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1、,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振荡的基本概念与原理,本章小结,第四章负反馈放大电路,4.1.1什么是反馈,4.1反馈的基本概念,反馈：在放大电路中，从输出端把输出信号的部分或全 部通过一定的方式回送到输入端的过程称为反馈。,反馈电路：用于反向传输信号的电路称为反馈电路或反 馈网络。,反馈放大电路：凡带有反馈环节的放大电路称为反馈放 大电路。,净输入信号：输入信号与反馈信号叠加得到净输入信号。,4.1反馈的基本概念,反馈放大器与基本放大器的区别：,（1）输入信号是信号源和反馈信号叠加后的净输入信号。,（2）输出信号在输送到负载的同时，还要取出部分或全部再回送到原放
2、大器的输入端。,（3）引入反馈后，使信号既有正向传输也有反向传输，电路形成闭合环路。,4.1反馈的基本概念,1正反馈和负反馈,正反馈：反馈信号起到增强输入信号的作用。,负反馈：反馈信号起到削弱输入信号的作用。,采用瞬时极性法判断是正反馈还是负反馈。,瞬时极性法：先在放大器输入端设定输入信号对地的极性为“+”或“-”，再依次按相关点的相位变化情况推出各点信号对地的交流瞬时极性，再根据反馈到输入端的反馈信号对地的瞬时极性判断，若使原输入信号减弱是负反馈，使原输入信号增强是正反馈。,4.1反馈的基本概念,4.1.2反馈的基本类型,4.1反馈的基本概念,例 4-1试判断图所示电路的反馈是正反馈还是负反
3、馈。,解假定两级放大器输入端信号极性为上正下负，即基极对地的极性为“+”，集电极倒相后对地极性为“-”，即集电极输出为“+”，通过反馈至的电压对地极性为“+”，则净输入量减小，可判断该反馈为负反馈。,例 4-2判断图所示电路中有无反馈存在，如有，属于何种反馈？,4.1反馈的基本概念,解反馈元件 Re 并联了旁路 C 电容，为交流信号提供了通路，消除了交流反馈的条件，所以放大器只有直流反馈。 用瞬时极性法判断如下：设 VB 某一时刻上升。,4.1反馈的基本概念,故为负反馈。,2电压反馈与电流反馈,4.1反馈的基本概念,电压反馈：反馈信号取自输出电压，并与输出电压成正比。,电流反馈：反馈网络的输出
4、信号与输出电流成正比。,判断方法：设想把输出端短路，如果反馈信号消失，则为电压反馈。如反馈信号依然存在，则为电流反馈。,4.1反馈的基本概念,3串联反馈与并联反馈,4.1反馈的基本概念,串联反馈：放大器的净输入电压是由信号源电压与反馈电压串联得到的。,并联反馈：放大器的净输入电压是由信号源电压与反馈电压并联得到的。,判断方法：把输入端短路，如果反馈电压为零，则为并联反馈；如果反馈电压仍存在，则为串联反馈。,4.1反馈的基本概念,4反馈放大器的四种基本类型, 电压并联负反馈, 电流串联负反馈, 电流并联负反馈,4.1反馈的基本概念, 电压串联负反馈,4.1反馈的基本概念,4.1反馈的基本概念,例
5、 4-3试判断图示电路的反馈类型。,解判断思路：, 分析电路中是否存在反馈；, 如果电路中确有反馈，判断其性质是正反馈还是负反馈；, 从输出回路分析反馈信号取自于输出电压还是输出电流，以判断是电压反馈还是电流反馈。, 从输入回路分析反馈信号与原输入信号是串联还是并联，以判断它是串联反馈还是并联反馈。,4.1反馈的基本概念,具体分析：, 通过 Re 的不仅有输出信号，而且也有输入信号。因而它能将输出信号的一部分取出来馈送给输入回路，从而影响原输入信号。由此，Re 是该电路的反馈元件，电路存在着反馈。, 设信号源瞬时极性为上正下负，加到三极管发射极电压亦为上正下负，三极管的射极电压就是反馈信号电压
6、，它使加到发射结的纯输入信号电压比原输入信号电压小，故是负反馈。,根据以上分析，引入的为电流串联负反馈。,4.1反馈的基本概念, 将负载电阻短路，则输出回路并不因负载短路而使反馈电流消失，因此，从输入端看，反馈属电流反馈。, 如将输入端短接，则反馈电压依然存在，故为串联反馈。,例 4-4图（a）为另一负反馈放大电路，图（b）所示为它的交流通路，指出反馈类型。,4.1反馈的基本概念,解从输出端，反馈信号取自输出电压，为电压反馈。,4.1反馈的基本概念,从输入端，Rf 与输入电路并联，为并联反馈。,则该电路是一个电压并联负反馈电路。,作业题： 1、画出反馈放大器四种基本类型的电路图。 2、比较四种
