模拟电子技术章

第4章放大电路中的反馈与振荡4.1反馈的基本概念4.2负反馈对放大器性能的影响4.3振荡的基本概念 反馈是电子技术领域中的一个重要概念，它有正负之分。在放大电路的设计中，通常引入负反馈来改善放大器的性能，通过正反馈构成各种振荡器，产生各种波形信号。本章从反馈的基本概念入手，对反馈进行分类，分析负反馈对放大性能的影响，介绍深度负反馈的一般计算方法，最后讨论负反馈电路形成自激振荡条件和多种波形发生电路。4.1反馈的基本概念 在许多实际的电子电路中均存在着某种类型的反馈，反馈的概念和理论在工程领域得到了日益广泛的应用。4.1.1反馈的定义 所谓反馈就是把电子电路的输出量（输出电压或电流）或输出量的一部分，通过一定的电路回送到它的输入端。在第2章中提到的工作点稳定电路就是一个典型的示例，现将电路图重画为图4.1。

图4.1工作点稳定电路4.1.2反馈的分类及判断 带反馈的放大器称为反馈放大器，在反馈放大器中，输入信号经过放大器放大后送到输出端，而输出信号又经过反馈网络反向传递到输入端，形成闭合环路，这种状况称之为闭环，反馈放大器又叫闭环放大器。一个反馈放大器通常由基本放大器和反馈网络构成。假定用A表示基本放大器，用F来表示反馈网络，可以用图4.2所示的方框图来表示各种类型的反馈。图4.2反馈放大电路方框图根据反馈极性的不同，可以将反馈分为正反馈和负反馈。如果引入的反馈信号增强了外加输入信号的作用，也即是说在求和环节为同相求和形式而使净输入信号比外加输入信号幅度更大，从而使放大电路的放大倍数得以提高，这样的反馈为正反馈。如果反馈信号在求和环节与输入信号为反相求和（即相减）方式而使净输入信号比外加输入信号幅度减少，也即是削弱了外加输入信号的作用，从而使放大电路的放大倍数减低，这样的反馈为负反馈。那如何来判断一个电路中引入的反馈到底是正反馈还是负反馈呢？最常用的判断方法是瞬时极性法。首先假定输入信号在某一时刻的瞬时极性（一般假定为瞬时正极性，用+来表示），按照基本放大器的信号传递方向，逐级传递至输出端，再由输出端的瞬时极性顺着反馈网络的方向逐级传递回输入回路，最后根据反馈到输入回路信号的瞬时极性是增强还是削弱了原来的信号，来判断反馈的类型。具体方法和步骤可以描述如下。(1)信号传递过程中，极性的传递规律：通常以接地点为参考点，假定原输入信号为瞬时正极性，顺着闭环放大电路的传递方向逐级传递。对于线性元件构成的电路，传递时不改变极性，对于非线性元件构成的电路，则可依据图4.3原则传递极性。图4.3极性传递原则 而对于集成的放大电路，极性传递方法就更简单，集成放大电路有两个输入端，其中一个与输出端同相，即相同极性，也称其为同相输入端，另一个输入端为反相输入端,即输出和输入极性相反。(2)判断反馈信号和原输入信号共同作用于放大器的总效果。放大器的输入有两个端子（信号端和参考地端），反馈的引入便有如下两种形式。①若反馈信号和原输入信号作用于同一端子（即并联形式），则求和环节为电流求和形式，当二者极性相同时为正反馈，二者极性相反时为负反馈。 ②若反馈信号和原输入信号作用于不同的端子（即串联形式）则求和环节为回路电压求和形式，当二者极性相同时为负反馈，二者极性相反时为正反馈。4.2负反馈对放大器性能的影响 直流反馈的作用是稳定静态工作点，对放大电路的动态性能没有影响。而不同类型的交流负反馈将对放大电路的性能产生不同的影响，是用来改善放大器技术指标的主要方法和手段，也是本章讨论的重点。下面就交流负反馈的不同类型进行详细分析。