《电工学》-秦曾煌主编第六版下册-电子技术-第17章

第十七章

电子电路中的反响0第十七章电子电路中的反响§17.1反响的根本概念§17.2放大电路中的负反响§17.3振荡电路中的正反响1§17.1反响的根本概念在放大电路中，负反响的应用是极为广泛的，它可改善电路的工作性能。下面介绍负反响的概念及分析方法。2§17.1.1负反响与正反响但凡将放大电路输出端的信号(电压或电流)的一局部或全部引回到输入端，与输入信号迭加，就称为反响。假设引回的反响信号削弱了输入信号，并使放大电路的放大倍数降低，就称为负反响。假设引回的信号反响增强了输入信号，并使放大电路的放大倍数增加，就称为正反响。3放大器输出输入取+加强输入信号正反响用于振荡器取-削弱输入信号负反响用于放大器开环闭环反馈网络±比较反馈信号实际被放大信号反响框图：负反响的作用：稳定静态工作点；稳定放大倍数；改变输入电阻、输出电阻；扩展通频带。4负反响框图：基本放大电路Ao反馈电路F

+–输出信号输入信号反响信号净输入信号(差值信号)负反响电路的三个环节：放大：反馈：比较：5RB1RCC1C2RB2RERL+++UCCuiuo++––esRB+UCCC1C2RERLui+–uo+–+++–RS通过RE将输出电流反响到输入通过RE将输出电压反响到输入6例级间反响本级反响本级反响Rf、RE1组成反响网络。VVfL+UCC+TRbe+e2Rc2c1-O-uRfuRRCb1b1Rb2Cu+-2T1+iu-Re17瞬时极性法：断开反响网络与输入回路相接处假设输入端信号有一定极性的瞬时变化依次经过放大电路、反响网络后，再回到输入端比较假设净输入信号减少，那么为负反响。反之为正反响。§17.1.2负反响与正反响的判别方法利用电路中各点交流电位的瞬时极性来判别。设地的参考电位为0，某点的在某瞬时的电位高于0，那么瞬时极性为正；反之，瞬时极性为负。8+–uf+–ud差值电压ud=ui–uf↓→负反响uoRFuiR2R1+–++

–

+–uoRFuiR2R1+–++

–

+–差值电压ud=ui+uf↑→正反响–+uf–+uduf减小了净输入电压(差值电压)uf增大了净输入电压9ui+_+R2uoR1RFRLifiiid差值电流：id=ii+if↑→正反响_+ui+R2uoR1RFRLiiidif差值电流：

id=ii-

if→负反馈if减小了净输入电压if增加了净输入电压10判别方法交流反响：反响只对交流信号起作用。直流反响：反响只对直流信号起作用。假设在反响网络中串接隔直电容，那么可以隔断直流，故反响只对交流起作用。假设在起反响作用的电阻两端并联旁路电容，那么可以使其只对直流起作用。有的反响只对交流信号起作用；有的反响只对直流信号起作用；有的反响对交、直流信号均起作用。交流反响与直流反响11串接隔直电容C：Rf只对交流起反响作用。+–C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2CEC3C2+ECuoui+–T1T2RfRE1C反响网络无电容：Rf对交、直流起反响作用。例：并接旁路电容C：Rf只对直流起反响作用。C12例：判断如图电路中RE1、RE2的负反响作用。uouiRE2对交流反馈不起作用1.对交流信号：RE1：ube=ui–uf↓→交流负反响。ieRCRB1RB2RE1RE2CEC2C1+UCCubeic132.对直流信号：RE1、RE2对直流均起作用，通过反响稳定静态工作点。RCRB1RB2RE1RE2CEC2C1+UCCuouiUBEIEUBUETUBEIBICUEIC引入直流负反响的目的：稳定静态工作点引入交流负反响的目的：改善放大电路的性能IC141、反响采样方式：电压反响和电流反响电压反响：反响信号取自输出电压信号。电流反响：反响信号取自输出电流信号。从输出端来看：反响采样信号是取自输出电压还是取自于输出电流。§17.2.1负反响类型§17.2放大电路中的负反响负反响的分类方法15从输入端来看：反响信号与输入信号是以电压方式比较还是以电流方式比较。串联反响：反响电压信号与输入信号电压比较，称为反响信号与输入信号串联。并联反响：反响信号电流与输入信号电流比较，称为反响信号与输入信号并联。2、反响叠加方式：串联反响和并联反响16RLuoRLuo分立元件电路电压反响采样的两种形式：采样电阻很大总结：大多从后级放大器的集电极采样。17分立元件电路电流反响采样的两种形式：RLioiERLioiERf采样电阻很小总结：大多从后级放大器的发射极采样18iiifibib=ii-if并联反响ufuiubeube=ui-uf串联反响反响信号常接于晶体管基极反响信号常接于晶体管发射极191、串联电压负反响+–uf+–ud差值电压：ud=ui–uf↓→串联电压负反响uoRFuiR2R1+–++

