17.1

反饋的基本概念17.2

負反饋放大器的基本關系式17.3

負反饋對放大器性能的改善第17章電子電路中的反饋本章要求：1.能判別電子電路中的直流反饋和交流反饋、正反饋和負反饋以及負反饋的四種類型;2.了解負反饋對放大電路工作性能的影響；3.了解正弦波振蕩電路自激振蕩的條件；4.了解RC振蕩電路和LC振蕩電路的工作原理。第17章電子電路中的反饋

在自然界和人們的日常生活中,廣泛存在著反饋現象。在科學技術和工程應用領域中，人們也有意識地應用反饋手段來改善系統的性能。無反饋的放大電路在實際應用中不能滿足人們的要求，為此在電子線路中，非常廣泛地應用負反饋，構成了所謂的反饋放大器。17.1

反饋的基本概念A(a)不帶反饋17.1.1

反饋的概念17.1

反饋的基本概念

由基本放大電路和反饋網絡組成閉合回路，整個系統稱為反饋放大電路或閉環放大電路17.1.1

反饋的概念17.1

反饋的基本概念(b)帶反饋+–AF反饋電路比較環節

—凈輸入信號—反饋信號—輸出信號凈輸入信號：

—輸入信號反饋：將放大電路輸出端的信號(電壓或電流)的一部分或全部通過某種電路引回到輸入端。RB1RCC1C2RB2RERL+++UCCuiuo++––17.1.1

反饋的概念17.1

反饋的基本概念esRB+UCCC1C2RERLui+–uo+–+++–RS通過RE將輸出電流反饋到輸入通過RE將輸出電壓反饋到輸入17.1.2

反饋放大器的分類17.1

反饋的基本概念1、按反饋的極性分：正反饋和負反饋+–AF

若三者同相，則Xd=Xi-Xf,即Xd<Xi,此時,反饋信號削弱了凈輸入信號,電路為負反饋。

若Xd>Xi

，即反饋信號起了增強凈輸入信號的作用則為正反饋。負反饋可以多方面的改善放大電路的性能。正反饋卻會使放大電路性能變壞，有時還會使負反饋放大電路產生自己，無法工作。判斷到底是正反饋還是負反饋，可以采用瞬時極性法：采用瞬時極性法判斷反饋的方式：根據反饋量與輸入量的關系判斷是正反饋還是負反饋。若比較后，加強了輸入信號則為正反饋；若比較后，削弱了輸入信號則是負反饋。首先假設輸出信號為某一極性，一般為“+”，然后按照信號的傳輸方向逐級向后推斷，確定輸出信號的極性，再由輸出端通過反饋網絡返回輸入回路，確定反饋信號的極性，最后按照反饋的正負極性和上述定義做出結論。17.2

放大電路中的負反饋17.2.1

負反饋的分類(1)根據反饋所采樣的信號不同，可以分為電壓反饋和電流反饋。如果反饋信號取自輸出電壓，叫電壓反饋。如果反饋信號取自輸出電流，叫電流反饋。(2)根據反饋信號在輸入端與輸入信號比較形式的不同，可以分為串聯反饋和并聯反饋。

反饋信號與輸入信號串聯，即反饋信號與輸入信號以電壓形式作比較，稱為串聯反饋。

反饋信號與輸入信號并聯，即反饋信號與輸入信號以電流形式作比較，稱為并聯反饋。1輸入端的連接方式分類Ud=Ui-Uf試判斷由Rf1和Rf2引起的是串聯反饋還是并聯反饋？并聯反饋串聯反饋串聯反饋和并聯反饋反饋信號與輸入信號加在放大電路輸入回路的同一電極，則為并聯反饋；反之，加在放大電路輸入回路的兩個電極，則為串聯反饋。此時反饋信號與輸入信號是電壓相加減的關系此時反饋信號與輸入信號是電流相加減的關系

反饋信號與輸入信號加在放大電路輸入回路的同一電極，則為并聯反饋；反之加在放大電路輸入回路的兩個電極，則為串聯反饋。對于三極管來說，反饋信號與輸入信號同時加在輸入三極管的基極或發射極，則為并聯反饋；一個加在基極一個加在發射極則為串聯反饋。