7、负反馈电路的特点。,4.2.1降低放大器的放大倍数，提高放大信号的稳定性,4.2 负反馈对放大器性能的影响,开环放大倍数：在未接入反馈之前，电路未形成闭合回路时的放大倍数。这时，,反馈系数：接入负反馈后，将反馈信号 Xf 与输出信号 Xo 之比，定义为反馈系数 F。,引入负反馈后，放大器的闭环放大倍数降低了，且降低为原放大倍数的 。,当 AF 1 时， 。说明闭环放大倍数仅与反馈系数有关，由于反馈环节一般都必须是由线性元件构成，性能稳定，因此闭环放大倍数稳定。,4.2 负反馈对放大器性能的影响,表示净输入信号，它是输入信号与反馈信号的差值。,闭环放大倍数：引入负反馈后，环路闭合后输出信号与环路
8、输入信号之比。,4.2.2减小非线性失真,原理：在负反馈放大电路中，净输入信号 是输入信号 vi与失真输出信号的反馈量 vf 相减的结果，净输入信号 的波形与原输出失真信号的畸变方向相反。从而使放大器的输出信号波形得以改善。如图所示。,4.2 负反馈对放大器性能的影响,放大器引入负反馈后，在中频区，放大器的放大倍数下降多，在高、低频区，放大倍数下降得少，结果是放大器的幅频特性变得平坦，上限频率由 fH 移至 fHf，下限频率由 fL 移至 fLf 。如图所示。,4.2.3展宽频带,4.2 负反馈对放大器性能的影响,（1）串联负反馈使放大器输入电阻增大，并联负反馈使放大器输入电阻降低。,（2）电
9、压负反馈使放大器的输出电阻降低，电流负反馈使放大器的输出电阻增大。,4.2.4对输入电阻和输出电阻的影响,4.2 负反馈对放大器性能的影响,4.3.1自激振荡原理和振荡平衡条件,4.3振荡的基本概念与原理,1自激振荡的原理：,（1）开关拨 1，放大器输入端与信号源 vi 接通，在 LC 回路产生信号电压，经 L2 耦合加到负载上RL，称为“他激”状态。,（2）开关突然拨 2，LC 回路的电压通过 L1和 L2 互感耦合，从 L1 上获得感应电压 vf 。如果选定电感的同名端的匝数比，使感应电压 vf 与输入信号同相位、同幅度，则反馈信号 vf 即可取代输入信号 vi 。,4.3振荡的基本概念与
10、原理,自激状态：无需外加信号而靠振荡器内部反馈作用维持振荡的工作状态。,自激振荡器：依靠反馈维持振荡的振荡器称为反馈式自激振荡器。,自激振荡器包括两个基本环节：放大器和反馈网络。,2自激振荡的概念,4.3振荡的基本概念与原理,方框图如图所示。,4.3振荡的基本概念与原理,3自激振荡的条件,（1）相位平衡条件,反馈信号的相位必须与输入信号同相位，即反馈极性必须是正反馈。,（2）振幅平衡条件,反馈信号 vf 的振幅应等于输入信号 vi 的振幅。即 AvF = 1。,自激振荡器在电源接通瞬间还必须满足起振条件 1保证 LC 回路的振荡从无到有，从小逐渐增大，直到满足平衡条件为止。,4.3振荡的基本概
11、念与原理,LC 振荡器是由电感 L 和电容 C 组成的振荡电路。常用的有变压器反馈式、电感反馈式、电容反馈式三种。,4.3.2 LC 振荡器,1变压器反馈式 LC 振荡器,（1）电路结构,反馈网络由二次线圈 L2 和 Cb 组成， Cb 为隔直流的耦合电容。,4.3振荡的基本概念与原理, 振荡器接通电源瞬间，电路各处电流电压都产生一个冲击，这个“电冲击”可以产生一个包含频率范围很宽的微弱信号。, 设某一瞬时基极电压极性为正，则集电极应为负，L2上端电压极性为正，反馈回基极的电压极性为正，满足相位平衡条件。只要变压器 L1 与 L2 匝数比恰当，即满足振幅起振条件。,以上是共射集电极调谐变压反馈