–

+–uo↓→uf↓→ud↑→uo↑:输出电压更稳定20ui-++R2uoR1RFRLifii2、并联电压负反响id差值电流：id=ii–if↓→并联电压负反响21-ui-++R2uoRRL+3、串联电流负反响+–ud+–ufiO差值电压：ud=ui–uf↓→串联电流负反响io↑

→uf↑

→ud↓→io↓:输出电流更稳定22-ui-++R2uoRRFRL+R1ifii4、并联电流负反响idiO差值电流：id=ii–if↓→并联电流负反响23小结电压反响：输出uo短路时，反响信号不存在。电流反响：输出uo短路时，反响信号仍然存在。串联反响：输入信号、反响信号分别加在两输入端上。并联反响：输入信号、反响信号加在同一输入端上。★单运放：反响接在反相端一定为负反响24利用瞬时极性法判别负反响与正反响的步骤：2.若电路中某点的瞬时电位高于参考点(对交流为电压的正半周)，则该点电位的瞬时极性为正(用

表示)；反之为负(用表示)。－4.假设反响信号与输入信号加在同一输入端(或同一电极)上，两者极性相反时，净输入电压减小,为负反响；反之，极性相同为正反响。3.假设反响信号与输入信号加在不同输入端(或两个电极)上，两者极性相同时，净输入电压减小,为负反响；反之，极性相反为正反响。1.设接“地”参考点的电位为零。25例1：试分析下电路的反响类型。解：入：串联P135例类型:负反响。出：电压=>串联电压–+ud+Rf+-+-++--+UiUfUo26例2：试分析下电路的反响类型。P135

例解：入：并联类型:负反响。出：电流=>并联电流ifiiid+-++-+RfUiUoUo1RL+-27+UCC–C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2RE1CEC3C2ui+–T1T2Rfufube例3：判断Rf是否负反响，假设是，判断反响的组态。+uo此电路是电压串联负反响，对直流不起作用。净输入信号ube=ui-uf电压反馈串联反馈28例4：判断Rf是否负反响，假设是，判断反响的组态。电流反馈并联反馈电流并联负反响。对直流也起作用，可以稳定静态工作点。+UCCuiuoRE2RfRE1RC1RC2iBiiF29例：判断图示电路中的负反响类型。解:RE2对交流不起作用，引入的是直流反响；RE1对本级引入串联电流负反响。RE1、RF对交、直流均起作用，所以引入的是交、直流反响。RB1RC1C1RB2RE1++–RS+–RFRC2CE2C2RE2RL++UCC+–T1T2esuiuo30例：判断图示电路中的负反响类型。解：RE1、RF引入越级串联电压负反响。T2集电极的反响到T1的发射极，提高了E1的交流电位，使Ube1减小，故为负反响；电压反响串联反响RB1RC1C1RB2RE1++–RS+–RFRC2CE2C2RE2RL++UCC+–T1T2esuiuo31例：如果RF不接在T2的集电极，而是接C2与RL之间，两者有何不同？解：因电容C2的隔直流作用，这时RE1、RF仅引入交流反响。RB1RC1C1RB2RE1++–RS+–RFRC2CE2C2RE2RL++UCC+–T1T2esuiuoRE1、RF引入交流串联电压负反响。32例：如果RF的另一端不接在T1的发射极，而是接在它的基极，两者有何不同，是否会变成正反响？解：T2集电极的反响到T1的基极，提高了B1的交流电位，使Ube1增大，故为正反响；这时RE1、RF引入越级正反响。RB1RC1C1RB2RE1++–RS+–RFRC2CE2C2RE2RL++UCC+–T1T2esuiuo33RF2(R1、R2):直流反响〔稳定静态工作点〕RF、CF:交流电压并联负反响+UCC(a)RE1+R1RF1RF2C2RC2RC1CE2RE2R2+C+RF1、RE1:交直流电压串联负反响+––+++––例RE2:直流反响RF++UCC+RBC2RC2RC1CE2RE2+C1CF(b)34并联电流负反响例：判断以下各图的反响类型并联电流负反响35串联电流负反响并联电压负反响36例题:试判断以下图电路中有哪些反响支路，各是直流反响还是交流反响？373判断反响性质：正、负反响。方法：瞬时极性法。1确定反响网络〔常为电阻网络〕。2判断是交流反响还是直流反响？注意电容的影响。负反响的分析方法小结4判断反响的组态。输入端：并联、串联〔输入端和反响端是不是在一个点〕输出端：电压、电流(令负载RL两端电压为0,看反响是否仍然存在)38负反响交流反响直流反响电压串联负反响电压并联负反响电流串联负反响电流并联负反响稳定静态工作点四种组态负反响的分类小结39基本放大电路Ao反馈电路F