串聯反饋和并聯反饋XiXf并聯XiXf串聯

對于運算放大器來說，反饋信號與輸入信號同時加在同相輸入端或反相輸入端，則為并聯反饋；一個加在同相端一個加在反相端則為串聯反饋。串聯反饋和并聯反饋+–uf+–ud設輸入電壓ui為正，差值電壓ud=ui–

uf各電壓的實際方向如圖uf減小了凈輸入電壓(差值電壓)

——負反饋uoRFuiR2R1+–++–+–例1：uoRFuiR2R1+–++–+–例2：設輸入電壓ui為正，差值電壓ud=ui+

uf各電壓的實際方向如圖uf增大了凈輸入電壓

——正反饋－–+uf–+ud－在振蕩器中引入正反饋，用以產生波形。

在放大電路中，出現正反饋將使放大器產生自激振蕩，使放大器不能正常工作。2.按輸出端的取樣方式分類負反饋放大電路按照輸出量的取樣方式，可以分成電壓反饋和電流反饋兩種。電壓反饋：若反饋信號的取樣是輸出電壓，反饋信號正比于輸出電壓，叫做電壓反饋。電流反饋：若反饋信號的取樣對象是輸出電流，反饋信號正比與輸出電流I0，叫作電流反饋。試判斷由的是電壓反饋還是電流反饋？按交直流性質可分為：直流反饋和交流反饋。直流反饋：若反饋輸入端的信號是直流成分，則稱為直流反饋。直流反饋主要用于穩定靜態工作點交流反饋：若反饋輸入信號是交流成分，則稱為交流反饋。交流反饋主要用于多方面的改善放大電路的性能。3.按交直流性質分類例3：RB1RCC1C2RB2RERL+++UCCuiuo++––設輸入電壓ui為正，差值電壓ube=ui–

uf各電壓的實際方向如圖uf減小了凈輸入電壓

——負反饋RBRER'Luiuo++––交流通路+–uf+–ube－ie交、直流分量的信號均可通過RE，所以RE引入的是交、直流反饋。如果有發射極旁路電容，RE中僅有直流分量的信號通過，這時RE引入的則是直流反饋。引入交流負反饋的目的：改善放大電路的性能引入直流負反饋的目的：穩定靜態工作點下面主要研究4類負反饋放大器1.串聯電壓負反饋2.并聯電壓負反饋3.串聯電流負反饋4.并聯電流負反饋1.串聯電壓負反饋+–uf+–ud

設輸入電壓ui為正，差值電壓ud=ui–

ufuf削弱了凈輸入電壓(差值電壓)

—負反饋反饋電壓取自輸出電壓—電壓反饋

反饋信號與輸入信號在輸入端以電壓的形式比較

—串聯反饋AF+–ufuduiuO(b)方框圖(a)電路uoRFuiR2R1+–++–+–RL各電壓的實際方向如圖2.并聯電壓負反饋－設輸入電壓ui

為正，差值電流id=i1–

if各電流的實際方向如圖if削弱了凈輸入電流(差值電流)

—負反饋反饋電流取自輸出電壓—電壓反饋

反饋信號與輸入信號在輸入端以電流的形式比較—

—并聯反饋uoRFuiR2R1+–++–+–RLi1if

idAF+–ifidiiuO(b)方框圖(a)電路3.串聯電流負反饋+–uf–+ud設輸入電壓ui

為正，差值電壓ud=ui–

uf各電壓的實際方向如圖uf削弱了凈輸入電壓(差值電壓)

—負反饋反饋電壓取自輸出電流—電流反饋

反饋信號與輸入信號在輸入端以電壓的形式比較

—串聯反饋uf=Rio特點:輸出電流

io與負載電阻RL無關—

同相輸入恒流源電路或電壓—電流變換電路。uouiR2RL+–++–ioR+–(a)電路AF+–ufuduiiO(b)方框圖4.并聯電流負反饋設輸入電壓ui

為正，差值電流id=i1–

if各電流的實際方向如圖if削弱了凈輸入電流(差值電流)—負反饋反饋電流取自輸出電流—電流反饋

反饋信號與輸入信號在輸入端以電流的形式比較

—并聯反饋－(a)電路AF+–ifidiiiO(b)方框圖RFR1uiR2RL+–++–ioRuRi1ifid4.并聯電流負反饋i1ifid特點：輸出電流io與負載電阻RL無關

