电工学 电子技术 第十七章 《电子电路中的反馈第二部分》

振荡幅度较大时 正向电阻小 ID
稳幅环节
R C RF2
D2 RF1 D1
∞ – + +
R1
UD
C
R uf
+ –
uO
+ –
振荡幅度较小时 正向电阻大
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带稳幅环节的电路(2) 图示电路中，RF D2 分为两部分。在RF1上正 RF1 R 反并联两个二极管，它 D1 们在输出电压uO的 RF2 正、负半周内分别导 ∞ C – 通。在起振之初，由 + + + 于uO幅值很小，尚不 uO + 足以使二极管导通， C – R uf R 1 正向二极管近于开路, – 此时，RF >2 R1。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 = 2 R1，振荡稳定。
稳定振荡条件AuF = 1 ，| F | = 1/ 3，则 考虑到起振条件AuF> 1, 一般应选取RF略大于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的，而是通过在外部 引入负反馈来达到稳幅的目的。
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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。 稳幅过程： uO T
思考：
半导体 热敏电阻
R C
RF – +
∞ + +
RF
Au
R C R1
uO
–
若热敏电阻具有正温度系数，应接在何处？
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带稳幅环节的电路(2) 利用二极管的正向伏安 特性的非线性自动稳幅。
RE
－
CE
选频电路
RB2
L1
通常改变电容 C 来 调节振荡频率。
反馈网络
L2
－

C
振荡频率一般在几十兆赫以下。
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反馈电压取自L2
(2) 电容三点式振荡电路
正反馈 振荡频率
放大电路
+UCC RB1 C1 RB2 RC
f0
1
C1C 2 2π L C1 C 2

RE
－
CE
选频电路
－ C
f
f0
90
u2
u1
u2 与 u 波形 14/58 1
(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 。 ① 起振过程
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② 稳定振荡
③ 振荡频率 振荡频率由相位平衡条件决定。 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= 1 (2RC)。 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。
+
U 2
–

1
分析可知：仅当 = 0时, U2 U1 = 1 3达最大值， 且 u2 与 u1 同相 , 即网络具有选频特性, f0 决定于RC。
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0 3 j( ) 0
1 0 RC
U
相频特性
13
0o
f0 u1, u2
1
通常再与线圈串联 一个较小的可变电容 来调节振荡频率。
反馈网络

C2
反相
振荡频率可达100MHz以上。
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反馈电压取自C2
例1：试用相位平衡条件判断下图电路能否产生自 激振荡。 +UCC
正反馈
RB1 C1 RB2
RC

RE CE

L
C
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。
在同样的 ib下，uI= ube + uF > ube，所以 rif 提高。
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(2) 并联负反馈 使电路的输入电阻降低 ri ri f 1 A0 F iI ube
– +
ib iF
ube 无负反馈时： ri ib ube 有负反馈时： rif iI
在同样的ube下，iI = ib + iF > ib，所以 rif 降低。
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例2： 图示电路能否产生正弦波振荡？如果不能产生 振荡, 加以改正。 +UCC 解：直流电路合理。 C1 L－ 旁路电容CE将反馈信 RB1 C2 － 号旁路，即电路中不存 正反馈 在反馈，所以电路不能 － 振荡。将CE开路，则电 R B2 RE CE 路可能产生振荡。 反馈电压取自C1
+ uf –
f0
1 2π LC
RB2
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(2) 振荡频率 即LC并联电 路的谐振频率
C1
RE
CE
放大电路

RL
正 反 馈
反馈网络
三点式 LC振荡电路
(1) 电感三点式振荡电路
正反馈 振荡频率
放大电路
+UCC RB1 C1 RC
f0
1 2π ( L1 L2 2 M )C

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U 如果 U f i
AU U o u f
自激振荡的条件
AU 由U o u f
自激振荡的条件
FU U f o A FU U o u o
Au F 1
即 Au A F F 1
n是整数
(1) 幅度条件： Au F 1 (2) 相位条件： A F 2nπ
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2. LC正弦波振荡电路 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)。由于高频运放价
格较高，所以一般用分离元件组成放大电路。本节
只对 LC振荡电路的结构和工作原理作简单介绍。
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变压器反馈式LC振荡电路 (1) 电路结构
选频电路
RB1 C L
+UCC
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RF Au 1 3 R1
RF Au 1 3 R1
带稳幅环节的电路(1) 半导体 热敏电阻具有负温度 热敏电阻 系数，利用它的非线性可 以自动稳幅。 R RF 在起振时，由于 uO 很 ∞ – C 小，流过RF的电流也很小， + + + 于是发热少，阻值高，使 uO RF >2R1，即AuF>1。 R C – R1 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。
无负反馈
有负反馈
BW BWf
负反馈展宽通频带
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O
f2 f ´ 2
f
5. 对放大电路输入电阻的影响
(1) 串联负反馈
使电路的输入电阻提高
rif (1 A0 F )ri
ib
+
uI
–
+ ube – +
uF
–
uI ube 无负反馈时 ri ib ib uI 有负反馈时 rif ib
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四种负反馈对 ri 和 ro 的影响
串联电压 串联电流 ri ro 增高 减低 增高 增高
并联电压 并联电流 减低 减低 减低 增高
思考题：为了分别实现： (1) 稳定输出电压； (2) 稳定输出电流； (3) 提高输入电阻； (4) 降低输出电阻。 应引入哪种类型的负反馈？
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17.3 振荡电路中的正反馈
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1. RC正弦波振荡电路 (1) 电路结构
R C RF – +
选出单一频率 的信号
RC选频网络 正反馈网络
∞ + + uO –
用正反馈信号uf 作为输入信号
+ uf –
R
C
R1
同相比例电路 选频网络 放大电路
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(2) RC串并联选频网络的选频特性 + R 反馈系数 1 C R // 2 U jC U 1 F 1 1 U 1 R R // R C jC jC –
uI
略小
A
略大
uO
大
小
加入 负反馈
uI + uF略大 –
uD uF
A
uO
接近正弦波
略小
F
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。
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4. 展宽通频带
引入负反馈使电路的通频带宽度增加
BWf (1 A0 F )BW
|A |, |Af | |A0| 0.707|Au0| | Af0 | 0.707|Af0|
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(可以通过调整放大倍数A 或反馈 系数F 达到) 。
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17.3.2 正弦波振荡电路
正弦波振荡电路用来产生一定频率和幅值的正弦 交流信号。它的频率范围很广，可以从一赫以下到几 百兆赫以上；输出功率可以从几毫瓦到几十千瓦；输 出的交流电能是从电源的直流电能转换而来的。 常用的正弦波振荡器 LC振荡电路:输出功率大、频率高。 RC振荡电路:输出功率小、频率低。 石英晶体振荡电路：频率稳定度高。 应用：无线电通信、广播电视、工业上的高频感 应炉、超声波发生器、正弦波信号发生器、半导体 接近开关等。
LC振荡器 开关电路 射极输出器 继电器
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半导体接近开关
–UCC RP1 C2 L1 T1 R2 C1 RE1 CE1 L2 RP2 D L3 R3 RC2 T2 R4 T3 RE2 KA