+–§17.2.2负反响对放大电路的影响40AoF+–反馈深度定义：1.对放大倍数的影响41负反响使放大倍数下降。则有：同相，所以

AF是正实数负反馈时，|1+AF|称为反响深度，其值愈大，负反响作用愈强，Af也就愈小。射极输出器、不带旁路电容的共射放大电路的电压放大倍数较低就是因为电路中引入了负反响。集成运算电路中引入了深度负反响。422.提高放大倍数的稳定性引入负反响使放大倍数的稳定性提高。外界条件变化时，输入信号一定，输出信号会发生变化，也就是引起放大倍数的变化，这种变化越小，说明放大倍数的稳定性比较高。假设|1+AF|>>1，称为深度负反响，此时：在深度负反响的情况下，闭环放大倍数仅与反响电路的参数有关。43例：|A|=300，|F|=0.01。44根据将代入上式得即：输入量近似等于反响量净输入量近似等于零由此可得深度负反响条件下，根本放大电路“虚短”、“虚断”的概念或AF+–45深度负反响条件下：Xd=Xi-Xf≈0u+≈u-(1)“虚短”——ud≈0(2)“虚断”——id≈0ii+≈

ii-≈

0“虚短”与“虚断”463.改善波形失真负反响是利用失真的波形来改善波形的失真，因此只能减小失真，而不能完全消除失真。参加负反响无负反响FufAuiuo略小略大接近正弦波uouiA+–ud略大略小uf大小47uiubeib++––在同样的

ib下，ui=ube+uf

>ube，所以

rif

提高。(1)串联负反响无负反响时：有负反响时：uf+–使电路的输入电阻提高4.对输入、输出电阻的影响48串联负反响使电路的输入电阻增加：例如:射极输出器理解：串联负反响相当于在输入回路中串联了一个电阻，故输入电阻增加。49无反响时：有反响时：串联负反响使输入电阻增加

