電子技術(shù)基礎(chǔ)(張龍興版)全套

1、,4.1反饋的基本概念,4.2負反饋對放大器性能的影響,4.3振蕩的基本概念與原理,本章小結(jié),第四章負反饋放大電路,4.1.1什么是反饋,4.1反饋的基本概念,反饋：在放大電路中，從輸出端把輸出信號的部分或全 部通過一定的方式回送到輸入端的過程稱為反饋。,反饋電路：用于反向傳輸信號的電路稱為反饋電路或反 饋網(wǎng)絡(luò)。,反饋放大電路：凡帶有反饋環(huán)節(jié)的放大電路稱為反饋放 大電路。,凈輸入信號：輸入信號與反饋信號疊加得到凈輸入信號。,4.1反饋的基本概念,反饋放大器與基本放大器的區(qū)別：,（1）輸入信號是信號源和反饋信號疊加后的凈輸入信號。,（2）輸出信號在輸送到負載的同時，還要取出部分或全部再回送到原放

2、大器的輸入端。,（3）引入反饋后，使信號既有正向傳輸也有反向傳輸，電路形成閉合環(huán)路。,4.1反饋的基本概念,1正反饋和負反饋,正反饋：反饋信號起到增強輸入信號的作用。,負反饋：反饋信號起到削弱輸入信號的作用。,采用瞬時極性法判斷是正反饋還是負反饋。,瞬時極性法：先在放大器輸入端設(shè)定輸入信號對地的極性為“+”或“-”，再依次按相關(guān)點的相位變化情況推出各點信號對地的交流瞬時極性，再根據(jù)反饋到輸入端的反饋信號對地的瞬時極性判斷，若使原輸入信號減弱是負反饋，使原輸入信號增強是正反饋。,4.1反饋的基本概念,4.1.2反饋的基本類型,4.1反饋的基本概念,例 4-1試判斷圖所示電路的反饋是正反饋還是負反

3、饋。,解假定兩級放大器輸入端信號極性為上正下負，即基極對地的極性為“+”，集電極倒相后對地極性為“-”，即集電極輸出為“+”，通過反饋至的電壓對地極性為“+”，則凈輸入量減小，可判斷該反饋為負反饋。,例 4-2判斷圖所示電路中有無反饋存在，如有，屬于何種反饋？,4.1反饋的基本概念,解反饋元件 re 并聯(lián)了旁路 c 電容，為交流信號提供了通路，消除了交流反饋的條件，所以放大器只有直流反饋。 用瞬時極性法判斷如下：設(shè) vb 某一時刻上升。,4.1反饋的基本概念,故為負反饋。,2電壓反饋與電流反饋,4.1反饋的基本概念,電壓反饋：反饋信號取自輸出電壓，并與輸出電壓成正比。,電流反饋：反饋網(wǎng)絡(luò)的輸出

4、信號與輸出電流成正比。,判斷方法：設(shè)想把輸出端短路，如果反饋信號消失，則為電壓反饋。如反饋信號依然存在，則為電流反饋。,4.1反饋的基本概念,3串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋,4.1反饋的基本概念,串聯(lián)反饋：放大器的凈輸入電壓是由信號源電壓與反饋電壓串聯(lián)得到的。,并聯(lián)反饋：放大器的凈輸入電壓是由信號源電壓與反饋電壓并聯(lián)得到的。,判斷方法：把輸入端短路，如果反饋電壓為零，則為并聯(lián)反饋；如果反饋電壓仍存在，則為串聯(lián)反饋。,4.1反饋的基本概念,4反饋放大器的四種基本類型, 電壓并聯(lián)負反饋, 電流串聯(lián)負反饋, 電流并聯(lián)負反饋,4.1反饋的基本概念, 電壓串聯(lián)負反饋,4.1反饋的基本概念,4.1反饋的基本概念,例

