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第 17 章 电子电路中的反馈. 本章内容. 17.1 反馈的基本概念. 17.2 放大电路中的负反馈. 17.3 振荡电路中的正反馈. 本章 要求. 1. 了解反馈的概念。 2. 掌握反馈的判别方法、负反馈对放大电路 的影响。 2. 了解正弦波振荡电路自激振荡的条件。 3. 了解 LC 振荡电路和 RC 振荡电路的工作原理。. 基本放大 电路 Ao. +. –. 反馈 电路 F. § 17.1 反馈的基本概念. 一、反馈的概念. 1 、反馈:. 将放大电路输出信号 ( 电压或电流 ) 的一部 分或全部通过某种电路回送到输入端。.
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本章内容 17.1 反馈的基本概念 17.2 放大电路中的负反馈 17.3 振荡电路中的正反馈
本章要求 1.了解反馈的概念。 2.掌握反馈的判别方法、负反馈对放大电路 的影响。 2.了解正弦波振荡电路自激振荡的条件。 3.了解LC振荡电路和RC振荡电路的工作原理。
基本放大 电路 Ao + – 反馈 电路 F §17.1反馈的基本概念 一、反馈的概念 1、反馈: 将放大电路输出信号(电压或电流)的一部 分或全部通过某种电路回送到输入端。 2、反馈放大电路的方框图 输出信号 净输入信号 比较器 输入信号 反馈信号
基本放大 电路 Ao + – 反馈 电路 F §17.1反馈的基本概念 一、反馈的概念 ⑴开环放大倍数AO ⑵闭环放大倍数Af ⑶反馈系数 ⑷比较环节
引入正反馈的目的:使电路振荡,产生波形 引入负反馈的目的:改善放大电路的性能 §17.1反馈的基本概念 二、负反馈与正反馈 1、负反馈与正反馈 正反馈:反馈信号增强净输入信号, 使放大倍数 提高。 负反馈:反馈削弱净输入信号,使放大倍数降低。 在放大电路中,若出现正反馈将使放大器产生自激振荡,使放大器不能正常工作。
引入直流负反馈的目的:稳定静态工作点 引入交流负反馈的目的:改善放大电路的性能 §17.1反馈的基本概念 二、负反馈与正反馈 2、直流反馈和交流反馈 直流反馈:反馈只对直流分量起作用,反馈电路 只能传递直流信号。 交流反馈:反馈只对交流分量起作用,反馈电路 只能传递交流信号。
串联反馈的作用:增大输入电阻 并联反馈的作用:减小放大电路的输入电阻 §17.2放大电路中的负反馈 一、反馈的分类 1、串联反馈和并联反馈 串联反馈:反馈信号与输入信号串联,即反馈信 号与输入信号以电压形式作比较。 并联反馈:反馈信号与输入信号并联,即反馈信 号与输入信号以电流形式作比较。
§17.2放大电路中的负反馈 一、反馈的分类 2、电压反馈和电流反馈 电压反馈:反馈信号取自输出电压。 电流反馈:反馈信号取自输出电流。 电压负反馈 具有稳定输出 电压、减小输 出电阻的作用。 电流负反馈 具有稳定输出 电流、增大输 出电阻的作用。
§17.2放大电路中的负反馈 一、反馈的分类 正反馈 振荡器—产生信号 稳定静态工作点 直流反馈 反馈 电压串联负反馈 负反馈 电压并联负反馈 交流反馈 电流串联负反馈 电流并联负反馈
§17.2放大电路中的负反馈 二、反馈的判别 反馈的判别步骤 ⑴找出反馈网络(一般是电阻、电容)。 ⑵判别是交流反馈还是直流反馈? ⑶判别是否负反馈? ⑷是负反馈!判断是何种类型的负反馈?
