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可调直流电源电路中负反馈及类型的判断方法

负反馈在电子可调直流电源电路中的应用非常广泛,引入负反馈后,虽然放大倍数降低了,但是换来很多好处,在很多方面改善了放大可调直流电源电路的性能。例如,提高了放大倍数的稳定性;改善了波形失真;尤其是通过选用不同类型的负反馈,来改变放大可调直流电源电路的输入电阻和输出电阻,以适应实际的需要。

在电子技术的教学中,负反馈的判断一直是一个重点和难点内容。学生对于这一部分内容较难理解。经过长期的教学实践,总结出以下的判断方法。该方法系统地给出了反馈的判别步骤,在教学中证明简单易学,易于理解。

1、反馈回路的判断

可调直流电源电路的放大部分就是晶体管或运算放大器的基本可调直流电源电路。而反馈是把放大可调直流电源电路输出端信号的一部分或全部引回到输入端的可调直流电源电路,则反馈回路就应该是从放大可调直流电源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。寻找这条回路时,要特别注意不能直接经过电源端和接地端,这是初学者最容易犯的问题。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影响净输入可调直流电源电压信号ube1。
可调直流电源电压串联负反馈

图1 可调直流电源电压串联负反馈

2、交直流的判断

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,改善放大可调直流电源电路的动态特性;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。图1种的反馈即为交直流共存。

3、正负反馈的判断

正负反馈的判断使用瞬时极性法。瞬时极性是一种假设的状态,它假设在放大可调直流电源电路的输入端引入一瞬时增加的信号。这个信号通过放大可调直流电源电路和反馈回路回到输入端。反馈回来的信号如果使引入的信号增加则为正反馈,否则为负反馈。在这一步要搞清楚放大可调直流电源电路的组态,是共发射极、共集电极还是共基极放大。每一种组态放大可调直流电源电路的信号输入点和输出点都不一样,其瞬时极性也不一样。如图2所示。相位差1800则瞬时极性相反,相位差00则瞬时极性相同。运算放大器可调直流电源电路也同样存在反馈问题。运算放大器的输出端和同相输入端的瞬时极性相同,和反相输入端的瞬时极性相反。

不同组态放大可调直流电源电路的相位差

图2不同组态放大可调直流电源电路的相位差

依据以上瞬时极性判别方法,从放大可调直流电源电路的输入端开始用瞬时极性标识,沿放大可调直流电源电路、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。

在晶体管放大可调直流电源电路中,若反馈信号回到输入极的瞬时极性与原处的瞬时极性相同则为正反馈,相反则为负反馈。其中注意共发射极放大可调直流电源电路的反馈有时回到公共极——发射极,此时反馈回到发射极的瞬时极性与基极的瞬时极性相同则为负反馈,相反则为正反馈。图1中的瞬时极性判断顺序如下:T1基极(+)→T1集电极(-)→T2基极(-)→T2集电极(+)→经Rf至T1发射极(+),此时反馈回到发射极的瞬时极性与基极的瞬时极性相同所以可调直流电源电路为负反馈。在运算放大器反馈可调直流电源电路中,若反馈回来的瞬时极性与同一端的原瞬时极性相同则为正反馈,相反则为负反馈;若反馈回来的瞬时极性与另一端的原瞬时极性相同则为负反馈,相反则为正反馈。

4、反馈类型的判断

反馈类型是特指可调直流电源电路中交流负反馈的类型,所以只有判断可调直流电源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(可调直流电源电压或可调直流电源电流)的全部或一部分送回到输入端并以某种形式(可调直流电源电压或可调直流电源电流)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可调直流电源电压反馈和可调直流电源电流反馈。依据它影响输入信号的形式分为串联反馈和并联反馈。

可调直流电源电流并联负反馈

图3可调直流电源电流并联负反馈

(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可调直流电源电压和反馈可调直流电源电压在输入回路中的连接形式为串联,如图1中的净输入可调直流电源电压信号ube1和反馈信号uf=ue1;而并联反馈是指的净输入可调直流电源电流和反馈可调直流电源电流在输入回路中并联,如图3中的净输入可调直流电源电流ib1和if的连接形式。综合一下就是反馈信号如果引回到输入回路的发射极即为串联反馈,引回到基极即为并联反馈。而在运算放大器负反馈可调直流电源电路中,反馈引回到输入另一端则为串联反馈如图4,图中uD与uF串联连接;如果引回到输入另一端则为串联反馈如图5,图中iD与iF并联连接。