5、 4-3試判斷圖示電路的反饋類型。,解判斷思路：, 分析電路中是否存在反饋；, 如果電路中確有反饋，判斷其性質(zhì)是正反饋還是負反饋；, 從輸出回路分析反饋信號取自于輸出電壓還是輸出電流，以判斷是電壓反饋還是電流反饋。, 從輸入回路分析反饋信號與原輸入信號是串聯(lián)還是并聯(lián)，以判斷它是串聯(lián)反饋還是并聯(lián)反饋。,4.1反饋的基本概念,具體分析：, 通過 re 的不僅有輸出信號，而且也有輸入信號。因而它能將輸出信號的一部分取出來饋送給輸入回路，從而影響原輸入信號。由此，re 是該電路的反饋元件，電路存在著反饋。, 設(shè)信號源瞬時極性為上正下負，加到三極管發(fā)射極電壓亦為上正下負，三極管的射極電壓就是反饋信號電壓

6、，它使加到發(fā)射結(jié)的純輸入信號電壓比原輸入信號電壓小，故是負反饋。,根據(jù)以上分析，引入的為電流串聯(lián)負反饋。,4.1反饋的基本概念, 將負載電阻短路，則輸出回路并不因負載短路而使反饋電流消失，因此，從輸入端看，反饋屬電流反饋。, 如將輸入端短接，則反饋電壓依然存在，故為串聯(lián)反饋。,例 4-4圖（a）為另一負反饋放大電路，圖（b）所示為它的交流通路，指出反饋類型。,4.1反饋的基本概念,解從輸出端，反饋信號取自輸出電壓，為電壓反饋。,4.1反饋的基本概念,從輸入端，rf 與輸入電路并聯(lián)，為并聯(lián)反饋。,則該電路是一個電壓并聯(lián)負反饋電路。,作業(yè)題： 1、畫出反饋放大器四種基本類型的電路圖。 2、比較四種

7、負反饋電路的特點。,4.2.1降低放大器的放大倍數(shù)，提高放大信號的穩(wěn)定性,4.2 負反饋對放大器性能的影響,開環(huán)放大倍數(shù)：在未接入反饋之前，電路未形成閉合回路時的放大倍數(shù)。這時，,反饋系數(shù)：接入負反饋后，將反饋信號 xf 與輸出信號 xo 之比，定義為反饋系數(shù) f。,引入負反饋后，放大器的閉環(huán)放大倍數(shù)降低了，且降低為原放大倍數(shù)的 。,當 af 1 時， 。說明閉環(huán)放大倍數(shù)僅與反饋系數(shù)有關(guān)，由于反饋環(huán)節(jié)一般都必須是由線性元件構(gòu)成，性能穩(wěn)定，因此閉環(huán)放大倍數(shù)穩(wěn)定。,4.2 負反饋對放大器性能的影響,表示凈輸入信號，它是輸入信號與反饋信號的差值。,閉環(huán)放大倍數(shù)：引入負反饋后，環(huán)路閉合后輸出信號與環(huán)路

8、輸入信號之比。,4.2.2減小非線性失真,原理：在負反饋放大電路中，凈輸入信號 是輸入信號 vi與失真輸出信號的反饋量 vf 相減的結(jié)果，凈輸入信號 的波形與原輸出失真信號的畸變方向相反。從而使放大器的輸出信號波形得以改善。如圖所示。,4.2 負反饋對放大器性能的影響,放大器引入負反饋后，在中頻區(qū)，放大器的放大倍數(shù)下降多，在高、低頻區(qū)，放大倍數(shù)下降得少，結(jié)果是放大器的幅頻特性變得平坦，上限頻率由 fh 移至 fhf，下限頻率由 fl 移至 flf 。如圖所示。,4.2.3展寬頻帶,4.2 負反饋對放大器性能的影響,（1）串聯(lián)負反饋使放大器輸入電阻增大，并聯(lián)負反饋使放大器輸入電阻降低。,（2）電

