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1、项目七 电冰箱冷藏室温控器的安装与调试,2,4,7.1 项目目标,7.2 项目情境,7.3 理论知识,7.4实践知识如何使用集成运算放大器,7.5 项目实施,返回,7.1 项目目标,知识目标 理解负反馈的概念，掌握反馈类型的判别方法；熟悉负反馈的各种类型及对放大电路性能指标的影响；了解理想集成运算放大器的组成、特点及传输特性；熟悉集成运算放大器的线性和非线性应用；掌握冰箱温度控制器的原理与制作。 能力目标 掌握典型集成电路的安装和使用方法。 情感目标 培养学生的实际动手能力和团队合作意识。,返回,7.2 工 作 情 境,通过学习本项目，学生学会使用仪器仪表来检测元器件，学会对冰箱温度控制器电路
2、中的故障现象进行分析查找并解决问题，之后掌握装配冰箱温度控制器，调试温度参数并最终达到使用要求。,返回,7.3 理 论 知 识,7.3.1 负反馈放大器 在现代电子技术中反馈得到了广泛的应用，在各种的电子设备中反馈被经常使用，以此来改善电路的性能，达到实际工作中的技术要求。凡是在电路的稳定性、电路的精度方面有较高要求的放大电路，都应用了负反馈电路。负反馈不仅是改善放大电路性能的重要手段，也是电子技术和自动调节原理中的一个基本概念。 将放大器的输出信号（电压或电流）的一部分或全部通过某种电路（称为反馈网络）引回到输入端，与原来的输入信号（电压或电流）共同作用于放大器，这种作用过程称作反馈。具有反
3、馈电路的放大器称为反馈放大器。,下一页,返回,7.3 理 论 知 识,反馈有正、负之分，在放大电路中主要引入负反馈，它能使放大电路的性能得到显著改善，所以负反馈放大电路得到较为广泛的应用。 一、反馈的基本原理 （一）正反馈和负反馈 根据反馈的状况，考虑其结果完全不同的两种情况。如图71（a）所示，反馈的电压或电流信号对原来输入信号起到增强作用，就称为正反馈，把这样的电路称为正反馈放大电路。反之，如图71（b）所示，反馈的电压或电流信号若是对输入信号起到减弱作用的，就称为负反馈，把这样的放大电路就称为负反馈放大电路。现在一般在振荡电路中应用正反馈，在放大电路中应用负反馈。,上一页,下一页,返回,
4、7.3 理 论 知 识,（二）反馈放大电路的组成 含有反馈网络的放大电路称为反馈放大电路，其组成如图72 所示。图中A 称为基本放大电路，F 为反馈回路，反馈回路一般由线性元件组成。由图可见反馈放大电路由基本放大电路和反馈回路组成一个闭环系统，因此又把它称为闭环放大电路，而把基本放大电路称为开环放大电路。X i 、 Xf 、 X id 和 Xo 分别表示输入信号、反馈信号、净输入信号和输出信号，它们可以是电压也可以是电流。图中箭头表示信号传输方向，其中由输入端到输出端称为正向传输，由输出端到输入端则称为反向传输。在实际电路中，输出信号 X o 经由基本放大电路的内部反馈产生的反向传输作用很微弱
5、，在此可以略去，所以可认为基本放大电路只能将净输入信号id X 正向传输到输出端。同样，在实际反馈放大电路中，输入信号i X 通过反馈网络产生的正向传输作用也很微弱，也可以忽略。这样也可以认为反馈网络中只能将输出信号 X o 反向传输到输入端。,上一页,下一页,返回,7.3 理 论 知 识,（三）反馈电路中的信号关系 （1）基本放大电路的放大倍数（开环增益）为 A = Xo / Xid。 （2）反馈系数： F = X f / X o 表明反馈量中包含多少输出量，所以| F |1，当| F |=1时称为全反馈。 （3）反馈放大电路的放大倍数（闭环增益）：,上一页,下一页,返回,7.3 理 论 知
