浅谈负反馈在电路中的应用.doc

郑州电子信息职业技术学院毕 业 论 文课题名称：_作 者：_学 号：_系 别：_专 业：_指导教师：_ 2012年 月 日浅谈负反馈在电路中的应用 摘要电子产品之所以能够日新月异，主要依托于电子电路的飞速发展。而几乎所有的电子电路都离不开反馈环节，因此反馈在电子电路中具有十分重要的地位，熟练掌握放大电路反馈中的反馈环节对学习和应用放大电路具有十分重要的意义在电子电路中,反馈或以显露或以隐含的方式出现,对电路的工作性能有着十分重要的影响,且不同的反馈类型有着不同的作用。论文以负反馈为研究对象，结合现在的技术，对电路中负反馈的判断，负反馈在放大电路中的应用和特殊负反馈电路三个方面进行讨论。关键词：负反馈；放大器；非线性失真 目 录 摘要1 引言.11.1负反馈的概念11.2负反馈研究的核心12 电路中负反馈的判断12.1反馈极性的判断12.1.1判别依据12.1.2判别方法12.2反馈回路的判断22.3交直流反馈的判断22.4负反馈类型的判断3 2.4.1串联并联的判断33 负反馈在放大电路中的应用33.1稳定放大倍数43.2改变输入电阻4 3.3改变输出电阻4 3.4减小非线性失真4 3.5对放大器频率特性的影响53.6放大器引入负反馈的一般原则53.6.153.6.253.6.353.6.454 特殊负反馈电路64.1变形福反馈电路的特点64.1.1福反馈电路的频率特性变化64.1.2不同频率下的负反馈量大小不同64.1.3与信号大小的相关性6 参考文献7致谢81引言1.1负反馈的概念负反馈（或负回授，负回馈，英语：negative feedback）是反馈的一种。是指系统的输出会影响系统的输入，在输出变动时，所造成的影响恰和原来变动的趋势相反。另一种说法是系统在一个条件变化时，系统会作出抵抗该变化的行为。而电路中的反馈，是指将电路输出量（电压或电流）的一部分或全部，按一定方式送回输入回路，以影响电路性能的一种连接方式。 反馈分为正反馈和负反馈两类。几乎所有的实用放大电路都是带负反馈的电路。 1.2负反馈研究的核心 在电子设备中，经常会利用负反馈来改善电路的性能:提高增益的稳定性、减小非线性失真、扩展通频带以及影响输人、输出电阻等。其中直流反馈主要用来稳定静态工作点，比如分压式偏置电路就是通过负反馈来稳定其静态工作点的;另外，在串联型稳压电路中，输出电压的稳定也是靠负反馈来实现的。由运放所构成的各种运算电路采用的也都是负反馈;在差动放大电路中负反馈的应用可以抑制零点漂移，提高共模抑制比;在共集电极放大电路中，负反馈的引人可以提高输人电阻、减小输出电阻，从而使其带负载的能力大大提高，以达到预期的目的。本文仅就负反馈在电子电路中应用作一探讨。对负反馈的研究是控制论的核心问题。2.电路中负反馈的判断反馈的判断包括：反馈极性的判断；反馈回路的判断；交直流反馈的判断；负反馈类型的判断2.1反馈极性的判断2.1.1 判别依据：引入正反馈可使净输入量增加，引入负反馈可使净输入量减少。2.1.2判别方法瞬时极性法：瞬时值增加为正极性，瞬时值减少为负极性。设放大器输入端的瞬时极性为正极性，沿放大器从输入到输出及反馈环路逐级依次判断相关点的瞬时极性。分析反馈到输入的信号极性，如果反馈使净输入的瞬时极性减小，则为负反馈；反之为正反馈依据以上瞬时极性判别方法，从放大电路的输入端开始用瞬时极性标识，沿放大电路、反馈回路再回到输入端。