——反相輸入恒流源電路－(a)電路RFR1uiR2RL+–++–ioRuR反饋電流運算放大器電路反饋類型的判別方法：1.反饋電路直接從輸出端引出的，是電壓反饋；從負載電阻RL的靠近“地”端引出的，是電流反饋；

2.輸入信號和反饋信號分別加在兩個輸入端(同相和反相)上的，是串聯反饋；加在同一個輸入端(同相或反相)上的，是并聯反饋；

3.對串聯反饋，輸入信號和反饋信號的極性相同時，是負反饋；極性相反時，是正反饋；

4.對并聯反饋，凈輸入電流等于輸入電流和反饋電流之差時，是負反饋；否則是正反饋。例1：試判別下圖放大電路中從運算放大器A2輸出端引至A1輸入端的是何種類型的反饋電路。uf+–解：

因反饋電路直接從運算放大器A2的輸出端引出，所以是電壓反饋；

因輸入信號和反饋信號分別加在反相輸入端和同相輸入端上，所以是串聯反饋；因輸入信號和反饋信號極性相同,所以是負反饋。－－串聯電壓負反饋

先在圖中標出各點的瞬時極性及反饋信號；uo1uiR+–++–uo++–RLA1A2例2：試判別下圖放大電路中從運算放大器A2輸出端引至A1輸入端的是何種類型的反饋電路。解：

因反饋電路是從運算放大器A2的負載電阻RL的靠近“地”端引出的，所以是電流反饋；

因輸入信號和反饋信號均加在同相輸入端上，所以是并聯反饋;

因凈輸入電流id等于輸入電流和反饋電流之差，所以是負反饋。－并聯電流負反饋i1ifiduo1uiR++–uo++–RLA1A2例3：判斷圖示電路中的負反饋類型。解:RE2對交流不起作用，引入的是直流反饋；RE1對本級引入串聯電流負反饋。RE1、RF對交、直流均起作用，所以引入的是交、直流反饋。RB1RC1C1RB2RE1++–RS+–RFRC2CE2C2RE2RL++UCC+–T1T2esuiuo例3：判斷圖示電路中的負反饋類型。解：RE1、RF引入越級串聯電壓負反饋。－+－+

T2集電極的反饋到T1的發射極，提高了E1的交流電位，使Ube1減小，故為負反饋；反饋從T2的集電極引出，是電壓反饋；反饋電壓引入到T1的發射極，是串聯反饋。RB1RC1C1RB2RE1++–RS+–RFRC2CE2C2RE2RL++UCC+–T1T2esuiuo例4：如果RF不接在T2的集電極，而是接C2與RL之間，兩者有何不同？解：因電容C2的隔直流作用，這時RF僅引入交流反饋。RB1RC1C1RB2RE1++–RS+–RFRC2CE2C2RE2RL++UCC+–T1T2esuiuo×RF2(R1、R2):

直流反饋（穩定靜態工作點）RF、CF:

交流電壓并聯負反饋+UCC(a)RE1+R1RF1RF2C2RC2RC1CE2RE2R2+C+RF1、RE1:交直流電壓串聯負反饋+––+++––例5：RE2:

直流反饋RF++UCC+RBC2RC2RC1CE2RE2+C1CF(b)+––––+––––電流并聯負反饋正反饋兩個2k電阻構成交直流反饋兩個470k20F++++470k6003.9k+20F470k3.9k50F2k47050F100F47030k3DG63DG6(c)+6V++(d)+50k2k2k8k3k3k50F50F50F+20V17.2.2負反饋對放大電路工作性能的影響反饋放大電路的基本方程反饋系數凈輸入信號開環放大倍數閉環放大倍數+–AF1.