+UCC RB1 RC C2 RF连接输入输出之间。 RE为输入、输出共有 所以RE是反馈元件。 + C1 + + RF + RS RL uo RB2 ui RE R1 + – eS – – – + + + uo + R2 ui – – §17.2放大电路中的负反馈 二、反馈的判别 1、找出反馈网络 ⑴连接在输入与输出之间的元件。 ⑵为输入回路与输出回路所共有的元件。 例1:
+UCC RB1 RC C2 RF是交、直流反馈。 + C1 + + RF + RS RL uo RB2 ui RE R1 + – eS – – – + + + uo + R2 ui – – §17.2放大电路中的负反馈 二、反馈的判别 2、交、直流反馈的判别 如有旁路电容 , RE 中仅有直流信号通 过,这时RE引入的 则是直流反馈。 交、直流信号均可通过 RE,所以RE引入的是交、直流反馈。
+UCC RB1 RC C2 + C1 + + + RS RL uo RB2 ui RE + + uf– ube – eS + – – – §17.2放大电路中的负反馈 二、反馈的判别 3、反馈类型—串并联的判别 串并联反馈判别: 令ui=0(对地短路) 若反馈信号不能再影响放大器输入,则是并联反馈; 若不清楚则是串联反馈。 ui=0对地短路 反馈信号uf仍存在,对ube仍有影响—RE是串联反馈。
+UCC RB1 RC C2 + C1 + + + RS RL uo RB2 ui RE + – eS + uf – – – §17.2放大电路中的负反馈 二、反馈的判别 4、反馈类型—电压、电流判别 电压电流反馈的判别: 令RL=0(输出对地短路) 若反馈信号取不到(uf=0),则是电压反馈; 若不清楚则是电流反馈。 输出端对地短路 反馈信号uf≠0 RE是电流反馈。
+UCC RB1 RC C2 + C1 + + + RS RL uo RB2 ui RE + – eS + uf – – – §17.2放大电路中的负反馈 二、反馈的判别 5、正、负反馈的判别—瞬时极性法 设ui瞬时增加→uo变化→ uf变化→净输入的变化:若净输入增大则为正反馈, 若净输入减小则为负反馈。 设基极瞬时极性为正, 集电极与基极相反、发射极(接有RE)与基极相同的原则,标出相关各点的瞬时极性。 - 负反馈 ube=Vb-Ve
+UCC RC C2 RF + C1 + + + uo RL RS ui + eS – – – §17.2放大电路中的负反馈 例2: 二、反馈的判别 ①判别反馈元件 RF连接在输入 与输出之间, 所以RF是反馈 元件。 ②判别交、直流反馈 交、直流信号均可通过 RF,所以RF引入的 是交、直流反馈。
+UCC RC C2 RF + C1 + + + uo RL RS ui + eS – – – §17.2放大电路中的负反馈 例2: 二、反馈的判别 ③判断反馈类型 令ui=0(对地短路) 反馈信号不能送入放大器-并联反馈。 ④判断反馈类型—电压、电流反馈 令RL=0(输出对地短路) 反馈信号取不到是--电压反馈
+UCC RC C2 RF + C1 + + + uo RL RS ui + eS – – – §17.2放大电路中的负反馈 例2: 二、反馈的判别 ⑤判断正、负反馈 - - Vb VC VRF左 VRF右 负反馈
基本放大 电路 Ao + – 反馈 电路 F §17.2放大电路中的负反馈 三、负反馈对放大电路性能的改善
§17.2放大电路中的负反馈 三、负反馈对放大电路性能的改善 1.提高放大倍数的稳定性 引入负反馈使放大倍数的稳定性提高。 放大倍数下降至1/(1+|AF|)倍, 其稳定性提高1+|AF|倍。 若|AF| >>1,称为深度负反馈,此时: 在深度负反馈的情况下,闭环放大倍数仅与反馈电路的参数有关。
§17.2放大电路中的负反馈 三、负反馈对放大电路性能的改善 1.提高放大倍数的稳定性 例:|A|=300,|F|=0.01。
uo ui ui A ud uo A uf F §17.2放大电路中的负反馈 2.改善波形失真 三、负反馈对放大电路性能的改善 小 大 正弦波 加反馈后 略小 略大 略大 接近正弦波 略小 负反馈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。