这时再依据负反馈总是减弱净输入信号，正反馈总是增强净输入信号的原则判断出反馈的正负。对于单级运放组成的反馈电路，可以认为：反馈支路接到反相输入端为负反馈；接到通向输入端为正反馈。而多级运放组成的反馈电路要用瞬时极性法逐级判断。2.2反馈回路的判断电路的放大部分就是晶体管或运算放大器的基本电路。而反馈是把放大电路输出端信号的一部分或全部引回到输入端的电路，则反馈回路就应该是从放大电路的输出端引回到输入端的一条回路。这条回路通常是由电阻和电容构成。例如图1如果只考虑极间反馈则放大通路是由T1的基极到T1的集电极再经过T2的基极到T2的集电极；而反馈回路是由T2的集电极经Rf至T1的发射极。反馈信号uf=ve1影响净输入电压信号ube1。图2.1 电压串联负反馈2.3交直流反馈的判断根据电容“隔直通交”的特点，我们可以判断出反馈的交直流特性。如果反馈回路中有电容接地，则为直流反馈，其作用为稳定静态工作点；如果回路中串连电容，则为交流反馈，改善放大电路的动态特性；如果反馈回路中只有电阻或只有导线，则反馈为交直流共存。2.4负反馈类型的判断反馈类型是特指电路中交流负反馈的类型，所以只有判断电路中存在交流负反馈才判断反馈的类型。反馈是取出输出信号（电压或电流）的全部或一部分送回到输入端并以某种形式（电压或电流）影响输入信号。所以反馈依据取自输出信号的形式的不同分为电压反馈和电流反馈。依据它影响输入信号的形式分为串联反馈和并联反馈。2.4.1串联并联的判断反馈的串并联类型是指反馈信号影响输入信号的方式即在输入端的连接方式。串联反馈是指净输入电压和反馈电压在输入回路中的连接形式为串联,即以电压串联的形式迭加(输入信号与反馈信号不在同一电极) 如图1中的净输入电压信号ube1和反馈信号uf=ue1,而并联反馈是指的净输入电流和反馈电流在输入回路中并联，即以电压串联的形式迭加(输入信号与反馈信号在同一电极)如图3中的净输入电流ib1和if的连接形式。图2.2 电流并联负反馈3负反馈在放大电路中的应用负反馈放大器是一种将输出信号按比例反馈回输入信号，从而达到控制的放大器。通过引入负反馈，放大器的性能，例如增益的稳定性、线性、频率响应、阶跃响应等，可以得到改善。此外，制造过程以及使用环境所造成的器件参数偏差对放大器性能的影响，可以通过引入负反馈缓解3.1稳定放大倍数在放大电路中，我们希望放大倍数是一个稳定的值。但当环境温度、电源电压、电路元件参数、负载大小等因素发生改变时，都会引起放大倍数的波动。但引入负反馈后，可以提高闭环增益的稳定性，使放大倍数更加稳定。 加入负反馈后，闭环增益的相对变化量为开环增益相对变化量的1/1+AF，即闭环增益的相对稳定度提高了， 1+AF 愈大，即反馈越深,dAf/Af越小，闭环增益的稳定性越好。这样对于电压负反馈，可以稳定输出电压；对于电流负反馈，可以稳定输出电流3.2改变输入电阻 对于串联负反馈，由于反馈网络和输入回路串联总输入电阻为基本放大电路本身的输入电阻与反馈网络的等效电阻两部分串联相加，故可使放大电路的输入电阻增大。对于并联负反馈，由于反馈网络和输入回路并联，总输入电阻为基本放大电路本身的输入电阻与反馈网络的等效电阻两部分并联，故可使放大电路的输入电阻减小。3.3改变输出电阻对于电压负反馈，由于反馈信号正比于输出电压，反馈的作用是使输出电压趋于稳定，使其受负载变动的影响减小，即使放大电路的输出特性接近理想电压源特性，故而使输出电阻减小对于电流负反馈，由于反馈信号正比于输出电流，反馈的作用是使输出电流趋于稳定，使其受负载变动的影响减小，即使放大电路的输出特性接近理想电流源特性，故而使输出电阻增大。