对正反馈电路应用的认识及总结
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对正反馈电路应用的认识及总结
2010-07-25 17:04:02|
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摘要:
就我们接触到的模电知识中有关正反馈的电路应用,做一个深入的挖掘,并且对它们进行整理总结。正反馈主要有两方面应用,一是改善电路性能,如自举电路;二是产生自激振荡,如电压比较器,波形发生器。
正文:
在我们这本模电课本中学习的集成运放或者多级放大电路中多数用到的是负反馈,因为集成运放或者多级放大电路的放大倍数很大,为了实现输入电压对输出电压控制及运算,电路中的集成运放应当工作在线性区,因而电路中必须引入负反馈。其实,正反馈在集成运放电路中也有很多应用,而且是负反馈无法实现的功效,可以说两者起到互补的作用。在此,我就我们接触到的模电知识中有关正反馈的电路应用,做一个深入的挖掘,并且将它们整理到一起做一个总结。
我们第一次接触到正反馈是在第六章《放大电路中的反馈》,但我们仅仅是有一个直观的描述,Xi=Xi’+Xf,除此之外并没有像负反馈那样做深入系统的学习。正反馈的基本应用就是在电路中引入合适的正反馈,以改善电路的性能,举两个电路为例。
1.电压—电流转换电路,豪兰德电流源电路。
图一:豪兰德电流源电路图
设集成运放是理想运放,R2引入负反馈则存在虚断和虚短,则由Un=Up,
即
(Ui/R1+Uo/R2)*(R1//R2)=(Uo/R-Io)*(R//R3),展开整理得,
R2*Ui/(R1+R2)+R1*Uo/(R1+R2)=R*Uo/(R+R3)-Io*R*R3/(R+R3),
若令R2/R1=R3/R,即R2/(R1+R2)=R3/(R+R3),R1/(R1+R2)=R/(R+R3),得到
Io=—Ui/R
由此说明,若信号源能够输出足够的电流,则豪兰德电流源电路也可实现电压—电流转换。
仿真:取R1=R2=R3=R=RL=1kΩ,进行仿真,输出为UL=Io*RL=Io*R,与输入Ui比较,则理论上应该得到UL=—Ui,从而有Io=—Ui/R。
图二:仿真结果
从图上可以看出,仿真结果与理论预测基本一致。
分析:电路中引入了负反馈,又引入了正反馈。若负载电阻RL减小,因电路内阻的存在,则一方面Io将增大,另一方面Up将下降,从而导致Uo下降,Io将随之减小。当满足R2/R1=R3/R时,因RL减小引起的Io的增大等于因正反馈作用引起的Io的减小,即正好抵消,因而Io仅受控于Ui,不受负载电阻的影响,说明电路的输出电阻为无穷大,稳定输出电流
2.自举电路
图三:自举电路图
自举电路是典型的利用交流正反馈提高输入电阻的电路,因为在信号源电压不变的情况下使输入电压增大,即放大电路输入端电位升高,也就是通过自身升高输入端电位,故而得名。通常,自举电路中的正反馈通过耦合电容实现。
在上面的电路中,电容C1、C2对交流信号视为短路,第一路反馈为电阻R4与并联电阻R2//R3构成电压串联负反馈,增大输入电阻;第二路反馈为电阻R4和R1引入正反馈,使净输入电流增大,同时也增大输入电阻。而且正反馈引起的输入电阻增大的效果远大于串联负反馈的效果。
若断开C2,则正反馈不复存在,因为集成运放同相输入端看进去的等效电阻趋于无穷大,所以电路的输入电阻约为(R1+R2)。而引入正反馈后,从集成运放同相输入端看进去的等效电阻仍趋于无穷大,R1并联在集成运放的输入端,其电流为IR1=(UP-UN)/R1=(Ui-Uf)/R1,则R1等效到整个电路输入端的电阻为R1’=Ui/
IR1=Ui*R1/(Ui-Uf),在引入的负反馈足够深的情况下,Ui≈Uf,因而R1’趋于无穷大,则整个电路的输入电阻也趋于无穷大,即使R1’不趋于无穷大,其数值也很大,从而使电路的输入电压近似等于信号源电压,Ui≈Us。
正反馈的另一个应用是第八章中波形发生电路。在正反馈电路中,输入信号越来越大,由于集成运放的非线性,当输入信号增大到一定程度时,输出信号就会达到非线性区最大饱和信号,因而电路输出只有一个高电平和一个低电平,由此可以得到滞回电压比较器,进而可以得到矩形波和锯齿波电路。此外利用正反馈的幅值条件,再加上合适的相位条件就会产生自激振荡,从而得到我们需要的正弦波形。
3.滞回电压比较器
一种反相输入滞回比较器电路及电压传输特性,下图。
滞回比较器存在两个阈值UT1和UT2,当Ui从小于UT1增大到UT1
4.正弦波振荡电路
与负反馈放大电路中的自激振荡不同,正弦波振荡电路的振荡频率是要人为确定的。因此,在正弦振荡电路中,一要有外加的选频网络,用以确定振荡频率;二要反馈信号能够取代输入信号,电路中必须引入正反馈。在正反馈过程中,由于晶体管的非线性,输入信号Xo不会无限制的增大,当Xo增大到一定程度时,电路达到动态平衡。在不少实用电路中,常将选频网络和正反馈网络合二为一,比较经典的RC正弦波振荡电路,又称文氏桥振荡电路即是如此。
图四:RC正弦波振荡电路
总结:
在以负反馈为主的集成运放放大电路中,为了获得输出与输入的线性关系,我们通常引入负反馈,并且消极地消除正反馈,但是通过以上总结我们也发现正反馈也有很多特殊的应用,而且是负反馈无法达到的效果,尤其在正弦波振荡电路中,我们更是积极地引入正反馈。可见,事物总是具有两面性,不能一概论之,我们要实际情况实际分析,学会辩证地看待问题。深入挖掘了解事物的本质特征,以便更好地应用。
参考文献:
《模拟电子技术基础》
华成英,童诗白
高等教育出版社
2006年
《信息电子技术知识全书》
罗沛霖
北京理工大学出版社
2005年
《电路与模拟电子技术》 徐淑华,马艳,刘丹编著
北京电子工业出版社
2010年