|Au| BW f O BWf §17.2放大电路中的负反馈 3.展宽通频带 三、负反馈对放大电路性能的改善 引入负反馈使电路的通频带宽度增加 无负反馈 有负反馈
ib ube + + + uf – ui – – §17.2放大电路中的负反馈 4.对输入电阻的影响 三、负反馈对放大电路性能的改善 使电路的输入电阻提高 ⑴串联负反馈 无负反馈时: 有负反馈时: 在同样的ib下,ui= ube + uf> ube,所以rif 提高。
ib ii + ube if – §17.2放大电路中的负反馈 三、负反馈对放大电路性能的改善 4.对输入电阻的影响 ⑵并联负反馈 使电路的输入电阻降低 无负反馈时: 有负反馈时: 在同样的ube下,ii= ib + if > ib,所以 rif降低。
§17.2放大电路中的负反馈 三、负反馈对放大电路性能的改善 5.对输出电阻的影响 ⑴电压负反馈使电路的输出电阻降低 电压负反馈具有稳定输出电压的作用, 即有恒压输出特性,故输出电阻降低。 ⑵电流负反馈使电路的输出电阻提高 电流负反馈具有稳定输出电流的作用, 即有恒流输出特性,故输出电阻提高。
u §17.3 振荡电路中的正反馈 一、自激振荡 1.自激振荡现象 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。
§17.3 振荡电路中的正反馈 一、自激振荡 2.自激振荡的条件 自激振荡的条件 ⑴幅度条件: n 是整数 ⑵相位条件: 相位条件:意味着振荡电路必须是正反馈。 幅度条件:表明反馈放大器要产生自激振荡,还 必须有足够的反馈量。
§17.3 振荡电路中的正反馈 一、自激振荡 3.起振及稳幅振荡的过程 起振时要求AuF>1,使输出电压的幅度不断增大,逐渐使Uo增大到稳定要求值B。 稳定振荡时 Uo= B,要求AuF=1,使输出电压的幅度得以稳定。 从AuF>1 到AuF=1,就是自激振荡建立的过程。 起始信号的产生:在电源接通时,会在电路中激起一个微小的含有一系列频率的非正弦扰动信号。
§17.3 振荡电路中的正反馈 一、自激振荡 4.正弦波振荡电路的组成 ⑴放大电路:放大信号 ⑵反馈网络:必须是正反馈,反馈信号即是放大电 路的输入信号。 ⑶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。 ⑷稳幅环节:使电路能从AuF >1 ,过渡到AuF =1,从而达到稳幅振荡。
RF R ∞ – C + + C R + + R1 uf uO – – §17.3 振荡电路中的正反馈 二、RC 振荡电路 1. 电路结构 RC选频网络 正反馈网络 选出单一频率的信号 同相比例电路 用正反馈信号uf 作为输入信号 放大信号
+ R C + R C – – 分析可知:当 = o时, 最大,且 u2 与 u1 同相 ,即网络具有选频特性,fo决定于RC 。 §17.3 振荡电路中的正反馈 二、RC 振荡电路 2.RC串并联选频网络的选频特性 传输系数: 式中:
1 3 幅频特性 (f) 相频特性 u2 与 u1 波形 fo f fo u1 u2 §17.3 振荡电路中的正反馈 2.RC串并联选频网络的选频特性
§17.3 振荡电路中的正反馈 二、RC 振荡电路 3.工作原理 输出电压uo 经正反馈(兼选频)网络分压后,取uf作为同相比例电路的输入信号 ui。 ⑴起振过程
§17.3 振荡电路中的正反馈 二、RC 振荡电路 3.工作原理 ⑵稳定振荡 ⑶振荡频率 振荡频率由相位平衡条件(=0)决定。 在 f0处 f=0 ,所以振荡频率 f0= 12RC。 改变R、C 可改变振荡频率(一般在200KHz以下)。
RF R3 R2 R1 S ∞ – C + + + uO R3 R2 R1 – R C S §17.3 振荡电路中的正反馈 二、RC 振荡电路 3.工作原理 ⑶振荡频率 振荡频率的调整 --改变开关位置 改变选频网络的R实现频率粗调。 改变C 的大小可实现频率细调。
§17.3 振荡电路中的正反馈 二、RC 振荡电路 3.工作原理 ⑷起振及稳定振荡的条件 起振条件AuF> 1 ,因为 | F |=1/ 3,则 稳定振荡条件AuF= 1 ,| F |= 1/ 3,则 一般应选取 RF略大2R1。
