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1、6.2反馈控制基础在电路中一般有一个输入量和输出量。输出或输入可以是电压或电流。输岀与输入之比称为电路的增益。控制系统中,被控制量(输出)与控制量(输入)之比通常称为传递函数。一个控制系统通常有许多小间级,前级的输出往往是后级的输入,而后级的输入作为前级的负载。因此,系统总的传递函数是各级传递函数的乘积。如果将系统输出量的部分或全部冋输到输入端,对输入信号起作用,这就是反馈控制。如果反馈信号消弱输入信号,就称为负反馈;如果反馈信号加强输入信号,就称为止反馈。止反馈会引起电路的不稳定,通常采用负反馈,避免正反馈。6.2.1反馈方框图和一般表达式为讨论方便,我们以反馈放大器为例,讨论反馈
2、的一些性质。为了改善放大器的特性:稳定增益,改变输入输出阻抗,提高抗干扰能力,或稳定输常给放大器引入负反馈。反馈放大器方框图如图6.12所示。(6-20)(6-21)图6.12屮参数定义如下:开环增益G,或基本放大器增益为Xd(6-23)反馈系数冲定义为.xfH=」X。而闭坏增益Gf定义为(6-22)因为匕=文广+舄,考虑到式(6-1),(6-2),式(6-3)町以写成广二儿二C文d二空〃二钦二Gfx,.Xd+xfX(i+HX()Xd^GHXd+GH由式(6・23河见,闭坏增益©与(1+G〃)有关:(1)若
3、i+G切>1,则p/卜同,即引入反馈后,增益减少了,这种反馈称为负反馈。(
4、2)若
5、1+胡卜1,则川6/>冏,引入反馈以后。增益增加了,这种反馈称为正反馈。正反馈虽然使得增益增加,但使放大器工作不稳定,很少应用。(3)若1+GH=0,则G/-g,这就是说,没有输入信号,放大器仍然有输出,这时放大器成了一个振荡器。6.2.2反馈深度与深度负反馈当
6、1+G//
7、>1就是负反馈。
8、1+6〃
9、越大,放大器增益下降越多,因此
10、i+G呵是衡暈负反馈程度的一个重要指标,称为反馈深度。如果+GH>>1,称为深度负反馈,即GH>>1,山式(6-23)得到(6-24)由式(6-24)可以看到,深度负反馈放大器的闭环增益等于反馈系数的倒数。如果反馈电路由无源元件例如电阻构成,则
11、闭环增益是非常稳定的。式(6-23)右边分母中的T,是X,=X,-X/-输入信号与反馈信号的差值信号一放大器的净输入信号。就是说反馈信号远远人于净输入信号。如果反馈信号是电压,净输入电压为零,称为虚短;如果反馈信号为电流,则净输入为零。称为虚断。6.2.3环路增益如果将输入短路,净输入处断开,在基本输入端a,经基本放人器输出反馈网络冋到输入断开处b(图6.12)的总增益称为环路增益。因为文严文d+文厂所以4=-文厂所以环路增益为(6-25)6.2.4负反馈放大器的类型根据输出取样(电压或电流)和反馈信号与输入信号连接方式(串联还是并联),负反馈有四种拓扑:a.电压串联负反馈•电路拓扑
12、电压串联负反馈电路拓扑如图6.13所示。&和&组成分压器,将输出电压的一部分反馈到输入端,与净输入电压出联,故称为电压出联反馈。•电路作用在输入电压不变时,当负载变化,或放大器电源变化,或电路参数引起电压放大倍数变化时,如果没有反馈,输出电压将变化校大AU。例如引起输岀电压增加,如果有反馈,则有Uo-UdJUot可见稳定输川:电压。.基木关系因为収样电矗与输出电压并联,反馈収样是电压取样,输入是出联,电压加减,将方框图中所有乂替换成〃,反馈电压为uf=-^u7R+R2且反馈系数为.UfH=^—=这就是说,反馈信号消弱了输入信号,即没有反馈u°R+R,从图中可以看到,净输入电
13、压i)Hf时,全部输入信号加在放大器的输入端;有反馈时,反馈信号只是一部分(〃〃)加在输入端,提供基木放大器放大。放大器开环电压放大倍数为Gv=电压串联负反馈放人器的闭环增益为.UGGvf=J=f51+HvGv如果^GH»1,即深度负反馈,则闭环增益为G”fG、,i+/G1=风+尺2“
14、RHvR2R2(6-26)或深度负反馈吋,净输入为零一虚短,S,也叮以得到相同结呆。这就是运算放大器中同和放大器。-般/小于1,要使GH»1,只有G»l,这就要求放人器很高的电压放人倍数才能达到深度负反馈。b・电流串联负反馈•电路拓扑图6.14为电流串联负反馈。输岀电压为负载电阻尺上的电压。如忽略
15、放人器的输入电流,取样电阻兌上电压与负载电流成止比,此电压反馈到输入端,与净输入电压串联,故称为电流串联负反馈。应当注意到与电压反馈的区别:电压反馈的反馈网络(©和忌)与输出电压并联,如杲输出短路,则反馈消失;而电流反馈的反馈网络(位)与输出电压串联,即使心=0,即输出电压为零,反馈电压依然存在。•电路作用当输入电压不变时,因某种原因(例如负载电阻减少)使输出电流加大,由于存在负反馈,有f一匕丨一」1可见电流串联负反馈稳定输出电流。在电源屮为恒流或限流状态