9、壓負反饋使放大器的輸出電阻降低，電流負反饋使放大器的輸出電阻增大。,4.2.4對輸入電阻和輸出電阻的影響,4.2 負反饋對放大器性能的影響,4.3.1自激振蕩原理和振蕩平衡條件,4.3振蕩的基本概念與原理,1自激振蕩的原理：,（1）開關(guān)撥 1，放大器輸入端與信號源 vi 接通，在 lc 回路產(chǎn)生信號電壓，經(jīng) l2 耦合加到負載上rl，稱為“他激”狀態(tài)。,（2）開關(guān)突然撥 2，lc 回路的電壓通過 l1和 l2 互感耦合，從 l1 上獲得感應(yīng)電壓 vf 。如果選定電感的同名端的匝數(shù)比，使感應(yīng)電壓 vf 與輸入信號同相位、同幅度，則反饋信號 vf 即可取代輸入信號 vi 。,4.3振蕩的基本概念與

10、原理,自激狀態(tài)：無需外加信號而靠振蕩器內(nèi)部反饋作用維持振蕩的工作狀態(tài)。,自激振蕩器：依靠反饋維持振蕩的振蕩器稱為反饋式自激振蕩器。,自激振蕩器包括兩個基本環(huán)節(jié)：放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)。,2自激振蕩的概念,4.3振蕩的基本概念與原理,方框圖如圖所示。,4.3振蕩的基本概念與原理,3自激振蕩的條件,（1）相位平衡條件,反饋信號的相位必須與輸入信號同相位，即反饋極性必須是正反饋。,（2）振幅平衡條件,反饋信號 vf 的振幅應(yīng)等于輸入信號 vi 的振幅。即 avf = 1。,自激振蕩器在電源接通瞬間還必須滿足起振條件 1保證 lc 回路的振蕩從無到有，從小逐漸增大，直到滿足平衡條件為止。,4.3振蕩的基本概

11、念與原理,lc 振蕩器是由電感 l 和電容 c 組成的振蕩電路。常用的有變壓器反饋式、電感反饋式、電容反饋式三種。,4.3.2 lc 振蕩器,1變壓器反饋式 lc 振蕩器,（1）電路結(jié)構(gòu),反饋網(wǎng)絡(luò)由二次線圈 l2 和 cb 組成， cb 為隔直流的耦合電容。,4.3振蕩的基本概念與原理, 振蕩器接通電源瞬間，電路各處電流電壓都產(chǎn)生一個沖擊，這個“電沖擊”可以產(chǎn)生一個包含頻率范圍很寬的微弱信號。, 設(shè)某一瞬時基極電壓極性為正，則集電極應(yīng)為負，l2上端電壓極性為正，反饋回基極的電壓極性為正，滿足相位平衡條件。只要變壓器 l1 與 l2 匝數(shù)比恰當，即滿足振幅起振條件。,以上是共射集電極調(diào)諧變壓反饋

12、式振蕩電路，此外還有共基射極調(diào)諧等變壓器反饋式振蕩電路。,（2）工作原理,4.3振蕩的基本概念與原理,（3）特點,變壓器反饋式振蕩電路容易起振，振蕩頻率一般為幾千赫到幾百赫。,2電感反饋式振蕩器,又稱電感三點式振蕩器。三極管的三個電極分別與 lc回路中l(wèi) 的三個點相連，故而得名。,4.3振蕩的基本概念與原理,（1）工作原理,4.3振蕩的基本概念與原理,振幅條件：電感抽頭位置選擇適當，就能滿足振幅起振條件。,4.3振蕩的基本概念與原理,相位條件：設(shè)基極電壓瞬時極性為“”時，則集電極為“”，lc 回路另一端為“+”，反饋回基極為“+”，滿足相位平衡條件。,電路能夠起振，電路振蕩頻率為,式中，m 是