12、式振荡电路，此外还有共基射极调谐等变压器反馈式振荡电路。,（2）工作原理,4.3振荡的基本概念与原理,（3）特点,变压器反馈式振荡电路容易起振，振荡频率一般为几千赫到几百赫。,2电感反馈式振荡器,又称电感三点式振荡器。三极管的三个电极分别与 LC回路中L 的三个点相连，故而得名。,4.3振荡的基本概念与原理,（1）工作原理,4.3振荡的基本概念与原理,振幅条件：电感抽头位置选择适当，就能满足振幅起振条件。,4.3振荡的基本概念与原理,相位条件：设基极电压瞬时极性为“”时，则集电极为“”，LC 回路另一端为“+”，反馈回基极为“+”，满足相位平衡条件。,电路能够起振，电路振荡频率为,式中，M 是
13、线圈 L1 与 L2 之间的互感系数。,（2）特点,这种振荡电路易起振且振幅大，振荡频率可达几十兆赫。缺点是振荡波形失真较大。,4.3振荡的基本概念与原理,3电容反馈式振荡器,又称电容三点式振荡器。在图（b）交流通路中，三极管的三个电极与电容支路的三个点相接，故而得名。电容三点式振荡电路如图所示。,4.3振荡的基本概念与原理,（1）电路结构,与电感反馈式的区别：一是 LC 回路中，将电感支路与电容支路对调，且在电容支路中将电容 C1、C2 接成串联分压形式，通过 C2 将电压反馈到基极；二是在集电极加接电阻Re ，用以提供集电极直流通路。,（2）工作原理,振幅起振条件：适当的选择 C1、C2
14、的数值，改变反馈量，即可满足条件。,4.3振荡的基本概念与原理,相位平衡条件：如果基极电位瞬时极性为“”，则集电极为“”，LC 回路“1”端为“-”， C1、C2 接地，LC 回路的另一端“3”为“+”， C2 上的电压反馈到基极为正，满足相位条件。,电路振荡频率为,4.3振荡的基本概念与原理,该振荡电路的输出波形好，振荡频率可高达 100 MHz 以上，缺点是频率范围较小。,三点式振荡器的组成法则：接在发射极与集电极，发射极与基极之间的电抗必须为同性质电抗，接在集电极与基极之间的电抗必须为异性质电抗。此法测可用来检查实际的三点式振荡电路是否正确。,（3）特点,4.3振荡的基本概念与原理,4改
15、进型电容反馈式振荡器,在 LC 回路的电感支路串入小容量电容 C，如图所示。,4.3振荡的基本概念与原理,由于C C1、C C2 三个电容串联的等效电容近似等于 C。振荡频率近似为：,这种电路振荡波形好，频率稳定。缺点是用作频率可调式振荡器时，输出幅度随频率而下降。,4.3振荡的基本概念与原理,例 4-5分析图示各电路能否构成正弦波振荡器？试说明原因。图中，Cb 、 Ce、 Cc 均为隔直电容或旁路电容，它们在振荡频率上的容抗很小，近似短路。,4.3振荡的基本概念与原理,解（a）图中，没有基极偏置电路，无基极偏流，故三极管不能进行放大，因此无法产生振荡。,（b）图中，集电极的直流通路被阻断，I
16、CQ = 0，因三极管不能进行放大，故不能产生振荡。,（c）图中，没有选频回路，而且 L2 并接在 Rb2 上，将Rb2 短接，无法加偏置，因此不能形成正弦波振荡器。,4.3振荡的基本概念与原理,例 4-6试画出图中各电路的交流通路。并用相位平衡条件判断哪些电路能产生振荡，哪些不能，说明理由。对于不能振荡的电路，应如何改接才能产生振荡。,4.3振荡的基本概念与原理,4.3振荡的基本概念与原理,解各电路的交流通路，如图所示。,4.3振荡的基本概念与原理,（a）图中 L2 ，为反馈元件，可判断为负反馈电路，故不能产生振荡。只有将变压器的引出线端对换，同名端连接正确才有可能产生振荡。,（b）图中 L
17、1 ，为反馈元件，可判断为负反馈。不能产生振荡。将 L1 两端的外连接线对调，才有可能振荡。,（c）图中 C1 ，为反馈元件，但信号压降太大，可能无法起振。在 Rb2 两端并联一只电容就有可能起振。,（d）图中 L2 ，为反馈元件，且系正反馈，如满足振幅平衡条件，就可起振。,4.3振荡的基本概念与原理,1RC 串并联电路的选频特性,桥式振荡器电路由 RC 选频反馈网络和两级阻容耦合同相放大器两部分组成，其电路图和方框图如图所示。,4.3.3RC 振荡器,4.3振荡的基本概念与原理,将 RC 串并联电路单独画出，如图（a）所示。,4.3振荡的基本概念与原理,（1）输出电压 v2 的幅频特性, 输
