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在生活中,我們經常為了達到一定的目标,會采集現狀,并與期望對比,然後根據兩者的差距來調節投入的行為,這種行為就是反饋控制。
如果是為了維持某個狀态不變,比如維持水溫不變,那麼當水溫高了,就減少燃料投入,從而降低水溫;如果水溫低了,就加大燃料投入,使水溫升高。這種反饋稱為負反饋,負反饋起到了維持目标不變,穩定輸出的作用。
如果是想使得某個狀态單方向變化且急劇變化,比如急劇升高或急劇降低,則在原投入的基礎上加大投入即可,比如想讓水溫快速升高,當判斷水溫在升高但升高的不夠快,則加大燃料投入,則水溫升高的更快,這種反饋稱為正反饋。正反饋使得輸出單方向變化,且急劇變化。
有了反饋網絡後,電路的輸出信号,不但受到輸入信号的影響,還要受到反饋信号的影響。當輸入信号和反饋信号對輸出信号的作用一緻時,構成正反饋網絡;當輸入信号和反饋信号對輸出信号的作用相反時,構成負反饋網絡。
2、三極管的負反饋
就三極管而言,其基本工作原理是ube增加,則ib增加,從而ic=βib增加,uce下降,uo下降。
一般輸入電壓ui通過電容連接三極管基極b,當ui頻率較高時,電容交流短路,ui增加量等于vb增加量,因ube=Vb-Ve,故ui增加,Vb增加,ube增加。
若發射極存在電阻Re,則ui增加時,ube增加,ie增加,ieRe增加,Ve增加(因Re另一端接地,電位為零且不變),從而減小ube,削弱因ui增加而導緻的ube增加,目的是維持ie不變,這就是負反饋。
還有一種情況是,當ui增加時,vb增加,然後ube增加,ib增加,ic增加,vc下降。若能通過某種電路使得vb随着vc下降而下降,也構成負反饋。
3、集成運放的負反饋
對集成運算放大器而言,兩個輸入端的電位對輸出的作用是大小相等,方向相反的,故輸出uo為兩個輸入端的差值乘以放大倍數,即uo=Au(u -u-)。
當輸入電壓ui加在u 端時,uo随着ui的增加而增加。若此時能讓u-随着uo的增加而增加,則構成負反饋。或者uo增加能讓u 減小,則也構成負反饋。
當輸入電壓ui加在u-端時,uo随着ui的增加而減小。若此時能讓u 随着uo的減小而增加,或者能讓u-随着uo的減小而減小,則構成負反饋。
一般情況下(反饋網絡相位反相則不成立),不論輸入ui加在哪個端子,隻要反饋信号加在反相端,一定會削弱輸入ui對輸出的影響,為負反饋。
4、負反饋的組态
反饋是采集輸出信号并反回到輸入端與輸入信号比較,故根據采集輸出信号的性質不同而分為電壓反饋或電流反饋。若反饋回來的信号是電壓,則稱為串聯反饋,若反饋回來的信号是電流,則稱為并聯反饋。
電壓負反饋是根據輸出電壓的變化來進行調節,維持輸出電壓不變。電流負反饋是根據輸出電流進行反饋調節,維持輸出電流不變。這兩種反饋方式都不應該和負載電阻RL的取值有關。
串并聯負反饋是輸入電網絡模塊與反饋電網絡模塊的串并聯,而不是兩個元件的串并聯。
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