3.4减小非线性失真基本上所有的电子元件（像真空管、晶体管、MOSFET）都有一部份非线性的特性，使用负反馈可以提高线性度，不过会牺牲一些增益。由于晶体管是非线性器件，当输入信号幅度较大时，输出波形必然产生失真。放大器中的晶体管数越多产生的失真越大。如果输入为单频正弦量，当输出电压的非线性失真很严重时, 其谐波分量较大。高次谐波的频率较高。在放大器中引入负反馈可以改善由放大器本身所产生的失真，使谐波分量幅度减小。虽然负反馈可以使线性度提高，不过若设计不当也可能会使系统不稳定，出现振荡3.5对放大器频率特性的影响引入负反馈使放大器增益降低，但放大器的频带得到扩展。因为放大电路中在中频段的开环放大倍数A较高，反馈信号也较大，因而净输入信号降低得多，闭环放大倍数Af也随之降低较多；而在低频段和高频段，A较低，反馈信号较小，因而净输入信号降低得较小，闭环放大倍数Af也降低较小。这样使放大倍数在比较宽的频段上趋于稳定，即展宽了通频带。假设有一个放大器在某一频率范围内的开路增益太大，不配合负反馈时，该频率范围的回授信号会特别大。若配合负反馈使用时，因为回授信号来自于输出端，该频率范围的回授信号也会特别的大，和输入信号相减后，可以缓和该频率范围输出信号的变化。3.6 放大电路引入负反馈的一般原则 3.6.1为了稳定静态工作点，应引入直流负反馈；为了改善动态性能，应引入交流负反馈。 3.6.2根据信号源的性质决定引入串联还是并联负反馈。当信号源为恒压源或内阻较小的电压源时，为了增大放大电路的输入电阻，以减小信号源的输出电流和内阻上的压降，应引入串联负反馈；当信号源为恒流源或内阻很大的电流源时，为了减小放大电路的输入电阻，使电路获得更大的输入电流，应引入并联负反馈。 3.6.3根据负载对放大电路输出量的要求，决定引入电压还是电流负反馈。当负载需要稳定电压信号或希望电路的带负载能力强时，引入电压负反馈；当负载需要稳定电流信号时，引入电流负反馈。 3.6.4根据交流负反馈四种组态的功能，在需要进行功能变换时，选择合适的组态。若需要将电流信号转换为电压信号，应引入电压并联负反馈；若需要将电压转换为电流信号时，应引入电流串联负反馈；等等。4 特殊负反馈电路变形后负反馈电路的分析比较复杂。负反馈电路变形主要是参与负反馈的元器件变化，以及这些元器件所构成的电路形式变化。4.1 变形负反馈电路的特点4.1.1负反馈电路的频率特性变化电阻构成的负反馈电路没有频率的变化，因为电阻对不同频率信号呈现相同的阻值，而其他元器件构成负反馈时情况大不相同，要结合构成负反馈元件的特性进行频率特性分析。例如，负反馈电路由RC串联电路构成4.1.2不同频率下的负反馈量大小不同由于参与负反馈元件的频率特性不同，所构成的负反馈电路其频率特性也不同，不同频率下的负反馈量大小不同，这样放大器对不同频率信号的放大倍数不同。4.1.3与信号大小的相关性有些变形负反馈电路的频率特性不仅与信号频率相关，还与信号的大小有关，这时负反馈分析就显得更为困难，不仅要考虑频率因素，同时还要考虑信号大小变化引起的负反馈量大小变化参考文献1 徐翔;如何判别负反馈放大器的反馈极性及类型A;教育部中南地区高等学校电子电气基础 教学研究会第二十届学术年会会议论文集（上册）C;2010 2 刘戎;放大器的自激振荡和反馈深度