50if无负反响时：有负反响时：在同样的ube下，ii

=ib+if>ib，所以

rif

降低。(2)并联负反响使电路的输入电阻降低iiibube+–51并联负反响使电路的输入电阻减小：理解：并联负反响相当于在输入回路中并联了一条支路，故输入电阻减小。52无反响时：有反响时：并联负反响使输入电阻减小53(3)电压负反响使电路的输出电阻减小：例如:射极输出器理解：电压负反响目的是阻止uo的变化，稳定输出电压。放大电路空载时可等效右图框中为电压源：输出电阻越小，输出电压越稳定，反之亦然。roesouoRL54理解：电流负反响目的是阻止io的变化，稳定输出电流。放大电路空载时可等效为右图框中电流源：输出电阻越大，输出电流越稳定，反之亦然。(4)电流负反响使电路的输出电阻增加：roisoioRL55引入负反响使电路的通频带宽度增加无负反响有负反响f|AO|0.707|Auo|Of´2|Afo|f2|Af|,|Af|0.707|Afo|BWBWf负反响展宽通频带5.对通频带的影响56为实现以下要求，在交流放大电路中应引入哪种类型的负反响？稳定输出电压，并可提高输入电阻；稳定输出电流，并可减小输入电阻；提高输入电阻，并可降低输出电阻。四种负反响对ri和ro的影响串联电压串联电流并联电压并联电流riro减低增高增高增高增高减低减低减低思考57举例：在下面的放大器中按要求引入适当的反响。〔1〕希望参加信号后，ic3的数值根本不受R6改变的影响。VVVV1512T2TR3RC34+URCCRT1RR76R-u+iuo+-58〔2〕希望接入负载后，输出电压UO根本稳定。VVVV1512T2TR3RC34+URCCRT1RR76R-u+iuo+-59〔3〕希望输入电阻大，输出电阻小。VVVV1512T2TR3RC34+URCCRT1RR76R-u+iuo+-60〔4〕希望稳定静态工作点。解：以上两种反响都同时具有交、直流反响，所以能够稳定静态工作点。如果要求只引入直流负反响，去除交流反响。怎样接？VVVV1512T2TR3RC34+URCCRT1RR76R-u+iuo+-61§17.3振荡电路中的正反响§17.3.1自激振荡

放大电路在无输入信号的情况下，就能输出一定频率和幅值的交流信号的现象。62基本放大电路Au反馈电路F基本放大电路Au反馈电路F如果：接入反响，将输入信号去掉，并用反响信号替代之。产生自激振荡的条件仍维持原有的输出！此时，相当于引入正反响！63AuF=1自激振荡的条件基本放大电路Au反馈电路F自激振荡的条件64自激振荡条件:AuF=1也可以写成：〔1〕振幅条件：〔2〕相位条件：n是整数振幅条件:可以通过调整放大电路的放大倍数到达。相位条件:意味着振荡电路必须是正反响；〔电路维持等幅震荡的条件〕65问题1：如何启振？起振时:Xo=0，到达稳定振荡时:Xo=定值。

因放大电路中存在噪声即瞬态扰动，而这些扰动可分解为各种频率的分量，其中也包括有fo分量。选频网络：仅选出fo分量，而将其它频率分量衰减掉。这时，只要：|AuF|>1，且

A+

F=2n，即可起振。

起振过程66问题2：如何稳幅？起振后，因|AuF|>1，输出将逐渐增大。假设不采取稳幅措施，那么输出将会饱和失真。在输出到达所需的幅值后，参数可自动调整为AuF=1，电路即可到达稳幅输出。起振并能稳定振荡的条件〔前提：正反响〕：67作用：产生一定频率和幅度的交流信号。频率范围：一赫兹以下~几百兆赫兹。功率范围：几毫瓦~几十千瓦。实质：输出交流信号的能量由电源的直流能量转换而来。常用电路：

1.RC振荡电路--功率较小，频率较低。2.LC振荡电路--功率较大，频率较高。§17.3.2正弦波振荡电路68由选频网络的不同RC振荡电路和LC振荡电路正弦波振荡电路的组成(1)放大电路:放大信号(2)反响网络:必须是正反响，反响信号即是

放大电路的输入信号(3)选频网络:保证输出为单一频率的正弦波

即使电路只在某一特定频率下满足

自激振荡条件(4)稳幅环节:使电路能从AuF>1，过渡到

AuF=1，从而到达稳幅振荡。69_+

+

RFuoRCRCR1一RC振荡电路选频网络放大电路RC选频网络正反响网络同相比例电路(1)电路结构70R1C1串联阻抗：R2C2并联阻抗：R1C1R2C2(文氏桥选频电路)(2)RC串并联选频网络的选频特性71通常，取R1＝R2＝R，C1＝C2＝C，那么有：式中：0R1C1R2C272当时只有当时，和同相且可见：当时，│F│最大，且│F│max=1/373幅频特性13ffO相频特性fO

