负面反馈系统

控制系统被定义为用来控制或调节其他系统输出的设备的集合。为了实现系统的稳定性和输出误差的自动修正,我们采用了反馈技术。

反馈可以是负幅度和正幅度。开环控制系统没有反馈信号,因此它们也称为“非反馈控制系统”。闭环控制系统与反馈信号连接以获得稳定性,因此它们也称为“反馈系统”。

基于反馈回路的性质,闭环控制系统分为两种类型的正反馈控制系统和2)负反馈控制系统。

在本教程中,我们将明确讨论负反馈系统及其类型和功能等。亚博彩票下载

负面反馈系统

负反馈系统定义为负反馈连通闭环系统。当系统的输出增加超过期望的输出时,我们不应该增加,而应该通过减少投入来控制输出。这可以通过使用负反馈控制来实现。

负反馈系统的框图如下所示。由于负反馈回路降低输入信号电平,它也称为“退化反馈”。

负反馈方框图

下面显示了负反馈环路的简单框图。在此,X是输入信号,Y是系统G的输出信号,H是用于控制在输入信号上求和的输入信号的负反馈回路。

负反馈信号

负反馈控制系统示例

负反馈回路用于通过从输入中减去一定量的信号来控制或减少系统的过量输出。电子放大器是负反馈系统的示例。

负反馈控制系统示例

通过将输入信号连接到运算放大器的反相引脚并将某些量的输出信号连接到输入,作为通过电阻路径的反馈回路来设计负反馈放大器。

如果VIN通过电阻器RIN和RF是OP-AMP的输入信号,则RF是反馈电阻,然后通过馈送RF÷RIN的增益比的信号来控制系统的输出。

当输入信号为正时,OP-AMP的输出变为否定,负反馈将正规化OP-AMP处于所需输出条件的状态。

同样,如果我们将负输入连接到OP-AMP,则输出变为正(反相输出)。当向输入提供负反馈时,它会增加输入信号并保持所需的输出。

负反馈控制系统本身不振荡,因为它们是通过输入和反馈回路的反向操作来控制的。

因此,这些系统被认为比正控制系统更稳定。负反馈系统对不同系统组件的波动和变化更加免疫。

传递函数

可以通过使用其传递函数来解释负反馈控制系统的工作和效率。“传输函数”被定义为输入和输出之间的相对函数。

在负反馈系统中,中间信号定义为Z,如下图所示。

传递函数

系统的输出等于Y(s)

Y (s) = Z (s)。G (s)

Z (s) = X (s) - Y (s)H(年代)

X (s) = Z (s) + Y (s)。H(年代)

X (s) = Z (s) + Z (s)G (s)。H(年代)

所以(Y (s)) / (X (s)) = (Z (s) .G (s)) / (Z (s) + Z (s) G (s) H (s))

(y(s))/(x(s))=(g(s))/(1+ g(s).h(s))

因此,负反馈回路的传递函数等于(g(s))/(1+ g(s).h(s))。

例子问题

当反馈电阻为1K和10K时,求负反馈环路放大器的闭环增益和电路行为。

例子问题

在给定示例中,反馈回路具有并联连接的电阻器1K和10K。IE。

R1 = 1 kΩ

R2 = 10 kΩ

现在反馈回路增益可以计算为

β = r1 / (r1 + r2)

= 0.0909 = 1 / 11

系统的闭环增益可计算为

AC = 1 /β

= 1/0.0909

= 11

分析闭环行为

我们已经知道,闭环增益是11并假设开环增益为1000,通过将闭环增益与传输函数公式进行比较,我们得到

=(g(s))/(1+ g(s).h(s))

= A_o / (1 + A_cβ)。

= 1000 /(1 + 1000 * 11-1

= 10.88。

因此,闭环放大器的实际增益为10.88,但增益为11,实用。

当负反馈作用于信号时,开环增益将如何影响系统的闭环增益?

