反饋在電路中的利用和消除
出處:電子技術(shù)網(wǎng) 發(fā)布于:2013-09-24 09:35:28
導讀:針對電路中存在的各種反饋,提出反饋的種類,說明各類反饋的判斷方法。同時根據(jù)反饋對電路的影響,提出如何利用反饋改善電路的性能和功能,如何消除影響電路性能的反饋。
反饋是電子電路中不可缺少的重要組成部分,有人為引入的,也有電路本身具有的,反饋對電路的影響有的可忽略不計,有的卻需高度重視。對有關(guān)反饋的知識掌握的好就可以充分利用反饋改善電路的性能,實現(xiàn)電路所不能實現(xiàn)的功能。同時對于一些影響電路性能的反饋,也能采取相應(yīng)的手段來消除,更好地保障電路的正常運行。
一、反饋的基本概念
1.什么是反饋
所謂反饋,就是將放大電路的輸出量(電壓或電流)的一部分或全部,通過某種電路(稱為反饋網(wǎng)絡(luò))送回到輸入回路,與外部所加輸入信號共同形成放大電路的輸入信號(電壓或電流),以影響輸出量(電壓或電流)的過程。反饋體現(xiàn)了輸出信號對輸入信號的反作用。
2.反饋的分類
1)正反饋和負反饋
根據(jù)反饋極性的不同,可以把反饋分為正反饋和負反饋。如果引入的反饋信號增強外加輸入信號的作用,使凈輸入信號增加,從而使放大電路的放大倍數(shù)得到提高,這樣的反饋稱為正反饋;相反,如果反饋信號削弱外加輸入信號的作用,使凈輸入信號減弱,使放大電路的放大倍數(shù)降低,則稱為負反饋。
為了判斷引入的是正反饋還是負反饋,可以采用瞬時極性法。即先假定輸入信號為某一個瞬時極性,然后逐級推出電路其他有關(guān)各點瞬時信號的變化情況,判斷反饋到輸入端信號的瞬時極性是增強還是削弱了原來的輸入信號。
例如在圖1(a)中,假設(shè)加上一個瞬時極性為的正的輸入電壓(在電路中用符號+、-分別表示瞬時極性的正或負,代表該點瞬時信號的變化為增大或減小)。因輸入電壓加在集成運放的反相輸入端,故輸出電壓的瞬時極性為負,而反饋電壓由輸出電壓經(jīng)電阻R2、R3分壓后得到,因此反饋電壓的瞬時極性也是負,但集成運放的差模輸入電壓等于輸入電壓與反饋電壓之差,可見反饋電壓增強了輸入電壓的作用,使放大倍數(shù)提高,因此是正反饋。在圖1(b)中,輸入電壓加在集成運放的同相輸入端,當其瞬時極性為正時,輸出電壓的瞬時極性也為正,輸出端通過電阻R3、R4分壓后將反饋電壓引回到集成運放的反相輸入端,此反饋信號將削弱外加輸入信號的作用,使放大倍數(shù)降低,所以是負反饋。
2)直流反饋和交流反饋
根據(jù)反饋信號本身的交、直流性質(zhì),可以分為直流反饋和交流反饋。如果反饋信號中只有直流成分,則稱為直流反饋;若反饋信號中只有交流成分,則稱為交流反饋。在很多情況下,交、直流兩種反饋兼而有之。
在圖2(a)中,設(shè)VT2發(fā)射極的旁路電容Ce足夠大,可認為電容兩端的交流信號基本為零,則從VT2的發(fā)射極通過RF引回到VT1基極的反饋信號中將只有直流成分,因此電路中引入的是直流反饋。在圖2(b)中,從輸出通過CF和RF將反饋引回到VT1的發(fā)射極,由于電容的隔直作用,反饋信號中將只有交流成分,所以這個反饋是交流反饋。
3)電壓反饋和電流反饋
根據(jù)反饋信號在放大電路輸出端采樣方式的不同,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,稱為電壓反饋;如果反饋信號取自輸出電流,則稱為電流反饋。在圖2(b)中,反饋信號與輸出電壓成正比,屬于電壓反饋。而在圖2(a)中,如果不加旁路電容Ce,則反饋信號與輸出回路的電流成正比,因此是電流反饋。
放大電路中引入電壓負反饋,將使輸出電壓保持穩(wěn)定,其效果是降低了電路的輸出電阻;而電流負反饋將使輸出電流保持穩(wěn)定,因而提高了輸出電阻。
為了判斷放大電路中引入的反饋是電壓反饋還是電流反饋,一般可假設(shè)將輸出端交流短路(即令輸出電壓等于零),觀察此時是否仍有反饋信號。如果反饋信號不復存在,則為電壓反饋,否則就是電流反饋。
4)串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋
根據(jù)反饋網(wǎng)絡(luò)與放大電路輸入回路連接方式的不同,可以分為串聯(lián)反饋和關(guān)聯(lián)反饋。