4.2.1负反馈的4种组态 根据反馈网络与基本放大电路在输出、输入端连接方式的不同，可以将负反馈分为4种形式，也即有4种组态。如图4.5所示。(1)电压串联负反馈。(2)电流串联负反馈。(3)电流并联负反馈。(4)电压并联负反馈。图4.5负反馈的4种组态一般说来，根据反馈信号在放大电路输出端连接方式的不同，可以分为电压反馈和电流反馈。如果反馈信号取自输出端电压，称为电压反馈；如果反馈信号取自输出电流，称为电流反馈。一般可假设将输出端交流短路，如果这时没有反馈信号，则为电压反馈，反之则为电流反馈。根据反馈信号在放大电路输入端连接方式的不同，可分为串联反馈和并联反馈。如反馈信号与输入信号在输入回路串联即为串联反馈；如反馈信号与输入信号在输入回路并联即为并联反馈。下面结合图4.6所示的电路分别进行介绍，找出各种负反馈电路的判断方法及特点。图4.6负反馈放缘瑞大电路1.电压串联烟负反馈2.电压并抛联负反僵馈3.电流串联涌负反馈4.电流并联炮负反馈4.2订.2负反馈对预放大器性的能的影响从前面仍的分析奶可知，怕负反馈乘虽然使蒙放大器奋的放大叠倍数下讨降，但臭能使电刊路趋于臂稳定，意如电压复负反馈扫将稳定虹输出电新压，电巩流负反策馈将稳遵定输出户电流。愉当然，云负反馈伏还能从往其他的殊方面改此善放大德器的性驾能，下蜂面分别类进行介名绍。1.提高放潮大倍数谢的稳定就性负反馈的宾引入最直味接的效果障就是使输冷出趋于稳屈定，也就鸦是增加放踪蝶大倍数的承稳定性。2.减少非驼线性失布真由于放吃大器的租核心元辅件为有伐源器件召，而有俊源器件久本身是除非线性灿的，所竭以，当锡输入信嗓号为正柄弦波时腥，输出脾信号将拳或多或览少地产夹生非线于性失真中。3.扩展频食带由于放裕大电路论中存在昆一些电挽抗性元果件（如银耦合电陷容，旁弊路电容祝等），浮且三极犬管本身猾还存在筒电容效赴应，这乒样，放会大电路庸的放大谜倍数必望然受到锹信号频困率的影区响，频忌率过高殊或过低光都可能毯引起放止大器的柱放大倍齿数下降论。通常恭把使放贞大器放勿大倍数燥下降为亮其在中冒频区放鸽大倍数管的0.7倍时的频带率称为截歇止频率，仪在高频段辅的截止频桃率为上限躺截止频率竿，用fH表示，在穴低频段的熄截止频率遭为下限截勒止频率，宣用fL表示。因用BW=蒜fH-fL表示放留大器的末通频带休，或称差带宽。4.对放大器猎输入、输舍出电阻的值影响不同组态圆的负反馈陷，对输入停电阻、输垦出电阻将锋产生不同供的影响，恒影响的程栽度与反馈值深度有关横。一般来糊说，反山馈信号葱与输入征信号在近输入回谢路的连岩接形式旦直接影牌响放大情器的输沟入电阻设。串联负反眠馈将增大烛输入电阻翠。并联负反债馈将减少羡输入电阻供。同样，反索馈信号与倍输出信号匙在输出回搅路的连接批形式直接叔影响放大阅器的输出拐电阻。电压负反微馈将减少矛输出电阻洪。电流负反薄馈将增大独输出电阻胁。4.2象.3深度负软反馈对缠放大器叙的分析束计算第2章介绍徒的微变似等效电踏路法可朝以用来参分析计拘算各种蒜放大电仰路，当思然也包施括负反闭馈放大惧电路，歇但当电塑路结构境比较复天杂时，艳计算会茶变得很对复杂，伏所以，捧微变等但效电路化法一般绪只用来压计算简油单的负传反馈电须路。注意：屡在进行更深度负锦反馈放金大电路丙的电压状放大倍购数计算冬时，计观算结果夺时正时翻负，确含定符号沟有没有理错误，始关键看牧基本放赞大电路短的构成遣：由几衫级放大慌电路构眉成？每弄级采用班的是什网么组态悠？如共屋射组态屋是反相苗放大，液其余两谅种组态拿是同相解放大；绣如该级束由集成点运放构乓成，那践信号从徒同相端趟输入便晒是同相脉放大，恶信号从色反相端驼输入便册是反相渡放大。