什麼是負反饋電路?微分 積分電路?「自激」現象?

2021-08-18 09:32:40 字數 2618 閱讀 1388

什麼是負反饋電路?

反饋是電子技術中的乙個重要概念。它是指電子系統的輸出量(電壓或電流)的一部分,經過一定的電路送回到它的輸入端。如果送回的訊號加強了原訊號,就稱為正反饋,反之,則稱為負反饋。 

根據反饋電路與輸入及輸出電路的連線方式,負反饋可以歸納為以下四路型別:(1)串聯電流負反饋;(2)串聯電壓負反饋;(3)併聯電壓負反饋;(4)併聯電流負反饋。在放大電路中接入負反饋後可使放大電路放大倍數的穩定性、非線性失真和頻率特性等多項效能都得到改善。故負反饋廣泛應用於自動控制系統及各種放大電路中。如電視機中的agc電路就是負反饋電路,視放級也設計為電流負反饋電路以穩定工作點及補償頻響等用。 

正反饋可以提高放大倍數,故也得到了廣泛應用。如彩電開關電源電路及行、場振盪電路都採用了正反饋電路。 

此外還有一種寄生反饋,是指因為某種雜散引數(雜散電容和雜散電感),或電源內阻的存在,將輸出訊號反饋到輸入端。寄生反饋是附加的,有害的。它的存在會導致電路不能正常工作。因此,在電視中的高放電路中,在高放管的基極和集電極兩端就加了中和電容,以抵消寄生反饋。

在很多關於放大器的討論和商品宣傳中都提到了負反饋這個名詞,多數的評價都是負面的,說它是導致音質變差的元凶。那麼什麼是負反饋?負反饋電路是如何工作的?有那些型別的負反饋?負反饋如何會影響呢?這裡用一些淺顯的方法來說明這些問題,其中可能包含了我個人的一些誤解或者不完善之處,歡迎指正和補充。

負反饋這個詞起源並不來自與電子線路,而是來自於機械力學,常常用於振動系統中維持振幅穩定的那些措施。自從有了電子訊號放大器,這個概念就被應用到電子線路上來了。起初的放大器電路並沒有任何負反饋措施,後來在偶然的實驗室實驗中發現將放大器的輸出訊號反相後再送回到放大器的輸入端會減小放大器的失真,並且放大器的頻響也寬了,於是負反饋在放大器中的應用逐漸發展壯大,成為電子放大線路設計中運用最普遍的技術之一。

那麼什麼是負反饋呢?前面說過,負反饋就是把放大器的輸出訊號反過來,再送回到輸入端去,負反饋的「負」就是把訊號反過來的意思。把訊號反過來,就是將輸入和輸出訊號相減,得到的是2者之間的差別,再經過放大器的放大將這種差別送到輸出端。因為是反相的訊號,所以就會將輸出端與輸入端的差別抵消掉,也就是減少了放大器的失真。理論上電訊號的傳輸速度非常快,因此這種抵消可以瞬間完成,難以覺察。這是負反饋可以減少失真的原理。

負反饋擴充套件頻響是怎麼回事呢?那麼就要說說什麼是頻響了。頻響的全稱是頻率響應,也就是說放大器對於不同頻率訊號的放大能力。我們知道,由於器件的限制,放大器不可能放大無限高頻率的訊號,一般隨著頻率的公升高,放大器的放大倍數會逐漸下降,直到失去放大能力,當放大器對某乙個頻率的放大能力降低到1的時候,我們就稱這個頻率為這個放大器的截止頻率。在實際應用中我們不會將放大器用到截止頻率,因此採用另乙個標準來衡量放大器的頻響,即標稱工作頻率。這個指標是以放大器的放大能力下降到一定程度時作為放大器工作頻率的極限,常見的民用電器有-3db、-6db等。負反饋不能改變放大器的截止頻率,但是可以改變標稱工作頻率,也就是常說的頻響。

負反饋是將輸出訊號反過來後送回放大器的輸入端,適當調整負反饋的多少,不僅會抵消掉失真,還會抵消掉以部分輸入訊號,因此放大器的放大倍數就會下降了,由於這種放大倍數的下降是按照固定比例的,因此放大器在不同的頻率下放大倍數的差別也會相應減小。也就是說,同原來不加負反饋的時候相比,放大器在加了負反饋後放大能力下降到規定的數值的頻率要高了。負反饋的量越多,放大器的放大倍數越低,頻響也就越寬。

以上就是負反饋降低放大器的失真和展寬帶響的原理。

這裡有一些名詞需要解釋一下:

增益:就是放大器的放大倍數 

開環:放大器不施加負反饋 

閉環:放大器施加了一定的負反饋 

增益頻寬積:指放大器在一定放大倍數下其頻響與這個放大倍數的乘積

但是,負反饋原理僅僅是理論上的,是建立在器件的半理想化的基礎上的,即只考慮了放大器增益會隨頻率公升高而下降,沒有考慮到放大器的輸出訊號和輸入訊號相比是有一定延遲的,即那個瞬間完成的抵消作用其實是不存在的。有關這個延遲的問題要講的內容實在太多,以後有機會再討論,這裡只要知道這點就行了。

可以想象,當輸入訊號的頻率高到乙個值的時候,經過延遲的輸出訊號被「反過來」送回放大器的輸入端,恰好和輸入訊號是同相的,也就是說放大器的延遲抵消了訊號反相,使得負反饋變成了正反饋!那麼正反饋會造成什麼呢?當然是加強了輸入訊號,而且當放大器的放大倍數大於1的時候,這種增強會反覆加強,直到達到放大器的輸出極限,這就是所謂的「自激」現象,自激現象有時是災難性的,不僅僅導致放大器不能正常工作,而且有可能導致放大器中器件的損壞或者後面負載的燒毀。因此在進行放大器的設計的時候,一定要根據放大器的工作效能來計算放大器的工作頻率範圍,通過各種措施來防止放大器發生自激現象。

輸出訊號與輸入訊號的數分成正比的電路,稱為微分電路。    微分電路可把矩形波轉換為尖脈衝波,此電路的輸出波形只反映輸入波形的突變部分,即只有輸入波形發生突變的瞬間才有輸出。而對恆定部分則沒有輸出。輸出的尖脈衝波形的寬度與r*c有關(即電路的時間常數),r*c越小,尖脈衝波形越尖,反之則寬。此電路的r*c必須遠遠少於輸入波形的寬度,否則就失去了波形變換的作用,變為一般的rc耦合電路了,一般r*c少於或等於輸入波形寬度的1/10就可以了。

輸出訊號與輸入訊號的積分成正比的電路,稱為積分電路。當輸入訊號電壓加在輸入端時,電容(c)上的電壓逐漸上公升。而其充電電流則隨著電壓的上公升而減小。    積分電路可將矩形脈衝波轉換為鋸齒波或三角波,還可將鋸齒波轉換為拋物波。電路原理很簡單,都是基於電容的衝放電原理,這裡就不詳細說了,這裡要提的是電路的時間常數r*c,構成積分電路的條件是電路的時間常數必須要大於或等於10倍於輸入波形的寬度。

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