(f)uoufuo与uf波形uo,uf74(3)工作原理输出电压uO经正反响(兼选频)网络分压后，取uf作为同相比例电路的输入信号ui。1)起振过程752)稳定振荡

A

=

0，仅在f

0处

F

=

0,满足相位平衡条件，所以振荡频率f

0=12RC。改变R、C可改变振荡频率

由运算放大器构成的RC振荡电路的振荡频率一般不超过1MHz。3)振荡频率

振荡频率由相位平衡条件决定。76振荡频率的调整++∞RFRCC–uO–+KKR1R2R3R3R2R1改变开关K的位置可改变选频网络的电阻，实现频率粗调；改变电容C的大小可实现频率的细调。振荡频率774)起振及稳定振荡的条件稳定振荡条件AuF=1，|F|=1/3，那么起振条件AuF>1，因为|F|=1/3，那么考虑到起振条件

AuF

>1,一般应选取RF略大2R1。如果这个比值取得过大，会引起振荡波形严重失真。由运放构成的RC串并联正弦波振荡电路不是靠运放内部的晶体管进入非线性区稳幅，而是通过在外部引入负反响来到达稳幅的目的。78用运放组成的RC振荡器∴满足相位条件，只有在fo

处：uo_+

+

RFRCRCR1放大电路选频网络ui=uf+-79带稳幅环节的电路(1)热敏电阻具有负温度系数，利用它的非线性可以自动稳幅。在起振时，由于uO

很小，流过RF的电流也很小，于是发热少，阻值高，使RF>2R1；即

AuF

>1。随着振荡幅度的不断加强，uO增大，流过RF

的电流也增大，RF受热而降低其阻值，使得Au下降，直到RF=2R1时，稳定于

AuF

=1，

振荡稳定。半导体热敏电阻R++∞RFR1CRC–uO–+80热敏电阻具有负温度系数，利用它的非线性可以自动稳幅。半导体热敏电阻R++∞RFR1CRC–uO–+稳幅过程：思考：假设热敏电阻具有正温度系数，应接在何处？uOtRFAu81IDUD带稳幅环节的电路(2)振荡幅度较小时正向电阻大振荡幅度较大时正向电阻小利用二极管的正向伏安特性的非线性自动稳幅。R++∞RF2R1CRC–uO–+D1D2RF1uf+–稳幅环节82图示电路中，RF分为两部分。在RF1上正反并联两个二极管，它们在输出电压uO的正负半周内分别导通。在起振之初，由于uO幅值很小，尚不足以使二极管导通，正向二极管近于开路,此时，RF>2R1。而后，随着振荡幅度的增大，正向二极管导通，其正向电阻逐渐减小，直到RF=2R1，振荡稳定。R++∞RF2R1CRC–uO–+D1D2RF1uf+–83电子琴的振荡电路：D1_+

+

RF1uoR1CCRD1RF2R28R27R26R25R24R23R22R2184用分立元件组成的RC振荡器RCRC+UCCR1C2C3R3R2RE2C1RC2T1RE1CET2RC1RF+++ube

RF、RE1组成负反响，RC网络正反响，调整到适宜的参数那么可产生振荡。––+++85选频、反响网络：由电感和电容构成，可以产生高频振荡。当其发生并联谐振时，阻抗最大，呈阻性。2.振荡的建立和稳定：电路一般由分立元件组成放大电路，且应为正反响。随着输出的增高，可利用晶体管进入非线性工作区来到达稳幅目的。3.LC振荡的分类：变压器反响式、电容三点式、电感三点式。二、LC正弦波振荡电路86

谐振时回路电流比总电流大的多，外界对谐振回路的影响可以忽略！CLRLC选频网络87LC+UCCRLC1RB1RB2RECE变压器反响式LC振荡电路(1)电路结构

正反响(2)振荡频率

即LC并联电路的谐振频率－－

放大电路选频电路反响网络uf+–LC串并联正弦波振荡电路是靠运放内部的晶体管进入非线性区稳幅的。88

例1：正反响注意：用瞬时极性法判断反响的极性时，耦合电容、旁路电容两端的极性相同，属于选频网络的电容，其两端的极性相反。试用相位平衡条件判断以下图电路能否产