18、入信号频率较低时串联网络等效于图（b）所示。可以看出，信号频率越低，Xc1 越大，R2 分压越小，v2 幅度就越小。,4.3振荡的基本概念与原理, 输入信号频率较高时等效电路如图（c）所示。可以看出，信号频率越高，Xc2 越小， 分压越小，v2 幅度就越低。,4.3振荡的基本概念与原理,RC 串关联电路的幅频特性如图（a）所示。只有在谐振频率 f0 上输出电压振幅最大，偏离这个频率，输出电压振幅迅速减小，这就是RC串并联网络的选频特性。,（2）v1 与 v2 的相频特性,相频特性：输出电压 v1 与输入信号电压 v2 的相位随信号频率的变化关系，称为相频特性。如图（b）所示。,4.3振荡的基本
19、概念与原理,结论：当信号频率 f 等于 RC 电路的选频频率 f0 时，输出电压 v2 振幅最大，且与 v1 同相。如果放大器为同相放大器即输出电压与输入电压同相，则将 RC 串并联电路作为反馈网络，当振荡频率等于 f0 时，反馈回来的电压作阻性分压，不产生相移，这样就能满足自激振荡的相位条件而可能产生振荡。,当R1 = R2 = R，C1 = C2 = C 时，RC 串并联选频电路的选频频率为,4.3振荡的基本概念与原理,RC 桥式振荡器中，将 RC 选频网络和负反馈电阻单独画出，即得电桥电路。又称文氏电桥振荡器。,2RC 桥式振荡电路,4.3振荡的基本概念与原理,RC 串并联选频网络改接成
20、如图所示电路，可获得振荡频率范围宽且连接可调的效果。,4.3振荡的基本概念与原理,1石英晶体的压电效应与等效电路,（1）概念,石英晶体：天然石英是二氧化硅晶体，将它按一定方位角切成薄片，称为石英晶体。,4.3.4石英晶体振荡器,石英晶体外形谐振器如图所示。,4.3振荡的基本概念与原理,压电效应：在晶片上施加机械压力使其发生形变，将在相应方向上产生电压，这种物理现象称为压电效应。,压电谐振：当外加交变电压的频率与晶体固有频率相等时，通过晶体的电流达到最大，这就是晶体的振荡频率。,4.3振荡的基本概念与原理,石英晶体谐振器的等效电路和频率特性如图所示。,4.3振荡的基本概念与原理,（2）等效电路,
21、等效电路中“等效元件”说明如下：, C0：静态电容。一般约几皮法到几十皮法。, L：石英晶体振动时的振动惯性，用电感 L 等效。, C：相当于晶片的弹性，用电容等效。, R：晶片振动时因摩擦而造成的损耗。,4.3振荡的基本概念与原理,（3）输出频率, 当 R、L、C 支路发生串联谐振时，等效于纯电阻 R，阻抗最小，串联谐振频率为：, 当外加信号频率高于时，R、L、C 支路呈感性，可与所在电容支路发生并联谐振，其并联谐振频率为,4.3振荡的基本概念与原理,2石英晶体振荡电路,（1）串联型石英晶体振荡器,串联型石英晶体振荡器如图所示。,4.3振荡的基本概念与原理,原理：, 石英晶体谐振器串联在反馈
22、电路中，具有选频的功能。, 振荡器频率等于石英晶体的串联谐振频率时，石英晶体呈阻性，满足自激振荡条件。, RS 的大小可以调节，即可以调节反馈量的大小。,4.3振荡的基本概念与原理,（2）并联型石英晶体振荡器,ZXB1 型石英晶体振荡电路及交流等效电路如图所示。,4.3振荡的基本概念与原理,V1 与石英晶体组成并联型晶体振荡器，V2 组成共射级放大电路用来放大振荡信号，组 V3 成射极输出器，输出振荡信号。,振荡频率为：,式中,4.3振荡的基本概念与原理,本章小结,1瞬时极性法：先在放大器输入端设定输入信号对地的极性为“+”或“-”，再依次按相关点的相位变化情况推出各点信号对地的交流瞬时极性，再根据反馈到输入端的反馈信号对地的瞬时极性判断，若使原输入信号减弱是负反馈，使原输入信号增强是正反馈。,2反馈的四种基本类型：电压串联负反馈、电压并联负反馈、电流串联负反馈、电流并联负反馈。,3负反馈对放大器的性能影响：（1）降低放大器的放大倍数，提高放大信号的稳定性。（2）减小非线性失真。（3）展宽频带。（4）对输入电阻和输出电阻的影响。,5振幅平衡条件：反馈信号的振幅应等于输入信号的振幅。,4自激振荡的相位平衡条件：反馈信号的相位必须与输入信号同相位，即反馈极性必须是正反馈。,