6、 识,二、 反馈的分类及其判别 （一）判别电路中有无反馈 在放大电路的输出端与输入端之间有电路连接，就有反馈，否则就没有反馈。例如图73（a）所示电路就有反馈，而图73（b）所示电路就无反馈。 （二）正反馈和负反馈 判别反馈是正反馈还是负反馈常采用瞬时极性法。具体方法是：先假定输入电压信号Ui在某一瞬时的极性为正（当电压、电流的实际极性与图中所标参考极性相同时称极性为正，相反时则称极性为负），表明该点的瞬时电位升高，并用“+”标记，然后顺着信号传输方向，逐步推出有关信号的瞬时极性，同时进行标记，直到推出反馈信号Xf 的瞬时极性，然后判断反馈信号是增强还是削弱净输入信号。如果削弱，则为负反馈，若
7、增强则为正反馈。,上一页,下一页,返回,7.3 理 论 知 识,（三）交、直流反馈的判断 直流通道中所具有的反馈称为直流反馈；在交流通道中所具有的反馈称为交流反馈。例如图74（a）中，由于电容C 的导交作用使 R e 上只有直流反馈信号，并且使净输入UBE 减少，所以是直流负反馈。直流负反馈的目的是稳定静态工作点。图74（b）中的 R e 既在直流通道上也在交流通道上，所以交、直流反馈都有。交流负反馈的目的是改善放大电路的性能。,上一页,下一页,返回,7.3 理 论 知 识,（四）电压反馈和电流反馈 按反馈在输出端的取样形式分类，反馈可分为电流反馈和电压反馈。如果反馈量正比于输出电流，则取样的
8、是电流，称为电流反馈；如果反馈量正比于输出电压，则取样的是电压，称为电压反馈。判断示意图如图75 所示。对于输出端来讲，判断是电压反馈还是电流反馈，可以根据反馈取样的对象来判断，具体方法是：假设输出端的负载短路，这时如果反馈量依然存在（不为零），则是电流反馈；如果反馈量消失（为零），则是电压反馈。也可根据反馈网络与输出端的接法加以判断，若反馈网络与输出端接同一节点，为电压反馈，不接于同一节点为电流反馈。,上一页,下一页,返回,7.3 理 论 知 识,（五）并联反馈和串联反馈 按基本放大器输入端与反馈网络的输出端之间的连接方式，反馈可分为并联反馈和串联反馈，它们与输出端取样的形式无关。若反馈信号
9、送到输入端是以电压相加减形式出现的，反馈信号必与输入信号相串联，这种连接方式是串联反馈；若反馈信号表现为电流相加减形式，反馈信号必与输入信号相并联，这种连接方式是并联反馈。其判断示意图如图7-6 所示。 在输入端，如何判别是串联反馈还是并联反馈，可以根据反馈信号与输入信号在输入端引入的节点不同来判别。如果反馈信号与输入信号是在输入端的同一个节点引入，反馈信号与输入信号必为电流相加减，为并联反馈；如果它们不在同一个节点引入，为串联反馈。,上一页,下一页,返回,7.3 理 论 知 识,三、负反馈放大器的四种组态 反馈网络与基本放大电路在输入、输出端有不同的连接方式，根据输入端连接方式的不同分为串联
10、反馈和并联反馈；根据输出端连接方式的不同分为电压反馈和电流反馈。因此，负反馈放大电路有四种基本类型：电压并联负反馈、电流并联负反馈、电压串联负反馈、电流串联负反馈。 不同的负反馈放大电路的类型，对其交流性能的影响各不相同，在定量分析之前，还必须对反馈放大电路的类型进行判别。在电路反馈判别过程中，先找出联系放大电路输出端与输入端的反馈网络或反馈元件（以下称为反馈电路）。在放大电路的输出端，如果反馈信号取样于输出电压，则是电压反馈；如果反馈信号取样于输出电流，则是电流反馈。在放大电路的输入端，如果反馈电路与信号源在输入端是并联连接，则为并联反馈；如果反馈电路与信号源在输入端是串联连接，则为串联反馈
11、。,上一页,下一页,返回,7.3 理 论 知 识,（一）电压并联负反馈 电压并联负反馈指反馈网络一端直接连接放大器电压输出端，另一端直接接输入端，且反馈回输入端的电压极性与原输入信号相反。图77 即为这类反馈的典型电路。图中反馈元件为Rf，反馈信号取自于输出电压Uc=ic R L ，反馈元件直接与晶体管集电极相连，系电压反馈。从输入端看，反馈元件直接与输入端（三极管基极）相连，系并联反馈。用瞬时极性法可以判断，若Ub 为 时，Uc 为“”，Rf 将Uc 的一部分电压反馈回基极为“”，与原输入信号极性相反。所以该电路引入的是电压并联负反馈。 该电路引入电压并联负反馈后，有稳定输出电压的作用，其原