13、線圈 l1 與 l2 之間的互感系數(shù)。,（2）特點,這種振蕩電路易起振且振幅大，振蕩頻率可達幾十兆赫。缺點是振蕩波形失真較大。,4.3振蕩的基本概念與原理,3電容反饋式振蕩器,又稱電容三點式振蕩器。在圖（b）交流通路中，三極管的三個電極與電容支路的三個點相接，故而得名。電容三點式振蕩電路如圖所示。,4.3振蕩的基本概念與原理,（1）電路結(jié)構(gòu),與電感反饋式的區(qū)別：一是 lc 回路中，將電感支路與電容支路對調(diào)，且在電容支路中將電容 c1、c2 接成串聯(lián)分壓形式，通過 c2 將電壓反饋到基極；二是在集電極加接電阻re ，用以提供集電極直流通路。,（2）工作原理,振幅起振條件：適當?shù)倪x擇 c1、c2

14、的數(shù)值，改變反饋量，即可滿足條件。,4.3振蕩的基本概念與原理,相位平衡條件：如果基極電位瞬時極性為“”，則集電極為“”，lc 回路“1”端為“-”， c1、c2 接地，lc 回路的另一端“3”為“+”， c2 上的電壓反饋到基極為正，滿足相位條件。,電路振蕩頻率為,4.3振蕩的基本概念與原理,該振蕩電路的輸出波形好，振蕩頻率可高達 100 mhz 以上，缺點是頻率范圍較小。,三點式振蕩器的組成法則：接在發(fā)射極與集電極，發(fā)射極與基極之間的電抗必須為同性質(zhì)電抗，接在集電極與基極之間的電抗必須為異性質(zhì)電抗。此法測可用來檢查實際的三點式振蕩電路是否正確。,（3）特點,4.3振蕩的基本概念與原理,4改

15、進型電容反饋式振蕩器,在 lc 回路的電感支路串入小容量電容 c，如圖所示。,4.3振蕩的基本概念與原理,由于c c1、c c2 三個電容串聯(lián)的等效電容近似等于 c。振蕩頻率近似為：,這種電路振蕩波形好，頻率穩(wěn)定。缺點是用作頻率可調(diào)式振蕩器時，輸出幅度隨頻率而下降。,4.3振蕩的基本概念與原理,例 4-5分析圖示各電路能否構(gòu)成正弦波振蕩器？試說明原因。圖中，cb 、 ce、 cc 均為隔直電容或旁路電容，它們在振蕩頻率上的容抗很小，近似短路。,4.3振蕩的基本概念與原理,解（a）圖中，沒有基極偏置電路，無基極偏流，故三極管不能進行放大，因此無法產(chǎn)生振蕩。,（b）圖中，集電極的直流通路被阻斷，i

16、cq = 0，因三極管不能進行放大，故不能產(chǎn)生振蕩。,（c）圖中，沒有選頻回路，而且 l2 并接在 rb2 上，將rb2 短接，無法加偏置，因此不能形成正弦波振蕩器。,4.3振蕩的基本概念與原理,例 4-6試畫出圖中各電路的交流通路。并用相位平衡條件判斷哪些電路能產(chǎn)生振蕩，哪些不能，說明理由。對于不能振蕩的電路，應(yīng)如何改接才能產(chǎn)生振蕩。,4.3振蕩的基本概念與原理,4.3振蕩的基本概念與原理,解各電路的交流通路，如圖所示。,4.3振蕩的基本概念與原理,（a）圖中 l2 ，為反饋元件，可判斷為負反饋電路，故不能產(chǎn)生振蕩。只有將變壓器的引出線端對換，同名端連接正確才有可能產(chǎn)生振蕩。,（b）圖中 l