降低放大倍數

負反饋使放大倍數下降。則有：同相，所以

AF是正實數負反饋時，|1+AF|稱為反饋深度，其值愈大，負反饋作用愈強，Af也就愈小。

射極輸出器、不帶旁路電容的共射放大電路的電壓放大倍數較低就是因為電路中引入了負反饋。2.提高放大倍數的穩定性引入負反饋使放大倍數的穩定性提高。放大倍數下降至1/(1+|AF|)倍,穩定性提高1+|AF|倍。若|AF|>>1，稱為深度負反饋，此時：

在深度負反饋的情況下，閉環放大倍數僅與反饋電路的參數有關。例：|A|=300，|F|=0.01。3.改善波形失真

負反饋是利用失真的波形來改善波形的失真，因此只能減小失真，而不能完全消除失真。加入負反饋無負反饋FufAuiuo大小略小略大接近正弦波uouiA+–uid略大略小uf4.展寬通頻帶引入負反饋使電路的通頻帶寬度增加無負反饋有負反饋f|AO|0.707|Auo|Of′2|Afo|f2|Af|,|Af|0.707|Afo|BWBWf負反饋展寬通頻帶5.對放大電路輸入電阻的影響(1)串聯負反饋使電路的輸入電阻提高uiubeib++––5.

對放大電路輸入電阻的影響在同樣的

ib下，ui=ube+uf

>ube，所以

rif

提高。(1)串聯負反饋無負反饋時：有負反饋時：uf+–使電路的輸入電阻提高(2)并聯負反饋使電路的輸入電阻降低if無負反饋時：有負反饋時：在同樣的ube下，ii

=ib+if>ib，所以

rif

降低。(2)并聯負反饋使電路的輸入電阻降低iiibube+–

電壓負反饋具有穩定輸出電壓的作用，即有恒壓輸出特性，故輸出電阻降低。(1)電壓負反饋使電路的輸出電阻降低6.對放大電路輸出電阻的影響

電流負反饋具有穩定輸出電流的作用，即有恒流輸出特性，故輸出電阻提高。(2)電流負反饋使電路的輸出電阻提高四種負反饋對ri和ro的影響串聯電壓串聯電流并聯電壓并聯電流思考題：為了分別實現：

(1)穩定輸出電壓；(2)穩定輸出電流；

(3)提高輸入電阻；(4)降低輸出電阻。應引入哪種類型的負反饋？riro減低增高增高增高增高減低減低減低17.3

振蕩電路中的正反饋17.3.1

自激振蕩

放大電路在無輸入信號的情況下，就能輸出一定頻率和幅值的交流信號的現象。

開關合在“1”為無反饋放大電路。開關合在“2”為有反饋放大電路

開關合在“2”時,去掉ui

仍有穩定的輸出。反饋信號代替了放大電路的輸入信號。自激振蕩狀態1SA2F17.3

振蕩電路中的正反饋17.3.1

自激振蕩1SA2F工作原理:當振蕩電路與電源接通時,在電路中激起一個微小的擾動信號,就是起始信號。為了讓它發展增長，振蕩電路中必須有放大和正反饋。為了得到單一頻率的正弦信號，電路中還必須有選頻部分，用以確定振蕩頻率。當工作正常后，反饋信號能夠取代輸入信號。啟動：

自激振蕩的條件(1)幅度條件：(2)相位條件：n是整數

相位條件意味著振蕩電路必須是正反饋；

幅度條件表明反饋放大器要產生自激振蕩，還必須有足夠的反饋量(可以通過調整放大倍數A或反饋系數F達到)。自激振蕩的條件17.3.2

正弦波振蕩電路

正弦波振蕩電路用來產生一定頻率和幅值的正弦交流信號。它的頻率范圍很廣，可以從一赫以下到幾百兆以上；輸出功率可以從幾毫瓦到幾十千瓦；輸出的交流電能是從電源的直流電能轉換而來的。常用的正弦波振蕩器LC振蕩電路:輸出功率大、頻率高。RC振蕩電路:輸出功率小、頻率低。石英晶體振蕩電路：頻率穩定度高。

應用：無線電通訊、廣播電視，工業上的高頻感應爐、超聲波發生器、正弦波信號發生器、半導體接近開關等。正弦波振蕩電路的組成(1)放大電路:放大信號(2)反饋網絡:必須是正反饋，反饋信號即是

放大電路的輸入信號(3)選頻網絡:

保證輸出為單一頻率的正弦波

即使電路只在某一特定頻率下滿足

自激振蕩條件(4)穩幅環節:

使電路能從AuF

>1，過渡到

AuF

=1，從而達到穩幅振蕩。1.RC正弦波振蕩電路RC選頻網絡正反饋網絡放大電路

用正反饋信號uf作為輸入信號

選出單一頻率的信號(1)電路結構uf–+R++∞RFR1CRC–uO–+同相比例電路選頻網絡(2)RC串并聯選頻網絡的選頻特性傳輸系數：。。RCRC。+–+–。式中

：

分析可知：僅當=o時，U2U1=13達最大值，且u2與u1同相,即網絡具有選頻特性,fO

決定于RC。幅頻特性13ffO相頻特性fO(f)。。RCRC。+–+–。。。RCRC。+–+–。幅頻特性13ffO相頻特性fO(f)u1u2u2與u1波形u1,u2(3)工作原理

輸出電壓

uO

經正反饋(兼選頻)網絡分壓后，取uf

作為同相比例電路的輸入信號ui

。1)起振過程2)穩定振蕩

A

=

0，僅在f

0處F

=

0,滿足相位平衡條件，所以振蕩頻率f

0=12RC。改變R、C可改變振蕩頻率

由運算放大器構成的RC振蕩電路的振蕩頻率一般不超過1MHz。3)振蕩頻率

振蕩頻率由相位平衡條件決定。振蕩頻率的調整++∞RFRCC–uO–+KKR1R2R3R3R2R1

改變開關K的位置可改變選頻網絡的電阻，實現頻率粗調；改變電容C的大小可實現頻率的細調。振蕩頻率14)起振及穩定振蕩的條件穩定振蕩條件AuF

=1，|F|=1/3，則起振條件AuF

>1，因為|F|=1/3，則

考慮到起振條件AuF

>1,一般應選取RF略大2R1。如果這個比值取得過大，會引起振蕩波形嚴重失真。

由運放構成的RC串并聯正弦波振蕩電路不是靠運放內部的晶體管進入非線性區穩幅，而是通過在外部引入負反饋來達到穩幅的目的。帶穩幅環節的電路(1)

熱敏電阻具有負溫度系數，利用它的非線性可以自動穩幅。

在起振時，由于uO

很小，流過RF的電流也很小，于是發熱少，阻值高，使RF>2R1；即AuF>1。隨著振蕩幅度的不斷加強，uO增大，流過RF

的電流也增大，RF受熱而降低其阻值，使得Au下降，直到RF=2R1時，穩定于AuF=1，

振蕩穩定。半導體熱敏電阻R++∞RFR1CRC–uO–+帶穩幅環節的電路(1)

熱敏電阻具有負溫度系數，利用它的非線性可以自動穩幅。半導體熱敏電阻R++∞RFR1CRC–uO–+

穩幅過程：

思考：

若熱敏電阻具有正溫度系數，應接在何處？uOtRFAuIDUD帶穩幅環節的電路(2)振蕩幅度較小時正向電阻大振蕩幅度較大時正向電阻小

利用二極管的正向伏安特性的非線性自動穩幅。R++∞RF2R1CRC–uO–+D1D2RF1uf+–穩幅環節帶穩幅環節的電路(2)圖示電路中，RF分為兩部分。在RF1上正反并聯兩個二極管，它們在輸出電壓uO的正負半周內分別導通。在起振之初，由于uO幅值很小，尚不足以使二極管導通，正向二極管近于開路,此時，RF>2R1。而后，隨著振蕩幅度的增大，正向二極管導通，其正向電阻逐漸減小，直到RF=2R1，振蕩穩定。R++∞RF2R1CRC–uO–+D1D2RF1uf+–2.LC正弦波振蕩電路

LC振蕩電路的選頻電路由電感和電容構成，可以產生高頻振蕩(幾百千赫以上)。由于高頻運放價格較高，所以一般用分離元件組成放大電路。本節只對

LC振蕩電路的結構和工作原理作簡單介紹。LC+UCCRLC1RB1RB2RECE變壓器反饋式LC振蕩電路(1)電路結構正反饋(2)

振蕩頻率

即LC并聯電路的諧振頻率－－放大電路選頻電路反饋網絡uf+–例1：正反饋

注意：用瞬時極性法判斷反饋的極性時，耦合電容、旁路電容兩端的極性相同，屬于選頻網絡的電容，其兩端的極性相反。

試用相位平衡條件判斷