因此因此uo幅度自动幅度自动稳定于某一幅值。稳定于某一幅值。u0.1u10k0.1u+Afu10k10k39k100kotR能自动稳幅的振荡电路能自动稳幅的振荡

19、电路 起振时起振时D1、D2不导通，不导通，Rf1+Rf2略大于略大于2R1。随着。随着uo的增加，的增加，D1、D2逐渐逐渐导通，导通，Rf2被短接，被短接，A自动自动下降，起到稳幅作用。下降，起到稳幅作用。将将Rf分为分为Rf1 和和Rf2，Rf2并联二极管并联二极管u12ARCo1RR+C.+D1D2Rf1f2RK：双联波段开关，：双联波段开关，切换切换R，用于，用于粗调振荡频率。粗调振荡频率。C：双联可调电容，改变：双联可调电容，改变C，用于细调振荡频率。，用于细调振荡频率。振荡频率的调节：振荡频率的调节：_+RfuoRCCR1 1KKR1R1R2R2R3R3振荡振荡频率：频率：RCf

20、p2101.LC并联谐振回路的选频特性并联谐振回路的选频特性RCLZ 0(阻性阻性)LC并联谐振并联谐振特点：特点：谐振时，总路电流很小，支路谐振时，总路电流很小，支路电流很大，电感与电容的无功功率互相补偿，电电流很大，电感与电容的无功功率互相补偿，电路呈阻性。路呈阻性。R为电感和回路中的损耗电阻为电感和回路中的损耗电阻 17.3.2 LC正弦波振荡器正弦波振荡器LC10当当 时，时，并联谐振。并联谐振。谐振时，电路呈阻性：谐振时，电路呈阻性：-+LCRiCiLiu互感线圈的极性判别互感线圈的极性判别1234初级线圈初级线圈次级线圈次级线圈同名端同名端1234+在在LC振荡器中，反馈信号通振荡

21、器中，反馈信号通过互感线圈引出过互感线圈引出-+uiLCfu同名端：同名端：二二.变压器反馈式变压器反馈式LC振荡电路振荡电路 工作原理：工作原理：三极管共射放大器。三极管共射放大器。利用互感线圈的同利用互感线圈的同名端：名端：180A180F360F A 满足相位条件。满足相位条件。振荡频率振荡频率:LCfp210+ccVRb1Rb2eRUfCbo1L2LCU判断是否是满足判断是否是满足相位条件相位条件相相位平衡法：位平衡法：+ccVRb1Rb2eRUfCbo1L2LCU 断开反馈到放大断开反馈到放大器的输入端点，假设器的输入端点，假设在输入端加入一正极在输入端加入一正极性的信号，用瞬时极性

22、的信号，用瞬时极性法判定反馈信号的性法判定反馈信号的极性。若反馈信号与极性。若反馈信号与输入信号同相，则满输入信号同相，则满足相位条件；否则不足相位条件；否则不满足。满足。(+)(-)(+)(+)(+)(+)(+)LC正弦波振荡器举例正弦波振荡器举例满足相位平衡条件满足相位平衡条件Vb221eLCeccCbb1RRRLC（+）（+）（）（+）LC正弦波振荡器举例正弦波振荡器举例振荡频率振荡频率:（）LCfp210满足相位平衡条件满足相位平衡条件VRReb1ccLCCeC2RcC1Rb2仍然由仍然由LC并联谐振电路构成选频网络并联谐振电路构成选频网络三三.三点式三点式LC振荡电路振荡电路原理：原

23、理：uf与与uo反相反相uuCLL12fouuo1LC2Lfuf与与uo同相同相电感三点式：电感三点式：电容三点式：电容三点式：uuf2o1CCLuf与与uo反相反相uuLCoC12fuf与与uo同相同相振荡频率：振荡频率：CMLLLCf)2(2121210 p pp pVRccCbcRb1Rb2eLe2CRC1L（+）（+）（-）VCbRLb2b1ccL1eR2CeCR（+）（+）（+）1.电感三点式电感三点式LC振荡电路振荡电路2.电容三点式电容三点式LC振荡电路振荡电路振荡频率：振荡频率：212102121CCCCLLCf p pp pV2eRRRb1CCcceb2c1RbCCL（+）（

24、+）（-）VRRReb21eCcc2CLbb1CC（+）（+）（+）例例：试判断下图所示三点式振荡电路是否满足相：试判断下图所示三点式振荡电路是否满足相位平衡条件。位平衡条件。V21CCL+A+RRuo1Rf（+）（+）（-）Q值越高，选频特性越好，频率越稳定。值越高，选频特性越好，频率越稳定。3.石英晶体石英晶体振荡电路振荡电路1.频率稳定问题频率稳定问题频率稳定度一般由频率稳定度一般由 来衡量来衡量0ff 频率偏移量。频率偏移量。f 0f振荡频率。振荡频率。LC振荡电路振荡电路 Q 数百数百石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路 Q 10000 500000一一.石英晶体石英晶体2.基本特性基本

25、特性1.结构：结构：极板间加电场极板间加电场极板间加机械力极板间加机械力晶体机械变形晶体机械变形晶体产生电场晶体产生电场压电效应：压电效应：交变电压交变电压机械振动机械振动交变电压交变电压机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高。机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高。当交变电压频率当交变电压频率=固有频率时，振幅最大固有频率时，振幅最大 VV晶片晶片敷银层敷银层符号符号VV压电谐振压电谐振3.石英晶体的等效电路与频率特性石英晶体的等效电路与频率特性等效电路：等效电路：LCfp p21s（1）串联谐振）串联谐振频率特性：频率特性：晶体等效纯阻且阻值晶体等效纯阻且阻值00p121CCLCf

26、 p p（2）并联谐振）并联谐振通常通常0CC 0s1CCf 所以所以很很接接近近与与 psffuu石英晶体uuLCCoRfX感性感性0fsfp容性容性二二.石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路利用石英晶体的高品质因数的特点，构成利用石英晶体的高品质因数的特点，构成LC振荡电路。振荡电路。1.并联型石英晶体振荡器并联型石英晶体振荡器 石英晶体工作在石英晶体工作在fs s与与fp p之间，相当一个大电感，与之间，相当一个大电感，与C C1 1、C C2 2组成电容三点式振荡器。由于石英晶体的组成电容三点式振荡器。由于石英晶体的Q值很高，可达到几值很高，可达到几千以上，所以电路可以获得很高的振荡频率稳

27、定性。千以上，所以电路可以获得很高的振荡频率稳定性。+A+CC12Cs石英晶体fX感性感性0fsfp容容性性+A+CC12LCs2.串联型石英晶体振荡器串联型石英晶体振荡器 石英晶体工作在石英晶体工作在fs s处，处，呈电阻性，而且阻抗最小，正反馈呈电阻性，而且阻抗最小，正反馈最强，相移为零最强，相移为零,满足振荡的相位平衡条件。满足振荡的相位平衡条件。对于对于f fs s以外的频率，石英晶体阻抗增大以外的频率，石英晶体阻抗增大,且相移不为零，不且相移不为零，不满足振荡条件，电路不振荡。满足振荡条件，电路不振荡。U+VRRRRebbe122C(+)(+)石英晶体.oCC1(+)RRb1c(+)fX感性感性0fsfp容容性性例：例：分析下图的振荡电路能否产生振荡，若产生振分析下图的振荡电路能否产生振荡，若产生振荡荡,石英晶体处于何种状态？石英晶体处于何种状态？VbecRccReb1Rb2CCRCC石英晶体12