17、1 ，為反饋元件，可判斷為負反饋。不能產(chǎn)生振蕩。將 l1 兩端的外連接線對調(diào)，才有可能振蕩。,（c）圖中 c1 ，為反饋元件，但信號壓降太大，可能無法起振。在 rb2 兩端并聯(lián)一只電容就有可能起振。,（d）圖中 l2 ，為反饋元件，且系正反饋，如滿足振幅平衡條件，就可起振。,4.3振蕩的基本概念與原理,1rc 串并聯(lián)電路的選頻特性,橋式振蕩器電路由 rc 選頻反饋網(wǎng)絡(luò)和兩級阻容耦合同相放大器兩部分組成，其電路圖和方框圖如圖所示。,4.3.3rc 振蕩器,4.3振蕩的基本概念與原理,將 rc 串并聯(lián)電路單獨畫出，如圖（a）所示。,4.3振蕩的基本概念與原理,（1）輸出電壓 v2 的幅頻特性, 輸

18、入信號頻率較低時串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等效于圖（b）所示。可以看出，信號頻率越低，xc1 越大，r2 分壓越小，v2 幅度就越小。,4.3振蕩的基本概念與原理, 輸入信號頻率較高時等效電路如圖（c）所示?？梢钥闯觯盘栴l率越高，xc2 越小， 分壓越小，v2 幅度就越低。,4.3振蕩的基本概念與原理,rc 串關(guān)聯(lián)電路的幅頻特性如圖（a）所示。只有在諧振頻率 f0 上輸出電壓振幅最大，偏離這個頻率，輸出電壓振幅迅速減小，這就是rc串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性。,（2）v1 與 v2 的相頻特性,相頻特性：輸出電壓 v1 與輸入信號電壓 v2 的相位隨信號頻率的變化關(guān)系，稱為相頻特性。如圖（b）所示。,4.3振蕩的基本

19、概念與原理,結(jié)論：當信號頻率 f 等于 rc 電路的選頻頻率 f0 時，輸出電壓 v2 振幅最大，且與 v1 同相。如果放大器為同相放大器即輸出電壓與輸入電壓同相，則將 rc 串并聯(lián)電路作為反饋網(wǎng)絡(luò)，當振蕩頻率等于 f0 時，反饋回來的電壓作阻性分壓，不產(chǎn)生相移，這樣就能滿足自激振蕩的相位條件而可能產(chǎn)生振蕩。,當r1 = r2 = r，c1 = c2 = c 時，rc 串并聯(lián)選頻電路的選頻頻率為,4.3振蕩的基本概念與原理,rc 橋式振蕩器中，將 rc 選頻網(wǎng)絡(luò)和負反饋電阻單獨畫出，即得電橋電路。又稱文氏電橋振蕩器。,2rc 橋式振蕩電路,4.3振蕩的基本概念與原理,rc 串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)改接成

20、如圖所示電路，可獲得振蕩頻率范圍寬且連接可調(diào)的效果。,4.3振蕩的基本概念與原理,1石英晶體的壓電效應(yīng)與等效電路,（1）概念,石英晶體：天然石英是二氧化硅晶體，將它按一定方位角切成薄片，稱為石英晶體。,4.3.4石英晶體振蕩器,石英晶體外形諧振器如圖所示。,4.3振蕩的基本概念與原理,壓電效應(yīng)：在晶片上施加機械壓力使其發(fā)生形變，將在相應(yīng)方向上產(chǎn)生電壓，這種物理現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。,壓電諧振：當外加交變電壓的頻率與晶體固有頻率相等時，通過晶體的電流達到最大，這就是晶體的振蕩頻率。,4.3振蕩的基本概念與原理,石英晶體諧振器的等效電路和頻率特性如圖所示。,4.3振蕩的基本概念與原理,（2）等效電路,等效電路中“等效元件”說明如下：, c0：靜態(tài)電容。一般約幾皮法到幾十皮法。, l：石英晶體振動時的振動慣性，用電感 l 等效。, c：相當于晶片的彈性，用電容等效。, r：晶片振動時因摩擦而造成的損耗。,4.3振蕩的基本概念與原理,（3）輸出頻率, 當 r、l、c 支路發(fā)生串聯(lián)諧振時，等效于純電阻 r，阻抗最小，串