负反馈基本概念于是一些非常厉害的人找到了好方法:负反馈。什么是负反馈呢?
反馈是指将系统的输出又返回到输入端而影响输入,从而对系统整体输出产生作用。反馈可分为正反馈和负反馈。负反馈是使输出起到与输入相反的作用,使系统输出趋于稳定。
上面的解释不好理解,我举两个例子。
- 玩倒立摆时,我们用手支撑起一个倒立的木棍,当木棍往某个方向倾斜时,我们通过将手移动到木棍倾斜的方向来抵消这种变化,使得木棍能在手上平衡。
- 高中的时候经常月考,我发现有些同学有这样的习惯:当一次成绩考得比较差的时候,就会开始好好学习,然后下次成绩就上涨;而考得比较好时,接下来的一个月又会松懈,于是成绩又会降下来,如此周而复始。
这两个例子都充分说明,负反馈可以让系统更稳定。
负反馈放大器我们忽略具体电路,只画一个简单的框图,来说明三极管放大电路是如何利用负反馈的。
下面三角形表示一个三极管构成的放大器,放大倍数为
A
,输入为
I
,则输出
O=I
∗A
,由于放大倍数A不稳定,所以输出波形会有失真。
在电路中添加了一些器件如下。
- 紫色的圆形是相加器,结合紫色的“+”、“-”符号,表示其输出
Y
=(+I
)+(−X
)=I
−X
,在实际电路中用电阻就可以实现; - 方框F是反馈器件,表示从输出O取出信号,并将其与
F
相乘,得到
X
,所以
X
=O∗F
,这里
F
<1
(这个部分在实际电路中可以用电阻实现); - 三角形表示的放大器A,主要用三极管构成,满足
O=A∗Y
,且A的放大倍数不稳定,很容易受干扰。
可以列出方程组:
Y
=I
−X
O=Y
∗A
X
=O∗F
解得整个电路的放大倍数:
O
I
=A
1+AF
如果设计电路让放大倍数
A
非常大,同时
F
不至于很小,则
A∗F
>>1
符号">>"表示远大于
根据近似的思想,上述整个电路放大倍数:
O
I
=A
1+AF
=A
AF
=1
F
由于反馈器件可由电阻实现,普通电阻的阻值不容易受外界干扰,因此
F
的值很稳定,于是整个电路的放大倍数就很稳定。我们成功的通过负反馈解决了三极管的放大倍数稳定性问题。
可以看到这里的反馈部分和放大部分构成了一个环形,所以将整个电路的放大倍数称为环路增益,或者闭环增益;而把增加反馈之前,电路的放大倍数A称为开环增益。由于是负反馈,虽然电路增益稳定性提高了,但也有代价:
由于
AF
>>1
于是
A>>1/F
即开环增益远大于闭环增益,也就是放大器增益大大降低。但总的来说,为了稳定性,这样做是值得的。 |