可调直流电源电压串联负反馈

图4可调直流电源电压串联负反馈

可调直流电源电流并联负反馈

图5可调直流电源电流并联负反馈

(2)、可调直流电源电压可调直流电源电流的判断

可调直流电源电压可调直流电源电流反馈是指反馈信号取自输出信号(可调直流电源电压或可调直流电源电流)的形式。可调直流电源电压反馈以图4为例,反馈可调直流电源电压uF是经R1、R2组成的分压器由输出可调直流电源电压uO取样得来。反馈可调直流电源电压是输出可调直流电源电压的一部分,故是可调直流电源电压反馈。在判断可调直流电源电压反馈时,可以采用一种简便的方法,即根据可调直流电源电压反馈的定义——反馈信号与输出可调直流电源电压成比例,设想将放大可调直流电源电路的负载RL两端短路,短路后如使uF=0(或IF=0),就是可调直流电源电压反馈。

可调直流电源电流反馈以图5为例,图中反馈可调直流电源电流iF为电阻R1和R2对输出可调直流电源电流iO的分流,所以是可调直流电源电流反馈。另一种简便方法就是将负载RL开路(RL=∞),致使iO=0,从而使iF=0,即由输出引起的反馈信号消失了,从而确定为可调直流电源电流反馈。

运算放大器负反馈可调直流电源电路组态分析

以下守于运算放大器负反馈可调直流电源电路的四种方式:

1、并联可调直流电源电压负反馈

图1(a)是反相比例运算可调直流电源电路。从反馈类型来看,反馈可调直流电源电路自输出端引出而接到反相输入端。设输入可调直流电源电压μi为正,则输出可调直流电源电压μo为负。此时反相输入端的电位高于输出端的电位.输入可调直流电源电流和反馈可调直流电源电流的实际方向即如图1(a)中所示.差值可调直流电源电流即削弱了净输入可调直流电源电流(差值可调直流电源电流),故为负反馈。

反馈可调直流电源电流取自输出可调直流电源电压(即负载可调直流电源电压),并与之成正比,故为可调直流电源电压反馈。反馈信号与输入信号在输人端以可调直流电源电流的形式作比较,两者并联,故为并联反馈。因此,反相比例运算可调直流电源电路是引入并联可调直流电源电压负反馈的可调直流电源电路。由前面讨论可知,可调直流电源电压负反馈的作用是稳定输出可调直流电源电压,并联反馈可调直流电源电路则降低输入电阻。反馈系数F由定义式得出:其中XF为反馈可调直流电源电流,所以反馈系数。可见,反馈系数具有电导(电阻的倒数)的量纲,称为互导反馈系数。

运算放大器负反馈可调直流电源电路的四种方式

图1运算放大器负反馈可调直流电源电路的四种方式

2、串联可调直流电源电压负反馈

由1(b)是同相比例运算可调直流电源电路。从反馈类型来看,反馈可调直流电源电路自输出端引出接到反相输人端,面后经电阻RL接“地”。设为正,则也为正.此时反相输入端的电位低于输出端的电位,但高于“地”电位,和的实际方向与可调直流电源电路中的参考方向相反。经RF和R1分压后.反馈可调直流电源电压=—R1它是的一部分。由输人端可调直流电源电路可得出,差值可调直流电源电压,即削弱了净输入可调直流电源电压(差值可调直流电源电压),故为负反馈。反馈可调直流电源电压取自输出可调直流电源电压,并与之成正比,故为可调直流电源电压反馈。反馈信号与输入信号在输入端以可调直流电源电压的形式作比较.两者串联,故为串联反馈。因此,同相比例运算可调直流电源电路是引入串联可调直流电源电压负反馈的可调直流电源电路。

