摘要在许多实际的物理系统中,都存在各种类型的反馈,尽管反馈理论首先是在电子技术领域中产生的。事实上,反馈概念与理论获得了日益广泛的应用,超越了工程领域。本文主要讨论电子电路中的反馈现象。
关键词放大电路 反馈 判定
中图分类号:TN7文献标识码:A
在许多实际的物理系统中,都存在各种类型的反馈,尽管反馈理论首先是在电子技术领域中产生的。事实上,反馈概念与理论获得了日益广泛的应用,超越了工程领域,如生物反馈即是一个例子。而我们今天主要讨论电子电路中的反馈现象。所谓反馈就是将放大电路输出回路信号的一部分或全部,通过反馈网络回送到输入回路从而影响(增强或削弱)净输入信号的过程。使净输入信号增强的为正反馈,使净输入信号削弱的为负反馈。
1 反馈类型的判定
对反馈可以从不同的角度进行分类。按反馈的极性可分为正反馈和负反馈;按反馈信号与输出信号的关系可以分为电压反馈和电流反馈;按反馈信号信号与输入信号的关系可分为串联反馈和并联反馈;按反馈信号的成分又可分为直流反馈和交流反馈。
判断电路反馈类型的步骤:首先要先找出在输入输出回路之间起联系作用的反馈元件或反馈网络;看反馈对输入信号的影响,判定是正反馈还是负反馈。 然后根据反馈环内电流允许流通的类型可判定是交流反馈还是直流反馈。根据反馈信号的输出方式,判定是电压还是电流反馈;再根据反馈的接入方式判定是串联反馈还是并联反馈。
在不同的电路具有不同的反馈类型,一般振荡电路里会有正反馈使用,使净输入信号增强;使净输入信号削弱的为负反馈。可以改善放大电路的各项性能指标。那么怎样判断电路是正反馈还是负反馈?原理是如果反馈的电压(或电流)使放大管的输入电压(或电流)减小,则为负反馈;若反馈的电压(或电流)是放大管的输入电压(或电流)增大,则称为正反馈。实现这一反馈的电路和元件称为反馈电路和反馈元件(反馈网络)。
反馈有无的判断:具体方法是:看有无电路或元件把输出端直接或间接地和输入端相连,从而,很容易找出反馈网络,判断电路是否使用反馈。
反馈极性的判断:在判断电路使用反馈的基础上,还要明白反馈的极性的判定。
下面以图例说明反馈极性的判断。
以图1为例进行说明,首先假设运放的同相输入端其输入信号的瞬时极性为正,用表示,则输出端的输出信号也为正,使反馈信号由输出端流向接地端,在R2上产生反馈电压uf。显然,反馈电压uf在输入回路与输入电压ui的共同作用下使得净输入电压uid=ui-uf,放大器的净输入信号比输入信号小,即uid 电压、电流反馈的判断:懂得判定反馈的极性之后,学会判定反馈的类型,才能更加有效的学习和掌握电路。根据反馈信号的取出方式,判定是电压还是电流反馈;反馈信号是输出电压的一部分或是全部,即为电压反馈型电路,但是如果反馈信号取自电流即为电流反馈。其实,我们可以根据电压反馈可以稳定电压,电流反馈能够稳定电流的特性,得出判定是电流反馈还是电压反馈的2种方法:①即反馈元件直接与输出端相连的是电压反馈。以图1为例,反馈元件R2是与输出u0端直接相连,所以这个电路是电压式反馈电路。②是通过将输出端短路,即将电阻RL两端短路,令输出u0=0即将输出端直接对地短路。在将输出端短路的情况下,如果反馈信号仍然存在,则为电流反馈电路。但是,很显然,这里是没有反馈信号存在,所以这个电路是电压反馈类型。 串联并联反馈的判定:方法1:根据反馈的接入方式判定是串联反馈还是并联反馈;反馈信号uf与输入信号ui在输入回路串接,若反馈网络直接与输入端相连,以电压形式叠加,即输入信号和反馈信号加在放大电路不同输入端的为串联反馈。反馈信号if与输入信号ii在输入回路并接,以电流形式叠加,输入信号和反馈信号加在放大电路的同一输入端的为并联反馈。以图2来加以说明。 