电子技术17电子电路中的负反馈-new

1、课程回顾课程回顾16.2 16.2 运算放大器在信号运算方面的应用运算放大器在信号运算方面的应用 （积分和微分积分和微分）16.3 16.3 运算放大器在信号处理方面的应用（运算放大器在信号处理方面的应用（比较器比较器）课程内容课程内容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，又有反馈称为既有正向传输，又有反馈称为闭闭环状态环状态

2、。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：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2 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

3、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：3.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

4、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+-4.4.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输入端加入一个正极性的输入信号号，按信号传输方向依次判断相关点的瞬时极性，直至判断出，按信号传输

5、方向依次判断相关点的瞬时极性，直至判断出反反馈信号的瞬时极性馈信号的瞬时极性。如果反馈信号的瞬时极性使净输入减小，则。如果反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。为负反馈；反之为正反馈。负反馈类型有四种组态负反馈类型有四种组态: :串联电压负反馈串联电压负反馈并联电压负反馈并联电压负反馈串联电流负反馈串联电流负反馈并联电流负反馈并联电流负反馈17.2 放大电路中的负反馈从输出端看从输出端看电压反馈：电压反馈：电流反馈：电流反馈：反馈信号直接从输出端引出；反馈信号直接从输出端引出；反馈信号取自于负载电阻的反馈信号取自于负载电阻的靠近靠近“地地”端引出的。端引出的。从输入端看从输

6、入端看串联反馈：串联反馈：并联反馈：并联反馈：输入信号和反馈信号分别加在输入信号和反馈信号分别加在两个两个输入端输入端（同相和反相）上，也即反馈信号与输入（同相和反相）上，也即反馈信号与输入信号以信号以电压电压方式相加减。方式相加减。输入信号和反馈信号加在输入信号和反馈信号加在一个一个输入端（同相输入端（同相或反相）上，反馈信号与输入信号以或反相）上，反馈信号与输入信号以电流电流方方式相加减。式相加减。一一. .串联电压负反馈串联电压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，所以该电路为串联电压负反馈串联电压负反馈从输入端看从输入端看，有：有：ud = ui -uf

7、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，假设某一瞬时，在放大电路的输入端在放大电路的输入端加入一个正极性的输入信号加入一个正极性的输入信号，按信号传，按信号传输方向依次判断相关点的瞬时极性，输方向依次判断相关点的瞬时极性，直直至判断出反馈信号的瞬时极性至判断出反馈信号的瞬时极性。如果反。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。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。V

8、VV-fARi+duu-f-R+u1+uRo二二. .并联电压负反馈并联电压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，所以该电路为为并联电压负反馈并联电压负反馈。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+LRRfifid1i1Ruoiuii三三. .串联电流负反馈串联电流负反馈 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，

9、所以该电路负反馈，所以该电路为为串联电流负反馈串联电流负反馈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四四. .并联电流负反馈并联电流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，所以该电路为为并联电流负反馈。并联电流负反馈。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

10、以是电流反馈。故为并联负反馈。故为并联负反馈。uu-1AiiR+i+oidifiofRRLR+-简易法：简易法：对于串联反馈，如果反馈端的瞬时极性与对于串联反馈，如果反馈端的瞬时极性与输入端瞬时极性相同，为负反馈；否则，为正反馈。输入端瞬时极性相同，为负反馈；否则，为正反馈。 对于并联反馈，如果反馈端的瞬时极性与输入端对于并联反馈，如果反馈端的瞬时极性与输入端瞬时极性相同，为正反馈；否则，为负反馈。瞬时极性相同，为正反馈；否则，为负反馈。负反馈负反馈正反馈正反馈负反馈负反馈负反馈与正反馈的判别方法负反馈与正反馈的判别方法总结反馈类型的判别方法总结反馈类型的判别方法1. 1. 判是电压还是电流反

