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。

反馈的大小可以是负的,也可以是正的。开环控制系统没有反馈信号,因此也被称为“无反馈控制系统”。闭环控制系统与反馈信号连接以达到稳定,因此也称为“反馈系统”。

根据反馈回路的性质,将闭环控制系统分为两类:正反馈控制系统和负反馈控制系统。

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。欧宝官网app苹果下载

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。

负反馈系统框图如下所示。由于负反馈回路降低了输入信号的电平,因此也称为“退化反馈”。

负反馈方框图

一个简单的负反馈回路框图如下所示。其中,X是系统G的输入信号,Y是系统G的输出信号,H是控制输入信号的负反馈回路,在输入信号处求和。

负面的反馈信号

例如负反馈控制系统

负反馈回路通过从输入中减去一定量的信号来控制或减少系统的超额输出。电子放大器就是负反馈系统的例子。

例如负反馈控制系统

负反馈放大器是通过将输入信号连接到运放的反相引脚,并将一定量的输出信号连接到输入端,通过电阻路径作为反馈回路。

如果Vin是运放通过电阻Rin的输入信号,Rf是反馈电阻,则通过反馈Rf ÷ Rin增益比的信号来控制系统输出。

当输入信号为正时,运放的输出变为负,负反馈将运放正规化,使其处于期望的输出状态。

同样地,如果我们把负输入连接到运算放大器,那么它的输出就变成了正输出(反向输出)。当负反馈被提供给输入时,它将输入信号加起来并保持期望的输出。

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。

所以这些系统被认为比正控制系统更稳定。负反馈系统更容易受到不同系统组件的波动和变化的影响。

传递函数

利用负反馈控制系统的传递函数可以解释负反馈控制系统的工作原理和效率。“传递函数”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))

所以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

在给定的例子中,反馈回路有电阻1K和10K并联连接。即。

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为11,假设开环增益为1000,通过将闭环增益与传递函数公式进行比较,得到

= G(s) /(1+ G(s).H(s))

= A_o / (1 + A_cβ)。

= 1000/ (1 + 1000 * 11-1

= 10.88。

所以闭环放大器的实际增益是10。88,但是实际增益是11。

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

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

串联-分流配置

这也被称为“电压控制电压源”或“电压输入和电压输出配置”。在串联电压反馈系统中,误差电压信号以分流或串联的方式反馈到输入电压信号。串联-并联的方框图如下所示。

串联-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

这也被称为“电压控制电流源”或“电压输入和电流输出配置”。在串联电流反馈系统中,误差电流信号以串联方式反馈到输入电流信号。

串联-串联结构的框图如下所示。

串联-串联配置

在这种串联-串联组态系统中,输入信号为电压,输出信号为电流。因此它作为跨导体,传输增益为Av = Vout / Iin。

分流-分流配置

这也被称为“电流控制电压源”或“电流输入和电压输出配置”。在串联电流反馈系统中,误差电流信号以分流方式反馈到输入电流信号。并联-并联结构的框图如下所示。

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

  • 减少获得
  • 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
  • 提高输入电阻

获得减少

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是反馈因子。

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。

减少线性失真

考虑有反馈系统(闭环系统)和无反馈系统(开环反馈)的电压特性,并假设开环系统的电压传递特性是线性的。

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

对于100到0的变化,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,然后从50到0。现在,如果我们画出闭环增益,我们可以看到,与开环相比,闭环增益的变化更大。

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。

一个f= a / (1 + ab)

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

由上式可知

一个= (Ao / (1 + Ao B))

Wf = Wh * (1 + Ao B)––––-> (1)

从方程1,我们可以看到高频3-db点在应用负反馈时增加了一个因子(1 + Ao B)。

利用相同的传递函数,分析,如果找到低频点的传递函数,则

Wf = W/ (1 + Ao B)

因此,带宽,即高频点和低频点之间的差异,通过使用负反馈来增加。

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