4.3振荡的蓄基本概辟念引入负伤反馈能杀够改善须放大电疯路的性侍能指标钳，并且境改善的唯程度取冈决于反速馈深度|1+A浮F|的大小，委反馈越深吊，放大电骆路的性能以越优良。然而，反猫馈太深，隶有时放大搞电路就不国再稳定工埋作，而产盘生自激振锄荡现象。皱此时，输愈入端即使卡不加任何笨信号，放技大器也有出一定频率米和幅度的商信号输出精。这样，笋输出信号横不受输入酷信号控制揭，放大电轿路将不能剂正常工作拥。当负反林馈电路务在某一梳频率下扮产生的员附加相正移满足辛上述相话位条件随时，负纯反馈电衣路已经流转变成圾实际的服正反馈禁电路。负反馈放易大电路要哑产生自激乞振荡，必榴须同时满咐足幅度条庄件和相位恼条件。所坛以，为使膛负反馈放劫大电路能连够稳定地老工作，就捏要设法破堂坏上述条为件，即①勾不让电租路满足相垫位条件；腿②在满岛足相位条伸件的情况续下，|A窝F＜1|核。由于反馈届网络多由降电阻构成乎，一般不茅存在附加刮相移，所鼓以附加相什移主要由邪基本放大那电路产生互，单级的糊放大电路耗在高频或狡低频区间腹相当于一锈级RC电岁路，所以返其附加相零移为±9虽0°；而承对于三级脂或三级以镰上的放大顷电路，其暑附加相移坛将超过±率180°疼，在其附占加相移为谜±180割°时，其略放大倍数环还可能比冠较大，有撇可能满足竟|AF|爬≥1，羽从而产生证自激振荡贝。因此，蝇在深度负译反馈时，灭由于反馈刻电路级数奴较多，|追AF|又古大，所以酿容易引起禽自激振荡化。显然，为利了使放大反电路能够挖稳定工作滑，最简单谢的办法就与是避免引激入两级以短上的级间郑反馈。但僚在工程实锄际中，为茧显著地改耳善放大器则的性能，粉又往往需职要加强负强反馈，解再决矛盾的斤常用方法喂就是采取始相位补偿强。负反馈悲电路的自想激振荡常说发生在高垫频区，可垫以通过在白基本放大俭电路或反同馈网络中屈添加一些枣电阻、电竭容等元件亲，改变放串大电路的取高频特性砍，从而破眨坏自激振标荡的条件煌。常用的宇相位补偿柴方法有两鸡种：滞后法补偿和超矮前补偿，轿如图4.案10所示梯。图4.10自激振稀荡的相买位补偿4.3铸.1正弦波振假荡电路实际上，状各种类型絮的振荡器挂在实践中迷被广泛地用采用。电裕子技术实巩验中使用构的低频信汁号发生器析就是一种领正弦波振馆荡电路；屡非正弦波双（方波、每锯齿波等宇）发生器旱在测量设杨备、数字鉴系统及自采动控制系征统中的应仅用也十分歪广泛。在农业生杨产、生物肥医学等领宪域中，高袍频感应加科热、超声蒸波焊接、甘超声探伤嫁、核磁共腿振成象等筐，都利用吹了功率或资大或小，傍频率或高攀或低的振聚荡器。在无线电愉通信、广初播电视系盯统中，都泰需要射频鸽发射，它渔把音频、莫视频信号旗或脉冲信浅号运载发睁送出去，漫这都离不粱开高频的赞正弦波振税荡电路。1.R乡丰C文氏电窃桥振荡赴器2.其他形式纳的正弦波围振荡电路4.3着.3石英晶体戒振荡器1.正弦波振霜荡器的频薯率稳定问简题2.石英晶肠体的基犹本特性羽和等效厦电路石英晶体塘振荡器之跟所以有极扫高的频率业稳定度，衬是由于石员英晶体有蒙极高的Q值。石 英晶基体是一种碑各向异性内的结晶体永，从一块字晶体上按摄一定的方专向切下一事薄片晶体高，然后在途晶片的两刻面均涂上蚂敷银层并违装上一对烂金属极板钞，就可以灭构成石英遵晶体产品链。如果在石储英晶片的纳两极加上炕一电场，志晶体会产永生机械变穷形。反之京，如果在葡晶片的两逢极板间加置上机械力匪，会使晶贪片在相应旁的方向产弟生电场，胶这种现象秆