11、馈；判是电压还是电流反馈；2. 2. 判是串联还是并联反馈；判是串联还是并联反馈；3. 判反馈极性；判反馈极性；从输出端看从输出端看电压反馈：电压反馈：电流反馈：电流反馈：反馈信号直接从输出端引出；反馈信号直接从输出端引出；反馈信号取自于负载电阻的靠近反馈信号取自于负载电阻的靠近“地地”端引出的。端引出的。从输入端看从输入端看串联反馈：串联反馈：并联反馈：并联反馈：输入信号和反馈信号分别加在输入信号和反馈信号分别加在两个两个输入端输入端（同相和反相）上。（同相和反相）上。输入信号和反馈信号加在输入信号和反馈信号加在一个一个输入端（同相或输入端（同相或反相）上。反相）上。简易法：简易法：对于串联

12、反馈，如果反馈端的瞬时极性与输入端瞬时极性相同，对于串联反馈，如果反馈端的瞬时极性与输入端瞬时极性相同，为负反馈；否则，为正反馈。为负反馈；否则，为正反馈。 对于并联反馈，如果反馈端的瞬时极性与输入端瞬时极性相同，为正对于并联反馈，如果反馈端的瞬时极性与输入端瞬时极性相同，为正反馈；否则，为负反馈。反馈；否则，为负反馈。doXXA ofXXF fidXXX AFAXXA 1iof+fXdXAoXFiXAA fdfXX、中，中，在在 1 fAFAA dfofdoXXXXXXAF 2. 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

13、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。例例：A=300，F=0.01。7501.030013001 则：fAFAA%6d 若：AA%.%.51)6(01030011 AAAFAAd11d 则：ff加入加入负反馈负反馈无负反馈无负反馈FufAuiuo大大小小接近正弦波接近正弦

14、波uouiA+uidufBWAFBW)1(f无负反馈无负反馈f|AO|0.707|Ao|Of 2 Afof2|Af|, |Af |0.707|Afo| 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 = (1+AF) fbw020lg|A|（dB）F（Hz） Ao fL fH fLf fHf AfoFAAAoofo1uiubeib+在同样的在同样的

15、 ib下下，ui= ube + uf ube，所以所以 rif 提高。提高。iif)1(rFArbiiiur 无负反馈时：无负反馈时：有负反馈时：有负反馈时：biifiur uf+bbeiu FArr1ifiifbbeiiur 无负反馈时：无负反馈时：有负反馈时：有负反馈时：ibeifiur uiiiiiibube+oof)1(rAFrAFrr1oof 电压负反馈具有电压负反馈具有稳定输出电压稳定输出电压的作用，即有的作用，即有恒压输出特性，故输出电阻降低。恒压输出特性，故输出电阻降低。 电流负反馈具有电流负反馈具有稳定输出电流稳定输出电流的作用，即有的作用，即有恒流输出特性，故输出电阻提高。

16、恒流输出特性，故输出电阻提高。四种负反馈对四种负反馈对 ri 和和 ro 的影响的影响串联电压串联电压 串联电流串联电流并联电压并联电压并联电流并联电流思考题：为了分别实现：思考题：为了分别实现： (1) 稳定输出电压；稳定输出电压； (2) 稳定输出电流；稳定输出电流； (3) 提高输入电阻；提高输入电阻； (4) 降低输出电阻。降低输出电阻。应引入哪种类型的负反馈？应引入哪种类型的负反馈？riro减低减低增高增高增高增高增高增高增高增高减低减低减低减低减低减低iOUAUu fOUAUu ifUU 如果：如果：UiUOUfUF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

17、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。+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=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：pjjnFA2n是整数是整数1.FAAA

18、Aj|因为：因为：FFFj|.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：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

19、.选频网络选频网络只对一个频率满足振荡条件，只对一个频率满足振荡条件，从而获得从而获得单一频率单一频率的正弦波输出。的正弦波输出。 常用的选频网络有常用的选频网络有RC选频选频和和LC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使电路易于起振又能稳定振荡，波形失真小。，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正弦波正弦波振荡电路振荡电路一一. 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 22222

20、2j1 )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 =0RC10Fj 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 当当 时，时， F= Fmax=1/30FjRC10RCfp 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：0Aj在在 f0 处处,0Fj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：RCfp2100FAjj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=1，31FA3Rf=