设系统的开环增益为2000,然后求出闭环增益

= Ao / (1 + Ac。β)

= 5000 / (1 + 5000 * 11-1

= 10.97。

这意味着,如果开环增益增加400%,闭环增益将变化0.8%。

这意味着系统的增益不依赖于温度和其他变量。它只取决于反馈环路增益。

负反馈的分类

根据输入信号的放大过程和期望的输出条件,将反馈回路分为4种不同类型。他们是

  • 系列 - 分流配置
  • 分流 - 分流配置
  • 串联-串联配置
  • 分流-串联配置

系列 - 分流配置

这也称为“电压控制电压源”或“电压和电压外配置”。在该串联电压反馈系统中,误差电压信号被送回输入电压信号作为分流器或串联连接。串联分流连接的框图如下所示。

系列 - 分流配置在这个串联并联配置系统中,输入和输出都是电压信号。因此,它作为一个真正的电压放大器,传输增益为

AV = VOUT / VIN。

分流-串联配置

这也被称为“电流控制电流源”或“电流输入和电流输出配置”。在分流电流反馈系统中,误差电流信号以分流或并联的方式反馈到输入电流信号。并联-并联连接的框图如下所示。

分流-串联配置

在这个分流串联配置系统中,输入和输出都是电流信号。所以它作为一个真正的电流放大器,传输增益为

Ai = Iout / Iin。

系列 - 系列配置

这也称为“电压控制电流源”或“电压和电流配置”。在该系列电流反馈系统中,误差电流信号作为串联连接送回输入电流信号。

串联-串联结构的框图如下所示。

串联-串联配置

在该系列 - 系列配置系统中,输入信号是电压和输出是电流信号。因此,它用作跨导体,具有AV = VOUT / IIN的传输增益。

分流-分流配置

这也称为“电流控制电压源”或“电流IN和电压配置”。在该系列电流反馈系统中,误差电流信号被送回输入电流信号作为分流连接。分流分流配置的框图如下所示。

分流 - 分流配置

在这种分流-分流配置系统中,输入信号为电流,输出信号为电压。所以它作为转换电阻,传输增益为

av = iout / vin。

负面反馈的影响

负反馈会引起系统行为和系统特性的一些变化。他们是

  • 减少收益
  • 减少获得灵敏度
  • 减少非线性失真
  • 扩展带宽
  • 减少噪声影响
  • 提高输入和输出阻抗
  • 增加输入阻力

减少

我们知道闭环增益等于

闭环增益=(开环增益)/((1 +开环增益* B))

AC = AO /(1 + AO * B),其中B是反馈系数。

如果B > 0,那么分母明显大于1,因此环路增益会因负反馈而减小。

降低线性变形

考虑具有反馈(闭环系统)和无反馈(开环反馈)的系统的电压特性,并假设开环系统的电压传输特性是线性的。

当开环系统的增益从1000到100,再从100到0,绘制电压特性Vo/Vi并施加负反馈,B = 0.01。

对于1000至100的变化,闭环增益为1000 /(1000 + 1000 * 0.01)= 90.9

为了改变100到0,闭环增益为100 /(100 + 100 * 0.01)= 50

这意味着,系统的闭环增益从90.7到50变化,然后从50到0.现在如果我们绘制闭环增益,我们可以观察到增益的变化更为闭环,与开放相比更加闭环。环形。

这意味着负反馈将减少线性失真。

增加带宽

如果我们考虑一个主极为wh的高频放大器,那么通过计算系统的增益,我们得到

a = a0 /(1 +(s / wh))。

计算负反馈后的增益,Af = A / (1 + AB),其中B为反馈因子。

一种F= a / (1 + ab)

= (Ao / (1 + s / (wh * (1 +Ao B))))) .)

由上式可知

一种=(AO /(1 + AO B))

W.f = Wh * (1 + Ao B)––––-> (1)

从等式1,当我们应用负反馈时,我们看到高频3-dB点增加了(1 + AO B)的因子。

利用相同的传递函数,分析,如果找到低频点的传递函数,则

W.f = W/(1 + ao b)

因此,通过使用负反馈来增加高频率点之间的差异和低频点之间的带宽。

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