ID D2 RF1 D1 RF2 R ∞ – + C + uO + UD – R C R1 §17.3 振荡电路中的正反馈 二、RC 振荡电路 稳幅环节 ⑷起振及稳定振荡的条件 带稳幅环节的电路 利用D的非线性自动稳幅。 振荡幅度较大 时正向电阻小 振荡幅度较小 时正向电阻大
D2 RF1 D1 RF2 R ∞ – + C + uO + – R C R1 §17.3 振荡电路中的正反馈 二、RC 振荡电路 ⑷起振及稳定振荡的条件 带稳幅环节的电路 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 =RF1 +RF2>2 R1。 随着振幅的增大,D导通,其正向电阻逐渐减小,直到RF=2 R1,振荡稳定。
§17.3 振荡电路中的正反馈 三、LC 振荡电路 LC 振荡电路的选频电路由电感和电容构成,可以产生高频振荡(几百千赫以上,能达及十兆)。 LC振荡电路有变压器反馈式LC振荡电路和三点式LC振荡电路
+UCC RL L C RB1 + C1 uf – RB2 RE CE §17.3 振荡电路中的正反馈 三、LC 振荡电路 1、变压器反馈式LC振荡电路 ⑴电路结构 选频电路 正反馈 - ⑵振荡频率 - 即LC并联电路的谐振频率 反馈网络 放大电路
+UCC RB1 RC C2 C1 CE RB2 C L RE §17.3 振荡电路中的正反馈 三、LC 振荡电路 例1:判断下图电路能否产生自激振荡。 - 正反馈 - - 注意:用瞬时极性法判断反馈的极性时,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。
+UCC RB1 RC C2 C1 CE RB2 RE L1 C L2 §17.3 振荡电路中的正反馈 三、LC 振荡电路 2、三点式LC振荡电路 ⑴电感三点式振荡电路 选频电路 正反馈 - 放大电路 振荡频率 - - 通常改变C 来调节振荡频率 反馈网络 振荡频率一般在几十MHz以下。 反馈电压取自L2
+UCC RB1 RC C2 C1 CE RB2 RE C1 L C2 §17.3 振荡电路中的正反馈 三、LC 振荡电路 2、三点式LC振荡电路 ⑵电容三点式振荡电路 选频电路 正反馈 - 放大电路 振荡频率 - - 反馈网络 振荡频率可达100MHz以上。 反馈电压取自C2
§17.3 振荡电路中的正反馈 三、LC 振荡电路 例:半导体接近开关 3、LC振荡电路应用举例
移动的金属体 L1 L3 L2 感应头 §17.3 振荡电路中的正反馈 三、LC 振荡电路 3、LC振荡电路应用举例 ①半导体接近开关简介 半导体接近开关是一种无触点开关,具有反映速度快、定位准确、寿命长等优点。 半导体接近开关在行程控制、定位控制、自动计数以及各种报警电路中得到广泛应用。 ②感应头 接近开关的核心部分:L1、 L2及 L3绕在右图所示的的磁芯上(又称感应头)
+12V L3 D1 R6 D2 R1 KA C2 L2 R7 R4 L1 T2 T1 T3 R5 R2 R3 R8 C2 C3 C1 §17.3 振荡电路中的正反馈 三、LC 振荡电路 3、LC振荡电路应用举例 ③半导体接近开关电路原理图 LC振荡器 开关电路 输出器
+12V L3 D1 R6 D2 R1 KA C2 L2 R7 R4 L1 T2 T1 T3 R5 R2 R3 R8 C2 C3 C1 §17.3 振荡电路中的正反馈 三、LC 振荡电路 ④工作原理 ●当无某金属体接近感应头时,维持振荡,使L3 上输出交流电压。使T2饱和导通,T3截止,继 电器KA断电,常开触点断开、常闭触点闭合。
+12V L3 D1 R6 D2 R1 KA C2 L2 R7 R4 L1 T2 T1 T3 R5 R2 R3 R8 C2 C3 C1 §17.3 振荡电路中的正反馈 三、LC 振荡电路 ④工作原理 ●当有金属体接近感应头时,金属体内感应出涡 流,涡流的消磁作用破坏了线圈之间的磁耦合, 使L1上的反馈电压显著降低,破坏了自激振荡 的幅值条件,振荡停止。使L3上电压下降到0。