如果反饋信號與輸入信號在輸入回路中以電壓形式求和(即反饋信號與輸入信號串聯(lián)),稱之為串聯(lián)反饋;如果二者以電流形式求和(即反饋信號與輸入信號并聯(lián)),則稱為并聯(lián)反饋。
在圖2(b)中,三極管VT1基極和發(fā)射極之間的凈輸入電壓等于外加輸入電壓與反饋電壓之差,即uBE=uI-uF,說明反饋信號與輸入信號以電壓形式求和,因此屬于串聯(lián)反饋。而圖2(a)中,假設(shè)去掉旁路電容Ce,三極管VT1的基極電流等于輸入電流與反饋電流之差,即iB=iI-iF,也就是說,反饋信號與輸入信號以電流形式求和,所以是并聯(lián)反饋。
以上提出了幾種常見的反饋分類方法。
除此之外,反饋還可以按其他方面來分類。
例如,在多級放大電路中,可以分為局部反饋和級間反饋;又如在差動放大電路中,可以分為差模式反饋和共模反饋等等。
二、反饋在電路中的應(yīng)用
1.負反饋在電路中的應(yīng)用
1)負反饋能減小非線性失真。在開環(huán)放大器中,由于開環(huán)增益很大,會使放大器工作在非線性區(qū),輸出波形出現(xiàn)雙向失真波形。電路加上了負反饋后,電路增益減小,放大器工作在線性區(qū),輸出波形不再失真。
2)負反饋能提高增益的穩(wěn)定性
3)負反饋能擴展通頻帶
4)負反饋對輸入電阻有影響,引入串聯(lián)負反饋后,輸入電阻是無反饋時輸入電阻的(1+AF)。引入并聯(lián)負反饋后,輸入電阻是無反饋時輸入電阻的1/(1+AF)。
5)負反饋對輸出電阻有影響,電壓負反饋使輸出電阻減小,電流負反饋使輸出電阻增大。
2.正反饋在電路中的應(yīng)用
1)在振蕩電路中,在振蕩建立的初期,必須使反饋信號大于原輸入信號,反饋信號比大,才能使振蕩幅度逐漸增大,所以必須引入正反饋。
2)自舉電路實質(zhì)是在放大器的局部引入正反饋。加入自舉電路后,由于電容容量很大,它的放電回路時間常數(shù)很大,使電容上的電壓基本不變。在正反饋作用下提升電路中某點的電壓,使信號電壓在需要處更高,有更大的基極信號電流激勵發(fā)射極輸出信號電流更大,補償集電極與發(fā)射極之間直流工作電壓下降而造成的輸出信號電流不足。
3)在電壓-電流轉(zhuǎn)換電路中,有時也引入正反饋。當負載電阻R減小時,因電路內(nèi)阻的存在輸出電流將增大,但是由于電路存在正反饋,導致輸出電壓下降,輸出電流又將隨之減小。這樣由負載電阻R減小引起的輸出電流增大約等于因正反饋作用引起的輸出電流的減小,即正好抵消。
三、電路中無用反饋的消除
在放大電路中,有時正反饋會引起電路的自激振蕩,從而使一些干擾信號被放大,甚至有用信號被淹沒,這樣就要采取措施消除電路中的正反饋。從自激振蕩的產(chǎn)生條件看,要破壞形成正反饋的相位條件就可以。
1.電路中接入電容
接入的電容相當于并聯(lián)在前的負載上,在中、低頻時,由于容抗很大,所以這個電容基本不起作用。高頻時,由于容抗減小,使前的放大倍數(shù)降低,從而破壞自激振蕩的條件,使電路穩(wěn)定工作。這種校正方法實質(zhì)上是將放大電路的主極點頻率降低,從而破壞自激振蕩的條件,所以也稱為主極點校正。
2.利用RC校正網(wǎng)絡(luò)代替電容校正網(wǎng)絡(luò),將使通頻帶變窄的程度有所改善在高頻時,電容的容抗將降低,但因有一個電阻與電容串聯(lián),所以RC網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)在電路中,對高頻電壓放大倍數(shù)的影響相對小一些,因此,如果采用RC校正網(wǎng)絡(luò),在消除自激振蕩的同時,高頻響應(yīng)的損失不如僅用電容校正時嚴重。校正網(wǎng)絡(luò)應(yīng)加在時間常數(shù),即極點頻率的放大級。通常可接在前級輸出電阻和后級輸入電阻都比較高的地方。校正網(wǎng)絡(luò)中R、C元件的數(shù)值,一般應(yīng)根據(jù)實際情況,通過實驗調(diào)試確定。
終上所述,反饋是電子電路的重要組成部分,正、負反饋的作用也是有利有弊,充分地掌握它們的特點、了解它們的作用,對我們設(shè)計電路、分析電路都會有很大的益處,是學好電路知識的前提。(作者:孫會麗)
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