根据以上分析可知,图2中反馈元件RF和输入元件R1直接相连,故此电路为并联反馈;而输入信号和反馈信号加在放大电路的不同输入端的为串联反馈。 交直流反馈的判定:按照反馈信号的成分来划分,放大电路中存在着直流分量和交流分量,反馈信号也是如此。若反馈信号仅有交流成分,则仅对输入回路中的交流成分有影响,即为交流反馈;若反馈信号仅有直流成分,则仅对输入回路中的直流有影响,即为直流反馈。将图1稍加改进,在图1中的R2和反相输入端之间加一个电容C1起到隔直流,通交流的作用,没有直流成分在电路中产生作用,只有交流成分对回路产生影响,所以改进后的图1(加入电容后)电路是交流反馈电路。 2 四种基本负反馈类型的判定 在上述各种类型反馈电路中,我们将主要学习其中的负反馈电路。这样,我们将输出端采样与输入端叠加两方面考虑,实际的负反馈放大器可以分为如下4种基本类型——电流并联、电流串联、电压并联和电压串联。为了对这四种基本负反馈的性能有更深的了解,下面将以具体反馈电路为例,对以上类型进行具体判定。 2.1 电流并联负反馈 ①设输入信号ui(ii)瞬时极性为正,则输出信号u0的瞬时极性为负,流经RF的电流(反馈信号)if的方向与图示参考方向相同,即if瞬时极性为正,净输入信号id与没有反馈时相比减小了,即反馈信号削弱了输入信号的作用,故为负反馈。 ②将输出端交流短路(如下图黑粗线部分所示),尽管u0=0,但输出电流i0仍随输入信号而改变,在R上仍有反馈电压uf产生,故可判定不是电压反馈,而是电流反馈。 ③输入信号ii加在集成运算放大器的反相输入端和地之间,而反馈信号if也加在集成运算放大器的反相输入端和地之间,在同一点,故为并联反馈。(如图3所示) 2.2 电流串联负反馈 ①设输入信号ui瞬时极性为正,则输出信号u0的瞬时极性为正,经Rf返送回反相输入端,反馈信号uf的瞬时极性为正,净输入信号ud与没有反馈时相比减小了,即反馈信号削弱了输入信号的作用,故为负反馈。 ②将输出端交流短路,尽管u0=0 ,但输出电流i0仍随输入信号而改变,在R上仍有反馈电压uf产生,故可判定不是电压反馈,而是电流反馈。 ③输入信号ui加在集成运算放大器的同相输入端和地之间,而反馈信号uf加在集成运算放大器的反相输入端和地之间,不在同一点,故为串联反馈。(如图4所示) 2.3 电压并联负反馈 ①设输入信号ui(ii)瞬时极性为正,则输出信号u0的瞬时极性为负,流经Rf的电流(反馈信号)if的方向与图示参考方向相同,即if瞬时极性为正,净输入信号id与没有反馈时相比减小了,即反馈信号削弱了输入信号的作用,故为负反馈。 ②将输出端交流短路,Rf直接接地,反馈电流if=0,即反馈信号消失,故为电压反馈。 ③输入信号ii加在集成运算放大器的反相输入端和地之间,而反馈信号if也加在集成运算放大器的反相输入端和地之间,在同一点,故为并联反馈。(如图5所示) 2.4 电压串联负反馈 ①设输入信号瞬时极性为正,则输出信号u0的瞬时极性为正,经Rf返送回反相输入端,反馈信号uf的瞬时极性为正,净输入信号ud与没有反馈时相比减小了,即反馈信号削弱了输入信号的作用,故为负反馈。 ②将输出端交流短路,Rf直接接地,反馈电压uf=0,即反馈信号消失,故为电压反馈。 ③输入信号ui加在集成运算放大器的同相输入端和地之间,而反馈信号uf加在集成运算放大器的反相输入端和地之间,不在同一点,故为串联反馈。(如图6所示) 3 结束语 由于在反馈放大器中,不同类型的反馈具有不同的规律性,对电路性能的影响也各不相同。只有首先学习反馈的分类,掌握反馈的具体判定方式,才能在实际工作中正确利用或处理反馈。而我们在讨论中着重讨论负反馈是因为可以稳定相应的输出变量,还可改变输入、输出电阻。引入反馈还会使放大倍数稳定,展宽通频带,减小非线性失真。