12、理为：,上一页,下一页,返回,7.3 理 论 知 识,（二）电压串联负反馈 电压串联负反馈指反馈网络一端直接连接放大器电压输出端。而另一端不直接连接放大器输入端，且反馈回输入回路的信号使净输入量减小，图78 即为这类反馈的典型电路。图中反馈网络以Rf 为主，使Rf 与第一级发射极电阻Re1 串联后再与负载RL 并联，即Rf 与Re1 串联电路两端电压就是输出端电压Uo，在Re1 上的分压就是Uo 反馈回输入回路的部分电压Uf。 由于反馈网络直接与输出端相连，系电压反馈；又由于反馈回输入端的电压不直接与输入端T1 基极相连，而与发射极相连，两者成串联关系，所以是串联反馈。,上一页,下一页,返回,
13、7.3 理 论 知 识,下面用瞬时极性法分析反馈的极性： 可见，反馈回发射极的电压极性为 ，与基极原输入信号极性相同，系负反馈。所以Rf上引入的级间反馈为电压串联负反馈。 （三）电流并联负反馈 电流并联负反馈是指反馈网络一端不直接连接放大器电压输出端，而另一端又要直接连输入端，且反馈回输入端的电压极性与原输入电压相反，图79 即为这类反馈的典型电路。,上一页,下一页,返回,7.3 理 论 知 识,图79 中反馈网络由Rf 组成，它在非电压输出端 Re2 上端反馈的信号为uf = ue2 = ie2Re2 = i c2 Re2 ，可见uf 取自输出电流ie2，所以是电流反馈。 从输入端看，在T1
14、 基极，Rf 直接与其相连，为输入电流ii 提供了并联分流支路，其分流电流if 使净输入信号iid=ib=iiif 减弱，所以构成了电流并联反馈。可见，反馈回T1 基极的电压极性为“”，与原输入电压极性相反，该网络引入的系电流并联负反馈。 该电流并联负反馈有稳定输出电流的作用，其原理为：,上一页,下一页,返回,7.3 理 论 知 识,（四）电流串联负反馈 电流串联负反馈是指反馈网络的一端不直接连接放大器电压输出端，而另一端也不直接连接输入端，且反馈回输入端的信号使净输入量减小。在项目六学过的分压式单级放大电路即为这种反馈类型。如图710 所示，图中发射极电阻Re 为反馈元件。当基极偏置电阻Rb
15、1、Rb2 对电源分压，为基极提供较稳定的电压UB时，在发射极的电流IE 在Re 上产生UE=IERe=ICRe，其电压极性如图710 所示。,上一页,下一页,返回,7.3 理 论 知 识,四、负反馈对放大器的影响 1. 提高放大倍数的稳定性 由于电源电压的波动、器件老化、负载和环境温度的变化等因素，放大电路的放大倍数会发生变化。通常用放大倍数相对变化量的大小来表示放大倍数稳定性的优劣，相对变化量越小，则稳定性越好。 假设由于某种原因，放大器增益加大（输入信号不变），使输出信号加大，从而使反馈信号加大。由于负反馈的原因，使净输入信号减小，结果输出信号减小。这样就抑制了输出信号的加大，实际上是使
16、得增益保持稳定，也就是说放大倍数的稳定性提高了。 由图711 可以推导出具有负反馈（闭环）的放大电路的放大倍数为：,上一页,下一页,返回,7.3 理 论 知 识,2. 负反馈对非线性失真的影响 由于放大器件特性曲线的非线性，当输入信号较大时，就会出现失真，在其输出端得到了正负半周不对称的失真信号。当信号幅度增大时，非线性失真现象更为明显。负反馈能够减小放大电路的非线性失真。在小信号条件下，由于动态工作范围小，非线性的三极管可视为线性器件。在大信号的情况下，工作范围扩大，三极管的非线性就明显表现出来，使得输出波形产生失真。如图712 所示，设输出负半周小、正半周大，输出信号产生了新的频率成分，属于非线性失真。如果从放大电路中引入负反馈，非线性失真将明显减小，如图713 所示。,上一页,下一页,返回,7.3 理 论 知 识,3. 负反馈对通频带的影响 从本质上说，放大电路的通频带受到一定限制，是由于放大电路对不同频率的输入信号呈现出不同的放大倍数而造成的。而通过前面的分析已经看到，无论何种原因引起放大电路的放大倍数发生变化，