反馈系数F由定义式得可调直流电源电压负反馈的作用是稳定输出可调直流电源电压,串联反馈可调直流电源电路则有很高的输入电阻。

3、串联可调直流电源电流负反馈

首先分析图1(C)示的可调直流电源电路的功能。从可调直流电源电路结构看它是同比例运算可调直流电源电路,故输出可调直流电源电流由上列两式得出

可见输出可调直流电源电流与负载RL无关,因此图1(C)是一同相输入恒流源可调直流电源电路,或称为可调直流电源电压—可调直流电源电流变换可调直流电源电路。改变电阻R的阻值,就可以改变的大小。

其次分析反馈类型。参照上述的同相比例运算可调直流电源电路可知,图1(c)的可调直流电源电路也引入了负反馈。反馈可调直流电源电压取自输出可调直流电源电流(即负载可调直流电源电流)并与之成正比,故为可调直流电源电流反馈。反馈信号与输入信号在输入端以可调直流电源电压形式作比较(),两者串联,故为串联反馈。因此,同相输入恒流源可调直流电源电路是引入串联可调直流电源电流负反馈的可调直流电源电路。

可见,反馈系数F具有电阻的量纲,称为互阻反馈系数。

4、并联可调直流电源电流负反馈

首先分析图1(d)所示可调直流电源电路的功能。由图可得出,

设,则得输出可调直流电源电流

可见输出可调直流电源电流与负载RL无关,因图1(d)是反相输入恒流源可调直流电源电路。改变电阻RF或R的阻值,就可以改变的大小。

其次分析反馈类型。设为正,即反相输入端的电位为正,输出端的电位为负。此时,和的实际方向即如图中所示,差值可调直流电源电流,即削弱了净输入可调直流电源电流,故为负反馈。反馈可调直流电源电流取自输出可调直流电源电流,并与之成正比,故为可调直流电源电流反馈。反馈信号与输入信号在输入端以可调直流电源电流的形式作比较(),两者并联,故为并联反馈,因此,反相输入恒流源可调直流电源电路是引入并联可调直流电源电流负反馈的可调直流电源电路。

反馈系数

总之,从上述四个运算放大器可调直流电源电路可以看出:

(1)反馈可调直流电源电路直接从输出端引出的,是可调直流电源电压反馈;从负载电阻的靠近地端引出的.是可调直流电源电流反馈;

(2)输入信号和反馈信号分别加在两个输入端(同相和反相)上的是串联反馈;加在同一个输入端(同相或反相)上的是并联反馈;

(3)反馈信号使净输入信号减小的,是负反馈。

至于负反馈对放大可调直流电源电路工作性能的影响,如降低放大倍数、提高放大倍数的稳定性、改善波形失真、展宽通频带以及对放大可调直流电源电路输入电阻和输出电阻的影响,和在分立元件放大可调直流电源电路中所述相同。

5,示例:

例1:试判别图2(a)和(b)两个两级放大可调直流电源电路中从运算放大器A2输出端引至A1输入端的各是何种类型的反馈可调直流电源电路。

解:(1)在图2(a)中,从运算放大器A2输出端引至A1同相输入端的是串联可调直流电源电压负反馈:

a.反馈可调直流电源电路从A2的输出端引出,故为可调直流电源电压反馈;

b.反馈可调直流电源电压和输入可调直流电源电压分别加在A1的同相和反相两个输入端,故为串联反馈;

c.设为正,则为负,为正。反馈可调直流电源电压使净输入可调直流电源电压减小,故为负反馈。

(2)在图(b)中,从负载电阻RL的靠近“地”端引入至A1同相输入端的是并联可调直流电源电流负反馈可调直流电源电路:

①反馈可调直流电源电路从RL的靠近“地”端引出,故为可调直流电源电流反馈;

②反馈可调直流电源电流和输入可调直流电源电流加在A1的同一个输入端,故为并联反馈;

③设为正,则为负,为正。A1同相输入端的电位高于a点,反馈可调直流电源电流的实际方向即图中所示,它使净输入可调直流电源电流减小,故为负反馈。

运放负反馈示例可调直流电源电路

图2运放负反馈示例可调直流电源电路

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